WO2016193331A1 - Sondensystem und verfahren zum aufnehmen einer sonde eines rastersondenmikroskops - Google Patents

Sondensystem und verfahren zum aufnehmen einer sonde eines rastersondenmikroskops Download PDF

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WO2016193331A1
WO2016193331A1 PCT/EP2016/062436 EP2016062436W WO2016193331A1 WO 2016193331 A1 WO2016193331 A1 WO 2016193331A1 EP 2016062436 W EP2016062436 W EP 2016062436W WO 2016193331 A1 WO2016193331 A1 WO 2016193331A1
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WO
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probe
connection
memory
receiving device
angled
Prior art date
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PCT/EP2016/062436
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English (en)
French (fr)
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Christof Baur
Sylvio Ruhm
Gabriel BARALIA
Christoph Pohl
Björn HARNATH
Matthias Weber
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/10—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
    • G01Q60/16—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
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    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • G—PHYSICS
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    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/02—Probe holders

Definitions

  • the present invention relates to a probe system and a method for receiving a probe of a scanning probe microscope.
  • Scanning probe microscopes use a probe to scan a sample or its surface, thus producing a representation of the properties of the sample.
  • scanning probe microscopes are abbreviated by SPM - English for Scanning Probe Microscope.
  • SPM Scanning Tunneling Microscopes
  • AFM Atomic Force Microscope
  • SFM Scanning Force Microscope
  • special probes for scanning probe microscopes have been developed, which are also designed to modify a sample.
  • Probes for the illustrated scanning probe microscopes are often subject to wear, can become dirty or damaged during operation. For example, peaks for scanning tunneling microscopy or atomic force microscopy may become dull or otherwise unusable. Therefore, it is necessary to replace probes quickly and without much effort.
  • probe replacement is difficult if the system needs to be vented. It is therefore known from the prior art to use probe arrays, the have a variety of probes. Examples thereof are described in documents WO 02/080 187 Ai, WO 2008/053 217 Ai, US 2013/0 014 296 Ai and US 2013/0 111 635 Ai.
  • the preparation of probe arrays or probe arrangements is expensive.
  • the space requirement of the probe arrays and / or their large mass may limit their possible uses.
  • US 2007/022 804 Ai describes a device that allows automatic replacement of the probe.
  • the probes are held in a storage location by a spring, air, gravity, electromechanical, or by vacuum driven deposit mechanisms.
  • U.S. Patent No. 5,705,814 describes a scanning probe microscope for automatic probe replacement.
  • the SPM has a storage cassette for probes, in which several probes can be stored.
  • the probes are held in the memory cassette by vacuum-based, mechanical, electrostatic, magnetic or electromagnetic clamping.
  • the free end of a scanner has a probe holder. The latter can hold a probe by means of negative pressure, mechanical, magnetic, electrostatic or electromagnetic clamping or by means of weak adhesives.
  • the patent US 8 099 793 B2 describes an automatic probe changing system based on permanent magnets.
  • the permanent magnets of the probe holder are moved in the vertical direction.
  • This is disadvantageous in the method described in the cited patent, since, in addition to the probe deposit, its permanent magnets also have to be moved relative to the probe deposit by means of a complicated movement mechanism.
  • a complex and accurate teach-in of the transfer position of the probe from the probe storage to the SPM or vice versa is required. If the handover position is determined incorrectly, there is a risk that the interchangeable mechanism or sensitive components of the complex AFM head may be damaged.
  • the present invention is therefore based on the problem to provide a probe system and a method for receiving a probe of a scanning probe microscope, which at least partially avoid the disadvantages mentioned above.
  • the probe system for a scanning probe microscope comprises: (a) a probe receiving device; (b) a probe memory providing at least one probe for the scanning probe microscope; (c) wherein the probe, the probe memory, and the receptacle are formed so that the probe can enter into a releasable first connection to the probe memory and a releasable second connection to the receptacle, wherein the first and / or the second connection uses a magnetic force; and (d) wherein the receiving device and the probe memory for Receiving the probe are relatively movable so that the probe enters the second connection before the first connection is released.
  • a sensor system ensures that even under the action of a magnetic force, a probe always has a connection either to the probe memory or to the receiving device. This is achieved by temporarily overlapping the two connections. This avoids uncontrolled movement of the probe, as may occur in the presence of magnetic force. Contaminating particles can thus be generated less or not at a transfer of a probe from the probe memory to the receiving device less.
  • the orientation of the probe in a transfer process of the probe from the probe memory to the receiving device or in the opposite direction is substantially maintained.
  • the receiving device and the probe memory for depositing the probe are movable relative to each other such that the probe makes the first connection before the second connection is released.
  • the probe memory and / or the receiving device and / or the probe has at least one permanent magnet.
  • One or more permanent magnets are used to generate a magnetic inhomogeneous flux density distribution. Permanent magnets can be produced in many embodiments. Furthermore, their flux density distribution is adjustable. In one embodiment, neither the probe memory nor the recording device have active mechanical (ie, movable) components. The device can therefore be manufactured inexpensively and its operation is simple. In a preferred aspect, the probe memory and / or the recording device and / or the probe comprises at least one soft ferromagnetic material.
  • a soft ferromagnetic material is characterized by an inhomogeneous flux density distribution in the direction of increasing flux density, i. pulled in the direction of one of the poles of a magnet.
  • an inhomogeneous magnetic flux density distribution exerts a force effect, i. the above-mentioned force acting on a soft ferromagnetic material.
  • Soft ferromagnetic material can be optimized for the particular application.
  • one or more permanent magnets may be designed together with the soft ferromagnetic material in a common optimization process for the required holding functions.
  • the use of a permanent magnet in combination with a soft ferromagnetic material for holding the probe in the probe memory and / or on the receiving device further has the advantage that no supply lines for generating the holding force are needed.
  • the probe system further comprises at least one electrical coil arranged to influence the releasable first connection and / or the detachable second connection.
  • the magnetic force can be adjusted.
  • the entering of a connection between the probe and the receiving device or the release of this connection can thereby be made soft.
  • This can also apply to the detachable connection between the probe memory and the probe.
  • a transfer process of the probe from the probe memory or to the probe memory can be performed regulated. If current flow through the coil is needed only during a probe change operation, the energy consumption in the coil remains low, thereby preventing a strong heating of the vacuum environment.
  • the at least one permanent magnet has a maximum magnetic flux density in the range of 0.01 Tesla - 2.0 Tesla, preferably 0.05 Tesla - 1.0 Tesla, more preferably 0.1 Tesla - 0.5 Tesla, and most preferably 0.2 Tesla - 0.4 Tesla.
  • the receiving device has at least one first permanent magnet
  • the probe memory has at least one second permanent magnet
  • the probe comprises at least one soft ferromagnetic material
  • a probe memory which holds the probes stored therein by a magnetic force, reliably prevents displacement or slippage of the stored probes during transport of the probe memory. Thus, no or only small amounts of particles are generated during the transport of the probe memory. It also avoids the risk of damaging the stored probes.
  • the probe system further comprises at least one magnetic field sensor for determining a position of the recording device relative to the probe and / or the probe memory.
  • the magnetic flux density distribution generated by one or more permanent magnets can be measured by means of a magnetic field sensor.
  • a magnetic field sensor can then be used to determine a change in the distance between the recording device and the probe memory from a change in the magnetic flux density distribution or at least to support the determination of a change in distance.
  • a first electrical measuring system is designed to determine whether the probe has the first connection to the probe memory.
  • a second electrical sensing system is configured to determine if the probe has the second connection with the receptacle.
  • One or more electrical metering systems provide an additional means of determining if one or both of the detachable connections have been received or have been resolved. These data can be used to control a probe transfer process. Furthermore, they allow the detection of an error in a probe recording process.
  • the receiving device is attached to a measuring head of the scanning probe microscope.
  • the probe of the scanning probe microscope can thus directly record a probe from the probe memory, perform examinations on a sample and / or process a sample and then store the probe again in the probe memory.
  • a receiving device can also be attached to a transport device that transports a probe from a remote probe magazine in a probe memory in the vicinity of the probe of the scanning probe microscope or transported a defective probe from the probe magazine or the probe memory to another location, for example in a waste container.
  • the probe comprises: at least one measuring tip, at least one cantilever, and at least one attachment surface for the first and / or the second connection.
  • the probe memory comprises at least one angled holder for the probe, wherein at least a portion of the angled holder is formed to enter the first connection.
  • the probe memory includes at least two angled brackets for engaging the first connection with the probe.
  • the two angled brackets are arranged so that the angled portions of the brackets face each other.
  • the spacing of the two angled brackets is less than a dimension of the mounting surface of the probe.
  • the distance of the two angled brackets is greater than a dimension of a mounting surface of the receiving device, so that the receptacle direction between the two angled brackets can be moved.
  • the at least two angled brackets are arranged so that the probe can be moved by the receiver in a direction away from the two angled brackets.
  • the angled part of the at least one angled holder has at least one permanent magnet.
  • the permanent magnet is preferably accommodated in an end region of the angled part of the angled holder.
  • the probe system further includes a sample table on which the probe memory is disposed, the sample table including at least one displacement unit configured to translate the sample table in at least one sample stage plane.
  • the problem is solved by a method for receiving a probe of a scanning probe microscope by means of a probe system.
  • the method comprises the sequence of the following steps: (a) providing a first detachable connection between a probe and a probe memory; (b) providing a second detachable connection between the probe and a receptacle; and (c) releasing the first connection together with movement of the receiving device relative to the probe storage, wherein the first and / or the second connection comprises a magnetic force.
  • the method is carried out using a probe system according to any one of the preceding claims.
  • FIG Fig. 1 shows a schematic representation of some important components of a probe system
  • Fig. 2 is a schematic enlarged view of a receptacle of a probe memory formed by two angled mounts;
  • FIG. 3 shows the receptacle of FIG. 2 in which both angled mounts have a permanent magnet and an electrical measuring system detects the engagement and disengagement of a connection between the probe and the angled mount, FIG.
  • Fig. 4 shows the receptacle of Fig. 2, in which both angled supports have a permanent magnet and a plastic film is disposed between the probe and the angled supports;
  • Fig. 5 shows a schematic section through an angled support, which contains a combination of a permanent magnet and a coil
  • Fig. 6 illustrates a schematic enlarged view of a receptacle formed by three angled brackets
  • Fig. 7 shows a schematic enlarged view of a receptacle having only an angled support
  • Fig. 8 illustrates a schematic of a photograph in which a probe undergoes a first releasable connection under the action of gravity
  • Fig. 9 shows schematically a second embodiment of a receptacle in which a probe is held by the action of gravity
  • Fig. 10 represents a schematic representation of a pick-up device
  • Fig. Ii shows a schematic section through a receiving unit attached to a measuring head of a scanning probe microscope
  • Fig. 12 shows the figure n reproduced, wherein the receiving device has received a releasable magnetic connection with a probe
  • Fig. 13 represents a schematic representation of a measuring probe
  • Fig. 14 shows a schematic representation of a probe with attached probe
  • Fig. 15 is a schematic plan view of a probe
  • Fig. 16 illustrates a schematic diagram of an arrangement for determining a magnetic flux density distribution of a probe memory
  • Fig. 17 is a schematic representation of the transport of a probe close to a receptacle of a probe memory
  • Fig. 18 is a schematic representation of the transport of a probe into a receptacle of a probe memory
  • Fig. 19 indicates the arrival of the first magnetic connection between a probe and a probe memory receptacle
  • Fig. 20 shows the release of the second magnetic connection between a probe and a receptacle
  • Fig. 21 schematically illustrates a second embodiment of a pickup device with two magnetic field sensors
  • Fig. 22 shows schematically an embodiment of a probe with two magnetic field sensors; and Fig. 23 describes a flow chart representing the steps of picking up a probe from a probe memory.
  • FIG. 1 schematically shows some important components of a probe system 100 or a probe exchange system.
  • the probe system 100 includes a receiving device 110. Possible embodiments of a receiving device 110 are discussed below with reference to FIGS. 10, 11 and 21. Further, the probe system 100 includes a probe memory 120.
  • the probe memory 120 includes a substrate 125 or bottom plate 125 on the nine pair of angled brackets 135, 140 for receiving a probe 170 from the receiver 110 and / or for dispensing a probe 170 to the probe 170.
  • a receptacle for a probe 170 is also referred to below as receptacle 155.
  • the probe 170 comprises a soft ferromagnetic material. Exemplary embodiments of a probe 170 are explained below in the context of FIGS. 14, 16, and 22.
  • the material of a probe memory 120 can be chosen arbitrarily. It should be noted, however, that the material of the bottom plate 125 and angled brackets! 35 > 140 contain substantially no hard ferromagnetic material.
  • the probe system 100 may still be used, however, its use may be hampered thereby.
  • the shape, size and number of receptacles 155 for probes 170 of a probe memory 120 can be adapted to the use of the particular scanning probe microscope.
  • the number of receptacles 155 of a probe memory 120 may include the range of one to several ten probes 170.
  • the shape of the probe memory 120 can be adapted to the conditions of a scanning probe microscope, for example the shape and size of a sample table 190.
  • Regarding the size of the probe memory 120 when using the probe system 100 in scanning probe microscopes operating in a vacuum environment, only care must be taken to that the probe memory 120 can be easily introduced into the interior of the SPM.
  • the insertion of the probe memory 120 into a vacuum environment of a scanning probe microscope can, for example, be carried out automatically by means of a transport system (shown in FIG. 1).
  • the bottom plate 125 of the probe memory 120 mounting options 160 in the form of four holes.
  • the sample table has projections or mandrels (not shown in FIG. 1), with the aid of which the probe memory 120 can be fixed on the sample table 190. Other mounting options are possible (not shown in FIG. 1).
  • the sample table 190 can move in one direction (eg in the z direction, ie perpendicular to the plane of the sample table 190) in two directions (eg in the x and y directions, ie in the plane of the sample table 190) or in three directions, for example by one or more displacement units, for example in the form of micro-displacement elements (not shown in Fig. 1).
  • each of the paired angled mountings 135, 140 has a permanent magnet 145, 150.
  • Neither the angled supports 135, 140 or the receptacle 155 nor the arrangement of the permanent magnets 145, 150 are limited to the example shown in FIG. 2 shows a receptacle 255, in which the angled holder 235 has two permanent magnets 245 and 247 and the angled holder 140 is equipped with a permanent magnet 150 for holding a probe 170.
  • the permanent magnets 145, 150, 245 and 247 preferably have a disk-shaped form and preferably produce an axially symmetric distribution of the magnetic flux density.
  • permanent magnets which have a different shape, for example in the form of a rectangle or a square.
  • the magnetic flux density distribution of the permanent magnets may be selected or adjusted to facilitate alignment of the probe 170 by self-alignment.
  • permanent magnets can be used, the magnetic flux density distribution is not axially symmetric. However, positioning a probe 170 relative to the receptacle 255 may be made more difficult.
  • the axis of the magnetic flux density distribution substantially coincides with the axis of the disk-shaped permanent magnet 145, 150, 245 and 247.
  • the installation of the disc-shaped permanent magnets 145, 150, 245 and 247 is preferably in the angled parts 260 and 265 of the angled brackets 135 and 140 in such a way that the axis of the magnetic flux density distribution substantially perpendicular to the surface of the angled parts 260 and 265 and so that it is also perpendicular to the bottom plate 125 of the probe memory 120.
  • the receptacle 155 it is advantageous if, in one of the two permanent magnets 145, 150, the north pole points in the direction of the bottom plate 125 of the probe memory 120 and the other points with its south pole in this direction.
  • the poles of the permanent magnets 245 and 247 are in antiparallel. By this arrangement stray fields of the permanent magnets 145, 150, 245, 247 are minimized.
