DE19622701A1 - Cantilever chip for atomic force microscopy - Google Patents
Cantilever chip for atomic force microscopyInfo
- Publication number
- DE19622701A1 DE19622701A1 DE19622701A DE19622701A DE19622701A1 DE 19622701 A1 DE19622701 A1 DE 19622701A1 DE 19622701 A DE19622701 A DE 19622701A DE 19622701 A DE19622701 A DE 19622701A DE 19622701 A1 DE19622701 A1 DE 19622701A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- diamond
- cantilever
- scanning
- layer
- tip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- 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
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
- G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups
Abstract
Description
Die Rastersondenmikroskopie und darunter speziell die Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM) ist ein Verfahren zur Abbildung und Prüfung von Oberflächen mittels einer hochfeinen Abtastspitze, die am Ende einer kleinen bieg samen Blattfeder (Cantilever) befestigt ist (siehe Abb. 1). Diese Spitze kann derart über die Oberfläche einer Probe bewegt werden, daß lokal die Oberflächentopo graphie oder andere Materialeigenschaften wie z. B. Reibwert, Elastizität, Härte, Verschleiß, elektrische Leitfähigkeit, etc. detektiert werden können. Daneben kann die Spitze auch zur mechanischen Strukturierung (Kratzen, Ritzen, Hämmern, etc.) von Oberflächen auf der Mikro- und Nanometerskala eingesetzt werden. Kritischer Faktor hierbei ist die mechanische Festigkeit der Spitze. Bisher verwende te Spitzen aus Silicium oder Siliciumnitrid sind im allg. nicht hart bzw. verschleißfest genug um für Härte,- Verschleiß- oder Strukturierungsarbeiten an harten Oberflä chen eingesetzt werden zu können. - Bisherige Lösungsansätze bestehen in dem Aufkleben einzelner Diamantkristallite auf AFM-Cantilever (siehe z. B.: Bhushan, Ko inkar; Appl. Phys. Lett 64 (1994) 1653, bzw. Persch, Born, Utesch; Appl. Phys A 59 (1994) 29) bzw. im Überziehen konventioneller Spitze einschließlich Cantilevers mit einem dünnen Diamantfilm (Chu et al; Appl. Phys. Lett 63 (1993) 3446 und Germann, McClelland, Mitsuda, Buch, Seki; Rev. Sci. Instr. 63 (1992) 4053). Beides sind jedoch unbefriedigende Lösungen, da im ersten Fall eine Produktion größerer Mengen sol cher Spitzen (wegen Handarbeit) zu aufwendig ist und sich im letzteren Fall eine körnige Spitzengeometrie und schlechtere Diamantqualität (sehr kleiner Diamantkri stallite) nachteilig auswirken können.Scanning probe microscopy, including atomic force microscopy (AFM) in particular, is a procedure for imaging and testing surfaces using a very fine scanning tip that is attached to the end of a small, flexible leaf spring (cantilever) (see Fig. 1). This tip can be moved over the surface of a sample so that locally the surface topography or other material properties such as. B. coefficient of friction, elasticity, hardness, wear, electrical conductivity, etc. can be detected. In addition, the tip can also be used for mechanical structuring (scratching, scratching, hammering, etc.) of surfaces on the micro and nanometer scale. The critical factor here is the mechanical strength of the tip. Tips made of silicon or silicon nitride used up to now are generally not hard or wear-resistant enough to be used for hardness, wear or structuring work on hard surfaces. - Previous approaches have been to glue individual diamond crystallites onto AFM cantilevers (see e.g. Bhushan, Ko inkar; Appl. Phys. Lett 64 (1994) 1653, or Persch, Born, Utesch; Appl. Phys A 59 ( 1994) 29) or in coating conventional tips including cantilevers with a thin diamond film (Chu et al; Appl. Phys. Lett 63 (1993) 3446 and Germann, McClelland, Mitsuda, Buch, Seki; Rev. Sci. Instr. 63 ( 1992) 4053). However, both are unsatisfactory solutions, since in the first case the production of larger quantities of such tips (because of manual work) is too complex and in the latter case a granular tip geometry and poorer diamond quality (very small diamond crystals) can have an adverse effect.
