WO2002053489A2 - Verfahren zur herstellung von mikrostrukturierten bauelementen - Google Patents

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WO2002053489A2
WO2002053489A2 PCT/EP2001/015021 EP0115021W WO02053489A2 WO 2002053489 A2 WO2002053489 A2 WO 2002053489A2 EP 0115021 W EP0115021 W EP 0115021W WO 02053489 A2 WO02053489 A2 WO 02053489A2
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ion etching
components
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Ivo Rangelow
Tzvetan Ivanov
Steffen Biehl
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U-Sen Mikrosystemtechnik Gmbh
Universität Gesamthochschule Kassel
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/16—Probe manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B1/00—Devices without movable or flexible elements, e.g. microcapillary devices
    • B81B1/006—Microdevices formed as a single homogeneous piece, i.e. wherein the mechanical function is obtained by the use of the device, e.g. cutters
    • B81B1/008—Microtips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes

Definitions

  • the invention relates to a method for producing microstructured solid-state components, in particular three-dimensionally structured electronic or optical components, such as. B. field emitter or waveguide.
  • the invention also relates to microstructured, coaxial or shielded components and their applications.
  • An emitter is formed by a multilayer structure comprising a conductive, conical base body, at least one dielectric insulation layer and a conductive cover layer, the tip of the base body protruding through an opening in the insulation and cover layers.
  • Field emission devices also have applications in field emission displays (see, for example, BK Blankenbach in "Physikalischet", volume 55, 1999, page 33).
  • a large number of emitters is formed in a matrix on a common substrate.
  • Matrix-like arrangements of microstructured field emitters have hitherto been produced using the following method, for example.
  • the multilayer structures After forming a large number of the above-mentioned multilayer structures in pyramid or cone shape on a common substrate, for example using a lithography and / or etching process, the multilayer structures are covered with a planarized resist layer.
  • the resist layer is striped, e.g. B. in an oxygen plasma, until the tips of the multilayer structures are exposed. This is followed by wet chemical etching.
  • the conductive cover layer and the insulation layer are etched, so that an opening is formed through which the tip of the base body protrudes.
  • the wet chemical etching used to form the through openings on field emitter components has the following disadvantages.
  • Wet chemical etching leads to undercutting at the layer edges with characteristic dimensions in the range of 150 nm. This limits the functionality and the miniaturizability of conventional field emitters and their uniformity. Rough edges form.
  • openings can only be formed in the range of around 50 ⁇ m.
  • narrower openings with characteristic dimensions of around 100 to 200 nm, particularly in display applications and also in measurement technology.
  • Probe tips for optical radiation are used in scanning optical nearfield microscopy (SNOM).
  • SNOM scanning optical nearfield microscopy
  • Near-field microscopy overcomes the wavelength-related limit of the resolving power of conventional microscopes by guiding light to an opening at the end of the probe tip, which has characteristic dimensions in the nm range up to a few 10 nm range. A large part of the light is reflected at the opening (cut-off effect), but a small part can also occur in the immediate vicinity of the probe tip outside the opening.
  • the SNOM measurement is based on the detection of the interaction of this emerging light with a sample.
  • the probe tip described in DE-PS 38 37 389 forms a high-frequency waveguide with an outlet opening, the characteristic dimensions of which are small compared to the wavelength of optical radiation.
  • the outlet opening is subject to the highest demands in terms of its uniformity and the reproducibility of the dimensions.
  • the production of a large number of similar probe tips has so far required a high level of process expenditure.
  • the object of the invention is to provide an improved method for producing microstructured components with which the disadvantages of conventional methods are overcome and which in particular enables the formation of sub-microstructures with increased precision, uniformity and miniaturization.
  • the object of the invention is also to provide improved microstructured components with high uniformity and miniaturization of functional elements.
  • the basic idea of the invention is to provide openings or apertures on microstructured components with a multilayer structure by reactive ion etching.
  • the multilayer structure is formed by a three-dimensionally formed base body with pointed or edge-shaped partial areas and insulation and cover layers arranged thereon, at least one edge or tip-shaped partial area of the base body projecting through the opening or aperture in the insulation and cover layers.
  • the at least one opening is wet Chemical etching process according to the invention formed by the reactive ion etching.
  • the etching process is advantageously implemented by the electrical effect of the tip-like or edge-shaped, electrically conductive cover layer, which is subjected to a prestress, in such a way that openings in the sub-micrometer range are formed with the highest accuracy, uniformity and symmetry relative to the surface of the base body become.
  • two effects are realized simultaneously at the tips of the structures to be opened, namely a concentration of the etching rate on the tip and a dependence of the etching rate on the orientation of the respectively etched surface relative to the incident ion beam.
  • a novel application of reactive ion etching is provided, taking advantage of the properties of non-planar layer structures that influence the etching rate.
  • the inventors have found that there is always a microscopic curvature on a tip or edge on a microscopic scale, which at just one point has the angle of maximum etching rate with respect to the etching front of the plasma. As a result, the ion etching is concentrated on the tip or edge, so that the opening takes place automatically.
  • a multiplicity of multilayer structures are formed on a common substrate.
  • the invention can be implemented with any component geometries in which edge or tip-shaped partial areas of the base body are exposed through at least one conductive cover layer.
  • An edge-shaped or tip-shaped partial area of a basic body is understood here to mean a partial area of the surface of the basic body in which the surface has a discontinuous or non-continuous has a nuanced curvature. This is the case, for example, at the tips of conical or pyramidal bodies or on corresponding edge lines. For example, a large number of field emitters with a volcanic shape are formed in a matrix-like manner on a common substrate.
