DE69021235T2

DE69021235T2 - Atomisches Kraftmikroskop mit nach Wahl auswechselbarer Flüssigkeitszelle.

Info

Publication number: DE69021235T2
Application number: DE69021235T
Authority: DE
Inventors: Barney Santa Barbara California 93111 Drake; Paul K. Santa Barbara California 93117 Hansma
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2010-02-17
Also published as: ATE125934T1; JPH0776696B2; DE69032714D1; EP0388023B1; JPH02284015A; EP0862045B1; EP0650029A2; EP0388023A3; EP0862045A3; USRE34489E; EP0650029A3; US4935634A; EP0862045A2; USRE34489F1; DE69032714T2; DE69021235D1; ATE172536T1; DE69034251D1; ATE384245T1; EP0388023A2

Description

Hinterarund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf Abtastmikroskope, die zum Abbilden des Reliefs von Oberflächen verwendet werden, und insbesondere auf ein atomisches Kraftmikroskop mit erweiterten Einsatzmöglichkeiten.
Die Gruppe der Abtastmeßfühlermikroskope, die in den letzten Jahren in die wissenschaftliche Welt Eingang gefunden hat, hat die Grenzen der Mikroskopie erweitert. Wie es durch das stark vereinfachte allgemeine Beispiel der Figuren 1 und 2 typisiert dargestellt ist, tasten diese Mikroskope mit einer spitzen Sonde bzw. einem spitzen Meßfühler 10 die Oberfläche 12 einer Probe 14 ab, um das Oberflächenrelief zu erhalten; in einigen Fällen wird sogar bis zum atomaren Maßstab heruntergegangen. Der Meßfühler 10 kann an einem Abtastmechanismus befestigt sein und mit einem Abtastmuster über die Oberfläche 12 bewegt werden oder alternativ dazu (und mit der gleichen Wirkung, da kleine Größen beteiligt sind) kann der Meßfühler 10 unbeweglich sein, wobei die Probe 14 an einem Abtastmechanismus angebracht ist, der die Oberfläche 12 in einem Abtastmuster über den Meßfühler 10 bewegt. Die Spitze 16 des Meßfühlers 10 setzt auf die Oberfläche 12 auf, wenn der Meßfühler 10 über diese bewegt wird. Wenn die Spitze 16 dem Relief der Oberfläche 12 folgt, bewegt sich der Meßfühler 10 nach oben und nach unten, wie es durch den Pfeil 18, der in zwei Richtungen geht, gezeigt ist. Diese auf- und abwärtsgerichtete Bewegung des Meßfühlers 10 wird erfaßt, um ein Signal zu erzeugen, das die Komponente in z-Richtung der dreidimensionalen Oberfläche 12 anzeigt.
Bei älteren atomischen Kraftmikroskopen (AFM) war der Meßfühler 10 an einem Draht angebracht; sie erfaßten elektrisch die Bewegung des Drahtes bei Bewegung der Meßfühlerspitze 16 über die Oberfläche 12. Neue atomische Kraftmikroskope nach dem Stand der Technik verwenden eine Technologie, die in der Mikroelektronik entwickelt wurde, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Es ist zu beachten, daß die Figuren der Zeichnungen nicht maßstabsgerecht sind, da der Meßfühler 10 und seine Spitze 16 (die typischerweise aus Diamantmaterial ist) äußerst klein sind, so daß diese auf fast atomarem Niveau nutzbringend sind. Wenn die Zeichnungen maßstabsgerecht erstellt wären, wären diese Bauteile nicht sichtbar. In der Tat sind bei der Arbeit mit atomischen Kraftmikroskopen diese Bauteile mit bloßem Auge nicht sichtbar und müssen mit einem optischen Mikroskop betrachtet werden. Wie es kurz gezeigt ist, ist das eine Quelle für einige der Probleme, die mit dieser Erfindung gelöst werden.
Wie es in Figur 1 dargestellt ist, erstreckt sich beim neuen atomischen Kraftmikroskop nach dem Stand der Technik der Meßfühler 10 von der vorderen Kante eines Substrates 20 nach außen, wobei der Meßfühler 10 an diesem durch Herstellungsverfahren ausgebildet wird, die für die vorliegende Erfindung nicht bedenklich sind. Es ist ausreichend herauszustellen, daß der Meßfühler 10 typischerweise. die Form eines Arms hat, der sich vom Substrat 20 nach außen erstreckt, wobei die Diamantspitze 16 am Ende des Arms befestigt ist. Außerdem ist der Meßfühler 10 sehr klein und äußerst zerbrechlich. Das Substrat 20 ist typischerweise an der unteren Seite eines großen Stahlblocks 22, der an der umgebenden Struktur angebracht ist, haftend befestigt und erstreckt sich von der vorderen Kante dieses Stahlblocks nach außen. Wenn der Meßfühler 10 und die Probe 14 leitfähig sind, kann die Position des Meßfühlers 10 als Resultat der Auslenkung, die durch die Oberfläche 12 während des Abtastprozesses verursacht wird, elektrisch erfaßt werden. Bei nicht-leitfähigen Proben, die abgetastet werden sollen, schlägt die Literatur nach dem Stand der Technik vor, einen Laserstrahl 24 vom Meßfühler 10 zurückzustrahlen, der durch einen photoelektrischen Sensor 26 erfaßt werden soll. Wie es in Figur 2 dargestellt ist, ändert sich beim nach oben und unten aus gelenkten Meßfühler 10 der Reflexionswinkel des Laserstrahls 24. Diese Änderung des Reflexionswinkels wird durch den photoelektrischen Sensor 26 erfaßt, der dann ein elektrisches Signal abgibt, das sich auf den Winkel bezieht (über den Lichtstrahl, der auf eine Erfassungsoberfläche auftrifft), und dadurch die Komponente in z-Richtung des Meßfühlers 10.