  • the design of the thickness of the permanent magnets 145, 150, 245 and 247 is made taking into account the soft ferromagnetic material and the mass of the probe 170 so that the magnetic force caused by the permanent magnet (s) 145, 150, 245 and 247, the probe 170 is securely in the recording 255 of the probe memory 120 stops.
  • the permanent magnet or magnets 145, 150, 245 and 247 is designed such that the magnetic force exerted on the probe 170 exceeds the force of gravity by a safety factor, for example by a factor of 2.
  • the diameter of the disc-shaped permanent magnets 145, 150, 245 and 247 ranges from the submillimeter range to the range of a few millimeters.
  • the height of the permanent magnets 145, 150, 245 and 247 covers the same area.
  • As a material for the permanent magnets 145, 150, 245 and 247 basically all hard ferromagnetic materials can be used. Alloys of iron, boron and neodymium are currently examples of common materials for making permanent magnets.
  • the permanent magnets 145, 150, 245 and 247 are attached to the angled portions 260, 265 of the angled brackets 135, 140, 235.
  • the permanent magnets 145, 150, 245 and 247 are fitted vertically into the angled part 260, 265 so that they are as far as possible from the vertical parts of the angled brackets 135, 140, 235 are removed.
  • the fitting can be done for example by pressing or gluing.
  • the probe 170 has a rectangular shape. However, the probe 170 may have any shape.
  • the spacing of the angled brackets 135, 140, 235 is adjusted to the dimensions of the probe 170.
  • the distance of the angled brackets 135, 140, 235 is selected so that the probe 170 to both angled brackets 135, 140 complies with a predetermined distance, as a match for receiving the probe 170 from the receptacle 255 and placing it in the receptacle 255 of the probe memory 120 is used.
  • the clear height of the bottom plate 125 of the probe memory 120 to the undersides of the angled portions 260, 265 of the angled holder 135, 140, 235 depends on the thickness of the probe 170.
  • the height of the angled holding tion 135, 140, 235 takes into account that the probe 170 can be easily moved under the angled parts 260, 265, without the underside of the probe 170 touching the bottom plate 125 of the probe memory 120.
  • the width 285 of the angled brackets 135, 140, 235 is aligned with the mass of the probe 170.
  • the length 280 of the angled parts 260, 265 of the angled brackets 135, 140, 235 is dimensioned so that on the one hand the probe 170 can enter a secure releasable connection 215 with the angled brackets 135, 140, 235 and on the other hand, the receiving device 110 with a predetermined safety distance can be passed through the opening 290.
  • the magnetic force first magnetic connection 215 between the angled supports 235 and 140 of the probe 170 creates a direct mechanical contact between these elements.
  • the probe 270 typically has a metallic conductivity. If the two angled brackets 235 and 140 are formed of metal, the presence or incidence of the first magnetic joint 215 can be detected by an electrical measuring system.
  • the angled support 140 is isolated by an electrical insulation layer 370 from the bottom plate 125 of the probe memory 120 (not shown in FIG. 3). If the bottom plate 125 consists of a material that is only very poorly electrically conductive, the electrical insulation layer 370 can be dispensed with.
  • the electrical measuring system 380 in the example of FIG. 3 comprises a current source 385 and a resistance measuring device 390, which is connected in parallel with the current source 385.
  • the electrical measuring system 380 can be designed in the form of a digital multimeter.
  • Electrical leads 375 connect the angled supports 135, 140 to the electrical measurement system 380.
  • the display changes of the resistance measuring device 390 of the electrical measuring system 380.
  • the occurrence of a magnetic connection has The present application means that a mechanical resistance prevents further approach of a probe to a permanent magnet or a permanent magnet to a soft ferromagnetic material. That is, a magnetic connection is when a mechanical force prevents movement of the probe by a magnetic flux density distribution.
  • Diagram 400 of FIG. 4 illustrates that engagement of a magnetic connection does not require direct mechanical contact between the probe 170 and the angled portions 260 and 265 of the angled brackets 135 and 140.
  • a plastic film 480 preferably a polyimide film
  • the plastic film 480 can be attached to the angled parts 260, 265, for example by gluing.
  • the plastic film 480 damps the engagement and disengagement of the releasable magnetic connection 415.
  • the thickness of the plastic film is preferably in the range of one micron to several hundred microns. In the design of the permanent magnets 145 and 150, it is advantageous to consider the plastic film 480 or its thickness.
  • the releasable magnetic connection 415 in this example extends from the bottoms of the angled portions 260, 265 of the angled brackets 135, 140 through the plastic film 480 to the probe 170.
  • the plastic film 480 is substantially completely applied to the undersides of the angled parts 260, 265. It is also possible to cover only a part of the underside of the angled parts 260, 265 with a plastic film 480. This is particularly beneficial when the remaining parts of the undersides of the angled parts 260, 265 are needed to make electrical contact between the probe 170 and the angled brackets 135 and 140 (not shown in FIG. 4).
  • An electrical connection can be mediated for example via a contact spring. This is typically attached to each of the angled brackets 135 and 140. However, it is also possible to attach the contact springs to the probe 170.
  • the diagram 500 of FIG. 5 represents a section through an angled mount 535, whose angled part 260 includes the combination of a permanent magnet 545 and an electrical coil 550.
  • the permanent magnet 545 it may be one of the permanent magnets 145, 150, 245 and 247.
  • An electrical coil 550 is disposed above the permanent magnet 545.
  • the configuration shown in FIG. 5, in which the axes of the coil 550 and the permanent magnet 550 are aligned, is preferred because it achieves the greatest possible influence on the magnetic flux density distribution of the permanent magnet 545 by varying the current flow through the coil 550.
  • the electrical leads for the coil 550 are suppressed in FIG.
  • the magnetic force acting on a probe 170 can be increased or decreased.
  • the magnetic force of the permanent magnet 545 in combination with the magnetic flux density distribution of the coil 550, creates a first releasable magnetic connection 215 between the angled support 535 and the probe 170.
  • the order of coil 550 and permanent magnet 545 can be reversed. Thereby, the influence effect of the coil 550 on the magnetic flux density distribution resulting from the combination of the coil 550 and the permanent magnet 545 and thus the magnetic force acting on the first releasable magnetic connection 215 can be maximized.
  • a much stronger permanent magnet 550 must be used if the permanent magnet 545 alone is to hold the probe 170 to compensate for the large distance between the permanent magnet 545 and the first magnetic connection 215.
  • FIG. 5 schematically shows a part of the receiving device 110, which has received a second detachable magnetic connection 565 with the probe 170.
  • the coil 550 may be beneficial to use the coil 550 to reduce the magnetic force generated by the combination of permanent magnet 545 and coil 550 in a defined manner. Thereby, a release of the first magnetic connection can be achieved with little effort.
  • FIGS. 1 to 4 two angled brackets 135, 140 and 235, whose angled parts 260 and 265 face one another, form the holder 155 and 255 for a probe 170.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a probe memory 120 in the three angled ones Mounts 135, 140 and 637 form a receptacle 655.
  • the receiver 655 distributes the magnetic force more evenly over the surface of the probe 170. Further, the receptacle 655 allows the realization of a stop for the probe 170 (not shown in FIG. 5). On the other hand, the receptacle 655 limits the movement of the probe 170 relative to the receptacle 655 as compared to the receptacles 155 and 255.
  • the diagram 700 of FIG. 7 represents a receptacle 755 of a probe memory 120 which has only an angled mount 235.
  • the angled part 260 of the angled mount 235 has two permanent magnets 245 and 247.
  • the angled bracket 235 may be implemented with only one permanent magnet 145 or more than two permanent magnets.
  • the receptacle 755 minimizes the expense of fabricating a probe memory 120.
  • the receptacle 755 optimizes the movement possibilities of the probe 170 relative to the angled mount 235.
  • the stability of the mount of the probe 170 in the receptacle 755 is in comparison to the receptacles 155, 255 and 555 decreased.
  • a large number of further receptacles for a probe memory 120 can be produced.
  • the shape of the angled mount 135, 140, 235 and the number of permanent magnets 145, 150, 245 and 247 used can be varied. Two exemplary embodiments are given below, in which the recordings of a probe memory 120 enter into a releasable connection with a probe without involvement of a magnetic force.
  • Diagram 800 of FIG. 8 shows a receptacle 855 having two angled brackets 835, 840 mounted on a lower surface of the bottom plate 125 of a probe memory 120 (not shown in FIG. 8). On the two angled parts 860, 865, the probe 870 is located. Gravity establishes a releasable connection 815 between the angled brackets 835 and 840 and the probe 870. To change the probe 870, the receiving device 110 of the probe 870 in the example of FIG. 8 approaches from below (not shown in FIG. 8).
  • the angled brackets 935, 940 as in FIGS. 1 to 7 are on the upper side of the bottom plate 125 of FIG Probe memory 120 attached.
  • the height of the two angled brackets 935 and 940 is selected to be large enough for the receiver 110 to approach the probe 870 from below without removing the bottom plate 125 of the probe memory 120 (shown in FIG.
  • the probe 870 to touch.
  • the probe 870 supported by gravity, rests on the angled parts 860, 865 of the holder 955. Similar to Fig. 8, the releasable connection 815 is entered between the angled brackets 935, 940 and the probe 870 without the application of a magnetic force.
  • the electrical measuring system described in FIG. 3 can also be used to detect the detachable connection 815 of the embodiments shown in FIGS. 8 and 9.
  • the plastic film 480 explained in FIG. 4 can be arranged between the probe 870 and the angled parts 860, 865 of the receptacles 855, 955.
  • the receptacle 655 presented in FIG. 6 can also enter into a detachable connection with a probe 870 without the action of a magnetic force.
  • the diagram 1000 of FIG. 10 illustrates an exemplary embodiment of the receiving device 110.
  • the upper part of FIG. 10 represents a view from below and the lower part shows a section through the receiving device 110 along the line 1050.
  • the receiving device 110 in the form of a ring 1010 with a rectangular cross-section 1060 on.
  • the ring 1010 four permanent magnets 1045 are inserted at an equidistant distance.
  • the permanent magnets 1045 have a disk shape and the axis of their magnetic flux density distribution is substantially perpendicular to the disk plane.
  • the permanent magnets 1045 may be fixed by press-fitting or gluing in the ring 1010 of the receiving device 110.
  • the orientation of the north poles and south poles of the permanent magnets 1045 alternate along the ring 1010.
  • the underside of the permanent magnets 1045 is aligned substantially flush with the underside of the ring 1010 of the receiving device.
  • the permanent magnets 1045 generate a maximum magnetic force on a probe 170 while at the same time best guiding the probe 170 through the ring 1010 of the receiving device 110.
  • the number of permanent magnets 1045 of a receiving device 110 is not limited to four. In the sense of a good guidance of a probe 170 by the receiving device 110, at least two permanent magnets 1045 should be used. On the other hand, with a larger number of permanent magnets 1045, a more even distribution of the magnetic force across the surface of the ring 1010 is achieved as the number of permanent magnets increases.
  • the receiving device 110 has the shape of a ring 1010.
  • the shape of a receiving device is not limited to the ring shape 1010 indicated in FIG. Rather, the receiving device 110 may have the shape of a disk or, for example, a rectangle (not shown in FIG. 10).
  • the diagram 1100 of FIG. 11 schematically shows a section through a receiving device 110, which has the ring shape 1010 shown in FIG. 10 and is attached to a measuring head 1120 of a scanning probe microscope.
  • a connection between the measuring head 1120 and the receiving device 110 can be made for example by screwing or gluing.
  • the receiving device 110 acquires the movement possibilities of the measuring head 1120.
  • a measuring head 1120 of an SPM can be moved in the plane of the sample table 190 (slow and fast scan directions or in the xy plane) and perpendicular to the plane of the sample table 190, ie in the z-direction.
  • the measuring head 1120 of the SPM and the receiving device 110 are flush in the vertical direction. That is not necessary. It only has to be ensured that the receiving device 110 and possibly the lower part of the measuring head 1120 fit between the angled holders 135, 140, 235, which have the distance 290.
  • the receiving device 110 does not necessarily have to be attached to a measuring head 1120 of an SPM.
  • the receiving device 110 may, for example, also be fastened to a transport device for probes 170 (not shown in FIG. 11).
  • the diagram 1200 of FIG. 12 illustrates the combination of the measuring head 1120 and the receiving device 110 of FIG. 11, wherein the receiving device 110 fixes a probe 170 by means of a magnetic connection 565.
  • the probe 170 comprises a soft ferromagnetic material so that the magnetic force generated by the permanent magnets 1045 holds the probe 170 on the receiver 110. That Due to the magnetic force of the permanent magnets 1045, the probe 170 has received a detachable magnetic connection 565 with the receiving device 110.
  • Diagram 1300 of FIG. 13 presents sections in an xy plane and a yz plane of a measuring probe 1350.
  • Measuring probe 1350 includes a tip 1330 with which a sample or its surface is examined. Tip 1330 is attached to a beam, which will be referred to below as Cantilever 1320, as is conventional in the art.
  • the cantilever 1320 is V-shaped. However, the cantilever 1320 may also be in the form of a single beam (not shown in FIG. 13).
  • the cantilever 1320 and the substrate 1310 of the measuring probe 1350 are typically formed in one piece.
  • the cantilever 1320 and the tip 1330 may also be molded from a piece of material, such as a semiconductor, such as silicon, or a compound semiconductor, such as silicon nitride.
  • a tip 1330 may be formed from a their material, such as a nanotube made of carbon and attached to the cantilever 1320 (not shown in FIG. 13).
  • the measuring probe 1350 can be folded in a direction opposite to the z-direction from a rest position in which the cantilever 1320, as indicated in FIG. 14, so that the height distance between the cantilever 1320 and the substrate 1310 and the tip 1330 is increased or even the tip has the lowest height, ie the lowest value of the measuring probe 1350 in the z-direction.
  • the cantilever 1320 may be vibrated.
  • the deflection of the cantilever 1320 can be measured, for example, with a laser system and a four-quadrant photodiode and forms in this mode a measurement signal of the probe 1350 (not shown in FIG. 13).
  • the tip 1330 of the probe 1350 may scan over a sample to determine a one or two dimensional contour of a sample surface.
  • the diagram 1400 of FIG. 14 shows the integration of the measuring probe 1350 into a probe 1470.
  • the probe 1470 has, as main components, the measuring probe 1350 and a ring 1410 with a rectangular cross section.
  • the upper part of FIG. 14 represents a view from below of the probe 1470 and the lower part of FIG. 14 represents a section through the ring 1410 along the line 1450.
  • ring 1410 comprises substantially soft ferromagnetic material.
  • Permalloy an alloy of nickel and iron
  • the top of the ring 1420 of the probe 1470 is the mounting surface 1420 of the probe 1470 to the receiving device 110 and a receptacle 155, 255, 655, 755, 855, 955 of the probe memory 120th
  • the probe 1350 is attached. This can be done for example by screwing, gluing, pressing or soldering. Through the recess in the ring 1410, it can be ensured that in the rest position of the measuring probe 1350, its tip 1330 does not form the lowest point of the probe 1470 when the probe 1470 is placed on its underside 1460.
  • the working distance of the probe 1470 becomes maximum, that is, the height difference between the tip 1330 and the bottom 1460 of the ring 1410
  • the handling of this embodiment of the probe must be carried out with greater care.
  • the tip 1330 of the probe 1350 points into the interior of the ring 1410.
  • This embodiment has the advantage that the probe 1350 is protected during transport of the probe 1470.
  • the inner material-free region of the probe 1470 may be used to install a measurement system for detecting the cantilever 1320 deflection during operation of the probe 1470.