Es wird deshalb vorgeschlagen einzelne Diamantkristallite von Mikrometerdimen sionen mit Hilfe eines Plasmadepositionsverfahrens (Chemical Vapour Deposition, CVD) direkt auf Siliziumcantilevern aufwachsen zu lassen.Individual diamond crystallites of micrometer dimensions are therefore proposed sions using a plasma deposition process (Chemical Vapor Deposition, CVD) to grow directly on silicon cantilevers.
Dafür können der sog. Hot-Filament-CVD-Prozeß bzw. der sog. Mikrowellen- Plasma-CVD-Prozeß eingesetzt werden, welche sowohl die Herstellung statistisch orientierter wie auch heteroepitaktischer (d. h. parallel zu Kristallstruktur des Substrates orientierter) Diamanten erlauben. Die so erzeugten Spitzen bestehen aus Diamantvollmaterial hoher kristalliner Qualität, haben einige Mikrometer Größe und sind fest mit der Unterlage (Cantilever) verwachsen. Die Geometrie der Abtast spitze läßt sich durch Wahl der Herstellungsparameter so optimieren das Krüm mungsradien von 10 nm bis 1000 nm realisierbar sind. Durch das Herstellungsverfah ren lassen sich eine größere Anzahlen von Spitzen in Form von Chips auf Siliziumwa fern herstellen, wodurch eine wirtschaftliche Produktion derartiger Spitzen ermög licht wird.The so-called hot filament CVD process or the so-called microwave Plasma CVD processes are used, which are both statistical oriented as well as heteroepitaxial (i.e. parallel to the crystal structure of the Allow substrates oriented) diamonds. The peaks thus generated consist of Solid diamond material of high crystalline quality, a few micrometers in size and are firmly attached to the base (cantilever). The geometry of the scan tip can be optimized by choosing the manufacturing parameters Radii of 10 nm to 1000 nm can be achieved. Through the manufacturing process A larger number of tips can be found in the form of chips on silicon wafers remotely, allowing economical production of such tips light becomes.
Claims (5)
- 5.1 additives Verfahren: Vorstrukturierung eines Silizium Substrates (z. B. durch thermische Oxidation aller übrigen Flächen) derart, daß nur an ausgewählten Stellen Diamant aufwächst (siehe Abb. 2). Im folgenden Diamantbeschichtungs prozeß wird die Keimbildung und der Wachstumsprozeß des Diamants so ge steuert, daß nur einzelne Kristallite aufwachsen und ausgewählte Kristallflächen die größte Wachstumsgeschwindigkeit besitzen. Auf diese Weise lassen sich z. B. pyramidenförmige einkristalline Diamantspitzen erzeugen.
- 5.2 subtraktives Verfahren: Vollflächigen Beschichtung eines Silizium-Substrates mit einem orientierten Diamantfilm gefolgt von der Herausarbeitung der Spitzen mit Hilfe eines lithographischen Mehrlagenprozesses (s. Abb. 3). Dazu wird die Diamantschicht zunächst mit einer z. B. metallischen Schicht bedeckt, auf die dann ein Photolack aufgebracht wird. Der Photolack wird strukturiert und die Strukturen durch einen Ätzprozeß in die Metallschicht übertragen. In einem zweiten reaktiven Ionenätzprozeß z. B. mit einem Sauerstoff/Argon-Plasma werden die Strukturen der Metallschicht in die Diamantschicht transfe riert,wobei sich durch die Richtungscharakteristik des Ätzprozesses in der Ätz maske schräge Kanten ausbilden, die beim Fortschreiten des Ätzprozesses in die Diamantschicht übertragen werden und schließlich zur Ausbildung von Spitzen.
