DE19825404A1

DE19825404A1 - Rastersondenmikroskop mit Sondeneinrichtung, Sondeneinrichtung sowie Verfahren zum Herstellen einer Sondeneinrichtung

Info

Publication number: DE19825404A1
Application number: DE19825404A
Authority: DE
Inventors: Bernd Irmer; Armin Kriele; Heribert Lorenz; Martin Wendel
Original assignee: Individual
Current assignee: Nanotools GmbH
Priority date: 1998-06-06
Filing date: 1998-06-06
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2018-06-07
Also published as: DE19825404C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rastersondenmikroskop mit einer Sondeneinrichtung, eine Sondeneinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Sondeneinrichtung. Die Sondeneinrichtung besteht aus einem Substrat (1) und einer darauf angeordneten Struktur (8), wobei eine Beschichtung (5) auf dem Substrat (1) und/oder auf der Struktur (8) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rastersondenmikroskop mit einer Sondeneinrich tung, eine Sondeneinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer ent sprechenden Sondeneinrichtung.

Aus der EP 0 438 579 A2 sind Rastersondenmikroskope, Sonden sowie Herstellungsverfahren hierfür bekannt. Insbesondere sind dort Sonden be schrieben, die eine nadelförmige Struktur im Nanometer-Maßstab aufweisen. Diese Struktur besteht aus einer Kohlenstoffmatrix und ist auf einer kegeli gen Siliciumspitze angeordnet. Diese Spitze besitzt zwar den Vorteil, daß mit ihr Oberflächen sehr gut abgetastet werden können, da sie sehr dünn und lang sind. Ihre Festigkeit in axialer Richtung ist relativ groß. Nachteilig ist jedoch, daß die Spitze, bei seitlich auf die Spitze einwirkenden Kräften, sehr empfindlich ist. Hierbei kommt es sehr schnell und häufig vor, daß die nadelförmige Spitze abbricht. Die Sonde ist damit unbrauchbar und muß erneuert werden.

Durch die US-P 5,383,354 ist es ferner bekannt, Sonden mit Kohlenstoff zu beschichten. Eine derart beschichtete Sonde wird in Kontakt mit einer Ober fläche gebracht, um diese abzutasten. Durch die Beschichtung wird zwar erreicht, daß die Sonde beim Abtasten nicht so schnell zerstört wird wie bis her bekannte Sonden, da die Kohlenstoffschicht eine Verschleißschicht auf der Sonde bildet. Als sehr nachteilig erweist sich hierbei, daß nur relativ große Sondenspitzen mit dieser Beschichtung erzeugt werden, die dadurch auch nur grobe Oberflächenstrukturen abtasten können. Darüber hinaus können bei der Abtastung von Oberflächen ungewollte Artefakte auftreten, wenn die Spitze nicht gleichmäßig oder unvollkommen beschichtet ist.

Die Anwendungen der Rastersondenmikroskopie sind sehr stark einge schränkt, da es mit den bisher bekannten Sondeneinrichtungen nicht mög lich ist, dauerhaft bei einer gleichbleibenden hohen Sensitivität der Son deneinrichtung Oberflächen abzurastern. Außerdem entstehen zusätzlich hohe Kosten dadurch, wenn Sondeneinrichtungen infolge mangelnder Sta bilität sehr schnell unbrauchbar werden, oder z. B. durch nicht fehlerfreie Be schichtungen die Rasterung von Oberflächenstrukturen verfälschen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und eine sehr sensitive Sondeneinrichtung zu schaffen, die dauerhaft sensitiv, robust und verschleißfest und darüber hin aus einfach herzustellen ist.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Rastersondenmikroskops durch die Merk male des Anspruchs 1, hinsichtlich der Sondeneinrichtung durch die Merk male des Anspruchs 15 sowie hinsichtlich des Verfahrens zum Herstellen einer Sondeneinrichtung durch die Merkmale des Anspruches 29 gelöst.

Erfindungsgemäß weist ein Rastersondenmikroskop eine Sondeneinrichtung auf, die aus einem Substrat und einer darauf angeordneten Struktur besteht, wobei auf dem Substrat und/oder auf der Struktur eine Beschichtung ange ordnet ist. Mittels der Beschichtung ist es möglich, eine größere Kontaktflä che zwischen Substrat und der darauf angeordneten Struktur zu erzielen, wodurch die Struktur mehr und besser stabilisiert werden kann und außer dem die Haftung der Struktur auf dem Substrat erhöht wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff Struktur sowohl nagelartige Spitzen als auch speziell konstruierte Ausformungen verstanden, die nicht nur zur Abrasterung von Oberflächen dienen, sondern ferner als eine Art Werkzeug auf eine Oberfläche einwirken können.