  • the measuring probe 1350 can also be attached to the ring 1410 such that its tip 1330 faces outward. This requires greater care in removing the probe 1470 and placing the probe 1470 in the probe memory 120. Further, it is possible to attach two or more probes 1350 to the ring 1410 of the probe 1470, which may be operated singly or in combination.
  • the soft magnetic material, and thus the mounting surface 1420 has a ring shape 1410.
  • the attachment surface 1420 can be arbitrarily designed as long as the probe 1470 can enter a second releasable magnetic connection 565 with a receiving device 110 and a first detachable connection 215, 415 or 815 with a receptacle of the probe memory 120.
  • the geometrical restrictions discussed above apply to the recordings 155, 255, 655, 755, 855, 955 of the probe memory 120.
  • Diagram 1500 of FIG. 15 shows the top view of a probe 1570 representing a favorable embodiment of the soft ferromagnetic material. Unlike in Fig. 14, soft ferromagnetic material does not form the entire ring 1510.
  • the ring 1510 has substantially no ferromagnetic material. Rather, in the ring 1510 inserts 1590 made of soft ferromagnetic material are embedded, which correspond to the positions of the permanent magnets 1045 of the receptacle 110 of FIG.
  • the location of the ferromagnetic material inserts 1580 correspond to the positions of the permanent magnets 145 and 150 of the angled brackets 135, 140 of FIG. 1.
  • the concentration of the soft ferromagnetic material on the inserts 1580 and 1590 aids in aligning the probe 1570 with respect to the receiver 110 of FIG 10 and the receptacle 155 of the probe Memory 120 of FIG. 1 (self-alignment).
  • the effect of self-alignment can be further improved by turning inserts 1580 and 1590 against each other (not shown in Figure 15) (see Figures 21 and 22).
  • the receiving device 110 has at least one permanent magnet 1045
  • the probe 170, 1470, 1570 has a soft ferromagnetic material
  • the receptacle of the probe memory 120 may have one or more permanent magnets.
  • a sensor system 100 may also be configured such that a probe has at least one permanent magnet, the receptacle comprises a soft ferromagnetic material, and a receptacle of the probe memory may also comprise a soft ferromagnetic material.
  • the configuration 1600 of FIG. 16 exemplifies a system with which the magnetic flux density distribution generated by the brackets 155, 255, 555, 655 can be measured three-dimensionally.
  • the receiving device 110 is attached to a measuring head 1120 of an SPM, similar to that shown in FIG.
  • the receiving device 110 carries at its free end a measuring device 1610 for measuring a magnetic flux density distribution.
  • the measuring device 1610 comprises a disk 1620.
  • the inner region 1625 of the disk 1620 which extends at least to the edge of the recording device 110 comprises soft ferromagnetic material which substantially shields the magnetic flux density distribution generated by the permanent magnets 1045 of the recording device 110.
  • a magnetic field sensor 1630 for example in the form of a Hall probe, is attached to the measuring device 1610. It is favorable if the thickness of the disc 1620 is not thicker than the probe 170, 1470, 1570, so that the measuring device 1610 can be guided between the holder 155.
  • the measuring device 1610 can be guided or rastered over the probe memory 120 at different heights. Thus, a three-dimensional distribution of the magnetic flux density of the probe memory 120 can be generated. If the lateral dimension 1690 of the disc 1620 of the measuring device 1610 - as shown in FIG. 16 - is not greater than that of the probe 170, 1470, 1570, the magnetic Flux density of the permanent magnets 145, 150, 245 and 247 are determined in the region in which these the first magnetic connection 215, 415 with a probe 170, 1470, 1570 received. The measured magnetic flux density distribution may be used to align a probe 170, 1470, 1570 for deposition in the probe memory 120.
  • either the measuring device 1620 can be guided over the probe memory 120 by means of the movement possibilities of the measuring head 1120, or the sample table 190 can guide the probe memory 120 under the measuring device 1610. Furthermore, a combined movement of the sample table 190, for example in the xy plane and the measuring device 1610, for example in the z-direction is possible.
  • Diagram 1700 of FIG. 17 shows the probe memory 120 of FIG. 1 and a probe 170, 1470, 1570 arranged in one the recordings 155 of the probe memory 120 is to be stored.
  • the combination 1710 symbolizes a measuring head 1120 of an SPM or its lower end, to which a receiving device 110 is attached.
  • the probe 170, 1470, 1570 has a magnetic connection (the second magnetic connection 565) to the receptacle 110 of the combination 1710, whereby the probe 170, 1470, 1570 is held by the receptacle 110 of the combination 1710.
  • the probe 170, 1470, 1570 may examine a sample (not shown in FIG. 17).
  • the measuring head 1120 of the combination moves 1710 in the z-direction, so that a distance from the probe 170, 1470, 1570 to the surface of a sample to be examined is formed (not shown in Fig. 17).
  • step A the probe 170, 1470, 1570 is moved in the y direction along the probe memory 120, either by moving the sample table in the y direction or by moving the probe 1120 of the combination 1710 in the direction of the negative y axis.
  • step B the probe 170, 1470, 1570 is displaced in the x direction until the probe 170, 1470, 1570 is aligned with one of the receptacles 155 of the probe memory 120 with respect to this direction.
  • step C the probe 170, 1470, 1570 is lowered so that it does not touch the bottom plate 125 of the probe memory 120, but at the same time the probe 170 fits under the angled parts 260, 265 of the angled brackets 135, 140.
  • step D the probe 170, 1470, 1570 becomes aligned by displacement in the y direction with respect to the receptacle 155, in which the probe 170, 1470, 1570 is to be stored.
  • this is the central receptacle 155 in the left row of the probe memory 120.
  • Diagram 1800 of FIG. 18 illustrates the position of the probe 170, 1470, 1570 with respect to the angled brackets 135, 140 after performing step D.
  • step E is performed, in which the probe 170, 1470, 1570 is raised as far as the probe 170, 1470, 1570 forms a first magnetic connection 215, 415 with the permanent magnets 145, 150 of the angled parts 260, 265 of the angled supports 135, 140.
  • probe may undergo a first mechanical connection 815 with a receptacle 855, 955 (see Figures 8 and 9))
  • the position of the probe 170, 1470, 1570 after performing step E is shown in diagram 1900 of Figure 19 ,
  • the presence of the first magnetic connection 215, 415 can be detected with the electrical measurement system 380 described in FIG. 3.
  • the probe 170 is defined by the second magnetic connection 565 in FIG Guided so that the probe 170, 1470, 1570 during the entry of the first magnetic connection 215, 415 or the mechanical connection 815 can not perform uncontrolled movement.
  • step F by further raising the combination 1710 in the z-direction (step F), the second magnetic connection 565 between the probe 170 and the receiving device 110 of the combination 1710 is released.
  • the diagram 2000 of FIG. 20 shows the probes 170, 1470, 1570 stored in the receptacle 155 in the probe memory 120 after the execution of step F. (In the embodiments illustrated in FIGS. 8 and 9, the detachment of the magnetic connection 565 takes place by displacement the receiving device 110 down, ie in the negative z-direction).
  • the first magnetic connection 215, 415 or mechanical connection 815 holds the probe 170, 1470, 1570 in position thereby preventing uncontrolled movement of the probe 170, 1470, 1570 during the release operation.
  • the release process of the second magnetic connection 565 can be assisted by a defined reduction of the magnetic force acting on the receiving device 110 become. Particles are thus not generated during placement of the probe 170, 1470, 1570 in the receptacle 155 of the probe memory 120.
  • the recording of a probe 170, 1470, 1570 from a receptacle 155 of the probe memory 120 is carried out in which the sequence of steps A to F is performed in reverse order (not shown in Figures 17 to 20).
  • the relative movements between the probe 170, 1470, 1570 and the receptacle 155 of the probe memory 120 (steps A to E) or between the probe 170, 1470, 1570 and the receptacle 110 of the combination 1710 (step G) can be achieved by moving the sample table 190 on which the probe memory 120 is arranged to be performed. It is also possible that these relative movements are performed only by the measuring head 1120 of the combination 1710. It is presently preferred for the sample table 190 to perform the above-described movements in the xy plane by shifting the probe memory 120 and for the measuring head 1120 of an SPM to perform the relative movements of the receiver 110 in the z-direction.
  • the execution of the movements of steps A to F can be monitored by a camera.
  • marks on the angled supports 135, 140 and / or on the bottom plate 125 of the probe memory 120 for aligning the receiving device 110 of the combination 1710 to the probe 170, 1470, 1570 and from the probe 170, 1470, 1570 to the receptacle 155 of the probe memory 120 are used (not shown in Figures 17 to 20).
  • a four-quadrant photodiode in combination with a vertical laser beam may additionally or alternatively be used to align the three components receptacle 155 of the probe memory 120, probe 170, 1470, 1570, and receptacle 110 to one another.
  • optical positioning systems such as photodiode based systems or electrical systems, such as capacitive position detectors, may be used for this purpose.
  • mechanical and / or optical sensors may additionally or alternatively be used.
  • a camera or electrical metering system 380 may be used to determine whether a receptacle has a probe 170, 1470, 1570 or is empty.
  • the magnetic flux density distributions generated by the receiving device 110 and the receptacle 155, 255, 655, 755 of the probe memory 120 are used to align the receiving device 110 relative to the probe 170, 1470, 1570 and the probe 170, 1470, 1570 with respect to a receptacle 155, 255, 655, 755 can be used.
  • FIG. 16 the measurement of the three-dimensional flux density distribution generated by the receptacle 155, 255, 655, 755 has already been explained.
  • the diagram 2100 of FIG. 21 shows an exemplary receiving device 2110 from the bottom with four permanent magnets 1045, which are compared to the example of FIG.
  • two magnetic field sensors 2130 are attached to the outer ends of the ring 2115. It is favorable to engage the magnetic field sensors 2130 in the ring 2115, so that the support of a probe 170, 1470, 1570, the ring 2115 of the receiving device 2110 is not hindered.
  • the receiving device 2110 For receiving a probe 170, 1470, 1570 from the receptacle 155 of the probe memory 120, the receiving device 2110 approaches the angled supports 135, 140 from above.
  • the magnetic field sensors 2130 of the receiving device 2110 detect the magnetic flux density distribution generated by the permanent magnets 145, 150 in the angled holders 135, 140.
  • a change in the inhomogeneous flux density distribution of the permanent magnets 145, 150 detected by the sensors 1630 may be used to align the receptacle 2110 with respect to the probe 170, 1470, 1570 stored in the receptacle 155. In one embodiment, this is done by comparing the flux density determined by the sensors 2130 with the flux density measured by the magnetic field sensors 1630 at the respective locations.
  • Diagram 2200 of FIG. 22 illustrates a probe 2270 that fits the receiver 2110 and that has two magnetic field sensors 2230 along line 2250. has. The details of this probe 2270 are discussed in the discussion of FIG.
  • the magnetic field sensors 2230 may in turn be designed as Hall sensors. It is advantageous to engage the two sensors 2230 in a recess of the ring 2210 (not shown in FIG. 22) to avoid interfering with the fit of the probe 2270 to the receptacle 2110.
  • the magnetic field sensors 2230 may determine an approach of the probe 2270 to the permanent magnets 145, 150 of the angled mounts 135, 140. In this case, the sensors 2230 can detect both a movement of the probe 2270 in the y-direction and in the z-direction.
  • the measurement signal generated by the magnetic field sensors 2230 may be used to determine the orientation of the probe 2270 relative to a receptacle 155 alone or in combination with one or more of the measurement systems described above.
  • Fig. 23 gives a flow diagram 2300 of one embodiment of a method of picking up a probe from a probe memory.
  • the method begins at 2310.
  • a probe enters a first detachable connection with a probe memory receptacle.
  • the first releasable connection may be a probe 170, 1470, 1570, 2270 to angled brackets 135, 140 in the form of a first magnetic connection 215, 415, or may form a probe 870 in the form of a mechanical connection 815.
  • the receptacle 110, 2110 is aligned with respect to the probe 170, 870, 1470, 1570, 2270.
  • a second magnetic connection 565 is received between the probe 170, 870, 1470, 1570, 2270 and the receiver 110 2110 by making a relative movement between the probe 170, 870, 1470, 1570, 2270 and the receiver 110, 2340.
  • the first magnetic connection 215, 415 or the mechanical connection 815 is released by a relative movement between the probe 170, 870, 1470, 1570, 2270 and the receptacle 155 of the probe memory 120.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sondensystem (100) für ein Rastersondenmikroskop das (a) eine Aufnahmevorrichtung (110, 2110) für eine Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) aufweist, (b) einen Sondenspeicher (120) aufweist, der zumindest eine Sonde (170, 870 470, 1570, 2270) für das Rastersondenmikroskop bereitstellt, (c) wobei die Sonde (170, 870 1470, 1570, 2270), der Sondenspeicher (120) und die Aufnahmevorrichtung (110,2110) ausgebildet sind, sodass die Sonde (170, 1470, 1570, 2270) eine lösbare erste Verbindung (215, 415, 815) mit dem Sondenspeicher (120) und eine lösbare zweite Verbindung (565) mit der Aufnahmevorrichtung (110, 2110) eingehen kann, wobei die erste und / oder die zweite Verbindung eine Magnetkraft verwendet; und wobei die Aufnahmevorrichtung (110, 2110) und der Sondenspeicher (120) zum Aufnehmen der Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) so relativ zueinander bewegbar sind, dass die Sonde (170, 1470, 1570, 2270) die zweite Verbindung (565) eingeht,bevor die erste Verbindung (215, 415, 815) gelöst wird.

Description

Sondensystem und Verfahren zum Aufnehmen einer Sonde eines Rastersondenmikroskops
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sondensystem und ein Verfahren zum Aufnehmen einer Sonde eines Rastersondenmikroskops.
2. Stand der Technik
Rastersondenmikroskope tasten mit einer Sonde eine Probe bzw. deren Oberfläche ab und erzeugen so eine Darstellung von Eigenschaften der Probe. Im Folgenden werden Rastersondenmikroskope durch SPM - englisch für Scanning Probe Microscope - abgekürzt. Je nach Art der Wechselwirkung zwischen der Messspitze einer Sonde und der Probenoberfläche werden verschiedene SPM Typen unterschieden. Häufig werden Rastertunnelmikroskope (STM, Scanning Tuneling Microscope) und Rasterkraftmikroskope (AFM für Atomic Force Microscope oder SFM für Scanning Force Microscope) eingesetzt. Neben diesen gängigen SPM Typen gibt es eine Vielzahl weiterer Gerätetypen, die für spezielle Anwendungsgebiete eingesetzt werden, wie beispielsweise Magnetkraftmikroskope oder optische und akustische Rasternahfeldmikroskope. Neben der Analyse der Probenoberfläche sind spezielle Sonden für Rastersondenmikroskope entwickelt worden, die auch zum Verändern einer Probe ausgelegt sind.
Sonden für die erläuterten Rastersondenmiskroskope sind häufig dem Verschleiß ausgesetzt, können verschmutzen oder werden beim Betrieb beschädigt. So können beispielsweise Spitzen für die Rastertunnelmikroskopie oder die Rasterkraftmokroskopie stumpf oder in anderer Weise unbrauchbar werden. Deshalb ist es notwendig, Sonden schnell und ohne großen Aufwand auswechseln zu können.
Insbesondere für Rastersondenmikroskope, die in einer Vakuumumgebung eingesetzt werden, ist ein Sondenwechsel schwierig, wenn dafür das System belüftet werden muss. Es ist daher aus dem Stand der Technik bekannt, Sondenarrays einzusetzen, die eine Vielzahl von Sonden aufweisen. Beispiele hierfür sind in den Dokumenten WO 02 / 080 187 Ai, WO 2008 / 053 217 Ai, US 2013 / o 014 296 Ai und US 2013 / o 111 635 Ai beschrieben. Das Herstellen von Sondenarrays oder Sondenanordnungen ist jedoch aufwändig. Zudem können durch den Platzbedarf der Sondenarrays und/oder deren großer Masse deren Einsatzmöglichkeiten eingeschränkt sein.