  • the invention also relates to a microstructured component with the multilayer structure mentioned, in which the inner edge of the at least one opening has a shape which is congruent with the outer shape of the protruding edge-shaped or tip-shaped partial region of the base body.
  • the congruent shape is the result of reactive ion etching using the method according to the invention.
  • Microstructured components according to the invention have applications in measurement technology (in particular field emission microscopy, SNOM, AFM, capacitance microscopy) and in display technology (in particular field emitter displays).
  • measurement technology in particular field emission microscopy, SNOM, AFM, capacitance microscopy
  • display technology in particular field emitter displays.
  • edge-shaped or tip-shaped partial areas of the base body can protrude from the exposed opening with a length that exceeds the transverse dimension of the opening several times. This increases the effectiveness of coupling or decoupling light at probe tips.
  • field emitter arrays with a large number (e.g. thousands to tens of thousands) of field emitters on a common substrate. This provides area emitters with high homogeneity and long-term stability of the field electron emission.
  • the invention in particular also relates to the use of reactive ion etching for opening edge or tip apertures of microstructured components.
  • the invention has the following advantages.
  • the use of reactive ion etching for microstructuring three-dimensional components has the advantage of being compatible with conventional layer deposition and structuring technologies.
  • the exposure of the opening according to the invention, in particular in microstructures with a volcanic shape, can be integrated relatively easily into further process sequences for producing the respective component. You can work without a resist layer.
  • Field emitters according to the invention are distinguished by a considerably improved usability. In the applications of field emitter arrays mentioned, there is a strong interest in the formation of an identical field emission at all emitters.
  • the field emission depends in particular on the field strength at the edge or tip-shaped partial area of the base body, on the respective radius of curvature and, if applicable, on a surface coating.
  • the field strength is essentially determined by the dimensioning of the aperture. Since all openings within an array are formed identically, it is easier to set a homogeneous field emission. There are particular advantages in the mass production of components. With a fixed set of process parameters, all apertures within an array and between different arrays are reproducibly identical. This cannot be achieved with the conventional methods and represents a decisive advance in view of the high demand, in particular for field effect displays.
  • a particular advantage of the invention is that the exposure of the base body tip or edge is synchronous and identical for all multilayer structures arranged on a substrate passively balancing (so-called self-alignment). Further details and advantages of the invention will become apparent from the description of the accompanying drawings. Show it:
  • Fig. 2 an illustration of an inventive
  • the multilayer structure consists of a base body 11, which has a dielectric insulation layer 12 and carries an electrically conductive cover layer 13.
  • the multilayer structure is formed on a substrate 14.
  • the base body 11 is made of the same material as the substrate 14 and protrudes from its plane in the shape of a cone or pyramid. Depending on the application, the cone or pyramid shape can be formed with an extreme aspect ratio, so that a column or wire shape is formed.
  • the insulation and cover layers 12, 13 are formed with a constant thickness relative to the normal to the substrate plane and follow the course of the surface of the base body 11. However, an opening or aperture 16 is formed at the tip 15 of the base body 11 through which the tip 15 protrudes.
  • a particular advantage of the component 10 according to the invention is the strictly coaxial structure of the multilayer structure and in particular the symmetry of the passage of the tip 15 through the opening 16.
  • the upper inner edge of the cover layer 13 lies in a reference plane which runs parallel to the plane of the substrate 14.
  • the surface of the tip 15 is at the same distance from the cover layer 13 on all sides.
  • the insulation layer 12 is more worn away than the cover layer 13, so that a circumferential recess 17 is formed.
  • the materials of the multilayer structure according to FIG. 1 are selected depending on the application.
  • the base body 11 consists of an electrically conductive material, such as, in particular, a semiconductor (e.g. silicon or gallium arsenide) or a metal (e.g. aluminum), which can preferably be oxidized in the course of the implemented process.
  • the insulation layer 12 preferably consists of an oxide of the material of the base body 11, but can also be formed by a foreign oxide or another dielectric.
  • the cover layer 13 is again deru from an electrically conductive material (for example, from a metal such as chrome, aluminum, copper, gold, platinum, silver or the like.). The material of the cover layer 13 is preferably selected with a view to high adhesiveness and good conductivity.
  • the height of the pyramid-shaped base body 11 is, for example, around 3 ⁇ m.
  • the diameter of the aperture 16 is, for example, around 350 nm.
  • the cover layer 13 is also referred to as a gate layer.
  • the cover layer 13 forms a gate electrode, to which a voltage for controlling the field emission can be applied.
  • the insulation layer 12 is also referred to as gate insulation in field emitter applications. If the component 10 forms an SNOM probe tip, the tip 15 is a coaxial conductor for coupling or decoupling light into the probe tip.
  • the structuring begins with a preparation step (a), in which masking layers 18 are applied to the substrate 14 in accordance with the later positions of the base bodies.
  • the substrate 14 consists, for example, of n-type silicon (specific resistance 2 ohm cm, substrate level 100-oriented).
  • the masking layers 18 consist, for example, of silicon oxide (thickness around 100 nm).
  • the bases 19 are formed as blanks for the later base bodies.
  • the base structuring (b) is carried out, for example, by inductive plasma etching, as described by B. Volland et al. in "J. Vac. Sei.
  • the above-described pyramid-shaped basic body are formed as protruding from the 'substrate plane peaks.
  • the structuring (c) is preferably carried out by reactive ion etching in a radio frequency reactor (for example, ⁇ -OPT-80, Oxford Plasma Technology, 75W, z ion etching in 4:. L-SF 6/0 2).
  • Step c) is followed by wet etching in a 1:80 HF / HNO 3 solution.
  • the pointed base body 11 are sharpened by a method known per se, in which oxidation sharpening takes place at 900 ° C. and annealing in a nitrogen atmosphere for 10 hours at 1100 ° C.