Um die Stabilität der Sondeneinrichtung noch weiter zu erhöhen, ist die Be schichtung über den Bereich des Übergangs zwischen Substrat und Struktur hinaus angeordnet. Durch die Beschichtung über eine größere Fläche wird neben einer Verbesserung der Stabilität und der Haftung der Struktur auf dem Substrat dafür gesorgt, daß das Substrat und die Struktur vor z. B. me chanischen Einwirkungen besser geschützt sind.

Ebenso ist es auch möglich, daß die Beschichtung teilweise bzw. ab schnittsweise auf der Struktur und/oder auf dem Substrat ausgebildet sind. Die Beschichtung kann längs und quer bezüglich einer Vorzugsrichtung der zu beschichtenden Oberflächen von Substrat und/oder Struktur, die z. B. durch eine Oberflächennormale vorgegeben ist, ausgebildet sein. Hierdurch können entsprechend den Anforderungen an die Anwendung spezielle Son deneinrichtungen ausgebildet werden. Darüber hinaus werden zum Teil sehr teuere Materialien zur Herstellung von der Beschichtung und/oder der Struktur eingespart. Zum anderen gelingt es damit auch, bei besonderen z. B. mechanischen Beanspruchungen bestimmte Abschnitte einer Struktur zu verstärken bzw. zu schützen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Beschichtung als Stützeinrichtung ausgebildet. Dies ist insofern sinnvoll, da die Struktur infol ge von z. B. mechanischen Einwirkungen verformt wird, diesen Einwirkungen gezielt entgegenzuwirken, indem z. B. Stützstreben oder dergleichen aus gebildet werden. Ein Verbiegen der Struktur wird dadurch zuverlässig verhin dert.

Um eine höhere Festigkeit der Sondeneinrichtung zu erreichen, sind die Be schichtung und die Struktur verschmolzen, da infolge des Schmelzprozesses sich eine festere innere Verbindung zwischen Beschichtung und Struktur ausbildet. Hierdurch wird zusätzlich die Haftung der Struktur und der Schutz vor Einwirkung auf die Struktur wesentlich verbessert.

Vorzugswürdig in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es, das Substrat pyramidenförmig oder kegelartig oder als Erhebung auszubilden. Eine derartige Ausbildung erleichtert die Anordnung einer Struktur auf der Spitze oder im Bereich der Spitze bzw. der Erhebung. Darüber hinaus kann die Sondeneinrichtung leichter und schneller mit einer Beschichtung verse hen werden.

Um besondere Ausgestaltungen der Erfindung herstellen zu können, ist die Struktur leitfähig und die Beschichtung isolierend ausgebildet. In diesem Fall kann die Sondeneinrichtung so gestaltet werden, daß sie als besondere Meßeinrichtung für Oberflächen oder als Bearbeitungswerkzeug für Oberflä chen verwendet werden kann, da infolge der Isolierung die Wechselwirkun gen zwischen der Struktur und einer Oberfläche erheblich reduziert wird. Die Beschichtung wirkt hierbei als eine Art Abschirmung.

Wenn die Struktur und/oder die Beschichtung aus einer Kohlenstoffmodifi kation bestehen, ergeben sich insbesondere verbesserte mechanische Ei genschaften der Sondeneinrichtungen gegenüber konventionellen neben den Vorteilen bei den Anwendungen. So sind die Struktur und/oder die Be schichtung hinsichtlich ihrer Härte stärker ausgebildet, ohne gleichzeitig ei ne geringere Biegsamkeit aufzuweisen. Ferner sind die Struktur und/oder die Beschichtung in ihrer Leitfähigkeit durch die Prozeßparameter steuerbar.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Kohlenstoffmodifikation im wesentlichen die Härte von Diamant auf, wobei die Kohlenstoffmodifikation eine geringere Sprödheit und/oder eine höhere Flexibilität bzw. Elastizität als beispielsweise Diamant aufweisen kann. Damit lassen sich sehr robuste und lange haltbare Strukturen bzw. Beschichtungen herstellen. Bei Anwen dungen können deshalb mehr Untersuchungen mit derselben Sondenein richtung durchgeführt werden.

Um die elektrische Leitfähigkeit der Sondeneinrichtung zu erhöhen, können in einer Weiterbildung der Erfindung die Struktur und/oder die Beschichtung aus Metall und/oder metallischen und/oder metallorganischen Verbindungen bestehen. Hierdurch gelingt es, bei Untersuchungen oder Einwirkungen der Sondeneinrichtung auf die Oberflächen bessere Ergebnisse zu erreichen.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtung aus dem gleichen Mate rial wie die Struktur besteht. Insbesondere ist es damit möglich, eine gute und stabile Verbindung zwischen der Beschichtung und der Struktur herzu stellen.