In dem Artikel„Electromagnetic changer for AFM tips" berichten die Autoren B. Goj, N. Vorbringer-Dorozhovets, C. Wystup, M. Hoffmann und E. Manske in Proceedings of Micromechanics and Microsystems Europe Workshop 2012, ISBN: 978-3-938843-71-0 (https:// www.tu-ilmenau.de/en/micromechanical-systems-group/publications/con- ferences) von der Auslegung einer elektromagnetischen Haltevorrichtung, mit deren Hilfe eine Sonde lösbar am Kopf eines Rasterkraftmikroskops befestigt werden kann.
Die US 2007 / o 022 804 Ai beschreibt eine Vorrichtung, die einen automatischen Wechsel der Sonde ermöglicht. Die Sonden werden durch eine Feder, Luft, die Gravitation, elektromechanisch oder durch Vakuum-getriebene Ablagemechanismen in einem Speicherplatz gehalten.
Das US Patent mit der Nr. 5 705 814 beschreibt ein Rastersondenmikroskop für einen automatischen Sondenwechsel. Dazu weist das SPM eine Speicherkassette für Sonden auf, in die mehrere Sonden abgelegt werden können. Die Sonden werden in der Speicherkassette durch Vakuum-basiertes, mechanisches, elektrostatisches, magnetisches oder elektromagnetisches Klemmen gehalten. Das freie Ende eines Scanners weist eine Sondenhalterung auf. Letztere kann mittels Unterdruck, mechanischem, magnetischem, elektrostatischem oder elektromagnetisches Klemmen oder mittels schwacher Klebstoffe eine Sonde halten.
Bei einer magnetischen Halterung einer Sonde erfolgt der Kontakt der Sonde mit einem Permanentmagneten in aller Regel mittels einer ruckartigen Bewegung der Sonde, die in Abhängigkeit der Stärke des Magneten eine Entfernung bis zu einigen Millimetern überwinden kann. Dadurch werden häufig Partikel freigesetzt, die auf eine zu untersuchende Probe gelangen können und ein ernsthaftes Kontaminationsproblem hervorrufen können. Darüber hinaus ist diese Bewegung unkontrolliert und führt daher zu einer zumindest teilweise unbekannten Ausrichtung der Sonde relativ zur Sondenhalte- rung. Zur Vermeidung dieser Problematik schlägt die US Patentschrift 5 705 814 vor, anstelle einer magnetischen Halterung eine einstellbare elektromagnetische Halterung zum Fixieren der Sonde an der Sondenhalterung zu verwenden.
Die Patentschrift US 8 099 793 B2 beschreibt ein automatisches Sondenwechselsystem auf der Basis von Permanentmagneten. Um eine differentielle magnetische Kraft zwischen der Sondenhalterung eines Rastersondenmikroskops und einer Sondenhalterung einer Sondenablage herzustellen, die eine Sonde von der Sondenhalterung des SPM an die Sondenhalterung der Sondenablage übergibt oder umgekehrt, werden die Permanentmagnete der Sondenablage in vertikaler Richtung bewegt. Dies ist nachteilig an dem in der genannten Patentschrift beschriebenen Verfahren, müssen doch neben der Sondenablage auch deren Permanentmagnete relativ zur Sondenablage mittels eines komplizierten Bewegungsmechanismus bewegt werden. Darüber hinaus ist ein aufwändiges und genaues Teach-in der Übergabeposition der Sonde von der Sondenablage an das SPM oder umgekehrt erforderlich. Falls die Übergabenposition falsch bestimmt wird, besteht die Gefahr, dass der Wechselmechanismus oder empfindliche Komponenten des komplexen AFM Kopfes beschädigt werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, ein Sondensystem und ein Verfahren zur Aufnahme einer Sonde eines Rastersondenmikroskops anzugeben, welche die oben genannten Nachteile zumindest zum Teil vermeiden.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch ein Sondensystem nach Anspruch 1 gelöst. In einer Ausführungsform weist das Sondensystem für ein Rastersondenmikroskop auf: (a) eine Aufnahmevorrichtung für eine Sonde; (b) einen Sondenspeicher, der zumindest eine Sonde für das Rastersondenmikroskop bereitstellt; (c) wobei die Sonde, der Sondenspeicher und die Aufnahmevorrichtung ausgebildet sind, sodass die Sonde eine lösbare erste Verbindung mit dem Sondenspeicher und eine lösbare zweite Verbindung mit der Aufnahmevorrichtung eingehen kann, wobei die erste und / oder die zweite Verbindung eine Magnetkraft verwendet; und (d) wobei die Aufnahmevorrichtung und der Sondenspeicher zum Aufnehmen der Sonde so relativ zueinander bewegbar sind, dass die Sonde die zweite Verbindung eingeht, bevor die erste Verbindung gelöst wird.
Ein erfindungsgemäßes Sensorsystem stellt sicher, dass auch unter der Einwirkung einer Magnetkraft eine Sonde immer eine Verbindung entweder zum Sondenspeicher oder zur Aufnahmevorrichtung aufweist. Dies wird durch ein zeitweises Überlappen der beiden Verbindungen erreicht. Damit wird ein unkontrolliertes Bewegen der Sonde, wie dies beim Vorhandensein einer Magnetkraft auftreten kann, vermieden. Kontaminierende Partikel können somit bei einer Übergabe einer Sonde vom Sondenspeicher an die Aufnahmeeinrichtung weniger oder gar nicht erzeugt werden. Darüber hinaus bleibt die Ausrichtung der Sonde bei einem Übergabeprozess der Sonde vom Sondenspeicher an die Aufnahmevorrichtung oder in umgekehrter Richtung im Wesentlichen erhalten.
In einem weiteren Aspekt sind die Aufnahmevorrichtung und der Sondenspeicher zum Ablegen der Sonde so relativ zueinander bewegbar, dass die Sonde die erste Verbindung eingeht, bevor die zweite Verbindung gelöst wird.
Das Aufnehmen einer Sonde aus dem Sondenspeicher und das Ablegen der Sonde in den Sondenspeicher sind in diesem Ausführungsbeispiel für das oben beschriebene Sondensystem ein im Wesentlichen symmetrischer Prozess. Die oben erwähnten Vorteile eines erfindungsgemäßen Sondensystems werden damit auch beim Ablegen der Sonde in den Sondenspeicher erzielt.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist der Sondenspeicher und / oder die Aufnahmevorrichtung und / oder die Sonde zumindest einen Permanentmagneten auf.
Ein oder mehrere Permanentmagnete werden zum Erzeugen einer magnetischen inhomogenen Flussdichteverteilung eingesetzt. Permanentmagnete können in sehr vielen Ausführungsformen hergestellt werden. Ferner ist deren Flussdichteverteilung einstellbar. In einem Ausführungsbeispiel weisen weder der Sondenspeicher noch die Aufnahmevorrichtung aktive mechanische (d.h. bewegbare) Komponenten auf. Die Vorrichtung kann deshalb kostengünstig hergestellt und ihr Betrieb ist einfach. In einem bevorzugten Aspekt weist der Sondenspeicher und / oder die Aufnahmevorrichtung und / oder die Sonde zumindest ein weiches ferromagnetisches Material auf.
Ein weiches ferromagnetisches Material wird von einer inhomogenen Flussdichteverteilung in Richtung zunehmender Flussdichte, d.h. in Richtung eines der Pole eines Magneten gezogen. Damit übt eine inhomogene magnetische Flussdichteverteilung eine Kraftwirkung, d.h. die oben angegebene Kraftwirkung, auf ein weiches ferromagnetisches Material aus.
Weiches ferromagnetischen Materials kann für den jeweiligen Anwendungszweck optimiert werden. In einem oben definierten Sondensystem können ein oder mehre Permanentmagnete zusammen mit dem weichen ferromagnetischen Material in einem gemeinsamen Optimierungsprozess für die geforderten Haltefunktionen ausgelegt werden.
Der Einsatz eines Permanentmagneten in Kombination mit einem weichen ferromagnetischen Material zum Halten der Sonde in dem Sondenspeicher und / oder an der Aufnahmevorrichtung weist ferner den Vorteil auf, dass keine Zuführungsleitungen zum Erzeugen der Haltekraft benötigt werden.
In einem weiteren Aspekt weist das Sondensystem ferner zumindest eine elektrische Spule auf, die so angeordnet ist, dass sie die lösbare erste Verbindung und / oder die lösbare zweite Verbindung beeinflussen kann.
Durch Verwenden einer elektrischen Spule kann durch Variieren eines Spulenstroms die Magnetkraft eingestellt werden. Das Eingehen einer Verbindung zwischen der Sonde und der Aufnahmevorrichtung bzw. das Lösen dieser Verbindung kann dadurch weich gestaltet werden. Dies kann auch für die lösbare Verbindung zwischen dem Sondenspeicher und der Sonde gelten. Darüber hinaus kann durch Einstellen des Spulenstroms ein Übergabeprozess der Sonde von dem Sondenspeicher bzw. an den Sondenspeicher geregelt ausgeführt werden. Wenn ein Stromfluss durch die Spule nur während eines Sondenwechselvorgangs benötigt wird, bleibt der Energieverbrauch in der Spule gering, wodurch eine starke Erwärmung der Vakuumumgebung verhindert wird. In einem anderen Aspekt weist der zumindest eine Permanentmagnet eine maximale magnetische Flussdichte im Bereich von 0,01 Tesla - 2,0 Tesla, bevorzugt 0,05 Tesla - 1,0 Tesla, mehr bevorzugt 0,1 Tesla - 0,5 Tesla, und am meisten bevorzugt 0,2 Tesla - 0,4 Tesla auf.
Gemäß einem günstigen Aspekt weist die Aufnahmevorrichtung zumindest einen ersten Permanentmagneten auf, der Sondenspeicher weist zumindest einen zweiten Permanentmagneten auf und die Sonde umfasst zumindest ein weiches ferromagnetisches Material.
Ein Sondenspeicher, der die darin gespeicherten Sonden durch eine Magnetkraft hält, verhindert bei einem Transport des Sondenspeichers zuverlässig ein Verschieben oder Verrutschen der gespeicherten Sonden. Somit werden während des Transports des Sondenspeichers keine oder nur geringe Mengen an Partikeln generiert. Zudem wird damit die Gefahr für die Beschädigung der gespeicherten Sonden vermieden.
In noch einem anderen bevorzugten Aspekt weist das Sondensystem ferner zumindest einen Magnetfeldsensor zum Bestimmen einer Position der Aufnahmevorrichtung relativ zur Sonde und / oder dem Sondenspeicher auf.
Die von einem oder mehreren Permanentmagneten erzeugte magnetische Flussdichteverteilung kann mittels eines Magnetfeldsensors gemessen werden. Ein Magnetfeldsensor kann dann dazu eingesetzt werden, eine Änderung des Abstands zwischen Aufnahmevorrichtung und Sondenspeicher aus einer Änderung der magnetischen Flussdichteverteilung zu bestimmen oder zumindest das Bestimmen einer Abstandsänderung zu unterstützen.
In einem weiteren günstigen Aspekt ist ein erstes elektrisches Messsystem ausgebildet zum Feststellen, ob die Sonde die erste Verbindung mit dem Sondenspeicher aufweist. Nach noch einem anderen bevorzugten Aspekt ist ein zweites elektrisches Messsystem ausgebildet zum Feststellen, ob die Sonde die zweite Verbindung mit der Aufnahmevorrichtung aufweist. Ein oder mehrere elektrische Messsysteme eröffnen eine zusätzliche Möglichkeit festzustellen, ob eine oder beide der lösbaren Verbindungen eingegangen sind oder gelöst sind. Diese Daten können zum Regeln eines Sondenübergabevorgangs benutzt werden. Ferner erlauben sie das Detektieren eines Fehlers bei einem Sondenaufnahme- bzw. einem Sondenablagevorgang.
In einem anderen bevorzugten Aspekt ist die Aufnahmevorrichtung an einem Messkopf des Rastersondenmikroskops angebracht.
Der Messkopf des Rastersondenmikroskops kann damit direkt eine Sonde aus dem Sondenspeicher aufnehmen, Untersuchungen an einer Probe ausführen und/oder eine Probe bearbeiten und die Sonde anschließend wieder in dem Sondenspeicher ablegen. Eine Aufnahmevorrichtung kann jedoch auch an einer Transportvorrichtung angebracht werden, die eine Sonde aus einem entfernten Sondenmagazin in einen Sondenspeicher in der Nähe des Messkopfes des Rastersondenmikroskops transportiert oder die eine defekte Sonde vom Sondenmagazin bzw. vom Sondenspeicher an eine andere Stelle beispielsweise in einen Abfallbehälter transportiert. Ferner ist es denkbar, dass eine Transportvorrichtung, die eine Aufnahmevorrichtung aufweist, eine Sonde durch eine Schleuse in die Vakuumumgebung eines Rastersondenmikroskops einschleust.
In noch einem weiteren Aspekt umfasst die Sonde: zumindest eine Messspitze, zumindest einen Cantilever und zumindest eine Befestigungsfläche für die erste und / oder die zweite Verbindung.
Gemäß einem günstigen Effekt umfasst der Sondenspeicher zumindest eine gewinkelte Halterung für die Sonde, wobei zumindest ein Teilbereich der gewinkelten Halterung ausgebildet ist, um die erste Verbindung einzugehen. Nach einem weiteren Aspekt umfasst der Sondenspeicher zumindest zwei gewinkelte Halterungen zum Eingehen der ersten Verbindung mit der Sonde. Gemäß einem anderen Aspekt sind die zwei gewinkelten Halterungen so angeordnet, dass die abgewinkelten Teile der Halterungen zueinander zeigen. In noch einem weiteren ist der Abstand der zwei gewinkelten Halterungen kleiner als eine Abmessung der Befestigungsfläche der Sonde. Nach einem bevorzugten Aspekt ist der Abstand der zwei gewinkelten Halterungen größer als eine Abmessung einer Befestigungsfläche der Aufnahmevorrichtung, so dass die Aufnahmevor- richtung zwischen den beiden gewinkelten Halterungen bewegt werden kann. In einem günstigen Aspekt sind die zumindest zwei gewinkelten Halterungen so angeordnet, dass die Sonde von der Aufnahmevorrichtung in einer Richtung weg von den zwei gewinkelten Halterungen bewegt werden kann.
Nach noch einem weiteren vorteilhaften Aspekt weist der abgewinkelte Teil der zumindest einen gewinkelten Halterung zumindest einen Permanentmagneten auf. Der Permanentmagnet ist bevorzugt in einem Endbereich des abgewinkelten Teils der gewinkelten Halterung untergebracht.
Gemäß noch einem anderen Aspekt weist das Sondensystem ferner einen Probentisch auf, auf dem der Sondenspeicher angeordnet ist, wobei der Probentisch zumindest eine Verschiebeeinheit umfasst, die ausgebildet ist zum Verschieben des Probentisches in zumindest einer Probentischebene.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Problem durch ein Verfahren zum Aufnehmen einer Sonde eines Rastersondenmikroskops mittels eines Sondensystems gelöst. In einer Ausführungsform weist das Verfahren die Abfolge der folgenden Schritte auf: (a) Bereitstellen einer ersten lösbaren Verbindung zwischen einer Sonde und einem Sondenspeicher; (b) Bereitstellen einer zweiten lösbaren Verbindung zwischen der Sonde und einer Aufnahmevorrichtung; und (c) Lösen der ersten Verbindung zusammen mit einer Bewegung der Aufnahmevorrichtung relativ zum Sondenspeicher, wobei die erste und / oder die zweite Verbindung eine Magnetkraft umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird das Verfahren unter Verwendung eines Sondensystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt.