Unabhängig vom verwendeten Verfahren zur Positionserfassung des Meßfühlers (elektrisch oder mit Laserlicht) sind eine Reihe von Problemen vorhanden, die mit den atomischen Kraftmikroskopen nach dem Stand der Technik im Zus ammenhang stehen, wie diese durch die vereinfachten Zeichnungen der Figuren 1 und 2 typisiert dargestellt sind. Wie es in Figur 2 dargestellt ist, ist auf der Oberfläche 12 einer Probe 14 eine dünne (d.h. auf molekularem Niveau) Wasserschicht 28 ausgebildet. Häufig wird die kleine Spitze 16 von geringem Gewicht des Meßfühlers 10 durch die Kapillarwirkung dieser Wasserschicht 28 entgegen der kleinen elastischen Vorspannkraft des Meßfühlers 10 in die Oberfläche 12 "gesaugt" Dieses kann natürlich die Spitze 16 bis zu den Punkt stark beschädigen, daß diese für die beabsichtigte Verwendung nicht nutzbringend ist. Ferner ist negativ, daß die Wasserschicht 28 nicht ausreichend ist, um eine Schmierung in bezug auf die Spitze 16, die über die Oberfläche 12 gleitet, vorzusehen. Als Ergebnis ist der Reibungsabrieb der Spitze 16 ein ernsthaftes Problem, das verursacht, daß die Spitze 16 schnell bis zu dem Punkt abgetragen wird, daß diese für die beabsichtigte Verwendung nicht nutzbringend ist. Außerdem kann sich bei einigen Probenmaterialien die Spitze 16 in die Probenoberfläche 12 eingraben und diese beschädigen, statt über diese zu gleiten, um brauchbare Informationen zu liefern. Darüber hinaus wird der Abtastvorgang durch das Anlegen einer ziemlich hohen Spannung an das Abtastelement vorgenommen. Wenn sich der Stahlmontageblock 22 in unmittelbarer Nähe befindet, wie es in Figur 1 dargestellt ist, können diese Spannungen vom Stahlblock 22 angezogen werden und im Prozeß die Spitze 10 beeinflussen, wodurch in den Abgabestrahl falsche Daten eingebracht werden.
Die Art der Umgebung und die Klasse der Personen, die die atomischen Kraftmikroskope nutzen und in der Zukunft nutzen werden, sind weitere Probleme dieser äußerst brauchbaren und potentiell leistungsfähigen Vorrichtung. Typischerweise ist der Nutzer ein Forscher, der an zahlreichen Projekten in Laborumgebung arbeitet. Er oder sie hat kein Interesse daran, mit dem atomischen Kraftmikroskop "zu spielen", um mit diesem brauchbare Resultate zu erzielen. In seiner vorliegenden Struktur, wie diese in den Zeichnungen der Figuren 1 und 2 dargestellt ist, ist es schwierig, das Einrichten zum Abtasten vorzunehmen. Es ist leicht, die Spitze 16 vom Meßfühler 10 und/oder den Meßfühler 10 vom Substrat 20 abzubrechen. Das Ersetzen der Meßfühler/Spitze- Baugruppe ist eine größere Tätigkeit; aufgrund der vorstehend beschriebenen Probleme ist die voraussichtliche Lebensdauer des Meßfühlers/der Spitze äußerst kurz. Darüber hinaus ist die Probe 14 an die obere Seite eines piezoelektrischen Abtastrohres (in den Figuren 1 oder 2 nicht gezeigt) angeklebt, das den Abtastvorgang durch die Bewegung der Probe in bezug auf den unbeweglichen Meßfühler 10 vornimmt (der in Position fixiert bleiben muß, damit der Laserstrahl 24 von diesem zum Zweck der Erfassung reflektiert wird). Wenn die Probe 14 somit einmal angebracht ist, ist es unmdglich diese zu bewegen (um den Abtastpunkt zu ändern) und diese zu wechseln. Das Positionieren der Spitze 16 des Meßfühlers 10 auf der Oberfläche 12 der Probe 14 ist im günstigen Fall schwierig und in einigen Fällen praktisch unmöglich. Kurz gesagt sind, während sich die atomischen Kraftmikroskope im kommerziellen Entwicklungsstadium befinden, die Produkte, die beim Stand der Technik zur Verfügung stehen, nicht die effizienten, einfach einzusetzenden Laborhilfen, die der Nutzer wünscht und benötigt.
Daher ist es die allgemeine Aufgabe der vorliegenden erfindung, ein System eines atomischen Kraftmikroskops vorzusehen, das einfach einzurichten, zu kalibrieren und durch den typischen Laborarbeiter in der typischen Laborumgebung zu verwenden ist.
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System eines atomischen Kraftmikroskopes vorzusehen, bei dem die Meßfühlerspitze Reibungsabrieb widersteht.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System eines atomischen Kraftmikroskopes vorzusehen, bei dem der Meßfühler/die Spitze nicht den Kapillarkräften des Wassers unterworfen ist, das die Oberfläche der Probe bedeckt.
Es ist eine noch weitere Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System eines atomischen Kraftmikroskops vorzusehen, bei dem der Meßfühler/die Spitze einfach über die Probenoberfläche gleitet und dem Eingraben in weichere Proben und der Beschädigung von diesen widersteht, wodurch ein leichterer und zuverlässigerer Betrieb vorgesehen wird.
Diese Aufgaben werden durch das Vorsehen der Ansprüche 1 und 16 gelöst. Es muß jedoch festgestellt werden, daß die Verwendung eines Abtasttunnelmikroskops bei einer Probe, die in einen Flüssigkeitstropfen getaucht ist, in der Abhandlung beschrieben ist: "Semiconductor topography in aqueous environements: tunneling microscopy of chemomechanically polished (001) GaAs" von Sonnenfeld et al. in Applied Physics letter, Band 50 Nr. 24 vom 15. Juni 1987, New York, USA, Seiten 1742 bis 1744.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System eines atomischen Kraftmikroskops vorzusehen, in dem der Meßfühler/die Spitze in einem einfach zu ersetzenden Modul enthalten ist, das vom Lieferanten des atomischen Kraftmikroskops wiederverwertbar ist.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System eines Kraftmikroskops vorzusehen, das Kalibrier/Einricht-Werkzeuge aufweist, die in diesem enthalten sind, mit denen das Einrichten des atomischen Kraftmikroskops eine einfache und leichte Aufgabe ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System eines atomischen Kraftmikroskops vorzusehen, bei dem die Probe durch ein entfernbares und einstellbares Element gehalten wird, das die Änderung der Position der Probe in situ gestattet und ermöglicht, daß eine neue Probe einfach und schnell ohne Zerstörung der vorhergehenden Proben angebracht wird.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System eines atomischen Kraftmikroskops vorzusehen, bei dem der Stahlmontageblock nach dem Stand der Technik entfernt ist, ohne daß die Stabilität von Meßfühler und Spitze beeinflußt ist.

Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine vereinfachte Zeichnung eines atomischen Kraftmikroskops nach dem Stand der Technik, die zeigt, wie der Meßfühler, der an einem Substrat, das von einem großen Stahlblock getragen wird, montiert ist, durch einen von diesem reflektierten Laserstrahl erfaßt wird.
Figur 2 ist eine vergrößerte Zeichnung der Spitze des Meßfühlers von Figur 1, die die Bewegung der Spitze über die Oberfläche einer Probe und die Art der Änderung des Reflexionswinkel des Laserstrahls als Ergebnis der Auslenkung des Meßfühlers zeigt.
Figur 3 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines atomischen Kraftmikroskops entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 ist eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht des Probenhalteblocks des atomischen Kraftmikroskops von Figur 3, die zeigt, wie seine Halteschrauben auf eine geeignete Höhe kalibriert werden.
Figur 5 ist eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht des Probenhalteblocks von Figur 4, der an den Grundabschnitt des atomischen Kraftmikroskops von Figur 3 montiert ist, die zeigt, wie seine Halteschrauben kalibriert werden, damit die Meßfühlerspitze in einer geeigneten Höhe angeordnet wird.
Figur 6 ist eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht des Meßfühlers und der Spitze eines nicht bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem das Abtasten in einem Flüssigkeitstropfen stattfindet.
Figur 7 ist eine Unteransicht des meßfühlertragenden Moduls der vorliegenden Erfindung in seinem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Figur 8 ist eine geschnittene Ansicht des meßfühlertragenden Moduls von Figur 7 in der Ebene VIII-VIII.
Figur 9 ist eine vereinfachte Zeichnung, die ein Dreipunkte-Stütz/Einstell-Verfahren nach dem Stand der Technik darstellt, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Figur 10 ist eine Seitenansicht eines Kalibrierwerkzeugs, das beim System des atomischen Kraftmikroskops der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit dem durch das meßfühlertragende Modul die Meßfühlerspitze genau in ihrer geeigneten Position positioniert wird, wenn das meßfühlertragende Modul in den Probenhalteblock von Figur 4 eingeführt wird.
Figur 11 ist eine Unteransicht des Kalibrierwerkzeugs von Figur 10.
Figur 12 ist eine Zeichnung, die die Verwendung des Kalibrierwerkzeugs der Figuren 10 und 11 darstellt.
Figur 13 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der oberen Seite eines piezoelektrischen Abtastrohres, bei dem die Spannungsabschirmung und der entfernbare/gleitfähige Tisch der vorliegenden Erfindung Verwendung finden, in einem ersten Ausführungsbeispiel.
Figur 14 ist eine detaillierte Zeichnung des bevorzugten Halte- und Einstellmechanismus für den photoelektrischen Sensor, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Figur 15 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der oberen Seite des piezoelektrischen Abtastrohres, bei dem die Spannungsabschirmung und der entfernbare/gleitfähige Tisch der vorliegenden Erfindung Verwendung finden, in einem alternativen Ausführungsbeispiel.
Figur 16 ist eine Draufsicht der bevorzugten Meßfühlerstruktur der vorliegenden Erfindung.
Figur 17 ist eine Vorderansicht des Meßfühlers von Figur 16.
Figur 18 ist eine Zeichnung eines optionalen, entfernbaren jedoch nicht lichtdurchlässigen meßfühlertragenden Moduls ohne Fluidzellenpotential, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Die wesentlichen Elemente eines atomischen Kraftmikroskops 28 entsprechend der vorliegenden Erfindung sind in seinem bevorzugten Ausführungsbeispiel in der geschnittenen Seitenansicht von Figur 3 dargestellt. Es ist eine Grundplatte 30 vorgesehen, die wie beim typischen atomischen Kraftmikroskop nach dem Stand der Technik in bestimmter Weise stoßsicher befestigt ist. Ein piezoelektrisches Abtastrohr 32 ist angebracht und erstreckt sich von der Grundplatte 30 senkrecht nach oben. Die Gestaltung des Abtastrohres 32 ist herkömmlich und im Stand der Technik bekannt, wobei durch das Anlegen von Abtastspannungen in z-, y- und z-Richtung an die Drähte 34 das obere Ende 36 des Rohres 32 in zwei Orthogonalrichtungen horizontal und vertikal bewegt werden kann, um in x- und y-Richtung abzutasten sowie Meßfühlerpositionieren in z-Richtung auf atomarem Niveau auszuführen.
Ein Probenhalteblock 38 wird auf den Spitzen der drei Einstellschrauben 40, die durch die Grundplatte 30 geschraubt sind, unter Verwendung des Loch/Schlitz/Oberflächenkontakt- und Ausrichtverfahrens, das im Stand der Technik bekannt ist und auf das sich detaillierter nachfolgend bezogen wird, gehalten. Wie es entnommen werden kann, erstreckt sich das Abtastrohr 32 durch eine Bohrung 42 in der Unterseite 44 des Probenhalteblocks 38, so daß sich sein oberes Ende 36 in einer Kammer 46 im Probenhalteblock 38 befindet. Ein meßfühlertragendes Modul 48 befindet sich in der Kammer 46 und wird auf den Spitzen von drei Einstellschrauben 50, die durch die untere Seite 44 geschraubt sind, unter einer speziellen Anwendung des vorstehend beschriebenen Loch/Schlitz/Oberflächenkontakt- und Ausrichtverfahrens, auf das sich ebenfalls detaillierter nachstehend bezogen wird, gehalten. Das meßfühlertragende Modul 48, wie es kurz gezeigt wird, sieht die Lösung für zahlreiche Hauptprobleme der vorstehend beschriebenen atomischen Kraftmikroskope nach dem Stand der Technik vor. Das meßfühlertragende Modul 48 ist aus lichtdurchlässigen Material mit parallelen ebenen oberen und unteren Oberflächen 52 bzw. 54. Das meßfühlertragende Modul 48 kann in der Reihenfolge der Präferenz aus Quarz, Glas oder Plastik, wie z.B. Polykarbonat, hergestellt sein. Das Substrat 20, an dem der Meßfühler 10 angebracht ist, ist an die untere Fläche 54 in einen O-Ring 56 geklebt, der ebenfalls an die untere Fläche 54 geklebt ist. Wie es detaillierter kurz beschrieben wird, kann diese Anordnung verwendet werden, um den Meßfühler 10 in einer Fluidzelle anzuordnen, die zwischen der unteren Fläche 54 und der Probe 14 im O-Ring 56 vorliegen kann. Das beseitigt natürlich das vorstehende Problem der kapillaren Anziehung und sieht eine Umgebung mit niedriger Reibung/Schmierung vor, in der selbst weiche Gewebeproben und ähnliches ohne Beschädigung abgetastet werden können. Wie es festgestellt wurde, wurde der Stahlblock 22 des Standes der Technik wunschgemäß beseitigt. Die Meßfühlerspitze 16 wird in bezug auf den Laserstrahl 24 in einer Weise automatisch ausgerichtet, die kurz beschrieben wird. Der vielleicht wichtigste Gesichtspunkt ist, daß das meßfühlertragende Modul 48 schnell, genau und einfach entfernt und ersetzt werden kann, wenn der Meßfühler/die Spitze bricht und/oder abgetragen ist. Das gebrauchte Modul 48 kann dann in die Fabrik zum Anbringen eines neuen Meßfühlers 10 unter geeigneten Bedingungen zurückgeschickt werden. Die Probe 14 ist an der Oberseite eines entfernbaren Probentisches 58 befestigt. Somit kann eine spezielle Probe 14 an einem Tisch 58 an einer Tischposition, die vom atomischen Kraftmikroskop 28 entfernt liegt, einfach befestigt werden. Wenn es gewünscht wird, kann eine spezielle Probe zeitweise entfernt und zu einem späteren Zeitpunkt wieder eingeführt werden. Darüber hinaus ist der Probentisch 58 an einer Abschirmung 60 von ferromagnetischer und elektrischer Interferenz magnetisch befestigt, die durch das obere Ende 36 des Abtastrohres 32 getragen wird. Die Abschirmung 60 verhindert die elektrische Interferenz von den Abtastspannungen, die an das Rohr 32 angelegt sind; darüber hinaus wird durch die magnetische Befestigung des Probentisches 58 an dieser gestattet, daß der Tisch 58 (und die befestigte Probe 14) in x- und y-Richtung horizontal gleitet, damit das gewünschte Abtastgebiet unter der Meßfühlerspitze 16 angeordnet ist.
Auf der Oberseite des Probenhalteblocks 38 ist ein flacher Tischbereich 62 ausgebildet, der zur unteren Seite 44 parallel verläuft. Eine Bohrung 64 erstreckt sich senkrecht vom Tischbereich 62 in die Kammer 46 im wesentlichen konzentrisch um einen Punkt an dem meßfühlertragenden Modul 48, an dem die Spitze 16 des Meßfühlers 10 zu positionieren ist. Eine Laserstrahlquelle 66 wird durch ein rechteckiges Halteelement 68 getragen, das am Tischbereich 62 magnetisch befestigt ist, um sich auf diesem horizontal gleitend zu bewegen. Der Laserstrahl 24 der Quelle 66 strahlt daher durch die Bohrung 64, um auf den Meßfühler 10 aufzutreffen, von dem dieser eine Bohrung 70 aufwärts im Winkel reflektiert wird, um auf die Erfassungsfläche 72 eines photoelektrischen Sensors 26 aufzutreffen (der von im Stand der Technik bekannten Typ ist und einzeln nicht Bestandteil der Neuheit dieser Erfindung ist). Der Sensor 26 wird in einer Mikro-Erfassungs-Einstellvorrichtung 74 einstellbar gehalten. In zur Zeit getesteten Ausführungsbeispielen dieser Erfindung ist die Quelle 66 des Laserstrahls 24 eine Halteeinrichtung, die ein Ende einer optischen Faser greift, in deren anderes Ende der Laserstrahl 24 von einer kommerziellen Laservorrichtung eingegeben wird, um im Gebiet des Meßfühlers 10 und der zugeordneten Vorrichtung den Wärmeaufbau von der Laservorrichtung zu verhindern. Eine bevorzugte Quelle 66 würde eine LED aufweisen, die sich in der Quelle 66 selbst befindet. Die Horizontalposition des Halteelements 68 wird in x- und y-Richtung (um den Laserstrahl 24 für eine optimalere Reflexion genau auf dem Meßfühler 10 anzuordnen) mittels eines Paares von orthogonal ausgerichteten Mikrolasereinstellvorrichtungen 76 fein eingestellt. Nach der somit erfolgten allgemeinen Beschreibung der vorliegenden Erfindung und zahlreicher Bestandteile und Aspekte wird sich nun auf zahlreiche Punkte bezüglich der Neuheit detaillierter bezogen.
Der Probenhalteblock 38 und das Verfahren zum Einrichten der Einstellschrauben 50 ist in der vergrößerten Zeichnung von Figur 4 dargestellt. Wie dieser Figur entnommen werden kann, sind Mikrolasereinstellvorrichtungen 76 vorgesehen, die mit 90 Grad zueinander ausgerichtet sind. Jede Einstellvorrichtung 76 weist ein Vertikalelement 78 auf, das sich vom Probenhalteblock 38 angrenzend an den Tischbereich 62 nach oben erstreckt. Ein Blattfederelement 80 erstreckt sich an der Innenfläche des Vertikalelements 78 von einem Befestigungspunkt 82 an diesem nach oben. Ein magnetischer Meßfühler 84 erstreckt sich von einem Punkt, der sich unmittelbar oberhalb des Befestigungspunktes 82 befindet, zum Tischbereich 62 nach außen. Eine Einstellschraube 86 ist durch das Vertikalelement 78 geschraubt, um mit dem Blattfederelement 80 nahe der oberen Seite des Vertikalelements 78 in Berührung zu stehen. Es ist festzuhalten, daß die Einstellschrauben 86 an ihrem äußeren Ende ein Drehrad 88 mit großem Durchmesser aufweisen, wodurch, wenn die Position des Halteelements 68 am Tischbereich 62 horizontal eingestellt wird, die Einstellschrauben 86 einen Bruchteil einer Drehung einfach gedreht werden können. Es ist ebenfalls festzuhalten, daß beim Positionieren der Einstellschraube 86 am Blattfederelement 80 in bezug auf den magnetischen Meßfühler 84 und den Befestigungspunkt 82 ein großer mechanischer Vorteil besteht. Als Ergebnis ergibt sich aus dem Drehen des Rads 88 (das aufgrund der vorgesehenen mechanischen Vorteile einfach und gleichmäßig vorgenommen werden kann) eine geringe horizontale Bewegung des Halteelements 68, die gewünscht ist, um das genaue Vornehmen der Endpositionierung des Laserstrahls 24 auf dem Meßfühler 10 vorzunehmen.
Wie es in Figur 14 detailliert dargestellt ist, weist die bevorzugte Mikro-Erfassungs-Einstellvorrichtung 74 ein U-förmiges Gleitelement 90 auf, das an der Gleitfläche 72 des Probenhalteblocks 38 magnetisch befestigt ist, die sich zur Bohrung 70 senkrecht erstreckt. Der Sensor 26 wird in dem zur Seite weisenden U des Gleitelements 90 durch eine Halteeinrichtung 148 gehalten, in dem ein Gebiet 150 ausgebildet ist, das entsprechend dem Umriß des Sensors 26 dimensioniert ist. Sowohl die Halteeinrichtung 148 als auch das Gleitelement 90 werden an der Gleitfläche 92 durch Magnete 116 gehalten. Das Gleitelement 90 wird durch die Einstellschraube 94 nach oben und unten bewegt, die durch das Gleitelement 90 zwischen den Aussteifungen 96 im Probenhalteblock 38, die für diesen Zweck vorgesehen sind, geschraubt ist. Die Halteeinrichtung 148 wird durch die Einstellschraube 152 zur Seite bewegt, die durch die untere Seite des U des Gleitelements 90 geschraubt ist.
Die Position der Einstellschrauben 50 (und dadurch die Position des meßfühlertragenden Moduls 48, wenn dieses in die Kammer 46 eingeführt ist) kann unter der Verwendung eines Kalibrierteils 98 und eines Höhenmessers 100 wie gezeigt eingestellt werden. Der Höhenmesser 100 ist in die Bohrung 42 eingeführt; das Kalibrierteil 98 befindet sich auf den Einstellschrauben 50. Die Schrauben 50 werden dann in geeigneter Weise nach oben gedreht und/oder abgesenkt, bis daß das Kalibrierteil 98 gerade gleichmäßig auf der flachen oberen Fläche des Höhenmessers 100 verbleibt. An diesem Punkt werden die Schrauben 50 auf eine Höhe eingestellt, so daß, wenn sich das meßfühlertragende Modul 48 auf den Schrauben befindet, sich die Meßfühlerspitze 16 in der gewünschten (und erwarteten) Meßfühlerhöhe wie gezeigt befindet.
Die Einstellschrauben 40 müssen auf eine geeignete Höhe eingestellt sein, um das meßfühlertragende Modul 48 an einem Punkt zu halten, an dem sich die Probenoberfläche einer abzutastenden, angebrachten Probe auf dem Meßfühlerniveau befindet, das vom Kalibrierprozeß erwartet wurde, der gerade in bezug auf Figur 4 beschrieben wurde. Das wird unter Verwendung des Kalibrierwerkzeugs 102 in der Weise, wie es in Figur 5 dargestellt ist, ausgeführt. Das Kalibrierwerkzeug 102 weist einen Rahmen 104 mit einer unteren Seite 106 auf, die genauso wie die untere Seite 44 des Probenhalteblocks 38 strukturiert ist und eine Bohrung 42' aufweist, in der das Abtastrohr 32 verläuft. Es ist festzuhalten, daß, wie es in der nachstehend angeführten Beschreibung darstellt ist, während die Einstellschrauben 50 des Probenhalteblocks 38 nur selten eingestellt werden müssen, die Einstellschrauben 40 bei jedem Austausch der Probe 14 eingestellt werden müssen. Der Grund dafür liegt darin, daß die Probe 14 an den Probentisch 58 geklebt ist und sich die Höhe der Probenoberfläche von einer Probe zur nächsten zumindest in den Größenordnungen, die bei Betrieb des atomischen Kraftmikroskops 28 berücksichtigt werden, bedeutend ändern kann. Das Kalibrierwerkzeug 102 hat ebenfalls ein Kalibriermikroskop 108 mit kurzer Brennweite, das senkrecht zur vorstehenden Probenoberfläche 12 positioniert ist, wenn das Kalibrierwerkzeug 102 an den Einstellschrauben 40 angebracht ist. Die Brennweite des Kalibriermikroskops 108 ist so gewählt, daß dieses genau auf die Ebene fokussiert, in der sich die Meßfühlerspitze 16 befindet. Um die Einstellschrauben 40 in geeigneter Weise einzustellen, wird die Probe 14 am Abtastrohr 20 angebracht und das Kalibrierwerkzeug 102 wie es in Figur 5 gezeigt ist positioniert. Während der Betrachtung durch das Kalibriermikroskop 102 werden die Einstellschrauben 40 verwendet, um das Kalibrierwerkzeug 102 auf- und abwärtszubewegen, bis daß die gesamte Fläche 12 der Probe 14 fokussiert ist. An diesem Punkt werden die Einstellschrauben 40 in geeigneter Weise eingestellt. Aufgrund der verwendeten kurzen Brennweite ist die Oberfläche 12, wenn diese vollständig fokussiert ist, ebenfalls zum Abtastvorgang des Meßfühlers 10 parallel.
Bevor mit Aspekten bezüglich des Einrichtens und Kalibrierens der vorliegenden Erfindung fortgefahren wird, wird die Aufmerksamkeit auf die Figuren 13 und 15 gelenkt, die sich direkt auf die zuletzt beschriebenen Aspekte dieser Erfindung beziehen. Gemäß Vorbeschreibung wird die Abtastbewegung des piezoelektrischen Abtastrohres 32 durch das Anlegen von Spannungen (die im Bereich von 100 Volt liegen können) an Elektroden 110 an den Außen- und Innenflächen des Rohres 32, das aus einem piezoelektrischen Material gefertigt ist, beeinflußt. Unabhängig vom Anziehungspotential des Stahlblocks 22 (der im bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung entfernt wurde) haben die Erfinder beobachtet (und nachgewiesen), daß die Abtastspannung, die zum Bewegen des Abtastrohres 32 verwendet werden, den Meßfühler 10 noch negativ beeinflussen. Um dieses Problem zu lösen, ist eine scheibenförmige Spannungsabschirmung 112 am oberen Ende 36 des Rohres 32 befestigt. Da die Abschirmung 112 elektrisch leitfähig sein muß, ist diese am oberen Ende 36 des Rohres 32 mit einem Isolierklebemittel 114 befestigt. Die Spannungsabschirmung 112 ist dann mit einem Massepotential physikalisch verbunden. Optional kann diese mit einem Festspannungspotential, das zur Verfügung steht, verbunden sein.
Die Aspekte bezüglich Einstellbarkeit und Entfernbarkeit des Probentisches 58 können auf zwei Weisen umgesetzt werden, wie es in den Figuren 13 bzw. 15 dargestellt ist. Im Ausführungsbeispiel von Figur 13 ist die Spannungsabschirmung 112 aus ferromagnetischem Material; im Probentisch 58 ist ein Magnet 116 angebracht. Im Ausführungsbeispiel von Figur 15 ist in der Spannungsabschirmung 112 ein Magnet 116 konzentrisch angebracht; der Probentisch 58 ist aus ferromagnetischem Material. Dementsprechend schirmt in beiden Ausführungsbeispielen die Spannungsabschirmung 112 nicht nur die Wirkung der Streuspannung, die den Meßfühler 10 erreichen, ab, sondern sieht zusätzlich eine Oberfläche am oberen Ende 36 des Abtastrohres 32 vor, auf der der entfernbare Probentisch 58 mit einer Probe 14, die an diesen angeklebt ist, magnetisch befestigt sein kann. Dementsprechend kann, während sich die Probe 14 auf dem Rohr 32 befindet, und als Teil der Einstellung der Einstellschrauben 40, wie es in bezug auf die Figur 5 beschrieben ist, der Probentisch 58 sowohl in x- als auch in y-Richtung horizontal gleiten, um einen Bereich, der von Interesse ist, unter dem Meßfühler anzuordnen, der dadurch abgetastet wird.
Die Probleme der Kapillarwirkung und der Reibung bei weichen Proben sowie das Vorsehen des leichteren und zuverlässigeren Betriebes werden nun beschrieben. Ein wichtiger Aspekt des atomischen Kraftmikroskops 28 dieser Erfindung ist das Vorsehen einer einzigartigen Meßfühlergestaltung, der real ein feinstverarbeiteter Ausleger mit einem optischen Hebel ist, wie es in den Figuren 16 und 17 gezeigt ist. Der Meßfühler 10 weist ein Paar von V-förmigen Armen 154 auf, die an der unteren vorderen Kante des Stützsubstrats 20 durch Mikroverarbeitungsverfahren, die aus der Mikroelektronik bekannt sind und für sich nicht Teil dieser Erfindung sind, ausgebildet sind. Die Arme 154 erstrecken sich daher von den unteren vorderen Kanten des Substrates 20. Aufgrund der Beschaffenheit der Materialien, die bei der Feinstverarbeitung verwendet werden, werden die einseitig eingespannten Arme 154 einfach ausgelenkt (d.h. daß ihre Selbstvorspannkraft praktisch nicht vorhanden ist). Aufgrund der gleichmäßigen Oberfläche dieser feinstverarbeiteten Materialien, reflektieren diese inherent den Laserstrahl 24, wodurch der gewünschte optische Hebel erzeugt wird. Die momentane Kontaktierspitze 16 ist aus Diamant gefertigt und dort getrennt befestigt, wo sich die zwei Arme 154 zum Ausbilden des "V" vereinigen.
Die Probleme der Kapillarwirkung und der Reibung bei weichen Proben kann beim atomischen Kraftmikroskop 28 dieser Erfindung gelöst werden, in dem der Meßfühler 10 und das abzutastende Gebiet der Probe optional in ein Fluidbad getaucht werden. Bei einem nicht bevorzugten Ausführungsbeispiel kann dieser neue Aspekt der vorliegenden Erfindung in der in Figur 6 gezeigten Weise ausgeführt werden. Diese Herangehensweise wurde bei zum frühen Zeitpunkt getesteten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet; sie wurde jedoch durch die Vorrichtung, die kurz beschrieben wird, ersetzt. Wie es festzuhalten ist, verwendet dieses Ausführungsbeispiel das Verfahren nach dem Stand der Technik, bei dem der Meßfühler 10 an einem Substrat 20 angebracht ist, das wiederum an einem Stahlblock 22 oder ähnlichem angebracht ist, der durch den Grundabschnitt des atomischen Kraftmikroskops getragen wird. Um das Fluidbad vorzusehen, ist ein durchsichtiges Abdeckungsglas 118 an der oberen Seite des Substrates 20 befestigt, das sich über dem Meßfühler 10 nach außen erstreckt. Ein Fluidtropfen 120 (wie z.B. aus entionisiertem Wasser) wird dann mit einer Spritze in das Gebiet, das den Meßfühler 10 umgibt und das durch das Abdeckglas 118 die Probenoberfläche 12 und die Kante des Substrates 20 definiert ist, eingespritzt, wo es durch Kapillarwirkung und Oberflächenspannung anhaftet. Der Laserstrahl 24 geht durch das Abdeckglas 118 und das Fluid 120 zum Meßfühler 110 von dem dieser reflektiert wird, um durch das Fluid 120 und das Abdeckglas 118 zurückzuverlaufen. Jeder geringe Refraktion bleibt konstant und kann berücksichtigt werden, indem die Position des photoelektrischen Sensors 28 eingestellt wird. Außer der Verbindung mit dem am nicht entfernbaren Stahlblock montierten Meßfühler 10 besteht das einzige andere Problem bei diesem Ausführungsbeispiel darin, daß die Lebensdauer des Fluidtropfens 120 durch Verdungstung beschränkt ist.
Das meßfühlertragende Modul 48, das in den Figuren 7 und 8 detailliert gezeigt ist, löst viele der Probleme, die mit dem Stand der Technik in Zusammenhang stehen, während bei Wunsch oder Bedarf die neue Fluidzellenumgebung dieser Erfindung optional vorgesehen wird, und ist daher die bevorzugte Herangehensweise. Jedes meßfühlertragende Modul 48 wird in der Fabrik (in der kurz beschriebenen Weise) zusammengebaut und kibriert. Wie vorstehend genannt bringt der Forscher, wenn der Meßfühler 10 abgetragen oder abgebrochen ist, lediglich bin neues meßfühlertragendes Modul 48 an und sendet das gebrochene zum Wiederverwerten in die Fabrik zurück. Das meßfühlertragende Modul 48 hat einen abgewinkelten Bereich 122 (ungefähr 10º) der in die untere Fläche 54 geschnitten ist, in die das meßfühlertragende Substrat 20 eingeklebt ist. Der Meßfühler 10 und das Substrat 20 sind von einem O-Ring 56 umgeben, der ebenfalls an der unteren Fläche 54 klebend befestigt ist. Wenn sich der O-Ring 56 an der Oberfläche 12 der Probe 10 befindet, wie es in Figur 8 gezeigt ist, ist zwischen der unteren Fläche 54 und der Probenfläche 12 im O-Ring 56 eine Fluidzelle 124 ausgebildet. Einlaß- und Auslaßrohre 126, 128 sind im Material des meßfühlertragenden Moduls 48 ausgebildet und stehen mit der Fluidzelle 124 und dem Äußeren des Moduls 48 in Verbindung. Fluid 120 kann durch die Rohre 126, 128 eingespritzt (oder bei Eignung sogar umgeführt) werden. Das Verdunstungsproblem ist daher beseitigt. Es ist festzuhalten, daß bei Nichtbenötigung der Fluidzelle das optionale meßfühlertragende Modul 48 von Figur 18 verwendet werden kann. In diesen Fall ist das meßfühlertragende Modul 48' aus Metall oder Plastik und hat wie bei der vorstehend beschriebenen Version einen abgewinkelten Bereich 122 (ungefähr 10 Grad), der in die obere Fläche 54 eingeschnitten ist, in die das meßfühlertragende Substrat 20 geklebt ist. Eine Bohrung 156 durch das meßfühlertragende Modul 48' von der oberen Fläche 52 zur unteren Fläche 54 in Ausrichtung mit dem Meßfühler 10 ist vorgesehen, um zu gestatten, daß der Laserstrahl 54 durch das meßfühlertragende Modul 48' verläuft, auf den Meßfühler 10 auftrifft und von diesen zum photoelektrischen Sensor 26 reflektiert wird.
Wenn auf das vorstehend beschriebene bevorzugte meßfühltertragende Modul 48, das die Fluidzelle enthält, zurückgekommen wird, kann zusätzlich zum Vorsehen der Vorteile, die in bezug auf das Beseitigen der Beeinflussung der Kapillaranziehung auf den Meßfühler 10 und die Verringerung der Reibung in weichen Proben beschrieben werden, die Fluidzelle ebenfalls für elektrochemische Zwecke und ähnliches verwendet werden. Zu diesem Zweck sind im bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung drei zusätzliche Rohre 158, 160 und 162 im Material des meßfühlertragenden Moduls 48 ausgebildet und stehen mit der Fluidzelle 124 und dem Äußeren des Moduls 48 in Verbindung. Jedes der Rohre enthält eine Elektrode 164, die sich zwischen der Fluidzelle 124 an einem Ende und dem Äußeren des Moduls 48 am anderen Ende erstreckt, wobei an diesem Punkt elektrische Verbindung mit dieser hergestellt werden kann. Wie es für den Fachmann schnell ersichtlich ist, hat eine solche Anordnung viele Einsatzmöglichkeiten. Zum Beispiel können Proben zu Substraten elektrisch "heruntergedrückt" werden, indem zwischen eine oder mehrere der Elektroden 164 in der Fluidzelle (die die Probe enthält) und die Spannungsabschirmung 112 eine Spannung angelegt wird. Das Vorhandensein der drei Elektroden 164 (d.h. einer Arbeitselektrode, einer Referenzelektrode und einer Hilfselektrode) ermöglichen einen breiten Bereich elektrochemischer Untersuchungen, wie z.B. Überziehen bzw. Beschichten, Korrosion und elektrisches Abziehen bzw. Abnehmen in Echtzeitumgebung des atomischen Kraftmikroskops 28.
Das Loch/Schlitz/Stütz-System, das in der Erfindung verwendet wird und vorstehend genannt ist, ist in vereinfachter Form in Figur 9 gezeigt. Drei Punkte definieren natürlich eine Ebene, wie es als mathematische Tatsache genauso wie die Tatsache bekannt ist, daß zwei Punkte eine Gerade definieren. Ein einfacheres Beispiel ist der Stuhl mit drei Beinen, der im Unterschied zu dem mit vier Beinen nie wackeln wird. Somit ist in einer komplexen Vorrichtung, wie z.B. einem atomischen Kraftmikroskop 28, in dem die Stabilität der Bauteile in Bezug zueinander vorhanden ist, die Verwendung eines Dreipunktstützsystems eine logische Herangehensweise. Um bei der Anordnung mit Einstellbarkeit Genauigkeit vorzusehen, wird gewöhnlich das Loch/Schlitz/Stützverfahren von Figur 9 verwendet. Die zu stützende Oberfläche hat einen geraden Schlitz 130, der an einem ersten allgemeinen Haltepunkt darin ausgebildet ist. Ein Loch 132 ist in der Oberfläche in Längsausrichtung mit dem Schlitz 130 an einem zweiten spezifischen Haltepunkt ausgebildet. Die zu stützende Oberfläche wird auf drei Stützen angebracht, indem als erstes eine Stütze in den Schlitz 130 eingebracht wird. Die eine Stütze gleitet dann im Schlitz nach Erfordernis; der Gegenstand dreht sich wie benötigt, um einer zweiten der drei Stützen das Eingeführtwerden in das Loch 132 zu gestatten. Somit wurden zwei HaItepunkte vorgesehen. Da zwei Punkte eine Linie definieren, gestatten die zwei Haltepunkte nur die Drehung der Oberfläche, um um die Haltepunkte in Loch 132 und Schlitz 130 gestützt zu werden. Die zu stützende Oberfläche ist dann niedriger (d.h. ist um die Linie, die durch die ersten zwei Haltepunkte definiert ist, gedreht) bis daß die zu stützende Oberfläche an der dritten der drei Stützen verbleibt. Dieses Stützverfahren ergibt wiederholt das gleiche Positionieren der Oberfläche, die an den drei Stützen gestützt werden soll.
Während im atomischen Kraftmikroskop 28 das vorstehend beschriebene Dreipunktestützsystem nach dem Stand der Technik verwendet wird, wird eine neue Herangehensweise verwendet, um die meßfühlertragenden Module 48 in der Fabrik vorzukalibrieren, so daß, wenn eines in die Kammer 46 eingeführt wird, um durch die Einstellschrauben 50 gestützt zu werden, die Meßfühlerspitze 16 in ungefähr genauer Ausrichtung mit der Nominalposition des Laserstrahls 24 angeordnet wird. Wie aus der Zeichnung von Figur 7 entnommen werden kann, ist in der unteren Fläche 54 des meßfühlertragenden moduls 48 nur ein Schlitz 130 ausgebildet. Das "Loch" 132 wird entsprechend dem Kalibrierverfahren, das in den Figuren 10 bis 12 gezeigt ist, vorgesehen. In der Fabrik wird nach der Befestigung des Substrates 20, das am Meßfühler 10 befestigt ist, am abgewinkelten Bereich 122, das Kalibrierwerkzeug 134 der Figuren 10 und 11 verwendet, um eine Ringscheibe 136 zu positionieren, so daß das Loch im Mittelpunkt der Ringscheibe 136 das Loch 132' ist, das die zweite der Einstellschrauben 50 aufnimmt. Das Kalibrierwerkzeug 134 hat eine horizontale Grundplatte 138 mit drei Stiften 140, die sich von dieser nach unten senkrecht zur Grundplatte 138 erstrecken und in der gleichen Dreiecksgestalt wie die drei Einstellschrauben 50 beabstandet sind. Ein Mikroskop 142 ist in eine Bohrung 144 durch die Grundplatte 138 vertikal eingepaßt, die zu den Stiften 140 die gleiche Beziehung wie die Bohrung 64 zu den Einstellschrauben 50 hat. Ein Fadenkreuz 146 im Mikroskop 142 durchquert die ungefähre Position des Laserstrahls 24 in der Bohrung 64. Wenn das meßfühlertragende Modul 48 auf seiner oberen Fläche 52 liegt, wird ein Stift 140 in den Schlitz 130 eingeführt. Eine Ringscheibe 136 wird auf der unteren Fläche 54 angebracht und ein weiterer Stift 140 in ihr Loch 132' eingeführt und dann zusammen mit dem dritten Stift 140 auf der unteren Fläche 54 positioniert. Das Kalibrierwerkzeug 134 gleitet dann über die unteren Fläche 54, um die Meßfühlerspitze 16 im Mittelpunkt des Fadenkreuzes 146 anzubringen. Die Ringscheibe 136 wird dann durch die Verwendung eines schnell trocknenden Klebemittels an die untere Fläche 54 angeklebt. Dadurch wird der Kalibrierprozeß beendet, da das Loch 132' nun befestigt ist, so daß die Meßfühlerspitze 16 in der geeigneten Position angebracht ist, wenn in einem atomischen Kraftmikroskop 28 das meßfühlertragende Modul 48 verwendet wird. Nach dem Einführen dem meßfühlertragenden Moduls 48 in die Kammer 46 werden dann die Mikrolasereinstellvorrichtungen 76 verwendet, um den Laserstrahl 24 für eine optimale Reflexion auf dem Meßfühler 10 genau zu Positionieren. Gleichzeitig wird die Mikroerfassungseinstelleinrichtung 76 verwendet, um den photoelektrischen Sensor 26 optimal zu Positionieren. Somit kann das atomische Kraftmikroskop 28 dieses Ausführungsbeispiels ohne unangemessenen Zeitverlust und ohne die Notwendigkeit eines hohen Grads an technischem Training schnell und einfach zur nutzbringenden Arbeit in Betrieb genommen werden. Wenn die vorstehend dargestellten Prozesse befolgt werden, ist der Meßfühler 10 als Ergebnis des Einrichtprozesses praktisch unzerstörbar; wenn der Meßfühler 10 abgetragen oder gebrochen ist, wird dieser schnell und einfach ersetzt.

Claims

1. Ein atomisches Kraftmikroskop (28) zum Bestimmen einer Eigenschaft einer Probe (14), umfassend:

eine Sonde (10), die die genannte Probe abtasten kann;

eine Abtasteinrichtung (32) zum Hervorrufen einer relativen Abtastbewegung zwischen der genannten Sonde und der genannten Probe;

eine Fühlereinrichtung (26, 66) zum Erfassen einer Position der genannten Sonde; und gekennzeichnet durch

einen Fluidkörper (120) in Verbindung mit der genannten Probe und in den die genannte Sonde in Berührung mit der genannten Probe so eingetaucht ist, daß während der genannten relativen Abtastbewegung eine kapillare Anziehung zwischen der genannten Sonde und der genannten Probe verringert wird, die durch einen Oberflächenfilm hervorgerufen wird, der auf der genannten Probe wegen der Aussetzung zu der Umgebungsatmosphäre gebildet wird.

2. Atomisches Kraftmikroskop gemäß Anspruch 1, dadurch ge)L.nnzeichnet, daß die genannte Sonde (10) eine Sondenspitze (16) einschließt, die an einem in den Fluidkörper eingetauchten Hebel angeordnet ist.

3. Atomisches Kraftmikroskop gemäß Anspruch 1, geitennzeichnet durch:

eine steife Abdeckplatte (52), die auf einer oberen Oberfläche des-genannten Fluidkörpers (120) angeordnet ist, um eine Fluidzelle (124) zwischen der genannten Abdeckplatte und der genannten Probe zu begrenzen.

4. Atomisches Kraftmikroskop gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß:

die genannte steife Abdeckplatte (52) ein optisch transparentes Material umfaßt; und

die genannte Fühlereinrichtung (26, 66) eine optische Einrichtung (26) zum Erfassen einer vertikalen Bewegung der genannten Sonde mittels Licht (24) umfaßt, das auf die genannte Sonde durch die genannte steife Abdeckplatte hindurch angewendet wird.

5. Atomisches Kraftmikroskop gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung zum Austauschen von Fluid (126, 128) innerhalb des genannten Fluidkörpers.

6. Atomisches Kraftmikroskop gemäß Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

zwei oder mehrere Elektroden (164) in Berührung mit dem genannten Fluidkörper zum Durchführen einer elektrochemischen Reaktion.

7. Atomisches Kraftmikroskop gemäß Anspruch 1, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Abtasteinrichtung umfaßt:

eine Abtastvorrichtung (32); und

ein leitendes Abschirmelement (60) auf einem festen Potential, das zwischen der genannten Sonde und der genannten Abtastvorrichtung Zum elektrischen Abschirmen der genannten Sonde gegen die genannte Abtastvorrichtung angeordnet ist.

8. Atomisches Kraftmikroskop gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

einen entfernbaren Sondenmodul (48), an dem die genannte Sonde fest an einer ausgewählten Stelle angebracht ist.

9. Atomisches Kraftmikroskop gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

eine verschiebbar bewegbare und entfernbare Probennalterung (58), die lösbar mit der genannten Abtasteinrichtung gekoppelt ist und an der die genannte Probe angebracht ist.

10. Atomisches Kraftmikroskop gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

eine Stütze (38), auf der das genannte Ablenkungserfassungssystem und die genannte Sonde angebracht sind; und

eine an der genannten Stütze (74, 76) angebrachte Einrichtung zum Einstellen der Positionierung der genannten Fühlereinrichtung.

11. Atomisches Kraftmikroskop gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch:

eine Stütze (134) für den sondenmodul, die mechanisch mit dem genannten Sondenmodul (48) während des Betriebs des genannten atomischen Kraftmikroskops gekoppelt ist und eine bestimmte, räumliche Anordnung (130, 132, 140) zu der genannten Fühlereinrichtung hat, so daß, wenn der genannte Sondenmodul mechanisch mit der genannten Stütze für den Sondenmodul gekoppelt ist, sich die genannte Sonde in wesentlicher Ausrichtung mit der genannten Fühlereinrichtung befindet.

12. Das atomische Kraftmikroskop gemäß Anspruch 9, ferner umfassend:

eine magnetische Einrichtung (116), die die genannte Probenhalterung mechanisch, magnetisch mit der genannten Abtasteinrichtung koppelt.

13. Atomisches Kraftmikroskop gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die genannte Fühlereinrichtung eine Lichtbündelguelle (66) und eine Lichtbündelerfassungseinrichtung (26) umfaßt; und

die genannte Einstelleinrichtung (74, 76) eine Einrichtung zur Positionierungseinstellung von wenigstens der genannten Lichtbündelquelle oder der genannten Lichtbündelerfassungseinrichtung umfaßt, so daß ein Lichtbündel, das von der genannten Quelle ausgegeben und von der genannten Sonde reflektiert wird, auf die genannte Erfassungseinrichtung auffällt.

14. Atomisches Kraftmikroskop gemäß Anspruch 7, in dem die genannte Abtastvorrichtung ein piezoelektrisches Rohr (32) umfaßt und die genannte leitende Abschirmung an einem fernliegenden Ende des genannten Rohrs zwischen dem genannten Rohr und der genannten Sonde angebracht ist.

15. Verfahren zum Betreiben eines atomischen Kraftmikroskops, in dem eine relative Abtastbewegung zwischen einer Probe (14) und einer Spitze (16) einer an einem Hebel angebrachten Sonde (10) durch eine Abtasteinrichtung (32) erzeugt wird und eine Auslenkung der genannten an einen Hebel angebrachten Sonde durch ein Auslenkungserfassungssystem(26, 66) erfaßt wird, gegkennzeichnet durch die Schritte:

Bereitstellen eines Fluidkörpers (120) in Verbindung mit der Oberfläche (12) der Probe;

Eintauchen der genannten an einem Hebel angebrachten Sonde in den genannten Fluidkörper, um eine kapillare Anziehung zwischen der an einem Hebel befestigten Sonde und der Probe zu verringern, die durch einen Oberflächenfilm bewirkt wird, der auf der genannten Probe wegen der Aussetzung an die Umgebungsatmosphäre gebildet wird; und

Erzeugen der genannten relativen Abtastbewegung zwischen der genannten Sonde und der genannten Probe, während die genannte an einem Hebel angebrachte Probe in den genannten Fluidkörper eingetaucht ist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, umfassend:

Anordnen von zwei oder mehreren Elektroden (164) in Berührung mit dem genannten Fluidkörper; und

Anlegen einer Spannung über die genannten Elektroden während des genannten Abtastschrittes, um eine elektrochemische Reaktion in dem genannten Fluid zu erzeugen.

17. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem der genannte Schritt des Bereitstellens eines Fluidkörpers umfaßt:

Bereitstellen eines Fluidkörpers, der Wasser einschließt.

18. Verfahren gemäß Anspruch 15, 16 oder 17, umfassend:

Anordnen einer steifen Abdeckplatte (52) auf einer oberen Oberfläche des genannten Fluidkörpers, um eine Fluidzelle zwischen der genannten Abdeckplatte und der genannten Probe zu begrenzen.

19. Verfahren gemäß Anspruch 18, umfassend:

der genannte Anordnungsschritt umfaßt Anordnen einer optisch transparenten, steifen Abdeckplatte auf der oberen Oberfläche des genannten Fluidkörpers; und

Erfassen einer vertikalen Bewegung der genannten Sonde mittels Licht, das auf die genannte Sonde durch die genannte optisch transparente, steife Abdeckplatte hindurch angewendet wird.