Als vorzugswürdig ist es weiter, wenn das Substrat aus Silicium oder Silici um-Verbindungen besteht. Dieser Substratträger ist in der Anwendung be reits gut bewährt und günstig in der Anschaffung. Es sind selbstverständlich auch andere Stoffe und Materialien als Substrat denkbar und möglich. Je nach Bedarf können Materialien verwendet werden, die den besonderen Erfordernissen gerecht wird.

In einer Alternative kann das Substrat aus Materialien mit isolierenden, z. B. SiO₂, SiN₄, oder halbleitenden, bspw. GaAs, oder leitenden, bspw. Pt, Au, Eigenschaften bestehen. Die leitenden Materialien sind vorzugsweise Edel metalle. Das Substrat kann jeweils nach Anwendung der Sondeneinrichtung entsprechende günstige Eigenschaften für die Untersuchungen z. B. in der Biologie oder Medizin aufweisen.

Besonders vorteilhaft ist es, die Sondeneinrichtung auf einem Ausleger, ins besondere einem Cantilever, anzuordnen. Die Sondeneinrichtung kann damit kostengünstig hergestellt werden, da für die Herstellung der Sonden einrichtung herkömmliche Cantilever verwendet werden. Diese Cantilever sind günstig in der Anschaffung, so daß in dem weiteren Herstellungspro zess auf den Cantilever lediglich die Struktur und/oder die Beschichtung aufgebracht werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Sondeneinrichtung vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Verfahrens zum Herstel len einer Sondeneinrichtung dadurch gelöst, indem eine Energieübertragung auf und/oder um die Stelle erfolgt, an der die Struktur auf dem Substrat an geordnet ist oder wird, eine gasförmige Atmosphäre in der Umgebung dieser Stelle sich befindet, aus der gasförmigen Atmosphäre sich Atome und/oder gasförmige Verbindungen infolge der Energieübertragung an und/oder um die genannte Stelle anlagern und eine Beschichtung auf dem Substrat und/oder auf der Struktur ausbilden oder eine Beschichtung und Struktur auf dem Substrat ausbilden. Dieses Herstellungsverfahren ermöglicht das Auf bringen einer Beschichtung auf einem Substrat und/oder auf einer Struktur, wobei in diesem Fall die Struktur auf dem Substrat bereits angeordnet ist oder die Ausbildung der Beschichtung und der Struktur auf dem Substrat erfolgt, vorzugsweise gleichzeitig bzw. in einem Verfahrensabschnitt.

Um die Beschichtung und/oder die Struktur exakt auszubilden, ist es erfor derlich, daß die Energieübertragung gerichtet und/oder definiert und/oder punktuell und/oder strahlförmig und/oder zeitlich vorbestimmt erfolgt. Durch eine exakte Kontrolle der Energieübertragung läßt sich das Wachstum bzw. die Wachstumsgeschwindigkeit der Beschichtung bzw. der Struktur genau steuern. Die hohen Anforderungen an die Sondeneinrichtung erfordern ein Aufbringen der Beschichtung und/oder der Struktur in einer sehr präzisen Weise. So kann die Beschichtung aufgebracht werden, in dem beispielswei se aus einer Energiestrahlquelle auf einen exakt definierten Bereich zeitlich begrenzt eine dosierte Energiemenge übertragen wird. Hierdurch sind dann die für das Aufbringen der Beschichtung günstigen Voraussetzungen ge schaffen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Energieüber tragung mittels einer entsprechenden Führungseinrichtung. Unter Füh rungseinrichtung ist hierbei jede Einrichtung zu verstehen, die unter ande rem eine Kontrolle der Energieübertragung in dem oben genannten Sinne ermöglicht. Diese können weiterhin beispielsweise auch Fokussiereinrich tungen oder Selektionseinrichtungen, z. B. Filtereinrichtungen für Geschwin digkeit, Energie etc. sowie optische Filter usw., umfassen. Weiter ist es vor teilhaft, die Struktur und/oder die Beschichtung auszubilden, in dem die Energieübertragung durch Variation der Energiedichte und/oder der Strom dichte und/oder der Zeitdauer der Energieübertragung erfolgt. Die Variation dieser Parameter lassen ebenfalls eine exakte Kontrolle der Energieübertra gung zu.

Ohne die Basis der Erfindung zu verlassen, ist es ebenso möglich, daß die Energieübertragung ortsfest ist und statt dessen das Substrat mit der Be schichtung und der Struktur bewegt wird. Diese Bewegungen können in jede Raumrichtung ausgeführt werden und vertikale wie horizontale Verschie bungen und/oder Rotationen umfassen. Entscheidend ist, daß eine Relativ bewegung zwischen der Energieübertragung und dem Substrat stattfindet.

Als Quellen für die Energieübertragung eignen sich insbesondere Elektro nenquellen und/oder Laserquellen und/oder Ionenquellen. Diese Strahlquel len sind in vielfachen Anwendungen bereits erprobt und sind weiter leicht in eine entsprechende Vorrichtung einzubauen und zu bedienen bzw. zu kon trollieren.