4. Beschreibung der Zeichnungen
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei Fig. l eine schematische Darstellung einiger wichtiger Komponenten eines Sondensystems zeigt;
Fig. 2 eine schematische vergrößerte Darstellung einer Aufnahme eines Sondenspeichers darstellt, die von zwei gewinkelten Halterungen gebildet wird;
Fig. 3 die Aufnahme der Fig. 2 wiedergibt, bei der beide gewinkelte Halterungen einen Permanentmagneten aufweisen und ein elektrisches Messsystem das Eingehen und Lösen einer Verbindung zwischen Sonde und den gewinkelten Halterung detektiert,
Fig. 4 die Aufnahme der Fig. 2 wiedergibt, bei der beide gewinkelte Halterungen einen Permanentmagneten aufweisen und eine Kunststofffolie zwischen der Sonde und den gewinkelten Halterungen angeordnet ist;
Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch eine gewinkelte Halterung zeigt, die eine Kombination eines Permanentmagneten und einer Spule enthält;
Fig. 6 eine schematische vergrößerte Darstellung einer Aufnahme veranschaulicht, die von drei gewinkelten Halterungen gebildet wird;
Fig. 7 eine schematische vergrößerte Darstellung einer Aufnahme angibt, die nur eine gewinkelte Halterung aufweist;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Aufnahme veranschaulicht, bei der eine Sonde unter der Einwirkung der Schwerkraft eine erste lösbare Verbindung eingeht;
Fig. 9 schematisch eine zweite Ausführungsform einer Aufnahme angibt, bei der eine Sonde durch die Einwirkung der Schwerkraft gehalten wird;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Aufnahmevorrichtung repräsentiert; Fig. Ii einen schematischen Schnitt durch eine Aufnahmeeinheit zeigt, die an einem Messkopf eines Rastersondenmikroskops angebracht ist;
Fig. 12 die Fig. n wiedergibt, wobei die Aufnahmevorrichtung eine lösbare magnetische Verbindung mit einer Sonde eingegangen ist;
Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Messsonde repräsentiert;
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Sonde mit angebrachter Messsonde zeigt;
Fig. 15 eine schematische Aufsicht auf eine Sonde zeigt;
Fig. 16 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Bestimmen einer magnetischen Flussdichteverteilung eines Sondenspeichers veranschaulicht;
Fig. 17 eine schematische Darstellung des Transports einer Sonde bis in die Nähe einer Aufnahme eines Sondenspeichers zeigt;
Fig. 18 eine schematische Darstellung des Transports einer Sonde in eine Aufnahme eines Sondenspeichers darstellt;
Fig. 19 das Eingehen der ersten magnetischen Verbindung zwischen einer Sonde und einer Aufnahme eines Sondenspeichers angibt;
Fig. 20 das Lösen der zweiten magnetischen Verbindung zwischen einer Sonde und einer Aufnahmevorrichtung zeigt;
Fig. 21 schematisch eine zweite Ausführungsform einer Aufnahmevorrichtung mit zwei Magnetfeldsensoren veranschaulicht;
Fig. 22 schematisch eine Ausführungsform einer Sonde mit zwei Magnetfeldsensoren zeigt; und Fig. 23 ein Flussdiagramm beschreibt, das die Schritte des Aufnehmens einer Sonde aus einem Sondenspeicher wiedergibt.
5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden derzeit bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Sondensystems und eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit einem Rastersondenmikroskop genauer erläutert. Es versteht sich von selbst, dass das in den Ansprüchen definierte Sondensystem und das in den Ansprüchen definierte Verfahren nicht auf die im Folgenden angegebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sind. Vielmehr können diese allgemein für Sondenmikroskope eingesetzt werden, die wechselbare Sonden aufweisen. Zudem ist es möglich, das beschriebene Verfahren zu benutzen, um eine durch eine Magnetkraft hervorgerufene, unkontrollierbare Bewegung eines Gegenstands, der ein weiches magnetisches Material oder einen weiteren Permanentmagneten aufweist, zu vermeiden.
Die Fig. 1 zeigt schematisch einige wichtige Komponenten eines Sondensystems 100 oder eines Sondenwechselsystems. Das Sondensystem 100 umfasst eine Aufnahmevorrichtung 110. Mögliche Ausführungsformen einer Aufnahmevorrichtung 110 werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 10, 11 und 21 diskutiert. Ferner beinhaltet das Sondensystem 100 einen Sondenspeicher 120. In dem in der Fig. 1 angegebenen Beispiel umfasst der Sondenspeicher 120 ein Substrat 125 oder eine Bodenplatte 125 auf der neun paarige gewinkelte Halterungen 135, 140 zum Aufnehmen einer Sonde 170 von der Aufnahmevorrichtung 110 und/oder zum Abgeben einer Sonde 170 an die Sonde 170 angebracht sind. Eine Aufnahmemöglichkeit für eine Sonde 170 wird im Folgenden auch Aufnahme 155 genannt. In dem in der Fig. 1 angegebenen Beispiel weist die Sonde 170 ein weiches ferromagnetisches Material auf. Beispielhafte Ausführungsformen einer Sonde 170 werden unten im Kontext der Figuren 14, 16 und 22 erläutert.
Das Material eines Sondenspeichers 120 kann beliebig gewählt werden. Es ist jedoch darauf zu achten, dass das Material der Bodenplatte 125 und gewinkelten Halterungen !35> 140 in Wesentlichen kein hartes ferromagnetischen Material enthalten. Der Ausdruck„im Wesentlichen" bedeutet hier, wie an anderer Stelle dieser Beschreibung, die Angabe einer Größe innerhalb der Fehlergrenzen beim Verwenden von Messgeräten gemäß dem Stand der Technik.
Falls die Bodenplatte 125 und die gewinkelten Halterungen 135, 140 des Sondenspeichers 120 einen signifikanten Anteil harten ferromagnetischen Materials aufweisen sollten, kann das Sondensystems 100 noch immer eingesetzt werden, allerdings wird sein Einsatz dadurch unter Umständen erschwert.
Die Form, Größe und die Anzahl der Aufnahmen 155 für Sonden 170 eines Sondenspeichers 120 kann an den Einsatz des jeweiligen Rastersondenmikroskops angepasst werden. Die Zahl der Aufnahmen 155 eines Sondenspeichers 120 kann den Bereich von einer bis zu mehreren zehn Sonden 170 umfassen. Die Form des Sondenspeichers 120 kann an die Gegebenheiten eines Rastersondenmikroskops angepasst werden, beispielsweise an die Form und Größe eines Probentisches 190. Bezüglich der Größe des Sondenspeichers 120 ist beim Einsatz des Sondensystems 100 in Rastersondenmikroskopen, die in einer Vakuumumgebung arbeiten, lediglich darauf zu achten, dass der Sondenspeicher 120 problemlos in das Innere des SPMs eingeschleust werden kann. Das Einschleusen des Sondenspeichers 120 in eine Vakuumumgebung eines Rastersondenmikroskops kann beispielsweise automatisch mittels eines Transportsystems erfolgen (in Fig. 1 gezeigt).
In dem Beispiel der Fig. 1 weist die Bodenplatte 125 des Sondenspeichers 120 Befestigungsmöglichkeiten 160 in Form von vier Löchern auf. Der Probentisch weist Vorsprünge oder Dorne auf (in der Fig. 1 nicht dargestellt), mit deren Hilfe der Sondenspeicher 120 auf dem Probentisch 190 fixiert werden kann. Andere Befestigungsmöglichkeiten sind möglich (in der Fig. 1 nicht dargestellt) Der Probentisch 190 kann in einer Richtung (beispielsweise in z-Richtung, d.h. senkrecht zur Ebene des Probentisches 190) in zwei Richtungen (z.B. in x- und y-Richtung, d.h. in der Ebene des Probentisches 190) oder in drei Richtungen zum Beispiel durch eine oder mehrere Verschiebeeinheiten beispielsweise in Form von Mikroverschiebeelementen bewegbar sein (in Fig. 1 nicht gezeigt). Derzeit ist es bevorzugt, den Probentisch 190 in der Ebene des Probentisches 190 verschiebbar auszuführen. In dem in der Fig. 1 dargestellten Sondenspeicher 120 weist jede der paarigen gewinkelten Halterungen 135, 140 einen Permanentmagneten 145, 150 auf. Weder die gewinkelte Halterungen 135, 140 bzw. die Aufnahme 155 noch die Anordnung der Permanentmagnete 145, 150 sind auf das in der Fig. 1 dargestellte Beispiel beschränkt. Die Fig. 2 zeigt eine Aufnahme 255, bei der die gewinkelte Halterung 235 zwei Permanentmagnete 245 und 247 aufweist und die gewinkelte Halterung 140 mit einem Permanentmagneten 150 zum Halten einer Sonde 170 bestückt ist.
Die Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 weisen bevorzugt eine scheibenförmige Form auf und erzeugen vorzugsweise eine axialsymmetrische Verteilung der magnetischen Flussdichte. Es ist jedoch auch möglich, Permanentmagnete einzusetzen, die eine andere Form aufweisen, beispielsweise in Form eines Rechtecks oder eines Quadrats. Ferner kann die magnetische Flussdichteverteilung der Permanentmagnete so gewählt oder eingestellt werden, dass eine Ausrichtung der Sonde 170 durch eine Selbstjustierung erleichtert wird. Darüber hinaus können auch Dauermagnete benutzt werden, deren magnetische Flussdichteverteilung nicht axialsymmetrisch ist. Das Positionieren einer Sonde 170 relativ zu der Aufnahme 255 kann dadurch jedoch erschwert werden.
Es ist günstig, wenn die Achse der magnetischen Flussdichteverteilung im Wesentlichen mit der Achse des scheibenförmigen Permanentmagneten 145, 150, 245 und 247 übereinstimmt. Der Einbau der scheibenförmigen Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 erfolgt bevorzugt in die im abgewinkelten Teile 260 und 265 der gewinkelten Halterungen 135 und 140 und zwar so, dass die Achse der magnetischen Flussdichteverteilung im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der abgewinkelten Teile 260 und 265 und damit auch senkrecht zur Bodenplatte 125 des Sondenspeichers 120 steht. Dadurch wird die von den Permanentmagneten 145, 150, 235 und 237 erzeugte Kraftwirkung, d.h. die oben angegebene Magnetkraft, maximiert. Für die Aufnahme 155 ist es vorteilhaft, wenn bei einem der beiden Permanentmagnete 145, 150 der Nordpol in Richtung der Bodenplatte 125 des Sondenspeichers 120 weist und der andere mit seinem Südpol in diese Richtung weist. Für die gewinkelte Halterung 235 ist es günstig, wenn die Pole der Dauermagnete 245 und 247 antiparallel stehen. Durch diese Anordnung werden Streufelder der Permanentmagnete 145, 150, 245, 247 minimiert. Die Auslegung der Stärke der Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 erfolgt unter Berücksichtigung des weiches ferromagnetischen Materials und der Masse der Sonde 170, so dass die von dem oder den Permanentmagneten 145, 150, 245 und 247 hervorgerufene Magnetkraft, die Sonde 170 sicher in der Aufnahme 255 des Sondenspeichers 120 hält. Dazu wird beispielsweise der bzw. die Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 so ausgelegt, dass die auf die Sonde 170 ausgeübte Magnetkraft die Schwerkraft um einen Sicherheitsfaktor, beispielsweise um einen Faktor 2, übersteigt. Andererseits ist es günstig, die Magnetkraft der Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 nicht unnötig groß auszulegen, da dadurch das Aufnehmen der Sonde 170 durch die Aufnahmevorrichtung 110 mehr als nötig erschwert wird.
Der Durchmesser der scheibenförmigen Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 reicht vom Submillimeterbereich bis in den Bereich von einigen Millimetern. Die Höhe der Dauermagnete 145, 150, 245 und 247 umfasst den gleichen Bereich. Als Material für die Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 können grundsätzlich alle harten ferromagnetischen Materialien verwendet werden. Legierungen aus Eisen, Bor und Neodym werden sind derzeit Beispiele gängiger Materialien zum Herstellen von Permanentmagneten. Die Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 werden an den abgewinkelten Teilen 260, 265 der gewinkelten Halterungen 135, 140, 235 angebracht. Bevorzugt werden die Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 senkrecht in die abgewinkelten Teil 260, 265 eingepasst, dass sie möglichst weist von den senkrechten Teilen der gewinkelten Halterungen 135, 140, 235 entfernt sind. Das Einpassen kann beispielsweise durch Einpressen oder Kleben erfolgen.
In den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Beispielen weist die Sonde 170 eine rechteckige Form auf. Die Sonde 170 kann jedoch eine beliebige Form haben. Der Abstand der gewinkelten Halterungen 135, 140, 235 wird an die Abmessungen der Sonde 170 angepasst. Dabei wird der Abstand der gewinkelten Halterungen 135, 140, 235 so gewählt, dass die Sonde 170 zu beiden gewinkelten Halterungen 135, 140 einen vorgegebenen Abstand einhält, der als Spiel für das Aufnehmen der Sonde 170 aus der Aufnahme 255 und das Ablegen in die Aufnahme 255 des Sondenspeichers 120 dient. Die lichte Höhe der Bodenplatte 125 des Sondenspeichers 120 zu den Unterseiten der abgewinkelten Teile 260, 265 der gewinkelten Halterung 135, 140, 235 richtet sich nach der Dicke der Sonde 170. Zusätzlich wird beim Design der Höhe der gewinkelten Halte- rung 135, 140, 235 berücksichtigt, dass die Sonde 170 bequem unter den abgewinkelten Teilen 260, 265 hindurch bewegt werden kann, ohne dass die Unterseite der Sonde 170 die Bodenplatte 125 des Sondenspeichers 120 berührt. Die Breite 285 der gewinkelten Halterungen 135, 140, 235 wird an der Masse der Sonde 170 ausgerichtet.
Die Länge 280 der abgewinkelten Teile 260, 265 der gewinkelten Halterungen 135, 140, 235 wird so dimensioniert, dass einerseits die Sonde 170 eine sichere lösbare Verbindung 215 mit den gewinkelten Halterungen 135, 140, 235 eingehen kann und dass andererseits die Aufnahmevorrichtung 110 mit einem vorgegebenen Sicherheitsabstand durch die Öffnung 290 hindurchgeführt werden kann.
In dem Diagramm 200 der Fig. 2 erzeugt die von der Magnetkraft hervorgerufene erste magnetische Verbindung 215 zwischen den gewinkelten Halterungen 235 und 140 der Sonde 170 einen direkten mechanischen Kontakt zwischen diesen Elementen. Die Sonde 270 weist typischerweise eine metallische Leitfähigkeit auf. Falls die beiden abgewinkelten Halterungen 235 und 140 aus Metall geformt sind, kann das Vorliegen oder das Eingehen der ersten magnetischen Verbindung 215 durch ein elektrisches Messsystem festgestellt werden.