- 5.3 Für beide Verfahren 1.1 und 1.2 geschieht die Herstellung der Cantilever mit Hil
fe lithographischer Mikrostrukturierungstechniken in folgenden Schritten (s. Abb. 4):
- 5.3.1 Das Ätzen einer wenige Mikrometer dicken Membran aus Silizium, wobei die massiven Halterungsteile und dünnere Brücken zwischen den Chips stehen bleiben. Aus der Membran werden später die Cantilever gebildet. Die Dicke der Membran muß daher der Cantileverdicke entsprechen.
- 5.3.2 Auf der ungeätzten Waferseite werden sodann durch das additive oder sub traktive Verfahren die Diamantspitzen integriert.
- 5.3.3 Schließlich werden der Halterungsteil und der Cantilever des Chips durch Lacke abgedeckt und die restliche Silizium-Membran durch einen weiteren Ätzschritt entfernt, so daß der Chip freisteht und nur noch an den dünnen Brücken (Sollbruchstellen) gehalten wird.
- 5.1 Additive process: Pre-structuring of a silicon substrate (e.g. by thermal oxidation of all other surfaces) in such a way that diamond grows only at selected points (see Fig. 2). In the following diamond coating process, the nucleation and the growth process of the diamond is controlled in such a way that only individual crystallites grow and selected crystal surfaces have the greatest growth rate. In this way, z. B. generate pyramid-shaped single-crystal diamond tips.
- 5.2 subtractive process: full-surface coating of a silicon substrate with an oriented diamond film, followed by working out the tips using a lithographic multi-layer process (see Fig. 3). For this purpose, the diamond layer is first z. B. covered metallic layer, on which a photoresist is then applied. The photoresist is structured and the structures are transferred into the metal layer by an etching process. In a second reactive ion etching process, e.g. B. with an oxygen / argon plasma, the structures of the metal layer in the diamond layer are transfe, whereby oblique edges are formed by the directional characteristic of the etching process in the etching mask, which are transferred as the etching process progresses into the diamond layer and finally to form Sharpen.
- 5.3 For both methods 1.1 and 1.2, the cantilevers are manufactured using the lithographic microstructuring techniques in the following steps (see Fig. 4):
- 5.3.1 The etching of a membrane of silicon a few micrometers thick, whereby the solid mounting parts and thinner bridges between the chips remain. The cantilevers are later formed from the membrane. The thickness of the membrane must therefore correspond to the cantilever thickness.
- 5.3.2 The diamond tips are then integrated on the unetched wafer side using the additive or subtractive method.
- 5.3.3 Finally, the holding part and the cantilever of the chip are covered by lacquers and the remaining silicon membrane is removed by a further etching step, so that the chip is free and is only held at the thin bridges (predetermined breaking points).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19622701A DE19622701A1 (en) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Cantilever chip for atomic force microscopy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19622701A DE19622701A1 (en) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Cantilever chip for atomic force microscopy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19622701A1 true DE19622701A1 (en) | 1997-12-18 |
Family
ID=7796292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19622701A Ceased DE19622701A1 (en) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Cantilever chip for atomic force microscopy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19622701A1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0994336A2 (en) † | 1998-10-12 | 2000-04-19 | Hoya Corporation | Spectacle lens evaluation method and evaluation device |
WO2001055695A1 (en) * | 2000-01-28 | 2001-08-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Indentor and method for producing the same |
EP2801830A1 (en) * | 2013-05-08 | 2014-11-12 | NanoWorld AG | Wafer with probes for a scanning force microscope |
WO2018150180A1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | Nu Nano Ltd | Passive semiconductor device assembly technology |
DE102019213043A1 (en) * | 2019-08-29 | 2021-03-04 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Process for the production of diamond tips |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5051379A (en) * | 1989-08-16 | 1991-09-24 | International Business Machines Corporation | Method of producing micromechanical sensors for the AFM/STM profilometry and micromechanical AFM/STM sensor head |