Insbesondere ist es für die Erfindung von Vorteil, wenn die Energieübertra gung über die Umgebung und/oder den Bereich der Stelle, an der die Struktur auf dem Substrat angeordnet ist, in vorbestimmten Verlaufsmustern, vorzugsweise rasterförmig, spiralförmig oder dergleichen, geführt wird. Infol ge der vorbestimmten Verlaufsmuster erzielt man ein gleichmäßiges Ausbil den der Beschichtung und/oder der Struktur. Das Verlaufsmuster kann hier bei so gewählt werden, daß entsprechend den Anforderungen an die Son deneinrichtung und ihrer späteren Anwendung die Beschichtung und/oder die Struktur besondere Gestaltungen aufweisen.

Ferner besteht eine vorteilhafte Variante der Erfindung darin, daß die Fläche der Umgebung bzw. der Stelle, auf der die Energieübertragung erfolgt, ver ringert bzw. vergrößert wird. Hierdurch wird es im Falle der Flächenverringe rung möglich, die Beschichtung und/oder die Struktur derart zu gestalten und an die Erfordernisse an eine Sondeneinrichtung anzupassen, daß bei spielsweise eine kegelartige Beschichtung um eine Struktur unter einer ge nauen Kontrolle der Energieübertragung ausgebildet werden kann.

Eine weitere bevorzugte Variante des Verfahrens besteht darin, daß die Dauer der Energieübertragung auf einen Punkt zur Ausbildung der Struktur länger ist als die Dauer der Energieübertragung auf einen anderen Punkt zur Ausbildung der Beschichtung. Durch die unterschiedliche Dauer der Ener gieübertragung erreicht man, daß die Struktur bzw. die Beschichtung unter schiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen. Eine längere Dauer der Energieübertragung auf einen Punkt führt im allgemeinen dazu, daß an die sem Punkt eine festere Verbindung ausgebildet wird. Durch die verschiede ne Zeitdauer der Energieübertragung ist es deshalb möglich, eine Struktur mit einer größeren Steifigkeit und eine Beschichtung mit einer geringereren Festigkeit auszubilden. Die Beschichtung dient in diesem Fall neben einer Versteifung der Struktur ebenso als eine Art Schutzummantelung der Struk tur.

Eine derartige besondere und bevorzugte Ausgestaltung kann darin beste hen, daß die Beschichtung teilweise bzw. abschnittsweise ausgebildet wird. Außerdem kann die Beschichtung gezielt Verdickungen und Verdünnungen aufweisen, so daß beispielsweise die Struktur entsprechend der Geometrie mechanisch versteift oder biegsam bzw. elastisch wird.

Ebenso kann eine besondere Ausgestaltung der Beschichtung darin liegen, wenn die Beschichtung als Stützeinrichtung ausgebildet wird. Als Stütz einrichtung wird jede Einrichtung verstanden, die dazu dient, die Struktur bzw. das Substrat zu verstärken und somit vor mechanischen Beanspru chungen insbesondere zu schützen. Ohne den Boden der Erfindung zu ver lassen, wird als Stützeinrichtung u. a. auch eine Konstruktion verstanden, die die elastischen Eigenschaften entsprechend den Anforderungen der Anwen dung unterstützen.

Es ist weiterhin vorzugswürdig, wenn die Beschichtung und die Struktur ver schmolzen werden. Infolge des Verschmelzens ergeben sich wesentlich bessere mechanische bzw. elastische Eigenschaften, da durch das Ver schmelzen sich besonders feste und harte Verbindungen zwischen der Be schichtung und der Struktur ergeben.

Weiter ist es vorzugswürdig, das Substrat pyramidenförmig oder kegelartig oder als Erhebung auszubilden. Eine derartige Ausformung des Substrats erleichtert die Anordnung der Beschichtung und der Struktur.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgt die Formung der Struktur durch Änderung des Auftreffwinkels zwischen der Richtung der Energieübertragung und der Fläche der Struktur bzw. des Substrats. Die Änderung des Auftreffwinkels kann z. B. gemäß der oben genannten Relativ bewegung oder mittels einer Führungseinrichtung für die Energieübertra gung vorgenommen werden. Die Strukturen selbst können beliebig gestaltet werden und beliebige Formelemente, wie z. B. Krümmungen, Abzweigungen und dergleichen umfassen. Hierdurch ist es möglich, die Strukturen z. B. als Mehrfachspitzen oder ringförmig usw. auszubilden.

Zur Reduzierung der Wechselwirkung von Struktur mit einer zu untersu chenden Oberfläche ist die Struktur leitfähig und die Beschichtung isolierend ausgebildet wird. Hierbei schirmt die Beschichtung die Struktur elektrisch ab, so daß z. B. laterale Wechselwirkungskräfte zwischen oberen Atomenlagen einer Vertiefung und der Struktur vermindert werden, wenn die Struktur in eine grabenartige Vertiefung bei Messungen eingebracht wird und/oder die Messung in Flüssigkeit erfolgt.

Wenn in der gasförmigen Atmosphäre organische Verbindungen vorhanden sind, ist es möglich, die Struktur und/oder die Beschichtung als Kohlenstoff modifikation auszubilden. Die Kohlenstoffmodifikation kann eine große me chanische Härte, in der Regel härter als Diamant aufweisen und zudem gleichzeitig noch flexibel sein, d. h. sie ist weniger spröde als Diamant. Au ßerdem kann die Struktur und/oder die Beschichtung elektrisch leitend oder isolierend ausgeführt werden.

Eine vorteilhafte Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit der Sondenein richtung wird dadurch erreicht, falls die Struktur und/oder die Beschichtung aus Metall und/oder metallischen und/oder metallorganischen Verbindungen ausgebildet wird. Die gasförmige Atmosphäre kann gemäß den Anforderun gen gesteuert werden, so daß die Ausbildung von Struktur und/oder Be schichtung exakt erfolgt, wobei die Atmosphäre durch Einleitung von Gasen gezielt geschaffen und verändert wird.

Insbesondere ist es vorzugswürdig, wenn das Substrat aus Silicium oder Silicium-Verbindungen besteht, insbesondere weil sich Silicium aufgrund der physikalischen wie mechanischen Eigenschaften als Substrat-Träger be währt hat und sowohl in der Rastersondenmikroskopie wie auch anderen Bereichen angewendet wird.

In einer Variante der Erfindung besteht das Substrat aus Materialien mit iso lierenden z. B. SiO₂, SiN₄, oder halbleitenden, bspw. GaAs, oder leitenden, bspw. Pt, Au, Eigenschaften. Vorteilhaft ist es hierdurch, so daß das Substrat bevorzugte physikalische oder chemische Charakteristika z. B. für Oberflächenuntersuchungen in der Biologie aufweist.

Es stellt eine Vereinfachung des Verfahrens dar, wenn die Beschichtung aus dem gleichen Material wie die Struktur hergestellt wird, da im gleichen Ver fahrensschritt sowohl die Beschichtung wie auch die Struktur aus der gas förmigen Atmosphäre mittels der Energieübertragung entstehen. Außerdem wird hierdurch eine bessere Haftung zwischen der Beschichtung und der Struktur gewährleistet.

Weiterhin ist es vorzugswürdig, wenn die Sondeneinrichtung auf einem Ausleger, insbesondere einem Cantilever, ausgebildet wird. Es können hier zu herkömmliche Cantilever verwendet werden, so daß die Kosten für die Herstellung einer derartigen Sondeneinrichtung reduziert werden können.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a-1c einen Herstellungsprozess einer Sondeneinrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Sondeneinrichtung;

In den Fig. 1a bis 1c ist eine mögliche Ausführungsform eines Herstel lungsverfahrens für eine Sondeneinrichtung dargestellt. Das Herstellungs verfahren zu einem frühen Zeitpunkt ist in Fig. 1a dargestellt. Auf einem Substrat 1, das pyramidenförmig oder kegelartig ausgebildet sein kann, ist bereits eine Beschichtung 5 um eine Substratspitze 2 appliziert. Die Be schichtung 5 ist sockelartig um die Substratspitze 2 angeordnet. Um die Substratspitze 2 ist ein kugelartiger Bereich 3 ausgebildet, in dem vornehm lich eine gasförmige Atmosphäre vorhanden ist. Mittels eines Elektronen strahls 4, dessen Strahl um die Substratspitze 2 geführt wird, wird die Fläche des Substrats 1 um die Substratspitze 2 herum "energiekontaminiert". Infol ge dieser Energiekontamination und/oder Wechselwirkungen zwischen dem Elektronenstrahl und den Atomen und/oder Molekülen in der gasförmigen Atmosphäre des Bereiches 3 lagern sich Atome und/oder Moleküle an der energiekontaminierten Stelle ab, so daß allmählich eine Beschichtung 5 ausgebildet wurde. Der Elektronenstrahl 4 wird hierbei in vorbestimmten bzw. beliebigen Verlaufsmustern, beispielsweise rasterförmig oder spiral förmig um die Substratspitze 2 herumgeführt. Hierzu ist der Elektronen strahldurchmesser entsprechend klein gewählt und weist eine hohe Ener giedichte auf.

Bei diesem als Electron-Beam-Deposited-Verfahren bekannten Verfahren findet unter Vakuum eine Wechselwirkung zwischen den im allgemeinen hochenergetischen Elektronen, typischerweise im keV-Bereich, und den Gasatomen bzw. -molekülen der im Vakuum übriggebliebenen oder gezielt eingeleiteten gasförmigen Atmosphäre statt. Hierbei werden Molekülverbin dungen leicht aufgebrochen und es entstehen freie Bindungen bzw. Radika le, die leicht zu einem neuen Gefüge auf dem Substrat polymerisieren und eine Beschichtung ausbilden.

Fig. 1a zeigt das Verfahren zum Zeitpunkt, zu dem auf der Substratspitze 2 eine Nadelspitze 8 gerade ansatzweise ausgebildet wird (siehe Fig. 1b).

Das Verfahren zu einem späteren Zeitpunkt ist in Fig. 1b schematisch ge zeigt. Hierbei ist die Nadelspitze 8 zu einem gewissen Teil, jedoch noch nicht vollständig, bereits auf der Substratspitze 2 ausgebildet. Die Beschich tung 5, die die Nadelspitze 8 umgibt, wird gleichzeitig mit der Nadelspitze 8 ausgebildet. Weiterhin ist die Beschichtung 5 sockelartig ausgebildet und weist eine Oberfläche 7 auf. Auf dieser Oberfläche 7, die sich nach oben hin verjüngt, wird der Elektronenstrahl 4 in vorbestimmten Verlaufsmustern ge führt, so daß gemäß der Energieübertragung und den oben beschriebenen Wechselwirkungen die Beschichtung 5 und die Nadelspitze 8 ausgebildet werden. Hierbei ist die Zeitdauer zur Ausbildung der Beschichtung 5 an ei ner Stelle kürzer als die Zeitdauer der Energiekontamination zur Ausbildung der Nadelspitze 8. Mit anderen Worten: Um eine harte Nadelspitze 8 aus zubilden, muß der Elektronenstrahl am Ort der Nadelspitze 8 länger verwei len, so daß sich dort mehr Atome bzw. Moleküle aus der gasförmigen Atmo sphäre anlagern. Die Verweildauer des Elektronenstrahles 4 zur Ausbildung der Beschichtung 5 ist geringer als zur Ausbildung der Nadelspitze 8, so daß sich weniger Atome bzw. Moleküle dort anlagern.

Die die Nadelspitze 8 umgebende Beschichtung 5 dient sowohl als eine Art Ummantelung und Schutz als auch zur Verbesserung der Haftung der Na delspitze 8 zum Substrat. Hieraus ergibt sich eine erhöhte Robustheit ge genüber mechanischem Beanspruchungen und somit eine längere Haltbar keit der Nadelspitzen 8 bei deren Einsatz in Rastersondenmikroskopen. Ins gesamt ergibt sich eine verstärkte Verbindung zwischen der Nadelspitze 8 und dem Substrat 1.

Bei dieser Variante des Verfahrens bestehen die Beschichtung 5 und die Nadelspitze 8 aus dem gleichen Material. Je nach Anwendung und Erfor dernis befinden sich in der gasförmigen Atmosphäre im Bereich 3 entspre chende Gase und/oder Moleküle, so daß beispielsweise eine hydrophile bzw. hydrophobe oder eine elektrisch leitende bzw. isolierende Nadelspitze 8 ausgebildet werden kann.

Fig. 1c zeigt eine fertige Sondeneinrichtung, bei der das obere Ende der Nadelspitze 8 über die Beschichtung 5 hinausragt. Nach einer anderen Ausführungsform des Verfahrens kann eine Sondeneinrichtung auch da durch geschaffen werden, indem eine Beschichtung auf einem Substrat mit einer bereits darauf angeordneten Nadelspitze ausgebildet werden. Dadurch ist es möglich, abweichend vom hier dargestellten Verfahren, daß Nadelspit ze und die Beschichtung aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Die Nadelspitzen der Sondeneinrichtungen können in einem zusätzlichen, hier nicht dargestellten Prozeßschritt weiterbearbeitet werden. Insbesondere können die ausgebildeten Nadelspitzen geschärft werden.

Ebenso ist es erfindungsgemäß, wenn in einer anderen Ausführung der Er findung die Struktur bereits auf dem Substrat angeordnet ist und die Be schichtung in einem weiteren Schritt auf aus Substrat und/oder die Struktur aufgebracht wird.

Wie in Fig. 2 dargestellt, kann eine Beschichtung 11 um eine Nadelspitze 10 so angeordnet sein, daß die Beschichtung 11 als Stützeinrichtung der Nadelspitze 10 ausgebildet ist. Auf einem Substrat 9, das sowohl als ebene Fläche als auch als Erhebung ausgebildet sein kann, ist in diesem Fall die Beschichtung 11 kreuzartig auf dem Substrat 9 aufgebracht. Die hierdurch ausgebildete Stützeinrichtung wirkt als eine Art Verstrebung und kann die Sondeneinrichtung bei starken mechanischen Beanspruchungen schützen.

In Weiterbildungen der Erfindungen kann die Nadel gekrümmt sein. Ferner sind Verdickungen oder Verdünnungen in der Struktur oder der Beschich tung möglich, wodurch Sollbruchstellen in der Sondeneinrichtung genau de finiert werden können.

Die Nadeln können ferner mit unterschiedlichen Formungen hergestellt wer den. So ist es möglich, die Nadel z. B. mit mehreren Spitzen auszubilden. Darüber hinaus kann die Nadel so konstruiert und hergestellt werden, daß sie auch Strukturen, wie z. B. geschlossene Ringstrukturen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung aufweisen kann. Diese Strukturen eröffnen Möglichkeiten, unter anderem bestimmte, exakte und kontrollierte Einwir kungen auf Oberflächen im Nanometer-Bereich mit der Sondeneinrichtung vorzunehmen. In diesem Fall dient die Sondeneinrichtung als eine Art Werk zeug, so daß die Oberflächen beispielsweise für Anwendungen, Untersu chungen oder dergleichen entsprechend manipuliert werden können. Diese hierbei verwendeten Strukturen auf dem Substrat sind ebenfalls mit einer Beschichtung versehen.

Die Sondeneinrichtung wird auf einem Cantilever angeordnet, der eine Län ge von ungefähr 100 bis 500 µm, eine Breite von etwa 20 bis 50 µm und ei ner Dicke von circa 5 µm besitzt. Am Ende des Cantilevers befindet sich das Substrat, das in der Regel pyramidal ausgebildet ist mit einer Basislänge von typischerweise 10 bis 50 µm. Die Höhe der Sondeneinrichtung beträgt in etwa 10 bis 50 µm, wobei die Höhe der nadelartigen Struktur ungefähr 1 bis 5 µm und die Breite am Übergang zwischen Struktur und Substratspitze cir ca 50 bis 250 nm beträgt.

Mittels der Erfindung gelingt es, Sondeneinrichtungen entsprechend den Anforderungen und Anwendungen als Meßinstrument oder als eine Art Werkzeug "maßgeschneidert" auszubilden. Hierbei ist es möglich, neben der Form bzw. Geometrie auch die stoffliche Zusammensetzung der Sondenein richtung zu bestimmen. So können weiter die Sondeneinrichtungen bei spielsweise bevorzugte mechanische, elektrische und chemische Eigen schaften, die chemisch inert, hydrophil oder hydrophob umfassen, aufwei sen. Insgesamt werden gegenüber den bisher bekannten mit der erfin dungsgemäßen Sondenrichtungen bessere Ergebnisse in der Praxis erzielt.

Claims

1. Rastersondenmikroskop mit einer Sondeneinrichtung, bestehend aus einem Substrat (1, 9) und einer darauf angeordneten Struktur, wobei ei ne Beschichtung (5, 11) auf dem Substrat (1, 9) und/oder auf der Struk tur (8, 10) angeordnet ist.

2. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) über den Bereich des Übergangs zwischen Substrat (1, 9) und Struktur (8, 10) hinaus angeordnet ist.

3. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) teil weise bzw. abschnittsweise angeordnet ist.

4. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) als Stützeinrichtung ausgebildet ist.

5. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) und die Struktur (8, 10) verschmolzen sind.

6. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 9) pyramiden förmig oder kegelartig oder als Erhebung ausgebildet ist.

7. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (8, 10) leitfähig und die Beschichtung (5, 11) isolierend ausgebildet ist.

8. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (8, 10) und/oder die Beschichtung (5, 11) aus einer Kohlenstoffmodifikation besteht.

9. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffmodifikation im wesentlichen die Härte von Diamant aufweist, wobei die Kohlenstoff modifikation eine geringere Sprödheit und/oder eine höhere Elastizität als Diamant aufweisen kann.

10. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (8, 10) und/oder die Beschichtung (5, 11) aus Metall und/oder metallischen und/oder metallorganischen Verbindungen besteht.

11. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) aus dem gleichen Material wie die Struktur (8, 10) besteht.

12. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 9) aus Silizi um oder Silziumverbindungen besteht.

13. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 9) aus Mate rialien mit isolierenden oder halbleitenden oder leitenden Eigenschaften besteht.

14. Rastersondenmikroskop nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondeneinrichtung auf ei nem Ausleger, insbesondere einem Cantilever, angeordnet ist.

15. Sondeneinrichtung für Rastersondenmikroskope, bestehend aus einem Substrat (1, 9) und einer darauf angeordneten Struktur, wobei eine Be schichtung (5, 11) auf dem Substrat (1, 9) und/oder auf der Struktur (8, 10) angeordnet ist.

16. Sondeneinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) über den Bereich des Übergangs zwischen Substrat (1, 9) und Struktur (8, 10) hinaus angeordnet ist.

17. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) teilwei se bzw. abschnittsweise angeordnet ist.

18. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) als Stützeinrichtung ausgebildet ist.

19. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) und die Struktur (8, 10) verschmolzen sind.

20. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 9) pyramiden förmig oder kegelartig oder als Erhebung ausgebildet ist.

21. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (8, 10) leitfähig und die Beschichtung (5, 11) isolierend ausgebildet ist.

22. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (8, 10) und/oder die Beschichtung (5, 11) aus einer Kohlenstoffmodifikation besteht.

23. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffmodifikation im wesentlichen die Härte von Diamant aufweist, wobei die Kohlenstoff modifikation eine geringere Sprödheit und/oder eine höhere Elastizität als Diamant aufweisen kann.

24. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (8, 10) und/oder die Beschichtung (5, 11) aus Metall und/oder metallischen und/oder metall organischen Verbindungen besteht.

25. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) aus dem gleichen Material wie die Struktur (8, 10) besteht.

26. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 9) aus Silizium oder Silziumverbindungen besteht.

27. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 9) aus Materia lien mit isolierenden oder halbleitenden oder leitenden Eigenschaften besteht.

28. Sondeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondeneinrichtung auf einem Ausleger, insbesondere einem Cantilever, angeordnet ist.

29. Verfahren zum Herstellen einer Sondeneinrichtung für Rastersondenmi kroskope, bestehend aus einem Substrat (1, 9) und einer darauf ange ordneten Struktur, wobei

1. eine Energieübertragung auf und/oder um die Stelle erfolgt, an der die Struktur (8, 10) auf dem Substrat (1, 9) angeordnet ist oder wird,
2. eine gasförmige Atmosphäre in der Umgebung dieser Stelle sich be findet,
3. aus der gasförmigen Atmosphäre sich Atome und/oder gasförmige Verbindungen infolge der Energieübertragung an und/oder um die genannte Stelle anlagern
4. und eine Beschichtung (5, 11) auf dem Substrat (1, 9) und/oder auf der Struktur (8, 10) ausbilden oder
5. eine Beschichtung (5, 11) und Struktur (8, 10) auf dem Substrat (1, 9) ausbilden.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Ener gieübertragung gerichtet und/oder definiert und/oder punktuell und/oder strahlförmig und/oder zeitlich vorbestimmt erfolgt.

31. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieübertragung mittels einer Füh rungseinrichtung erfolgt.

32. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (8, 10) und/oder Beschich tung (5, 11) ausgebildet wird, indem die Energieübertragung durch Va riation der Energiedichte und/oder der Stromdichte und/oder der Zeit dauer der Energieübertragung erfolgt.

33. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieübertragung mittels einer Elektronenquelle und/oder Laserquelle und/oder Ionenquelle erfolgt.

34. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieübertragung über die Umge bung und/oder den Bereich der Stelle, an der die Struktur (8, 10) auf dem Substrat (1, 9) angeordnet ist, in vorbestimmten Verlaufsmustern, vorzugsweise rasterförmig, geführt wird.

35. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Umgebung bzw. der Stelle, auf der die Energieübertragung erfolgt, verringert bzw. vergrößert wird.

36. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Energieübertragung auf ei nen Punkt zur Ausbildung der Struktur (8, 10) länger ist als die Dauer der Energieübertragung auf einen anderen Punkt zur Ausbildung der Beschichtung.

37. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) teilweise bzw. abschnittsweise ausgebildet wird.

38. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) als Stützeinrich tung ausgebildet wird.

39. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) und die Struktur (8, 10) verschmolzen wird.

40. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 9) pyramidenförmig oder kegelartig oder als Erhebung ausgeformt wird.

41. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formung der Struktur (8, 10) durch Änderung des Auftreffwinkels zwischen der Richtung der Energieüber tragung und der Fläche der Struktur (8, 10) bzw. des Substrats erfolgt.

42. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (8, 10) leitfähig und die Be schichtung (5, 11) isolierend ausgebildet wird.

43. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (8, 10) und/oder die Beschich tung (5, 11) aus organischen Verbindungen ausgebildet wird.

44. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (8, 10) und/oder die Beschich tung (5, 11) aus Metall und/oder metallischen und/oder metallorgani schen Verbindungen ausgebildet wird.

45. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 9) aus Silizium oder Sili ziumverbindungen besteht.

46. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1, 9) aus Materialien mit isolierenden oder halbleitenden oder leitenden Eigenschaften besteht.

47. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5, 11) aus dem glei chen Material wie die Struktur (8, 10) hergestellt wird.

48. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondeneinrichtung auf einem Ausle ger, insbesondere einem Cantilever, ausgebildet wird.