Dies ist schematisch in dem Diagramm 300 der Fig. 3 dargestellt. Die Fig. 3 zeigt nochmals die in der Fig. 2 dargestellte Halterung 255 mit dem Unterschied, dass die gewinkelte Halterung 135 nur einen Permanentmagneten 145 enthält. Die gewinkelte Halterung 140 ist durch eine elektrische Isolationsschicht 370 von der Bodenplatte 125 des Sondenspeichers 120 (in der Fig. 3 nicht gezeigt) isoliert. Falls die Bodenplatte 125 aus einem nur sehr schlecht elektrisch leitenden Material besteht, kann auf die elektrische Isolationsschicht 370 verzichtet werden. Das elektrische Messsystem 380 umfasst in dem Beispiel der Fig. 3 eine Stromquelle 385 und ein Widerstandsmessgerät 390, das parallel zur Stromquelle 385 geschaltet ist. Beispielsweise kann das elektrische Messsystem 380 in Form eines Digitalmultimeters ausgeführt sein. Elektrische Zuleitungen 375 verbinden die gewinkelten Halterungen 135, 140 mit dem elektrischen Messsystem 380. Beim Eingehen bzw. beim Lösen der magnetischen Verbindung 215, die in dem Beispiel der Fig. 3 mit dem Eingehen bzw. Lösen eines metallischen Kontakts einhergeht, ändert sich die Anzeige des Widerstandsmessgeräts 390 des elektrischen Messsystems 380. Das Eingehen einer magnetischen Verbindung hat in der vor- liegenden Anmeldung die Bedeutung, dass ein mechanischer Widerstand eine weitere Annäherung einer Sonde an einen Permanentmagneten oder eines Permanentmagneten an ein weiches ferromagnetisches Material verhindert. D.h. eine magnetische Verbindung liegt vor, wenn eine mechanische Kraft eine Bewegung der Sonde durch eine magnetische Flussdichteverteilung verhindert.
Das Diagramm 400 der Fig. 4 veranschaulicht, dass das Eingehen einer magnetischen Verbindung keinen direkten mechanischen Kontakt zwischen der Sonde 170 und den abgewinkelten Teilen 260 und 265 der gewinkelten Halterungen 135 und 140 erfordert. An den Unterseiten der abgewinkelten Teile 260, 265 ist eine Kunststofffolie 480, vorzugsweise eine Polyimid-Folie, angebracht. Die Kunststofffolie 480 kann beispielsweise durch Kleben an den abgewinkelten Teilen 260, 265 befestigt werden. Die Kunststofffolie 480 dämpft das Eingehen und das Lösen der lösbaren magnetischen Verbindung 415. Die Dicke der Kunststofffolie liegt vorzugsweise im Bereich von einem Mikrometer bis zu einigen hundert Mikrometern. Bei der Auslegung der Permanentmagnete 145 und 150 ist es günstig, die Kunststofffolie 480 bzw. deren Dicke zu berücksichtigen. Die lösbare magnetische Verbindung 415 erstreckt sich in diesem Beispiel von den Unterseiten der abgewinkelten Teile 260, 265 der abgewinkelten Halterungen 135, 140 durch die Kunststofffolie 480 hindurch zur Sonde 170.
In dem in der Fig. 4 dargestellten Beispiel ist die Kunststofffolie 480 im Wesentlichen vollflächig auf die Unterseiten der abgewinkelten Teile 260, 265 angebracht. Es ist auch möglich, nur einen Teil der Unterseite der abgewinkelten Teile 260, 265 mit einer Kunststofffolie 480 zu belegen. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn die freibleibenden Teile der Unterseiten der abgewinkelten Teile 260, 265 zum Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen der Sonde 170 und den gewinkelten Halterungen 135 und 140 benötigt werden (in der Fig. 4 nicht dargestellt). Eine elektrische Verbindung kann beispielsweise über eine Kontaktfeder vermittelt werden. Diese ist typischerweise an jeder der abgewinkelten Halterungen 135 und 140 angebracht. Es ist jedoch auch möglich, die Kontaktfedern an die Sonde 170 anzubringen.
Das Diagramm 500 der Fig. 5 repräsentiert einen Schnitt durch eine gewinkelte Halterung 535, deren abgewinkelter Teil 260 die Kombination aus einem Permanentmagneten 545 und einer elektrischen Spule 550 beinhaltet. Bei dem Permanentmagneten 545 kann es sich um einen der Dauermagnete 145, 150, 245 und 247 handeln. Eine elektrische Spule 550 ist oberhalb des Permanentmagneten 545 angeordnet. Die in der Fig. 5 dargestellte Konfiguration, bei der die Achsen der Spule 550 und des Permanentmagneten 550 fluchten, ist bevorzugt, da hierdurch eine größtmögliche Beeinflussung der magnetischen Flussdichteverteilung des Permanentmagneten 545 durch Variieren des Stromflusses durch die Spule 550 erreicht wird. Die elektrischen Zuleitungen für die Spule 550 sind in der Fig. 5 unterdrückt.
Durch die Richtung des Stromflusses durch die Spule 550 kann die auf eine Sonde 170 wirkende Magnetkraft vergrößert oder verkleinert werden. Die Magnetkraft des Permanentmagneten 545 erzeugt in Kombination mit der magnetischen Flussdichteverteilung der Spule 550 eine erste lösbare magnetische Verbindung 215 zwischen der gewinkelten Halterung 535 und der Sonde 170. Im Prinzip kann die Reihenfolge von Spule 550 und Permanentmagnet 545 vertauscht werden. Dadurch kann die Beeinflussungswirkung der Spule 550 auf die aus der Kombination von Spule 550 und Permanentmagnet 545 resultierenden magnetischen Flussdichteverteilung und damit die auf die erste lösbare magnetische Verbindung 215 wirkende Magnetkraft maximiert werden. Allerdings muss in diesem Fall ein deutlich stärkerer Permanentmagnet 550 benutzt werden, falls der Permanentmagnet 545 alleine die Sonde 170 halten soll, um den großen Abstand zwischen Permanentmagnet 545 und der ersten magnetischen Verbindung 215 zu kompensieren.
Die Fig. 5 zeigt schematisch einen Teil der Aufnahmevorrichtung 110, die mit der Sonde 170 eine zweite lösbare magnetische Verbindung 565 eingegangen ist. Zum Erleichtern des Lösens der ersten magnetischen Verbindung 215 kann es günstig sein, mit Hilfe der Spule 550 die durch die Kombination aus Permanentmagnet 545 und Spule 550 erzeugte Magnetkraft in definierter Weise zu verringern. Dadurch kann ein Lösen der ersten magnetischen Verbindung mit geringem Kraftaufwand erreicht werden.
In den Figuren 1 bis 4 bilden jeweils zwei gewinkelte Halterungen 135, 140 und 235, deren abgewinkelte Teile 260 und 265 zueinander zeigen, die Halterung 155 und 255 für eine Sonde 170. Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Sondenspeichers 120 bei der drei gewinkelte Halterungen 135, 140 und 637 eine Aufnahme 655 bilden. Die Aufnahme 655 verteilt die Magnetkraft gleichmäßiger über die Oberfläche der Sonde 170. Femer erlaubt die Aufnahme 655 das Realisieren eines Anschlags für die Sonde 170 (in der Fig. 5 nicht gezeigt). Andererseits schränkt die Aufnahme 655 die Bewegung der Sonde 170 relativ zur Aufnahme 655 im Vergleich zu den Aufnahmen 155 und 255 ein.
Das Diagramm 700 der Fig. 7 repräsentiert eine Aufnahme 755 eines Sondenspeichers 120, die nur eine gewinkelte Halterung 235 aufweist. Der abgewinkelte Teil 260 der gewinkelten Halterung 235 weist im Beispiel der Fig. 7 zwei Permanentmagnete 245 und 247 auf. Die gewinkelte Halterung 235 kann jedoch auch mit nur einem Permanentmagneten 145 oder mehr als zwei Permanentmagneten ausgeführt werden. Die Aufnahme 755 minimiert den Aufwand beim Herstellen eines Sondenspeichers 120. Gleichzeitig optimiert die Aufnahme 755 die Bewegungsmöglichkeiten der Sonde 170 relativ zu der gewinkelten Halterung 235. Auf der anderen Seite ist die Stabilität der Halterung der Sonde 170 in der Aufnahme 755 im Vergleich zu den Aufnahmen 155, 255 und 555 verringert.
Neben den in den Figuren 1 bis 4 sowie 6 und 7 dargestellten Aufnahmen 155, 255, 655 und 755 für eine Sonde 170 ist eine Vielzahl weiterer Aufnahmen für einen Sondenspeicher 120 herstellbar. Insbesondere kann die Form der gewinkelten Halterung 135, 140, 235 und die Anzahl der verwendeten Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 variiert werden. Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele angegeben, bei denen die Aufnahmen eines Sondenspeichers 120 eine lösbare Verbindung mit einer Sonde ohne Beteiligung einer Magnetkraft eingehen.
Das Diagramm 800 der Fig. 8 zeigt eine Aufnahme 855 mit zwei gewinkelten Halterungen 835, 840, die an einer Unterseite der Bodenplatte 125 eines Sondenspeichers 120 (in der Fig. 8 nicht dargestellt) angebracht sind. Auf den beiden abgewinkelten Teilen 860, 865 liegt die Sonde 870 auf. Die Schwerkraft stellt eine lösbare Verbindung 815 zwischen den gewinkelten Halterungen 835 und 840 und der Sonde 870 her. Zum Wechseln der Sonde 870 nähert sich die Aufnahmevorrichtung 110 der Sonde 870 in dem Beispiel der Fig. 8 von unten (in der Fig. 8 nicht angegeben).
In dem in der Fig. 9 wiedergegebenen Diagramm 900 sind die gewinkelten Halterungen 935, 940 wie in den Figuren 1 bis 7 auf der Oberseite der Bodenplatte 125 eines Sondenspeichers 120 angebracht. Die Höhe der beiden gewinkelten Halterungen 935 und 940 wird so groß gewählt, dass sich die Aufnahmevorrichtung 110 der Sonde 870 von unten nähern kann, ohne die Bodenplatte 125 des Sondenspeichers 120 (in der Fig.
8 nicht dargestellt) und die Sonde 870 zu berühren. Die Sonde 870 liegt, von der Schwerkraft gehalten, auf den gewinkelten Teilen 860, 865 der Halterung 955 auf. Ähnlich wie in der Fig. 8 wird die lösbare Verbindung 815 zwischen den gewinkelten Halterungen 935, 940 und der Sonde 870 ohne die Einwirkung einer Magnetkraft eingegangen.
Das in der Fig. 3 beschriebene elektrische Messsystem kann auch zum Detektieren der lösbaren Verbindung 815 der in den Figuren 8 und 9 dargestellten Aufführungsbeispie- le benutzt werden. Ferner kann die in der Fig. 4 erläuterte Kunststofffolie 480 zwischen die Sonde 870 und die abgewinkelten Teile 860, 865 der Aufnahmen 855, 955 angeordnet werden. Des Weiteren kann die in der Fig. 6 vorgestellte Aufnahme 655 nach den in den Figuren 8 und 9 beschriebenen Modifikationen ebenfalls ohne die Einwirkung einer Magnetkraft eine lösbare Verbindung mit einer Sonde 870 eingehen. Zum Transport eines Sondenspeichers 120 gemäß den in den Figuren 8 und 9 diskutierten Konfigurationen ist es günstig, die Sonden 870 gegen ein Verrutschen zu schützen. Dies kann beispielsweise durch ein mechanisches Klemmen erfolgen (in den Figuren 8 und
9 nicht gezeigt).
Das Diagramm 1000 der Fig. 10 stellt ein Ausführungsbeispiel der Aufnahmevorrichtung 110 dar. Der obere Teil der Fig. 10 repräsentiert eine Ansicht von unten und der untere Teil zeigt einen Schnitt durch die Aufnahmevorrichtung 110 entlang der Linie 1050. In dem in der Fig. 10 veranschaulichten Beispiel weist die Aufnahmevorrichtung 110 die Form eines Rings 1010 mit rechteckigem Querschnitt 1060 auf. In den Ring 1010 sind in äquidistantem Abstand vier Permanentmagnete 1045 eingefügt. Die Permanentmagnete 1045 haben eine Scheibenform und die Achse ihrer magnetischen Flussdichteverteilung steht im Wesentlichen senkrecht zur Scheibenebene. Die Permanentmagnete 1045 können durch Einpressen oder Kleben in dem Ring 1010 der Aufnahmevorrichtung 110 befestigt werden. Zum Minimieren der Streufelder ist es günstig, wenn die Ausrichtung der Nordpole und Südpole der Permanentmagnete 1045 sich entlang des Rings 1010 abwechseln. Wie im unteren Teil der Fig. 10 veranschaulicht, ist es günstig, wenn die Unterseite der Permanentmagnete 1045 im Wesentlichen plan zur Unterseite des Rings 1010 der Aufnahmevorrichtung ausgerichtet wird. Dadurch erzeugen die Permanentmagnete 1045 eine maximale Magnetkraft auf eine Sonde 170 bei gleichzeitig bestmöglicher Führung der Sonde 170 durch den Ring 1010 der Aufnahmevorrichtung 110. Die Anzahl der Permanentmagnete 1045 einer Aufnahmevorrichtung 110 ist nicht auf vier eingeschränkt. Im Sinne einer guten Führung einer Sonde 170 durch die Aufnahmevorrichtung 110 sollten wenigstens zwei Permanentmagnete 1045 verwendet werden. Mit steigender Anzahl der Permanentmagnete wachsen der Aufwand und die Kosten zum Herstellen der Aufnahmevorrichtung 110. Andererseits wird mit einer größeren Zahl an Permanentmagneten 1045 eine gleichmäßigere Verteilung der Magnetkraft über die Fläche des Rings 1010 erzielt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 10 weist die Aufnahmevorrichtung 110 die Form eines Rings 1010 auf. Die Form einer Aufnahmevorrichtung ist jedoch nicht auf die in der Fig. 10 angegebene Ringform 1010 beschränkt. Vielmehr kann die Aufnahmevorrichtung 110 die Form einer Scheibe oder beispielsweise eines Rechtecks aufweisen (in der Fig. 10 nicht dargestellt).
Im Kontext der Figuren 1 bis 5 sind sowohl die Anforderungen an einen Permanentmagneten 145, 150, 245 und 247 als auch verschiedene Modifikationen zum Eingehen einer ersten magnetischen Verbindung 215, 415 im Detail erläutert worden. Zum Herstellen einer Aufnahmevorrichtung 110 können die oben beschiedenen Ausführungsformen ebenfalls eingesetzt werden.
Das Diagramm 1100 der Fig. 11 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Aufnahmevorrichtung 110, die die in der Fig. 10 dargestellte Ringform 1010 aufweist und an einem Messkopf 1120 eines Rastersondenmikroskops angebracht ist. Eine Verbindung zwischen dem Messkopf 1120 und der Aufnahmevorrichtung 110 kann beispielsweise durch Schrauben oder Kleben hergestellt werden. Durch das Anbringen der Aufnahmevorrichtung 110 an den Messkopf 1120 eines SPMs erwirbt die Aufnahmevorrichtung 110 die Bewegungsmöglichkeiten des Messkopfes 1120. Typischerweise kann ein Messkopf 1120 eines SPMs in der Ebene des Probentisches 190 bewegt werden (langsame und schnelle Scan-Richtungen bzw. in der xy- Ebene) und senkrecht zur Ebene des Probentisches 190, d.h. in der z-Richtung.
In dem in der Fig. 11 dargestellten Beispiel sind der Messkopf 1120 des SPMs und die Aufnahmevorrichtung 110 in vertikaler Richtung bündig. Die ist nicht notwendig. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass die Aufnahmevorrichtung 110 und ggf. der untere Teil des Messkopfes 1120 zwischen die gewinkelten Halterungen 135, 140, 235 passen, die den Abstand 290 aufweisen.
Die Aufnahmevorrichtung 110 muss nicht zwingend an einen Messkopf 1120 eines SPMs angebracht werden. Die Aufnahmevorrichtung 110 kann beispielsweise auch an eine Transportvorrichtung für Sonden 170 befestigt werden (in der Fig. 11 nicht dargestellt).