US5072116A (en) * | 1987-09-24 | 1991-12-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Microprobe preparation thereof and electronic device by use of said microprobe |
DE4314301C1 (en) * | 1993-04-30 | 1994-05-05 | Imm Inst Mikrotech | Surface scanning sensor - has a sensor point of a photo-structurable glass |
-
1996
- 1996-06-05 DE DE19622701A patent/DE19622701A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5072116A (en) * | 1987-09-24 | 1991-12-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Microprobe preparation thereof and electronic device by use of said microprobe |
US5051379A (en) * | 1989-08-16 | 1991-09-24 | International Business Machines Corporation | Method of producing micromechanical sensors for the AFM/STM profilometry and micromechanical AFM/STM sensor head |
DE4314301C1 (en) * | 1993-04-30 | 1994-05-05 | Imm Inst Mikrotech | Surface scanning sensor - has a sensor point of a photo-structurable glass |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
FUJI, T. u.a.: Appl.Phys.Lett. 68 (4) (1996) 467-68 * |
GERMANN, G.J. u.a.: Rev.Sci.Instr. 63 (9) (1992) 4053-55 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0994336A2 (en) † | 1998-10-12 | 2000-04-19 | Hoya Corporation | Spectacle lens evaluation method and evaluation device |
EP0994336B2 (en) † | 1998-10-12 | 2008-10-08 | Hoya Corporation | Spectacle lens evaluation method and evaluation device |
WO2001055695A1 (en) * | 2000-01-28 | 2001-08-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Indentor and method for producing the same |
EP2801830A1 (en) * | 2013-05-08 | 2014-11-12 | NanoWorld AG | Wafer with probes for a scanning force microscope |
WO2018150180A1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | Nu Nano Ltd | Passive semiconductor device assembly technology |
JP2020507789A (en) * | 2017-02-17 | 2020-03-12 | ニュー ナノ リミテッド | Passive semiconductor device assembly technology |
US10983143B2 (en) | 2017-02-17 | 2021-04-20 | Nu Nano Ltd | Passive semiconductor device assembly technology |
DE102019213043A1 (en) * | 2019-08-29 | 2021-03-04 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Process for the production of diamond tips |
DE102019213043B4 (en) | 2019-08-29 | 2023-01-19 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Method of making diamond tips and diamond tip made by the method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69937147T2 (en) | MORE TIP PROBE | |
US6218264B1 (en) | Method of producing a calibration standard for 2-D and 3-D profilometry in the sub-nanometer range | |
DE4126151C2 (en) | Cantilever for a scanning probe microscope and a method for its production | |
Irmer et al. | Fabrication of Ti/TiO x tunneling barriers by tapping mode atomic force microscopy induced local oxidation | |
EP1742034B1 (en) | Method of fabrication of a SPM thin line probe | |
DE19635264C1 (en) | Thermoelectric microprobe for thermomicroscopic measurement | |
US5540958A (en) | Method of making microscope probe tips | |
JPH0275902A (en) | Diamond probe and its forming method | |
DE69931778T2 (en) | Multi-point probe | |
EP2540877A1 (en) | Single crystal diamond movable structure and manufacturing method thereof | |
US20030143327A1 (en) | Method for producing a carbon nanotube | |
JP3290378B2 (en) | Micro mechanical sensor for AFM / STM shape measurement | |
DE19622701A1 (en) | Cantilever chip for atomic force microscopy | |
WO1991010344A1 (en) | Etching of nanoscale structures | |
JP3054900B2 (en) | Micro processing equipment | |
EP3548902A1 (en) | Methods and devices for extending a time period until changing a measuring tip of a scanning probe microscope | |
Sedlmayr | Experimental investigations of deformation pathways in nanowires | |
JPH06305898A (en) | Single crystal tip structure and its formation | |
JP2825973B2 (en) | Method of manufacturing cantilever for atomic force microscope | |
DE19636582C1 (en) | Sensor for measuring ion concentrations | |
Rank et al. | Nanoscale modification of conducting lines with a scanning force microscope | |
KR101358989B1 (en) | TRANSITION METAL NANO ElECTRODE AND A METHOD OF FABRICATING THEREOF | |
Poirier et al. | Tunneling probe manipulation of individual rhodium nanoparticles supported on titania | |
Quate | SCANNING TUNNELING MICROSCOPY | |
JPH04301501A (en) | Reference scale plate and its manufacture |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |