DE69817452T2

DE69817452T2 - Verfahren zur Herstellung einer micromechanischen Messsonde, insbesondere eines Rasterkraftmikroskops

Info

Publication number: DE69817452T2
Application number: DE69817452T
Authority: DE
Inventors: Philipp Niedermann; Cynthia Beuret; Sylvain Jeanneret
Original assignee: Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Current assignee: Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2018-06-05
Also published as: EP0882944A1; EP0882944B1; DE69817452D1; FR2764441B1; FR2764441A1; US6056887A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Tastfühlers, der in einem mikromechanischen Aufnehmer, insbesondere für ein Rasterkraftmikroskop oder dergleichen verwendet wird, wobei der Tastfühler eine oder mehrere Tastspitzen aufweisen kann. Die Erfindung betrifft auch einen durch dieses Verfahren hergestellten Tastfühler.
Aufnehmer dieses Typs für ein Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) werden insbesondere in Techniken der Oberflächenrauhigkeitsmessung verwendet, wobei die eine oder die mehreren Tastspitzen mit einer Genauigkeit von bei weitem kleiner als ein Mikron ausgeführt sind und über Distanzen im Submikrometerbereich in drei zueinander senkrechten Richtungen verschoben werden können, wodurch die Oberfläche einer Probe abgetastet werden kann, um deren Topographie im atomaren Dimensionsbereich zu erfassen.
Zur Zeit werden mehrere Verfahren zum Herstellen von Tastfühlern des oben bezeichneten Typs verwendet. Zum Beispiel kann man durch Feinstbearbeitung, z. B. durch Gravieren mit KOH, ein Loch von der Form einer Pyramide in ein Siliziumsubstrat aushöhlen, welches als Form verwendet wird, und das so erhaltene Loch mit Siliziumnitrid oder mit Diamant füllen, wonach man das Silizium entfernt, so dass nur eine Tastspitze bleibt, die zum Abtasten der Oberfläche einer Probe dient. Ein derartiges Verfahren erlaubt die Herstellung von Tastfühlern mit mehreren beispielsweise nebeneinander angeordneten Tastspitzen gleichzeitig.
Ein anderes Verfahren besteht darin, die Tastspitzen aus Silizium auf einer Oberfläche auszubilden, auf der man das Silizium auf isotrope oder anisotrope Weise „unterschicht-geätzt" hat. Ein derartiges Verfahren ist z. B. in der US 5,367,165 beschrieben.
Außerdem beschreibt die WO 95/34000 einen Tastfühler, bei dem die Tastspitze in einer Siliziumschicht gebildet ist, auf der man eine leitende Deckschicht abgelagert hat.
Man kann ferner Tastfühler mit Tastspitzen aus Kohlenstoff herstellen, die durch Ablagern von Kohlenstoff durch Elektronenstrahlung gefertigt werden, oder mit Tastspitzen, die durch Gravieren mit Hilfe eines fokussierten Ionenstrahls hergestellt werden. Man kann auch noch andere Techniken verwenden, bei denen fotostrukturiertes Glas oder ein Abdruck aus Siliziumnitrid in durch RIE (Reactive Ion Etching oder Ätzen mit reaktiven Ionen) erzeugten Löchern benutzt werden.
Von allen diesen Techniken werden diejenigen, die die Herstellung von Tastspitzen aus Diamant ermöglichen, aufgrund des sehr hohen Elastizitätsmoduls dieses Materials (1000 GPa verglichen mit dem Modul von Silizium, das nur 170 GPa beträgt), das die Tastspitze sehr starr macht, und aufgrund der sehr hohen Härte von Diamant, die ihn widerstandsfähig gegen Abnutzung macht, im allgemeinen bevorzugt.
Die Herstellung von Diamanttastspitzen durchläuft die Abdrucktechnik, welche z. B. das in dem Patent EP 0 766 060 beschriebene Herstellungsverfahren einsetzt, bei welchem vorgesehen ist, den Diamanten auf einer Diamant-Nukleationsschicht wachsen zu lassen, die vorher in einem in einem Siliziumsubstrat gebildeten Loch abgelagert wurde.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Aussparen derartiger Löcher in dem Substrat besteht darin, einen anisotropen Ätzvorgang (111) z. B. mit KOH durchzuführen, und dieser führt zu pyramidenförmigen Löchern, im wesentlichen mit einer viereckigen Basis und einem Winkel mit einem Wert von ungefähr 70° zwischen den Projektionen der Achse der Pyramide auf zwei ihrer gegenüberliegenden Seiten.
Die Tastfühler der vorstehend genannten Technik haben jedoch sehr große Winkelwerte am Scheitel, so dass sie eine relativ schwache Auflösung haben und besonders plötzliche Unstetigkeiten der zu untersuchenden Oberfläche nicht mit der gewünschten Genauigkeit gemessen werden können. Dies ist in 1 der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, welche zeigt, dass, wenn die Diskontinuität z. B. ein Stufengitter E ist (welches, um eine Größenordnung zu nennen, eine Tiefe von 0,1 bis 1 μm haben kann), die Tastspitze P sich der Basis B der Wand D, die auf die Senkrechte der zu untersuchenden Oberfläche S ausgerichtet ist, nicht nähern kann. Tatsächlich kommt der obere Teil H der Wand D in Kontakt mit einer der schrägen Seiten der Pyramide der Tastspitze, wodurch der Scheitel derselben von der Wand D auf Abstand gehalten wird, und dies noch mehr, wenn der oben definierte Winkelwert größer ist.
Man sollte darauf hinweisen, dass eindeutig feinere Tastspitzen mit konischer Form und einem Halbwinkel am Scheitel, der zwischen 10° und 20° oder weniger liegen kann, bereits gefertigt werden konnten, wobei diese Tastspitzen unter anderem an ihrem freien Ende einen sehr kleinen Krümmungsradius, typischerweise zwischen 5 und 20 nm, aufweisen. Eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung einer derartigen Tastspitze kann man in einem Artikel von T. Albrecht et al. mit dem Titel „Microfabrication of cantilever styli for atomic force microscope" (Mikroherstellung von Tastspitzen für ein Rasterkraftmikroskop) finden, welcher in dem Journal of Vacuum Science and Technology, Vol. 8, Seite 3386, 1990, erschienen ist.
Dieses Verfahren besteht darin, auf einem Substrat (vgl. 10 des Artikels) eine erste Schicht aus Kupfer abzulagern, die von einer Schicht aus Ti-W überlagert wird. Ein Loch wird in die obere Schicht gemacht, die daraufhin unterschicht-geätzt wird, um im Kupfer eine Aushöhlung zu bilden. Daraufhin wird ausgehend von einer Punktquelle in der so gebildeten Aushöhlung ein Material verdampft, wodurch eine Spitze gebildet wird. Das für die Bildung der Spitze verdampfte Material ist Nb, Al, Ir, Ta und SiO₂.
Auf diese Weise ist es möglich, konische Tastspitzen zu bilden, welche ein Verhältnis von Höhe zu Basisdurchmesser zwischen 1 : 1 und 1 : 2,5 aufweisen.
Dennoch sind auch in diesem Fall die Tastspitzen aufgrund ihrer geringen Härte und ihrer vorzeitigen Abnutzung nicht zufriedenstellend.
Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zur Herstellung eines Tastfühlers für einen mikromechanischen Aufnehmer bereitzustellen, der wenigstens eine Tastspitze von wenigstens ungefähr konischer Form und mit einem kleinen Halbwinkel am Scheitel aufweist, wobei der Aufnehmer außerdem einen sehr guten Abnutzungswiderstand gegenüber den Materialien aufweist, aus denen die zu untersuchenden Proben bestehen können.
Sie betrifft somit ein Herstellungsverfahren wie in Patentanspruch 1 definiert. Es ergibt sich aus diesen Merkmalen, dass das Material der Tastspitze derart gewählt werden kann, dass seine Härte an das Material der zu untersuchenden Probe angepasst ist und sie der Abnutzung daher ausreichend widersteht. Indessen weist die gewonnene Tastspitze ebenfalls einen Scheitelwinkel auf, der im wesentlichen gleich groß wie der der Vorläufer-Tastspitze ist. Da diese jedoch durch Unterschicht-Ätzen des Siliziums hergestellt wurde, hat sie einen kleinen Halbwinkel am Scheitel in der Größenordnung von 10° bis 20° oder weniger. Infolgedessen ist die Auflösung eines mit einem derartigen Tastfühler ausgestatteten Aufnehmers besser als die der Aufnehmer der vorherigen Technik, wobei sich zu dieser Eigenschaften noch die einer verlängerten Lebensdauer hinzugesellt. Man stellt ferner fest, dass der Krümmungswinkel des freien Endes einer derartigen Tastspitze sehr klein ist, typischerweise in der Größenordnung von 5 bis 20 nm.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 definiert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche nur als Beispiel gegeben ist und sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, in denen:
die bereits beschriebene 1 eine schematische Teilansicht eines eine Probe bildenden Stücks darstellt, dessen Oberfläche durch einen Aufnehmer untersucht werden soll, welcher einen Tastfühler in Form einer Spitze umfasst, wobei die Oberfläche eine plötzliche Diskontinuität aufweist;
die 2A bis 2I teilweise Schnittansichten eines Substrats darstellen, an dem verschiedene Arbeitsvorgänge der Herstellung vorgenommen werden, was die aufeinanderfolgenden Schritte eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
die 3A bis 3E denen der 2A bis 2I entsprechende Ansichten zeigen und verschiedene aufeinanderfolgende Schritte eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.
Zunächst wird auf die 2A bis 2I Bezug genommen, um eine erste Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben.
Wie die 2A zeigt, verwendet man am Anfang ein Plättchen aus Silizium 1 mit einer Dicke von mehreren Hundert Mikrometern, auf der eine große Anzahl von Tastspitzen gemäß der Erfindung gleichzeitig hergestellt werden kann, wobei die Figur jedoch nur die Herstellung einer dieser Tastspitzen zeigt.
Dieses Plättchen 1 wird auf seinen beiden Seiten mit einer Oxidschicht 2a bzw. 2b versehen, wobei die Schicht 2a daraufhin durch die zwischengeschaltete Ablage rung eines Fotoresist-Lacks und einen geeigneten Ätzvorgang strukturiert wird, um eine Zone mit einer Maske aus Oxid 3 (2B) zu bilden.
Das Substrat 1 wird daraufhin einem Ätzvorgang überzogen, mit dem das Silizium auf der Seite entfernt wird, auf der sich die Oxidmaske 3 befindet, wobei dieser Bearbeitungsvorgang die Wirkung hat, dass das Silizium nicht nur dort entfernt wird, wo es nicht von Oxid bedeckt ist, sondern auch darunter, wobei der verbleibende Teil des Plättchens dadurch auf eine besondere Weise profiliert wird. Darum nennt sich dieser Bearbeitungsvorgang auch „Unterschicht-Ätzen".
Dieses Unterschicht-Ätzen kann auf zwei verschiedene Arten durchgeführt werden. Eine erste Art ist isotroper Natur und besteht in der Verwendung eines Plasmas, z. B. der RIE-Methode durch SF₆, oder auch einer Mischung aus HF, HNO₃ und H₂O. Die zweite zur Zeit bevorzugte Art ist vom anisotropen Typ und wird mit KOH ausgeführt.
In diesen beiden Fällen kann das Unterschicht-Ätzen in mehreren Phasen ausgeführt werden, wobei bei jeder Phase eine Siliziumschicht mit einer gegebenen Dicke abgenommen wird. Die Gesamtheit der Dicken der Schichten entspricht der Länge der Tastspitze, die man letztendlich erhalten wird.
Das Ergebnis dieses Unterschicht-Ätzens erscheint auf der 2C, auf der man bemerkt, dass das Substrat 1 nunmehr auf der einen seiner Seiten eine Vorläufer-Tastspitze 4 aus Silizium aufweist, wobei die andere Seite nicht angegriffen wurde, da sie von der Oxidschicht 2b bedeckt war. Die Spitze aus Silizium 4 ist pyramidenförmig mit einer in etwa achteckigen Basis und mit derart abgerundeten seitlichen Winkeln, dass man ihre Form mit der eines Kegels vergleichen kann. Man möge beachten, dass sie am Scheitel einen kleinen Halbwinkel aufweist, der z. B. ungefähr zwischen 10° und 20° oder weniger liegt. Man kann sagen, dass das Plättchen jetzt die Form einer „Positivform" angenommen hat, die im ganzen mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet wird.
Diese so gewonnene Positivform 5 wird nun mehreren Beschichtungsvorgängen unterzogen. Als erstes erhält die Positivform 5 auf ihren beiden Seiten eine Schicht 6a, 6b aus Siliziumnitrid Si₃N₄ mit einer Dicke von 1000 bis 10000 Angström, vorzugsweise 2000 Angström, wobei der Vorgang mit chemischer Dampfabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD) durchgeführt werden kann. Die Schichten 6a und 6b werden danach mit Oxidschichten 7a, 7b bedeckt, deren Dicke von 2000 bis 10000 Angström reichen kann, und die vorzugsweise eine Dicke von 5000 Angström aufweisen. Diese Schichten 7a und 7b können ebenfalls durch chemische Dampfabscheidung gewonnen werden.
Dieser Schritt des Verfahrens kann von einer neuerlichen Ablagerung von wenigstens einer Schicht aus Siliziumnitrid Si₃N₄, 8a bzw. 8b, auf jeder der beiden Oxidschichten 7a und 7b gefolgt werden, deren Dicken z. B. die gleichen sind wie die der Schichten 6a und 6b.
Die so erhaltene Anordnung wird auf ihren beiden Seiten mit Schichten aus Fotoresist-Schutzlack (in den Figuren nicht sichtbar) versehen, wobei die Schicht, die sich auf der der Tastspitze 4 gegenüberliegenden Seite befindet, durch eine Maske belichtet und entwickelt wird, was in der Schicht 8b eine im wesentlichen viereckige Region unbedeckt lässt, deren Zentrum sich auf der Geraden der Spitze 4 befindet.
Man fährt daraufhin mit einem Ätzvorgang der Schichten 6b, 7b und 8b dieser Zone durch RIE fort, um das Siliziumsubstrat freizulegen, was eine Öffnung 9 ( 2D) erzeugt.
Dann wird, wie in 2E dargestellt, das Silizium unterhalb der Öffnung 9 in einem Verfahren mit zwei anisotropen Ätzphasen mit KOH entfernt, wobei die erste Phase den größten Teil des Siliziums beseitigt, ohne jedoch schon die Nitridschicht 6a zu erreichen. Dann entfernt man die Nitridschicht 8b, z. B. durch RIE, und man beendet das Ätzen mit KOH mit der zweiten Phase, bis man die Schicht 6a auf der Seite des Substrats erreicht, auf der sich die Spitze 4 befindet.
Diese aufeinanderfolgenden Ätzvorgänge bewirken die Schaffung einer Aushöhlung 10, deren Boden von einer Membran 11 gebildet wird, die sich aus den übereinanderliegenden Schichten aus Nitrid und Oxid 6a, 7a und 8a zusammensetzt. Man kann an dieser Stelle festhalten, dass diese Membran 11 noch fester wird, wenn die Anzahl von übereinanderliegenden Schichten erhöht wird, wobei die Festigkeit besonders ein Vorteil ist, wenn das Plättchen 1 sich Bearbeitungen und Transporten unterziehen muss.
Da die Ätzvorgänge also auf anisotrope Weise mit Hilfe von KOH durchgeführt werden, ist es nicht möglich, das Silizium der Spitze 4 selbst vollkommen und auf zufriedenstellende Weise zu beseitigen. Bevorzugt werden daher die Ätzvorgänge mit KOH durchgeführt, bis man fast die Sperrschicht 6a erreicht, wonach man einen zusätzlichen isotropen Ätzvorgang durchführt, der es erlaubt, dieses Material von der Spitze 4 zu entfernen. Dieser isotrope Ätzvorgang wird vorzugsweise mittels eines aus HF, HNO₃ und H₂O zusammengesetzten Nassgemisches durchgeführt.
Die in 2E dargestellte Anordnung weist daher eine durch ein spitzes Loch 10a verlängerte Aushöhlung 10 auf, wobei das spitze Loch die Form der Tastspitze 4 im Negativ mit einem kleinen Halbwinkel am Scheitel von z. B. zwischen 10° und 20° oder weniger aufweist. Im folgenden wird diese Anordnung „Negativform" genannt und im ganzen mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet.
Diese Negativform 12 wird also dazu dienen, die Tastspitze in einem harten Material zu „gießen", welches man erhalten möchte (2F). Das verwendete harte Material kann Bornitrid, Siliziumkarbid oder ein Metall wie Gold oder Platin sein. Aus den oben bereits genannten Gründen ist jedoch das bevorzugte Material für die Spitze Diamant. Man beachte in diesem Zusammenhang, dass der Begriff „hart" als eine relative Eigenschaft betrachtet werden muss, welche eine gegenüber der geringeren Härte der durch den die Tastspitze umfassenden Tastfühler zu untersuchenden Oberfläche erhöhte Härte definiert.
Wenn das harte Material Diamant ist, fährt man vorzugsweise mit der Ablagerung einer Nukleationsschicht (in der Figur nicht bezeichnet) auf die in dem vorgenannten europäischen Patent beschriebenen Weise fort. Diese Nukleationsschicht lagert sich nicht auf der Oxidschicht 7b ab, da der Diamant hier strukturell nicht anhaften kann.
Auf der Nukleationsschicht wird anschließend Diamant abgelagert, vorzugsweise durch chemische Dampfabscheidung, bis man eine Diamantschicht 13 mit einer Dicke von 100 nm bis 5 μm, mit einer bevorzugten Dicke von 1 μm, erhalten hat. Der Diamant kann in purem Zustand oder dotiert abgelagert werden, z. B. mit Bor, um ihm gegebenenfalls eine nützliche vorbestimmte Leitfähigkeit zu geben, um später Messungen mit Hilfe eines durch die Tastspitze fließenden elektrischen Stromes zu ermöglichen. Die Dotierung kann unter Verwendung eines Gasgemisches aus H₂, CH₄ und Bor durchgeführt werden. Die so gewonnene Diamantschicht 13 erstreckt sich über die ganze Wand der Aushöhlung 10 und des Loches 10a.
Die anderen für die Ausführung der Tastspitze vorgeschlagenen Materialien können durch klassische Ablagerungsprozesse abgelagert werden.
Der folgende Schritt des Herstellungsverfahrens (2G) besteht darin, die Nitrid- und Oxidschichen 6a, 7a und 8a, die auf der der Aushöhlung 10 gegenüberliegenden Seite des Substrats vorgesehen sind, zu entfernen, z. B. durch RIE, was eine Spitze aus hartem Material 14 freilegt, die von einer Membran 14a aus dem gleichen Material getragen wird, die ihrerseits an den seitlichen Wänden der Aushöhlung 10 befestigt ist. Es ist offensichtlich, dass das harte Material diesem Ätzvorgang widerstehen muss. Darum wird, wenn es sich um ein Metall handelt, vorzugsweise Gold oder Platin verwendet, wobei in diesem Fall der Ätzvorgang mit Hilfe von heißer Phosphorsäure durchgeführt werden kann.
Fakultativ kann man mit einer stärker überhängigen Auslösung der Tastspitze 14 und der Membran 14a (2H) weitermachen, indem man einen Ätzvorgang, z. B. mit KOH des Siliziums der Seite des Substrates neben der Spitze 14 durchführt. Diese Auslösung der Spitze 14 erlaubt gegebenenfalls eine einfach Positionierung des Tastfühlers bei späteren Messungen.
Die 2I stellt schematisch einen erfindungsgemäßen Tastfühler dar, der durch das vorstehend erklärte Verfahren gewonnen wurde. Man sieht, dass die auf der 2I dargestellte Anordnung auf einem profilierten Träger 15 mit Hilfe einer Klebstoffschicht 16 angebracht ist, wobei die Form des Trägers 15 an die Form der Wand der Aushöhlung 10 angepasst ist.
Da das erfindungsgemäße Verfahren auf einem Siliziumplättchen durchgeführt wird, kann man auch planen, gleichzeitig mehrere Tausende Tastfühler gleichzeitig herzustellen, wobei das Plättchen praktischerweise zersägt wird, bevor die einzelnen Tastfühler auf ihren Trägern 15 angebracht werden.
Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches nacheinander die Herstellung einer Positivform 5 und dann einer Negativform 12 aus dieser Positivform einführt, weist die Tastspitze 14 einen Halbwinkel am Scheitel so groß wie der einer auf klassische Weise durch Unterschicht-Ätzen erhaltene Siliziumspitze auf, wobei das Unterschicht-Ätzen zu einem Winkel am Scheitel führt, der wesentlich kleiner sein kann als 20°. Die Auflösung der mit dem so hergestellten Tastfühler erhaltenen Messungen kann eindeutig besser sein als früher, wobei die Tastspitze außerdem sehr widerstandskräftig gegen Abnutzung ist. Man stellt fest, dass die Tastspitze benutzt werden kann, indem auf sie eine Kraft wirkt, die kleiner als 1 mN sein kann.
Die 3A bis 3E zeigen eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche es erlaubt, in Bezug auf das Substrat 1 auskragend angeordnete Tastfühler zu gewinnen. Diese Anordnung kann für bestimmte Messungen vorteilhaft sein, wie es in dem oben angegebenen europäischen Patent erklärt ist. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen darin, dass nach der Ablagerung der ersten Nitridschicht 6a ein selektives Ätzverfahren dieser Schicht z. B. durch RIE und mit Hilfe eines normalen Fotoresist-Lacks durchgeführt wird, um eine Öffnung 17 zu bilden, woraufhin das Verfahren auf die gleiche Weise wie vorstehend durchgeführt wird, mit der Ausnahme, dass man wenigstens in dem dargestellten Fall, die Nitridschicht 8b an der Seite der Aushöhlung 10 lässt, wie von der 3B an dargestellt.
Nach der Bildung der Aushöhlung 10 (3C) bewirkt die vorher in der Nitridschicht 6b angelegte Öffnung 17, dass ein Teil der Oxidschicht 7a in dieser Aushöhlung freigelegt wird, so dass im Laufe des darauffolgenden Schritts der Ablagerung einer Schicht harten Materials, dieses an dieser Stelle fehlen wird. Dagegen kann sich bei der hier dargestellten Ausführungsform die Schicht aus hartem Material auf der vorher erhaltenen Schicht 8b ablagern, so dass sich die Bildung des harten Materials auch auf die Seite der Anordnung erstreckt, die der Spitze 14 gegenüberliegt, welche während des Vorganges zur Entfernung der Schichten 6a, 7a und 8a befreit wird. Dieser letzte Bearbeitungsvorgang hat also die Wirkung, die in der Aushöhlung 10 gebildete Schicht aus hartem Material zu unterbrechen. Man erhält also einen Tastfühler mit einem Hebel 18 aus hartem Material, wobei ein Teil 19 der Anordnung dabei überflüssig geworden ist.
Verschiedene andere Varianten können im Laufe der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angedacht werden.
Z. B. kann das Siliziumnitrid durch Siliziumkarbid bei der Gewinnung der Schichten 6a, 6b und 8a, 8b ersetzt werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Tastfühlers, der in einem mikromechanischen Aufnehmer, insbesondere für ein Rasterkraftmikroskop oder dergleichen verwendet wird, das zum Erfassen der Topographie von Probenoberflächen dient, wobei der Tastfühler eine oder mehrere Tastspitzen (14) aufweist, welches Verfahren darin besteht, – durch Selektivphotolithographie-Bearbeitungsvorgänge auf einem mit mindestens einer Sperrschicht (6a) versehenen Substrat (1) eine Negativform (12) zu erzeugen, deren Wand mindestens einen Abdruck der zu erzeugenden Tastspitze (14) aufweist, – mindestens einen Teil der Wand der Negativform (12) einschließlich des Abdruckes mit einer Schicht (14, 14a) aus einem Material zum Bilden der Tastspitze zu beschichten, dessen Härte größer als die des Materials ist, aus dem die zu untersuchende Probe besteht, und – die Sperrschicht (6a) zu entfernen, – wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es ferner darin besteht: – auf einer ersten Seite des Substrates (1) eine Vorläufer-Tastspitze (4) durch Unterschicht-Ätzen des Siliziums des Substrates (1) zum Herstellen einer Positivform (5) zu bilden; – wobei die Selektivphotolithographie-Bearbeitungsvorgänge darin bestehen, das Substrat (1) auf seiner der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite selektiv so zu ätzen, dass in dem Bereich, in dem sich die Vorläufer-Tastspitze (4) befindet, das Silizium des Substrates (1) bis zu der Sperrschicht (6a) einschließlich des die Vorläufer-Tastspitze (4) bildenden Siliziums entfernt wird, um die Negativform (12) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zum Bilden der Tastspitze ausgewählt wird aus der Gruppe, die Diamant, Bornitrid, Siliziumkarbid und ein Metall wie Gold oder Platin umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (6a) aus einem Material hergestellt wird, das aus Siliziumnitrid und Siliziumkarbid ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner darin besteht, vor den Lithographie-Bearbeitungsvorgängen die Sperrschicht (6a) mit mindestens einer ersten Überlagerung zusätzlicher Schichten zu beschichten, die eine Oxidschicht (7a) und eine Schicht (8a) umfassen, welche aus demselben Material wie die Sperrschicht (6a) besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektivphotolithographie-Bearbeitungsvorgänge die Ablagerung einer Deckschicht (6b) auf der zweiten Seite gleichzeitig mit der Ablagerung der Sperrschicht (6ab) und bestehend aus dem gleichen Material wie diese umfassen und die Deckschicht in dem Bereich entsprechend der Vorläufer-Tastspitze (4) selektiv geöffnet wird, damit sie während der Entfernung des Siliziums bis zur Sperrschicht (6a) als Maske dienen kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Deckschicht (6b) mit mindestens einer zweiten Überlagerung zusätzlicher Schichten (7b, 8b) gleichzeitig mit der Beschichtung durch eine erste Überlagerung zusätzlicher Schichten (7a, 8a) der Sperrschicht (6a) zu beschichten, wobei die erstgenannten zusätzlichen Schichten aus den gleichen Materialien wie die zuletzt genannten zusätzlichen Schichten (7a, 8a) bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner darin besteht, eine Öffnung (17) in der Sperrschicht (6a) vor den Selektivphotolithographie-Bearbeitungsvorgängen so zu bilden, dass eine Tastspitze (14) erzeugt wird, die auskragend angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektivphotolithographie-Bearbeitungsvorgänge darin bestehen, das Silizium des Substrates durch einen anisotropen Ätzvorgang zu entfernen, bis im wesentlichen die Sperrschicht (6a) erreicht wird, worauf die Vorläufer-Tastspitze (4) durch einen isotropen Ätzvorgang entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der anisotrope Ätzvorgang mittels KOH durchgeführt wird und dass der isotrope Ätzvorgang mit Hilfe eines Nassgemisches durchgeführt wird, das HF, HNO₃ und H₂O enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht eine Dicke zwischen 1000 und 10000 Angström, vorzugsweise 2000 Angström hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überlagerung zusätzlicher Schichten (7a, 8a) eine Oxidschicht einer Dicke zwischen 1000 und 10000 Angström, vorzugsweise 5000 Angström, aufweist und dass die andere zusätzliche Schicht (8a) eine Dicke zwischen 1000 und 10000 Angström, vorzugsweise 2000 Angström, hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zum Bilden der Tastspitze Diamant ist und dass vor der Ablagerung der Diamantschicht (14, 14a) mit der Bildung einer Diamant-Nukleationsschicht in dem Hohlraum der Negativform (12) fortgeschritten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus dem Material zum Bilden der Tastspitze (14, 15a) bis zu einer Dicke zwischen 100 nm und 5 μm und vorzugsweise bis zu einer Dicke von 1 μm gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zum Bilden der Tastspitze Diamant ist und dass es ferner darin besteht, die Diamantschicht (14, 14a) zu dotieren, um sie leitfähig zu machen.