Das Diagramm 1200 der Fig. 12 veranschaulicht die Kombination des Messkopfes 1120 und der Aufnahmevorrichtung 110 der Fig. 11, wobei die Aufnahmevorrichtung 110 mittels einer magnetischen Verbindung 565 eine Sonde 170 fixiert. Wie oben beschrieben, weist die Sonde 170 ein weiches ferromagnetisches Material auf, so dass die durch die Permanentmagnete 1045 erzeugte Magnetkraft die Sonde 170 an der Aufnahmevorrichtung 110 hält. D.h. durch die Magnetkraft der Permanentmagnete 1045 ist die Sonde 170 eine lösbare magnetische Verbindung 565 mit der Aufnahmevorrichtung 110 eingegangen.
Das Diagramm 1300 der Fig. 13 präsentiert Schnitte in einer xy- Ebene und einer yz- Ebene einer Messsonde 1350. Die Messsonde 1350 umfasst eine Spitze 1330, mit der eine Probe bzw. deren Oberfläche untersucht wird. Die Spitze 1330 ist an einem Balken befestigt, der im Folgenden, wie im Fachgebiet üblich, Cantilever 1320 genannt wird. In dem in der Fig. 13 dargestellten Beispiel ist der Cantilever 1320 V-förmig ausgebildet. Der Cantilever 1320 kann jedoch auch in Form eines einzelnen Balkens ausgebildet sein (in der Fig. 13 nicht gezeigt). Der Cantilever 1320 und das Substrat 1310 der Messsonde 1350 sind typischerweise einstückig ausgebildet. Der Cantilever 1320 und die Spitze 1330 können ebenfalls aus einem Stück Material geformt sein, beispielsweise aus einem Halbleiter, wie etwa Silizium oder einem Verbindungshalbleiter, wie etwa Siliziumnitrid. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Spitze 1330 aus einem an- deren Material sein, etwa eine Nanotube aus Kohlenstoff und an dem Cantilever 1320 befestigt sein (in der Fig. 13 nicht dargestellt). Zusätzlich kann die Messsonde 1350 von einer Ruheposition in der der Cantilever 1320, wie in der Fig. 14 angedeutet im Wesentlichen horizontal gehalten wird, in eine Richtung entgegen der z-Richtung geklappt werden, so dass der Höhenabstand zwischen dem Cantilever 1320 bzw. dem Substrat 1310 und der Spitze 1330 vergrößert wird oder überhaupt erst die Spitze die geringste Höhe aufweist, d.h. den geringsten Wert der Messsonde 1350 in z-Richtung aufweist. Während des Betriebs der Messsonde 1350 kann der Cantilever 1320 in Schwingung versetzt werden. Die Auslenkung des Cantilevers 1320 kann gemessen werden, beispielsweise mit einem Lasersystem und einer Vierquadranten-Photodiode und bildet bei dieser Betriebsart ein Messsignal der Messsonde 1350 (in der Fig. 13 nicht dargestellt). Die Spitze 1330 der Messsonde 1350 kann über eine Probe scannen, um eine ein- oder eine zweidimensionale Kontur einer Probenoberfläche zu bestimmen.
Das Diagramm 1400 der Fig. 14 zeigt die Integration der Messsonde 1350 in eine Sonde 1470. Die Sonde 1470 weist als Hauptbestandteile die Messsonde 1350 und einen Ring 1410 mit rechteckigem Querschnitt auf. Der obere Teil der Fig. 14 repräsentiert eine Ansicht auf die Sonde 1470 von unten und der untere Teil der Fig. 14 einen Schnitt durch den Ring 1410 entlang der Linie 1450 an. Im Beispiel der Fig. 14 umfasst der Ring 1410 im Wesentlichen weiches ferromagnetisches Material. Permalloy (eine Legierung aus Nickel und Eisen) ist ein Beispiel eines weichen ferromagnetischen Materials. Die Oberseite des Rings 1420 der Sonde 1470 ist die Befestigungsfläche 1420 der Sonde 1470 an die Aufnahmevorrichtung 110 und eine Aufnahme 155, 255, 655, 755, 855, 955 des Sondenspeichers 120.
In einer Aussparung des Rings 1410 der Sonde 1470, die in der Fig. 14 nicht dargestellt ist, wird die Messsonde 1350 befestigt. Dies kann beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Einpressen oder Löten erfolgen. Durch die Aussparung im Ring 1410 kann sichergestellt werden, dass in der Ruheposition der Messsonde 1350 deren Spitze 1330 nicht den tiefsten Punkt der Sonde 1470 bildet, wenn die Sonde 1470 auf ihre Unterseite 1460 gelegt wird. Falls die Messsonde 1350 andererseits ohne Aussparung an dem Ring 1410 angebracht wird, wird der Arbeitsabstand der Sonde 1470 maximal, d.h. die Höhendifferenz zwischen der Spitze 1330 und der Unterseite 1460 des Rings 1410. Als Preis dieser Anordnung muss das Handling dieser Ausführungsform der Sonde jedoch mit größerer Sorgfalt ausgeführt werden.
In dem in der Fig. 14 dargestellten Beispiel zeigt die Spitze 1330 der Messsonde 1350 in das Innere des Rings 1410. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Messsonde 1350 beim Transport der Sonde 1470 geschützt ist. Zudem kann der innere materialfreie Bereich der Sonde 1470 zur Installation eines Messsystems zum Detektieren der Auslenkung des Cantilevers 1320 beim Betrieb der Sonde 1470 benutzt werden, falls der Innenbereich des Messkopfes 1120 eines Rastersondenmikroskops ebenfalls materialfrei ist. Die Messsonde 1350 kann aber auch so an dem Ring 1410 befestigt werden, dass ihre Spitze 1330 nach außen weist. Dies erfordert eine größere Vorsicht beim Entnehmen der Sonde 1470 aus und beim Ablegen der Sonde 1470 in den Sondenspeicher 120. Ferner ist es möglich, zwei oder mehr Messsonden 1350 an dem Ring 1410 der Sonde 1470 anzubringen, die einzeln oder in Kombination betrieben werden können.
In der beispielhaften Sonde 1470 der Fig. 14 weist das weiche magnetische Material und damit die Befestigungsfläche 1420 eine Ringform 1410 auf. Die Befestigungsfläche 1420 kann jedoch beliebig gestaltet werden, solange die Sonde 1470 eine zweite lösbare magnetische Verbindung 565 mit einer Aufnahmevorrichtung 110 und eine erste lösbare Verbindung 215, 415 bzw. 815 mit einer Aufnahme des Sondenspeichers 120 eingehen kann. Zusätzlich gelten die oben diskutierten geometrischen Einschränkungen bezüglich der Aufnahmen 155, 255, 655, 755, 855, 955 des Sondenspeichers 120.
Das Diagramm 1500 der Fig. 15 zeigt die Aufsicht auf eine Sonde 1570, die eine günstige Ausführungsform des weichen ferromagnetischen Materials repräsentiert. Anders als in der Fig. 14 bildet weiches ferromagnetisches Material nicht den gesamten Ring 1510. Der Ring 1510 weist im Wesentlichen kein ferromagnetisches Material auf. Vielmehr sind in den Ring 1510 Einsätze 1590 aus weichem ferromagnetischen Materials eingelassen, die zu den Positionen der Permanentmagnete 1045 der Aufnahme 110 der Fig. 10 korrespondieren. Die Lage der Einsätze weichen ferromagnetischen Materials 1580 entsprechen den Positionen der Permanentmagnete 145 und 150 der gewinkelten Halterungen 135, 140 der Fig. 1. Die Konzentration des weichen ferromagnetischen Materials auf die Einsätze 1580 und 1590 unterstützt das Ausrichten der Sonde 1570 bezüglich der Aufnahmevorrichtung 110 der Fig. 10 und der Aufnahme 155 des Sonden- Speichers 120 der Fig. 1 (Selbstausrichtung). Die Wirkung der Selbstausrichtung kann weiter verbessert werden, in dem die Einsätze 1580 und 1590 gegeneinander gedreht werden (in der Fig. 15) nicht dargestellt (vgl. die Figuren 21 und 22).
In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Aufnahmevorrichtung 110 zumindest einen Permanentmagneten 1045 auf, die Sonde 170, 1470, 1570 weist ein weiches ferromagnetisches Material auf und die Aufnahme des Sondenspeichers 120 kann einen oder mehrere Permanentmagnete aufweisen. Ein Sensorsystem 100 kann auch so ausgeführt werden, dass eine Sonde zumindest einen Permanentmagneten aufweist, die Aufnahmevorrichtung ein weiches ferromagnetisches Material umfasst und eine Aufnahme des Sondenspeichers kann ebenfalls ein weiches ferromagnetisches Material umfassen.
Die Konfiguration 1600 der Fig. 16 veranschaulicht beispielhaft ein System, mit dem die von den Halterungen 155, 255, 555, 655 erzeugte magnetische Flussdichteverteilung dreidimensional gemessen werden kann. Die Aufnahmevorrichtung 110 ist ähnlich wie in der Fig. 10 an einem Messkopf 1120 eines SPMs befestigt. Die Aufnahmevorrichtung 110 trägt an ihrem freien Ende eine Messvorrichtung 1610 zum Messen einer magnetischen Flussdichteverteilung. Die Messvorrichtung 1610 umfasst eine Scheibe 1620. Der innere Bereich 1625 der Scheibe 1620 der sich zumindest bis zum Rand der Aufnahmevorrichtung 110 erstreckt weist weiches ferromagnetisches Material auf, das die von den Dauermagneten 1045 der Aufnahmevorrichtung 110 erzeugte magnetische Flussdichteverteilung im Wesentlichen abschirmt. An den äußeren nicht ferromagnetischen Enden 1650 der Scheibe 1620, die über die Aufnahmevorrichtung 110 hinausreichen, ist jeweils ein Magnetfeldsensor 1630, beispielsweise in Form einer Hall-Sonde an der Messvorrichtung 1610 angebracht. Es ist günstig, wenn die Dicke der Scheibe 1620 nicht dicker als die Sonde 170, 1470, 1570 ist, damit die Messvorrichtung 1610 zwischen der Halterung 155 hindurch geführt werden kann.
Die Messvorrichtung 1610 kann in verschiedenen Höhen über den Sondenspeicher 120 geführt oder gerastert werden. Damit kann eine dreidimensionale Verteilung der der magnetischen Flussdichte des Sondenspeichers 120 generiert werden. Falls die laterale Abmessung 1690 der Scheibe 1620 der Messvorrichtung 1610 - wie in der Fig. 16 dargestellt - nicht größer als die der Sonde 170, 1470, 1570 ist, kann die magnetische Flussdichte der Permanentmagnete 145, 150, 245 und 247 in dem Bereich bestimmt werden, in der diese die erste magnetische Verbindung 215, 415 mit einer Sonde 170, 1470, 1570 eingehen. Die gemessene magnetische Flussdichteverteilung kann zum Ausrichten einer Sonde 170, 1470, 1570 zum Ablegen in dem Sondenspeicher 120 eingesetzt werden. Zum Abtasten der magnetischen Flussdichteverteilung kann entweder die Messvorrichtung 1620 mittels der Bewegungsmöglichkeiten des Messkopfes 1120 über den Sondenspeicher 120 geführt werden oder der Probentisch 190 kann den Sondenspeicher 120 unter der Messvorrichtung 1610 hindurch führen. Ferner ist eine kombinierte Bewegung des Probentisches 190, beispielsweise in der xy- Ebene und der Messvorrichtung 1610, beispielsweise in der z-Richtung möglich.
Die folgenden Figuren veranschaulichen beispielhaft den Prozess des Ablegens einer Sonde 170, 1470, 1570 in eine Aufnahme 155 des Sondenspeichers 120. Das Diagramm 1700 der Fig. 17 zeigt den Sondenspeicher 120 der Fig. 1 und eine Sonde 170, 1470, 1570 die in einer der Aufnahmen 155 des Sondenspeichers 120 abgelegt werden soll. Die Kombination 1710 symbolisiert einen Messkopf 1120 eines SPMs bzw. dessen unteres Ende, an dem eine Aufnahmevorrichtung 110 angebracht ist. Die Sonde 170, 1470, 1570 weist eine magnetische Verbindung (die zweite magnetische Verbindung 565) mit der Aufnahmevorrichtung 110 der Kombination 1710 auf, wodurch die Sonde 170, 1470, 1570 von der Aufnahmevorrichtung 110 der Kombination 1710 gehalten wird. In der Ausgangsposition 1720 kann die Sonde 170, 1470, 1570 eine Probe untersuchen (in Fig. 17 nicht gezeigt). In einem ersten Schritt bewegt der Messkopf 1120 der Kombination 1710 in z-Richtung, so dass ein Abstand von der der Sonde 170, 1470, 1570 zur Oberfläche einer zu untersuchenden Probe entsteht (in der Fig. 17 nicht gezeigt).
Im Schritt A wird die Sonde 170, 1470, 1570 in y- Richtung entlang des Sondenspeichers 120 bewegt, entweder durch Verschieben des Probentisches in y- Richtung oder durch Bewegen des Messkopfes 1120 der Kombination 1710 in Richtung der negativen y- Achse. Im Schritt B wird die Sonde 170, 1470, 1570 in x- Richtung verschoben, bis die Sonde 170, 1470, 1570 bezüglich dieser Richtung mit einer der Aufnahmen 155 des Sondenspeichers 120 ausgerichtet ist. Im Schritt C erfolgt ein Absenken der Sonde 170, 1470, 1570, so dass diese die Bodenplatte 125 des Sondenspeichers 120 nicht berührt, die Sonde 170 aber gleichzeitig unter die abgewinkelten Teile 260, 265 der gewinkelten Halterungen 135, 140 hindurch passt. Im Schritt D wird die Sonde 170, 1470, 1570 durch Verschieben in y- Richtung bezüglich der Aufnahme 155 ausgerichtet, in der die Sonde 170, 1470, 1570 abgelegt werden soll. In dem Beispiel der Fig. 17 ist dies die mittlere Aufnahme 155 in der linken Reihe des Sondenspeichers 120.
Das Diagramm 1800 der Fig. 18 veranschaulicht die Position der Sonde 170, 1470, 1570 bezüglich den gewinkelten Halterungen 135, 140 nach Ausführen des Schrittes D. Als nächstes wird Schritt E ausgeführt, in dem die Sonde 170, 1470, 1570 soweit angehoben wird, dass die Sonde 170, 1470, 1570 eine erste magnetische Verbindung 215, 415 mit den Permanentmagneten 145, 150 der abgewinkelten Teile 260, 265 der gewinkelten Halterungen 135, 140 eingeht. (Alternativ kann Sonde eine erste mechanische Verbindung 815 mit einer Aufnahme 855, 955 eingehen (vgl. die Figuren 8 und 9)) Die Position der Sonde 170, 1470, 1570 nach Ausführen des Schrittes E ist in dem Diagramm 1900 der Fig. 19 dargestellt. Das Vorliegen der ersten magnetischen Verbindung 215, 415 kann mit dem in der Fig. 3 beschriebenen elektrischen Messsystem 380 detektiert werden. Beim Vorgang des Eingehens der ersten magnetischen Verbindung 215, 415 bzw. der mechanischen Verbindung 815 zwischen der Sonde 170, 1470, 1570 und den Permanentmagneten 145, 150 bzw. der Aufnahme 855, 955 wird die Sonde 170 durch die zweite magnetische Verbindung 565 in definierter Weise geführt, so dass die Sonde 170, 1470, 1570 während des Eingehens der ersten magnetischen Verbindung 215, 415 bzw. der mechanischen Verbindung 815 keine unkontrollierte Bewegung ausführen kann.
Schließlich wird durch ein weiteres Anheben der Kombination 1710 in z-Richtung (Schritt F), die zweite magnetische Verbindung 565 zwischen der Sonde 170 und der Aufnahmevorrichtung 110 der Kombination 1710 gelöst. Das Diagramm 2000 der Fig. 20 zeigt die in der Aufnahme 155 im Sondenspeicher 120 abgelegte Sonden 170, 1470, 1570 nach dem Ausführen des Schrittes F. (Bei den in den Figuren 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispielen erfolgt das Lösen der magnetischen Verbindung 565 durch Verschieben der Aufnahmevorrichtung 110 nach unten, d.h. in negativer z-Richtung). Beim Lösen der zweiten magnetischen Verbindung 565 hält die erste magnetische Verbindung 215, 415 bzw. die mechanische Verbindung 815 die Sonde 170, 1470, 1570 in ihrer Position und verhindert dadurch ein unkontrolliertes Bewegen der Sonde 170, 1470, 1570 während des Lösevorgangs. Falls die in der Fig. 3 dargestellte Reihenschaltung durch Kombination einer elektrischen Spule 550 und eines Permanentmagneten 545 anstelle der Permanentmagneten 1045 in die Aufnahmevorrichtung 110 eingebaut werden, kann der Lösevorgang der zweiten magnetischen Verbindung 565 durch eine definierte Reduzierung der auf die Aufnahmevorrichtung 110 wirkenden Magnetkraft unterstützt werden. Partikel werden somit während des Ablegens der Sonde 170, 1470, 1570 in der Aufnahme 155 des Sondenspeichers 120 nicht erzeugt.
Die Aufnahme einer Sonde 170, 1470, 1570 aus einer Aufnahme 155 des Sondenspeichers 120 erfolgt in dem die Abfolge der Schritte A bis F in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen wird (in den Figuren 17 bis 20 nicht dargestellt).
Die Relativbewegungen zwischen der Sonde 170, 1470, 1570 und der Aufnahme 155 des Sondenspeichers 120 (Schritte A bis E) bzw. zwischen der Sonde 170, 1470, 1570 und der Aufnahmevorrichtung 110 der Kombination 1710 (Schritt G) können durch Verschieben des Probentisches 190, auf dem der Sondenspeicher 120 angeordnet ist, ausgeführt werden. Es ist auch möglich, dass diese Relativbewegungen nur von dem Messkopf 1120 der Kombination 1710 ausgeführt werden. Es ist derzeit bevorzugt, dass der Probentisch 190 die oben erläuterten Bewegungen in der xy- Ebene durch Verschieben des Sondenspeichers 120 ausführt und der Messkopf 1120 eines SPM die Relativbewegungen der Aufnahmevorrichtung 110 in der z-Richtung ausführt.
Das Ausführen der Bewegungen der Schritte A bis F kann von einer Kamera überwacht werden. Zusätzlich können Markierungen auf den gewinkelten Halterungen 135, 140 und / oder auf der Bodenplatte 125 des Sondenspeichers 120 zum Ausrichten der Aufnahmevorrichtung 110 der Kombination 1710 zur Sonde 170, 1470, 1570 bzw. von der Sonde 170, 1470, 1570 zur Aufnahme 155 des Sondenspeichers 120 eingesetzt werden (in den Figuren 17 bis 20 nicht dargestellt). Eine Vierquadranten-Photodiode in Kombination mit einem vertikalen Laserstrahl kann zusätzlich oder alternativ verwendet werden, um die drei Komponenten Aufnahme 155 des Sondenspeichers 120, Sonde 170, 1470, 1570 und Aufnahmevorrichtung 110 zueinander auszurichten. Darüber hinaus können weitere optische Systeme zur Positionsbestimmung, beispielsweise Photodioden basierte Systeme bzw. elektrische Systeme, wie etwa kapazitive Positionsdetektoren für diesen Zweck zum Einsatz gebracht werden. Für die Positionierung der Sonde 170 in z-Richtung können zusätzlich oder alternativ mechanische und /oder optische Sensoren benutzt werden. Zum Feststellen, ob eine Aufnahme eine Sonde 170, 1470, 1570 aufweist oder leer ist, kann eine Kamera oder das elektrische Messsystem 380 benutzt werden.
Es ist ein gewichtiger Vorteil des in dieser Anmeldung beschriebenen Sensorsystems 100, dass die von der Aufnahmevorrichtung 110 und von der Aufnahme 155, 255, 655, 755 des Sondenspeichers 120 erzeugten magnetischen Flussdichteverteilungen zur Ausrichtung der Aufnahmevorrichtung 110 relativ zur Sonde 170, 1470, 1570 und der Sonde 170, 1470, 1570 bezüglich einer Aufnahme 155, 255, 655, 755 benutzt werden kann. Im Kontext der Fig. 16 wurde bereits das Messen der dreidimensionalen Flussdichteverteilung, die von der Aufnahme 155, 255, 655, 755 generiert wird, erläutert. Das Diagramm 2100 der Fig. 21 zeigt eine beispielhafte Aufnahmevorrichtung 2110 von unten mit vier Permanentmagneten 1045, die gegenüber dem Beispiel der Fig. 15 um 450 gedreht sind. Entlang der Schnittlinie 2150 sind an den äußeren Enden des Rings 2115 zwei Magnetfeldsensoren 2130, beispielsweise in Form von eines Hall-Sensors, angebracht. Es ist günstig, die Magnetfeldsensoren 2130 in den Ring 2115 einzulassen, damit die Auflage einer Sonde 170, 1470, 1570 den dem Ring 2115 der Aufnahmevorrichtung 2110 nicht behindert wird.
Zum Aufnehmen einer Sonde 170, 1470, 1570 aus der Aufnahme 155 des Sondenspeichers 120 nähert sich die Aufnahmevorrichtung 2110 den gewinkelten Halterungen 135, 140 von oben. Die Magnetfeldsensoren 2130 der Aufnahmevorrichtung 2110 detektie- ren die von den Permanentmagneten 145, 150 in den gewinkelten Halterungen 135, 140 generierte magnetische Flussdichteverteilung. Eine von den Sensoren 1630 detektierte Änderung der inhomogenen Flussdichteverteilung der Permanentmagnete 145, 150 kann benutzt werden, um die Aufnahmevorrichtung 2110 bezüglich der in der Aufnahme 155 abgelegten Sonde 170, 1470, 1570 auszurichten. In einer Ausführungsform geschieht dies, indem die von den Sensoren 2130 bestimmte Flussdichte mit der mittels der Magnetfeldsensoren 1630 gemessenen Flussdichte an den jeweiligen Orten verglichen wird.
Das Diagramm 2200 der Fig. 22 veranschaulicht eine zur Aufnahmevorrichtung 2110 passende Sonde 2270, die entlang der Linie 2250 zwei Magnetfeldsensoren 2230 auf- weist. Die Details zu dieser Sonde 2270 sind Rahmen der Diskussion der Fig. 15 erläutert. Die Magnetfeldsensoren 2230 können wiederum als Hall-Sensoren ausgebildet sein. Es ist vorteilhaft, die beiden Sensoren 2230 in eine Aussparung des Rings 2210 einzulassen (in der Fig. 22 nicht gezeigt), um eine Beeinträchtigung des Sitzes der Sonde 2270 an der Aufnahmevorrichtung 2110 zu vermeiden.
Beim Ablegen der Sonde 2270 in einer Aufnahme 155 des Sondenspeichers 120 können die Magnetfeldsensoren 2230 eine Annäherung der Sonde 2270 an die Permanentmagnete 145, 150 der gewinkelten Halterungen 135, 140 bestimmen. Dabei können die Sensoren 2230 sowohl eine Bewegung der Sonde 2270 in der y- Richtung als auch in der z-Richtung detektieren. Das von den Magnetfeldsensoren 2230 generierte Messsignal kann zum Bestimmen der Ausrichtung der Sonde 2270 hinsichtlich einer Aufnahme 155 alleine oder in Kombination einem oder mehreren der oben beschriebenen Messsysteme benutzt werden.
Schließlich gibt die Fig. 23 gibt ein Ablaufdiagramm 2300 einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Aufnehmen einer Sonde aus einem Sondenspeicher wieder. Das Verfahren beginnt bei 2310. Im ersten Schritt 2320 geht eine Sonde eine erste lösbare Verbindung mit einer Aufnahme eines Sondenspeichers eint. Die erste lösbare Verbindung kann eine Sonde 170, 1470, 1570, 2270 zu gewinkelten Halterungen 135, 140 in Form einer ersten magnetischen Verbindung 215, 415 eingehen, oder kann eine Sonde 870 in Form einer mechanischen Verbindung 815 ausbilden. Im Schritt 2330 wird die Aufnahmevorrichtung 110, 2110 bezüglich der Sonde 170, 870, 1470, 1570, 2270 ausgerichtet. Bei Schritt 2340 erfolgt das Eingehen einer zweiten magnetischen Verbindung 565 zwischen der Sonde 170, 870, 1470, 1570, 2270 und der Aufnahmevorrichtung 110 2110 durch das Ausführen einer Relativbewegung zwischen der Sonde 170, 870, 1470, 1570, 2270 und der Aufnahmevorrichtung 110, 2340. Im letzten Schritt 2350 erfolgt das Lösen der ersten magnetischen Verbindung 215, 415 bzw. der mechanischen Verbindung 815 durch eine Relativbewegung zwischen der Sonde 170, 870, 1470, 1570, 2270 und der Aufnahme 155 des Sondenspeichers 120. Das Verfahren endet bei Schritt 2360.

Claims

Ansprüche
1. Sondensystem (100) für ein Rastersondenmikroskop aufweisend: a. eine Aufnahmevorrichtung (no, 2110) für eine Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270); b. einen Sondenspeicher (120), der zumindest eine Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270)für das Rastersondenmikroskop bereitstellt; c. wobei die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270), der Sondenspeicher (120) und die Aufnahmevorrichtung (110, 2110) ausgebildet sind, sodass die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) eine lösbare erste Verbindung (215, 415, 815) mit dem Sondenspeicher (170, 870, 1470, 1570, 2270) und eine lösbare zweite Verbindung (565) mit der Aufnahmevorrichtung (110, 2110) eingehen kann, wobei die erste (215, 415) und / oder die zweite Verbindung (565) eine Magnetkraft verwendet; und d. wobei die Aufnahmevorrichtung (110, 2110) und der Sondenspeicher (120) zum Aufnehmen der Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) so relativ zueinander bewegbar sind, dass die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) die zweite Verbindung (565) eingeht, bevor die erste Verbindung (215, 415, 815) gelöst wird.
2. Sondensystem (110) nach Anspruch 1, wobei die Aufnahmevorrichtung (110, 2110) und der Sondenspeicher (120) zum Ablegen der Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) so relativ zueinander bewegbar sind, dass die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) die erste Verbindung (215, 415, 815) eingeht, bevor die zweite Verbindung (565) gelöst wird.
3. Sondensystem (110) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sondenspeicher (120) und / oder die Aufnahmevorrichtung (110, 2110) und / oder die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) zumindest einen Permanentmagneten (145, 150, 245, 247, 545) aufweisen.
4. Sondensystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sondenspeicher (120) und / oder die Aufnahmevorrichtung (110, 2110) und / oder die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) zumindest ein weiches ferromagne- tisches Material aufweisen.
5. Sondensystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zumindest eine elektrische Spule (550), die so angeordnet ist, dass sie die lösbare erste Verbindung (215, 415) und / oder die lösbare zweite Verbindung (565) beeinflussen kann.
6. Sondensystem (100) nach einem der Ansprüche 3-5, wobei der zumindest eine Permanentmagnet (145, 150, 235, 237) eine maximale magnetische Flussdichte im Bereich von 0,01 Tesla - 2,0 Tesla, bevorzugt 0,05 Tesla - 1,0 Tesla, mehr bevorzugt 0,1 Tesla - 0,5 Tesla, und am meisten bevorzugt 0,2 Tesla - 0,40 Tesla aufweist.
7. Sondensystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zumindest einen Magnetfeldsensor (1630, 2130, 2230) zum Bestimmen einer Position der Aufnahmevorrichtung (2110) relativ zur Sonde (2270) und / oder dem Sondenspeicher (120).
8. Sondensystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein erstes elektrisches Messsystem (380), das ausgebildet ist zum Feststellen, ob die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) die erste Verbindung (215, 415, 815) mit dem Sondenspeicher (120) aufweist.
9. Sondensystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein zweites elektrisches Messsystem (380), das ausgebildet ist zum Fest- stellen, ob die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) die zweite Verbindung (565) mit der Aufnahmevorrichtung (110, 2110) aufweist.
10. Sondensystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) zumindest zwei Seiten (1520, 1560) aufweist und wobei die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) ausgebildet, die erste (215, 415, 815) und die zweite Verbindung (565) mit dem Sondenspeicher (120) und der Aufnahmevorrichtung (110, 2110) mit der gleichen Seite (1520) der Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) auszubilden.
11. Sondensystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmevorrichtung (110, 2110) an einem Messkopf (1120) des Rastersondenmikroskops angebracht ist.
12. Sondensystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) umfasst: zumindest eine Messspitze (1330), zumindest einen Cantilever (1320) und zumindest eine Befestigungsfläche (1520) für die erste (215, 415, 815) und / oder die zweite Verbindung (565).
13. Sondensystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sondenspeicher (120) zumindest eine gewinkelte Halterung (135, 140, 235, 555) für die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) umfasst, wobei zumindest ein Teilbereich der gewinkelten Halterung (135, 140, 235, 555) ausgebildet ist, um die erste Verbindung (215, 415, 815) einzugehen.
14. Sondensystem (110) nach Anspruch 13, wobei der Sondenspeicher (120) zumindest zwei gewinkelte Halterungen (135, 140, 235) zum Eingehen der ersten Verbindung (215, 415, 815) mit der Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) umfasst.
15. Sondensystem (110) nach Anspruch 14, wobei der Abstand (290) der zwei gewinkelten Halterungen (135, 140, 235) kleiner ist als eine Abmessung der Befestigungsfläche (1520) der Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270).
16. Sondensystem (110) nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Abstand der zwei gewinkelten Halterungen (135, 140, 235) größer ist als eine Abmessung einer Befestigungsfläche der Aufnahmevorrichtung (110, 2110), so dass die Aufnahmevorrichtung (110, 2110) zwischen den beiden gewinkelten Halterungen (135, 140, 235) bewegt werden kann.
17. Sondensystem (110) nach einem der Ansprüche 14-17, wobei die zumindest zwei gewinkelten Halterungen (135, 140, 235) so angeordnet sind, dass die Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) von der Aufnahmevorrichtung (110, 2110) in einer Richtung weg von den zwei gewinkelten Halterungen (135, 140, 235) bewegt werden kann.
18. Sondensystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ferner aufweisend einen Probentisch (190) , auf dem der Sondenspeicher (120) angeordnet ist, wobei der Probentisch (190) zumindest eine Verschiebeeinheit umfasst, die ausgebildet ist zum Verschieben des Probentisches (190) in zumindest einer Probentischebene.
19. Verfahren zum Aufnehmen einer Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) eines Rastersondenmikroskops mittels eines Sondensystems (100), wobei das Verfahren die Abfolge der folgenden Schritte aufweist: a. Bereitstellen einer ersten lösbaren Verbindung (215, 415, 815) zwischen einer Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) und einem Sondenspeicher (120); b. Bereitstellen einer zweiten lösbaren Verbindung (565) zwischen der Sonde (170, 870, 1470, 1570, 2270) und einer Aufnahmevorrichtung (110, 2110); und c. Lösen der ersten Verbindung (215, 415, 815) zusammen mit einer Bewegung der Aufnahmevorrichtung (110, 2110) relativ zum Sondenspeicher (120), wobei die erste (215, 415) und / oder die zweite Verbindung (565) eine Magnetkraft umfasst. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Verfahren unter Verwendung eines Sondensystems (100) nach einem der Ansprüche 1-19 ausgeführt wird.
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