  • the insulation layer is deposited or formed.
  • the base body 11 is first etched in a buffered HF solution and then oxidized.
  • the thickness of the oxide layer is, for example, around 200 nm.
  • step (e) is followed by the deposition of the cover layer or gate layer 13.
  • a chrome layer is applied (thickness around 100 nm).
  • step (f) the tips 15 are exposed according to the invention, as illustrated in the right part of FIG. 2.
  • the gate layer 13 is opened by dry etching (reactive ion etching). Any sputtering method known per se can be used for ion etching, in which the field amplification according to the invention is applied to the zen or edging takes place.
  • the reactive ion etching takes place e.g. B. in a 1: 2-0 2 / Ar plasma or a 0 2 / Cl 2 / Ar plasma.
  • the etching rate at the tip of the multilayer structure depends on the orientation of the impinging ion current relative to the orientation of the respective surface. Since the gate layer 13 is applied uniformly on the insulation layer 12 or the base body 11, the tip contour of the gate layer 13 follows the edge or tip region of the base body 11 to be exposed. It was found that the etching rate at the tips is around 50 nm / min and around 30 nm / min on the side surfaces of the tips. In the flat areas between the tips, the etching rate is around 20 nm / min. This anisotropic etching behavior causes the gate layer 13 and subsequently the insulation layer 12 to be removed evenly until the tip of the base body 11 is exposed.
  • the anisotropic etching behavior results from the amplification of the electric field at the electrically conductive gate layer (concentration of field lines) during the etching.
  • the uppermost parts of the metal-coated tips are the first to be exposed to the ion current. This increases the current on the tip and increases the etching rate accordingly.
  • the aperture 16 (see FIG. 1) is opened exactly and axially symmetrically relative to the cone axis above the tip (step f)).
  • a bias voltage is applied to gate layer 13 during reactive ion etching.
  • the bias voltage is a DC voltage of at least 100 V, preferably at least 200 V.
  • the DC voltage increases the concentration of the ion current at the tips of the multilayer structure. It is advantageously possible to dispense with the application of a resist layer, since the ion etching is forced onto the tips.
  • the ion etching can also be combined with a resist technique.
  • a resist layer 20 is applied in step fl).
  • the resist layer 20 is applied planar by spinning.
  • the resist material consists, for. B. from the polymer AZ 4256 (manufacturer: Schipley). After the spin coating, the resist layer 20 is tempered (heating to 100 ° C. for around 30 minutes).
  • the gate layer 13 is opened by dry etching (see above).
  • the reactive ion etching causes the resist layer 20 to degrade.
  • the etching rate for the AZ 4256 polymer is, for example, 80 nm / min. As soon as the etching front reaches the tips of the gate layer 13 (step (f2)), it is broken down, as was explained above.
  • step (g) After opening the gate layer 13, the insulation layer 12 is broken down in step (g). This is done, for example, with a buffered HS solution. In addition, the residues of the resist layer 20 are removed in step (i). The detachment is carried out, for example, with acetone.
  • a large number of components corresponding to component 10 are produced on a common substrate.
  • Components according to the invention are distinguished by multi-layer structures in which edge or tip regions of coated base bodies protrude into openings in insulation and cover layers or protrude through these openings.
  • the edge of the electrically conductive cover layer is at a distance from the surface of the base body. In contrast to conventional components, this distance has a considerably improved uniformity.
  • the ion etching used according to the invention reduces roughness and unevenness in the exposed body and layer edges.
  • a measure of the outstanding uniformity of components according to the invention is the quotient of the width of the distance between the inner edge of the gate or cover layer 13 and the surface of the base body 11 on the one hand and the roughness (e.g. better than 5 nm) of the inner edge of the gate - Or top layer 13 given. In the case of components according to the invention, this quotient is above 5, preferably above 20.
  • the field emitters 21 are coated with a DLC layer (DLC: "Diamond-like Carbon").
  • DLC Diamond-like Carbon
  • ICPECVD Inductively Coupled Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • the DLC layer is deposited at a pressure of 60 mTorr at room temperature in a CH 4 atmosphere.
  • the sp 3 content of the DLC layer depends on the ion energy of the removed material, as as described by WI Milne in "Applied Surface Science", volume 146, 1999, page 262.
  • a bias voltage in the range from -300 to -400 V is used in turn. This results in compact DLC layers with excellent adhesion to silicon.
  • the layered uniformity is better than 3%.
  • Preferred applications of components according to the invention are in the field of measurement (eg scanning microscopy, in particular SNOM or scanning probe microscopy, based on potential, coulomb or capacitance measurements) and display technology.
  • the tip of the multilayer structure which is opened according to the invention is used as a waveguide.
  • the outstanding uniformity of the components formed on a common substrate makes it possible for the first time to create two-dimensional SNOM sensors with which surface topographies can be recorded.
  • the in Figs. 3 and 4 field emitter arrays shown include, for example, 25,000 components on an area of 5 mm * 5 mm.
  • FIG. 5 shows an example of an electron microscopic representation of a probe tip for scanning microscopy.
  • the method according to the invention it is advantageously possible to adjust the length of the tip protruding through the aperture depending on the task.
  • the tip length is approx. 300 nm to 500 nm above the aperture. Shorter peak lengths in the range of, for example, 10 nm to 50 nm are preferred for SNOM applications.
  • the aperture opening has a diameter of approx. 400 nm.
  • the illustrated probe tip is suitable for SNOM measurements in the infrared range.
  • the tip of the base body which protrudes through the apparatus, forms a waveguide in SNOM applications.

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Abstract

Es wird en Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente (10) mit einer Mehrschichtstruktur aus einem leitfähigen Grundkörper (11), mindestens einer dielektrischen Isolationsschicht (12) und einer elektrisch leitfähigen Deckschicht (13), insbesondere zur Herstellung von Feldmittern mit Vulkan-Form, beschrieben, wobei die Isolations- und Deckschichten (12, 13) mindestens eine Öffnung (16) aufweisen, in die eine kanten-oder spitzenförmiger Teilbereich (15) des Grundkörpers (11) zumindest teilweise ragt, wobei dem die mindestens eine Öffnung (16) durch reaktives Ionenätzen hergestellt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mikrostrukturierten Festkörperbauelementen, insbesondere von dreidimensional strukturierten elektronischen oder optischen Bauelementen, wie z. B. Feldemitter oder Hohlleiter. Die Erfindung betrifft auch mikrostrukturierte, koaxiale oder abgeschirmte Bauelemente und deren Anwendungen.
Es ist allgemein bekannt, elektronische oder optische Eigenschaften von mikrostrukturierten Bauelementen mit charakteristischen Dimensionen im Mikrometerbereich für bestimmte Funktionen, insbesondere in der Messtechnik und für optische Anzeigen auszunutzen. Die Herstellung von Vakuum-Bauelementen wird beispielsweise von C. A. Spindt et al. in "IEEE Tran, on El. Devices ", Band 38/10, 1991, Seite 2355, beschrieben. Für Anwendungen in der Elektronenmikroskopie sind Feldemissionsbauelemente mit sogenannter Vulkan- oder Kraterform bekannt (siehe z. B. B. Wang in "J. Vac. Sei. Technoig. B", Band 14(3), 1996, S. 1938). Ein Emitter wird durch eine Mehrschichtstruktur aus einem leitfähigen, kegelförmigen Grundkörper, mindestens einer dielektrischen Isolationsschicht und einer leitfähigen Deckschicht gebildet, wobei die Spitze des Grundkörpers durch eine Öffnung in den Isolations- und Deckschichten hindurchragt .
Feldemissions-Bauelemente besitzen auch Anwendungen in Feldemissionsdisplays (siehe z. B. K. Blankenbach in "Physikalische Blätter", Band 55, 1999, Seite 33). Eine Vielzahl von Emittern wird matrixartig auf einem gemeinsamen Substrat gebildet. Zur Erzielung einer hohen Displayqualität werden an die Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Miniaturisierbarkeit der Emitter höchste Anforderungen gestellt. Matrixartige Anordnungen mikrostrukturierter Feldemitter werden bisher bspw. nach dem folgenden Verfahren hergestellt. Nach Bildung einer Vielzahl der genannten Mehrschichtstrukturen in Pyramiden- oder Kegelform auf einem gemeinsamen Substrat beispielsweise mit einem Lithographie- und/oder Ätzverfahren werden die Mehrschichtstrukturen mit einer planarisier- ten Resistschicht bedeckt. Die Resistschicht wird einem Strip- ping-Vorgang, z. B. in einem Sauerstoffplasma, unterzogen, bis die Spitzen der Mehrschichtstrukturen freiliegen. Anschließend folgt ein nasschemisches Ätzen. Dabei werden die leitfähige Deckschicht und die Isolationsschicht geätzt, so dass jeweils eine Öffnung entsteht, durch die die Spitze des Grundkörpers hindurchragt.
Das bisher verwendete nasschemische Ätzen zur Bildung der Durchtrittsöffnungen an Feldemitter-Bauelementen besitzt die folgenden Nachteile. Beim nasschemischen Ätzen kommt es zu Unterätzungen an Schichträndern mit charakteristischen Dimensionen im Bereich von 150 nm. Dies beschränkt die Funktionalität und die Miniaturisierbarkeit herkömmlicher Feldemitter und deren Gleichmäßigkeit. Es bilden sich raue Ränder aus. Durch nasschemisches Ätzen können Öffnungen lediglich im Bereich von rund 50 μm gebildet werden. Es besteht aber, insbesondere bei Displayanwendungen und auch in der Messtechnik, ein Interesse an der Bildung engerer Öffnungen mit charakteristischen Dimensionen von rund 100 bis 200 nm.
Ein weiterer Nachteil des nasschemischen Ätzens besteht darin, dass die Herstellung von Emitterspitzen, die innerhalb einer Matrixanordnung oder auf mehreren Substraten gleichförmig und reproduzierbar sind, praktisch ausgeschlossen ist. Die sog. Wafer-to-Wafer-Reproduzierbarkeit ist beschränkt. Die fehlende Gleichförmigkeit herkömmlicher Emitteranordnungen wirkt sich nachteilig auf deren Emittereigenschaften, wie beispielsweise die Displayqualität, aus.
Es ist bekannt, planare Schichtstrukturen durch reaktives Ionenätzen dreidimensional zu strukturieren. Von D. P. Hamblen et al. wird in "J. Electroche . Soc", Juli 1988, S. 1816, beschrieben, dass die Ätzrate des Ionenätzens von der Ausrichtung der zu behandelnden Oberfläche abhängig ist. Dies erlaubt die Bearbeitung dreidimensionaler Strukturen. Die Anwendung des reaktiven Ionenätzens war bisher auf planare Schichtstrukturen beschränkt.
Weitere Anwendungen mikrostrukturierter Bauelemente in der Messtechnik sind durch Tastspitzen für optische Strahlung (siehe beispielsweise F. Keilmann et al. in "Opt. Comun.", Band 129, 1996, Seite 15, und DE-PS 38 37 389) und in der Scanning-Kapazitäts-Mikroskopie gegeben. Tastspitzen für optische Strahlung werden bei der rasteroptischen Nahfeldmikroskopie (Scanning Optical Nearfield Microscopy, SNOM) verwendet. Mit der Nahfeldmikroskopie wird die wellenlängenbedingte Grenze des Auflösungsvermögens konventioneller Mikroskope überwunden, in dem Licht zu einer Öffnung am Ende der Tastspitze geleitet wird, die charakteristische Dimensionen im nm-Bereich bis einige 10 nm-Bereich besitzt. An der Öffnung wird zwar ein Großteil des Lichtes reflektiert (cut-off-Effekt) , ein geringer Anteil kann jedoch auch in unmittelbarer Nähe der Tastspitze außerhalb der Öffnung auftreten. Die SNOM-Messung beruht auf der Erfassung der Wechselwirkung dieses austretenden Lichtes mit einer Probe. Die in DE-PS 38 37 389 beschriebene Tastspitze bildet einen Hochfrequenz-Hohlleiter mit einer Austrittsöffnung, deren charakteristischen Dimensionen klein im Vergleich zur Wellenlänge optischer Strahlung ist. Für Präzisionsanwendungen in der optischen Nahfeldmikroskopie (SNOM) werden an die Austrittsöffnung höchste Anforderungen in Bezug auf ihre Gleichförmigkeit und die Reproduzierbarkeit der Dimensionierung gestellt. Die Herstellung einer Vielzahl gleichartiger Tastspitzen erfordert bisher einen hohen Prozessaufwand. Des Weiteren besteht ein Interesse an einem möglichst effektiven Lichtaustritt oder -eintritt an der Tastspitze durch Verwendung eines koaxialen Spitzenaufbaus .
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente bereitzustellen, mit dem die Nachteile herkömmlicher Verfahren überwunden werden und dass insbesondere die Bildung von Sub-Mikrostruk- turen mit erhöhter Präzision, Gleichförmigkeit und Miniaturisierung ermöglicht. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, verbesserte mikrostrukturierte Bauelemente mit hoher Gleichförmigkeit und Miniaturisierung von Funktionselementen bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden mit Verfahren und Bauelementen mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Grundidee der Erfindung ist es, an mikrostrukturierten Bauelementen mit Mehrschichtstruktur durch reaktives Ionenätzen Öffnungen oder Aperturen anzubringen. Die Mehrschichtstruktur wird durch einen dreidimensional gebildeten Grundkörper mit spitzen- oder kantenförmigen Teilbereichen und auf diesen angeordneten Isolations- und Deckschichten gebildet, wobei mindestens ein kanten- oder spitzenförmiger Teilbereich des Grundkörpers durch die Öffnung oder Apertur in den Isolations- und Deckschichten hindurchragt. Die mindestens eine Öffnung wird abweichend von der herkömmlichen Verwendung nass- chemischer Ätzverfahren erfindungsgemäß durch das reaktive Ionenätzen gebildet. Beim Ionenätzen wird der Ätzvorgang vorteilhafterweise durch die elektrische Wirkung der spitzen- oder kantenför igen, elektrisch leitfähigen Deckschicht, die mit einer Vorspannung beaufschlagt ist, so umgesetzt, dass Öffnungen im Sub-Mikrometerbereich mit höchster Genauigkeit, Gleichförmigkeit und Symmetrie relativ zur Oberfläche des Grundkörpers gebildet werden. Erfindungsgemäß werden an den Spitzen der zu öffnenden Strukturen gleichzeitig zwei Wirkungen realisiert, nämlich eine Konzentration der Ätzrate auf die Spitze und eine Abhängigkeit der Ätzrate von der Ausrichtung der jeweils geätzten Oberfläche relativ zum einfallenden Ionenstrahl. Es wird eine neuartige Anwendung des reaktiven Ionenätzens unter Ausnutzung der die Ätzrate beeinflussenden Eigenschaften von nicht-planaren Schichtstrukturen bereitgestellt.
Die Erfinder haben festgestellt, dass an einer Spitze oder Kante im mikroskopischen Maßstab immer eine Mikrokrümmung besteht, die an mindestens einer Stelle gerade den Winkel maximaler Ätzrate in Bezug auf die Ätzfront des Plasmas aufweist. Dadurch wird das Ionenätzen auf die Spitze oder Kante konzentriert, so dass dort automatisch die Öffnung erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vielzahl von Mehrschichtstrukturen auf einem gemeinsamen Substrat gebildet. Die Erfindung ist mit beliebigen Bauelementegeometrien realisierbar, bei denen kanten- oder spitzenför- ige Teilbereiche des Grundkörpers durch mindestens eine leitfähige Deckschicht hindurch freigelegt werden. Unter einem kanten- oder spitzenförmigen Teilbereich eines Grundkörpers wird hier ein Teilbereich der Oberfläche des Grundkörpers verstanden, in dem die Oberfläche einen unstetigen oder unkonti- nuierlichen Krümmungsverlauf besitzt. Dies ist beispielsweise an den Spitzen von kegel- oder pyramidenförmigen Grundkörpern oder an entsprechenden Kantenlinien der Fall. Es werden beispielsweise eine Vielzahl von Feldemittern mit Vulkanform matrixartig auf einem gemeinsamen Substrat gebildet.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein mikrostrukturiertes Bauelement mit der genannten Mehrschichtstruktur, bei dem der Innenrand der mindestens einen Öffnung eine zur äußeren Form des durchragenden kanten- oder spitzenförmigen Teilbereichs des Grundkörpers kongruente Gestalt besitzt. Die kongruente Gestalt ist Ergebnis reaktiven Ionenätzens nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Erfindungsgemäß mikrostrukturierte Bauelemente besitzen Anwendungen in der Messtechnik (insbesondere Feldemissions- Mikroskopie, SNOM, AFM, Kapazitätsmikroskopie) und in der Displaytechnik (insbesondere Feldemitterdisplays) . Besondere Vorteile ergeben sich bei der Herstellung von SNOM-Tastspitzen mit koaxialem Aufbau. Erfindungsgemäß können kanten- oder spitzenförmige Teilbereiche des Grundkörpers mit einer Länge aus der freigelegten Öffnung herausragen, die die Querdimension der Öffnung mehrfach übersteigt. Damit wird die Effektivität der Aus- oder Einkopplung von Licht an Tastspitzen erhöht. Vorteilhaft ist ferner die Herstellung von Feldemitter-Arrays mit einer Vielzahl (z. B. Tausende bis zu mehreren Zehntausenden) von Feldemittern auf einem gemeinsamen Substrat. Damit werden Flächenemitter mit einer hohen Homogenität und Langzeitstabilität der Feldelektronenemission bereitgestellt.
Gegenstand der Erfindung ist insbesondere auch die Anwendung der reaktiven Ionenätzens zur Öffnung von Kanten- oder Spitzenaperturen von mikrostrukturierten Bauelementen. Die Erfindung besitzt die folgenden Vorteile. Die Verwendung des reaktiven Ionenätzens zur Mikrostrukturierung dreidimensionaler Bauelemente besitzt den Vorteil, mit herkömmlichen Schichtabscheidungs- und Strukturierungstechnologien kompatibel zu sein. Die erfindungsgemäße Freilegung der Öffnung insbesondere in MikroStrukturen mit Vulkanform ist relativ einfach in weitere Prozessabläufe zur Herstellung des jeweiligen Bauteils integrierbar. Es kann Resistschicht-frei gearbeitet werden. Erfindungsgemäße Feldemitter zeichnen sich durch eine erheblich verbesserte Brauchbarkeit aus. Bei den genannten Anwendungen von Feldemitter-Arrays besteht ein starkes Interesse an der Ausbildung einer identischen Feldemission an allen Emittern. Die Feldemission hängt insbesondere von der Feldstärke am kanten- oder spitzenförmigen Teilbereich des Grundkörpers, vom jeweiligen Krümmungsradius und gegebenenfalls einer Oberflächenvergütung ab. Die Feldstärke wird im wesentlichen durch die Dimensionierung der Apertur bestimmt. Da alle Öffnungen innerhalb eines Arrays identisch gebildet sind, ist die Einstellung einer homogenen Feldemission vereinfacht möglich. Besondere Vorteile ergeben sich bei der Massenproduktion von Bauelementen. Bei einem fest eingestellten Satz von Prozessparametern sind alle Aperturen innerhalb eines Arrays und zwischen verschiedenen Arrays reproduzierbar identisch. Dies ist mit den herkömmlichen Verfahren nicht erreichbar und stellt mit Blick auf den hohen Bedarf insbesondere an Feldeffektdisplays einen entscheidenden Fortschritt dar. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Freilegung der Grundkörperspitze oder -kante für alle auf einem Substrat angeordneten Mehrschichtstrukturen synchron und sich passiv ausgleichend erfolgt (sogenanntes Self-Alignment) . Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäß strukturierten Bauelements,
Fig. 2: eine Illustration eines erfindungsgemäßen
Strukturierungsverfahrens,
Fig. 3 und 4: elektronenmikroskopische Photographien erfindungsgemäß hergestellter Feldemitter, und
Fig. 5: elektronenmikroskopische Photographien erfindungsgemäß hergestellter SNOM-Tastspitzen.
Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel des Aufbaus koaxialer Spitzenstrukturen erläutert, ist aber nicht auf die illustrierten Geometrien beschränkt. Analog zu den erläuterten Verfahrensschritten können auch andere Mehrschichtbauelemente, z. B. mit Kanten, strukturiert werden. Mehrschichtbauelemente mit Kanten liefern beispielsweise einen Abschirmeffekt äußerer Schichten für innere Schichten analog zu den koaxialen Bauelementen. Ferner ist die Umsetzung nicht auf die unten beispielhaft angegebenen Dimensionsverhältnisse beschränkt. Anwendungsabhängig können kleinere oder auch größere Strukturen hergestellt werden. Schließlich kann die Erfindung abweichend vom illustrierten Dreischicht-Aufbau auch mit komplizierteren Schichtanordnungen umgesetzt werden.
In Fig. 1 ist schematisch ein erfindungsgemäß strukturiertes Bauelement 10 dargestellt. Die Mehrschichtstruktur besteht aus einem Grundkörper 11, der eine dielektrische Isolationsschicht 12 und eine elektrisch leitfähige Deckschicht 13 trägt. Die Mehrschichtstruktur ist auf einem Substrat 14 gebildet. Der Grundkörper 11 besteht aus demselben Material wie das Substrat 14 und ragt aus dessen Ebene kegel- oder pyramidenförmig hervor. Anwendungsabhängig kann die Kegel- oder Pyramidenform mit einem extremen Aspektverhältnis gebildet sein, so dass eine Säulen- oder Drahtform gebildet wird.
Die Isolations- und Deckschichten 12, 13 sind mit einer relativ zur Normalen der Substratebene gleichbleibenden Dicke gebildet und folgen entsprechend dem Verlauf der Oberfläche des Grundkörpers 11. Allerdings ist an der Spitze 15 des Grundkörpers 11 eine Öffnung oder Apertur 16 gebildet, durch die die Spitze 15 herausragt. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Bauelements 10 besteht im streng koaxialen Aufbau der Mehrschichtstruktur und insbesondere in der Symmetrie des Durchtritts der Spitze 15 durch die Öffnung 16. Der obere innere Rand der Deckschicht 13 liegt in einer Bezugsebene, die parallel zur Ebene des Substrats 14 verläuft. Die Oberfläche der Spitze 15 besitzt allseits den gleichen Abstand von der Deckschicht 13. Die Isolationsschicht 12 ist stärker abgetragen als die Deckschicht 13, so dass sich eine umlaufende Ausnehmung 17 bildet.
Die Materialien der Mehrschichtstruktur gemäß Fig. 1 sind anwendungsabhängig gewählt. Der Grundkörper 11 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie insbesondere einem Halbleiter (z. B. Silizium oder Galliumarsenid) oder einem Metall (z. B. Aluminium), das vorzugsweise im Rahmen des umgesetzten Prozessablaufs oxidierbar ist. Die Isolationsschicht 12 besteht vorzugsweise aus einem Oxid des Materials des Grundkörpers 11, kann aber auch durch ein Fremdoxid oder ein anderes Dielektrikum gebildet werden. Die Deckschicht 13 besteht wie- deru aus einem elektrisch leitfähigen Material (beispielsweise aus einem Metall, wie z. B. Chrom, Aluminium, Kupfer, Gold, Platin, Silber oder dgl.). Das Material der Deckschicht 13 wird vorzugsweise in Bezug auf eine hohe Haftfähigkeit und eine gute Leitfähigkeit ausgewählt.
Die Höhe des pyramidenförmigen Grundkörpers 11 beträgt beispielsweise rund 3 μm. Der Durchmesser der Apertur 16 beträgt beispielsweise rund 350 nm.
Abweichend von der illustrierten Ausführungsform mit einer über die Deckschicht 13 hinausragenden Spitze 15 kann alternativ vorgesehen sein, dass die Spitze 15 lediglich die Isolationsschicht 12 überragt, nicht jedoch die Deckschicht 13.
Wird durch das Bauelement 10 ein Feldemitter gebildet, so wird die Deckschicht 13 auch als Gate-Schicht bezeichnet. Die Deckschicht 13 bildet eine Gate-Elektrode, die mit einer Spannung zur Steuerung der Feldemission beaufschlagbar ist. Die Isolationsschicht 12 wird bei Feldemitter-Anwendungen auch als Gate-Isolation bezeichnet. Wird durch das Bauelement 10 eine SNOM-Tastspitze gebildet, so ist die Spitze 15 ein Koaxialleiter zur Ein- oder Auskupplung von Licht in die Tastspitze.
Die Herstellung einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Bauelementen auf einem gemeinsamen Substrat wird im Folgenden unter Bezug auf Fig. 2 erläutert. Die Strukturierung beginnt mit einem Vorbereitungsschritt (a) , bei dem auf dem Substrat 14 Maskierungsschichten 18 entsprechend den späteren Positionen der Grundkörper aufgebracht werden. Das Substrat 14 besteht beispielsweise aus n-Typ-Silizium (spezifischer Widerstand 2 Ohm cm, Substratebene 100-orientiert) . Die Maskierungsschichten 18 bestehen beispielsweise aus Siliziumoxid (Dicke rund 100 nm) . Anschließend erfolgt bei der Sockelstrukturierung (b) die Formung von Sockeln 19 als Rohlinge für die späteren Grundkörper. Die Sockelstrukturierung (b) erfolgt beispielsweise durch induktives Plasmaätzen, wie es von B. Volland et al. in "J. Vac. Sei. Tech.", Band B 17(6), 1999, Seite 2768, beschrieben wird. Dieses Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise eine genaue Einstellung des Aspektverhältnisses der Silizium-Sockel 19. Bei der anschließenden Grundkörperstrukturierung (c) werden die oben erläuterten pyramidenförmigen Grundkörper als aus der 'Substratebene herausragende Spitzen geformt. Die Strukturierung (c) erfolgt vorzugsweise durch reaktives Ionenätzen in einem Radiofrequenz-Reaktor (z. B. OPT-μ-80, Oxford Plasma Technology, 75W, Ionenätzen in 4:l-SF6/02). Bei Schritt c) folgt ein Nassätzen in einer 1: 80-HF/HNO3-Lösung. Die spitzen Grundkörper 11 werden durch ein an sich bekanntes Verfahren geschärft, bei dem ein Oxidationsschärfen bei 900 °C und ein Ausheilen in einer Stickstoffatmosphäre für 10 Stunden bei 1100°C erfolgen. Bei Schritt (d) erfolgt die Abscheidung oder Bildung der Isolationsschicht. Hierzu werden die Grundkörper 11 zunächst in gepufferter HF-Lösung geätzt und dann oxidiert. Die Dicke der Oxidschicht beträgt beispielsweise rund 200 nm. Zur Vervollständigung der Mehrschichtstruktur folgt bei Schritt (e) die Abscheidung der Deckschicht oder Gate-Schicht 13. Hierzu wird eine Chromschicht aufgebracht (Dicke rund 100 nm) .
Anschließend erfolgt bei Schritt (f) die erfindungsgemäße Freilegung der Spitzen 15, wie es im rechten Teil von Figur 2 illustriert ist. Das Öffnen der Gate-Schicht 13 erfolgt durch Trockenätzen (reaktives Ionenätzen) . Zum Ionenätzen kann allgemein jedes an sich bekannt Sputterverfahren verwendet werden, bei dem die erfindungsgemäße Feldverstärkung an den Spit- zen oder Kanten stattfindet. Das reaktive Ionenätzen erfolgt z. B. in einem 1 : 2-02/Ar-Plasma oder einem 02/Cl2/Ar-Plasma.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Ätzrate an der Spitze der Mehrschichtstruktur von der Orientierung des auftreffenden Ionenstroms relativ zur Ausrichtung der jeweiligen Oberfläche abhängt. Da die Gate-Schicht 13 gleichförmig auf der Isolationsschicht 12 bzw. dem Grundkörper 11 aufgetragen ist, folgt die Spitzenkontur der Gate-Schicht 13 dem freizulegenden Kanten- oder Spitzenbereich des Grundkörpers 11. Es wurde festgestellt, dass die Ätzrate an den Spitzen rund 50 nm/min und an den Seitenflächen der Spitzen rund 30 nm/min beträgt. In den flachen Bereichen zwischen den Spitzen beträgt die Ätzrate rund 20 nm/min. Dieses anisotrope Ätzverhalten bewirkt einen gleichmäßigen Abtrag der Gate- Schicht 13 und nachfolgend der Isolationsschicht 12, bis die Spitze des Grundkörpers 11 frei liegt. Das anisotrope Ätzverhalten ergibt sich aus der Verstärkung des elektrischen Feldes an der elektrisch leitfähigen Gate-Schicht (Konzentration von Feldlinien) während des Ätzens. Die obersten Teile der metallisch beschichteten Spitzen werden als erste dem Ionenstrom ausgesetzt. Dies bewirkt eine Verstärkung des Stromes auf die Spitze und erhöht entsprechend die Ätzrate. Die Apertur 16 (siehe Fig. 1) wird genau und relativ zur Kegelachse axialsymmetrisch über der Spitze geöffnet (Schritt f) ) .
Während des reaktiven Ionenätzens wird an die Gate-Schicht 13 eine Vorspannung angelegt. Die Vorspannung ist eine Gleichspannung von mindestens 100 V, vorzugsweise mindestens 200 V. Die Gleichspannung bewirkt eine Verstärkung der Konzentration des Ionenstroms an den Spitzen der Mehrschichtstruktur. Vorteilhafterweise kann auf die Aufbringung einer Resistschicht verzichtet werden, da das Ionenätzen erzwungen auf die Spitzen konzentriert wird. Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, die im linken Teil von Figur 2 illustriert ist, kann aber das Ionenätzen auch mit einer Re- sisttechnik kombiniert werden. Zur Vorbereitung der erfindungsgemäßen Freilegung der Spitzen 15 erfolgt bei Schritt fl) die Aufbringung einer Resistschicht 20. Die Resistschicht 20 wird planar durch Au schleudern aufgebracht. Das Resistmate- rial besteht z. B. aus dem Polymer AZ 4256 (Hersteller: Schipley) . Nach dem Aufschleudern wird die Resistschicht 20 temperiert (Aufheizen auf 100 °C für rund 30 min) .
Mit den Verfahrensschritten (f2) und (f3) erfolgt das Öffnen der Gate-Schicht 13 durch Trockenätzen (siehe oben) . Zunächst bewirkt das reaktive Ionenätzen einen Abbau der Resistschicht 20. Die Ätzrate beträgt beim Polymer AZ 4256 beispielsweise 80 nm/min. Sobald die Ätzfront die Spitzen der Gate-Schicht 13 erreicht (Schritt (f2) ) , erfolgt deren Abbau, wie dies oben erläutert wurde.
Nach dem Öffnen der Gate-Schicht 13 erfolgt bei Schritt (g) ein Abbau der Isolationsschicht 12. Dies erfolgt beispielsweise mit gepufferter HS-Lösung. Außerdem werden bei Schritt (i) die Reste der Resistschicht 20 abgelöst. Die Ablösung erfolgt beispielsweise mit Aceton.
Im Ergebnis der Schritte (a) bis (g) wird eine Vielzahl von Bauelementen entsprechend dem Bauelement 10 (gemäß Fig. 1) auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt. Erfindungsgemäße Bauelemente zeichnen sich durch Mehrschichtstrukturen aus, bei denen Kanten- oder Spitzenbereiche beschichteter Grundkörper in Öffnungen von Isolations- und Deckschichten hineinragen oder durch diese Öffnungen hindurchragen. Der Rand der elektrisch leitfähigen Deckschicht besitzt einen Abstand von der Oberfläche des Grundkörpers. Dieser Abstand besitzt im Unterschied zu herkömmlichen Bauelementen eine erheblich verbesserte Gleichförmigkeit. Das erfindungsgemäß verwendete Ionenätzen reduziert Rauhigkeiten und Unebenheiten der freiliegenden Körper- und Schichtkanten. Ein Maß für die hervorragende Gleichförmigkeit erfindungsgemäßer Bauelemente ist durch den Quotienten aus Breite des Abstandes zwischen dem Innenrand der Gate- oder Deckschicht 13 und der Oberfläche des Grundkörpers 11 einerseits und der Rauhigkeit (z. B. besser als 5 nm) des inneren Randes der Gate- oder Deckschicht 13 gegeben. Dieser Quotient liegt bei erfindungsgemäßen Bauelementen oberhalb von 5, vorzugsweise oberhalb von 20.
In den Fig. 3 und 4 sind elektronenmikroskopische Darstellungen erfindungsgemäß hergestellter Feldemitter mit verschiedenen Vergrößerungen dargestellt. Die Vergrößerungen sind im unteren Teil angegeben. Die Länge der Bezugslinien beträgt jeweils 3.33 μm bzw. 1.0 μm. Zur Erzielung einer langzeitstabi- len Feldemission und einer weiteren Verbesserung der Gleichförmigkeit der Emission bei elektrischen Feldstärken im Bereich von 3 bis 5 V/μm werden die Feldemitter 21 mit einer DLC-Schicht (DLC: "Diamond-like Carbon") beschichtet. Dies erfolgt unter Verwendung eines ICPECVD-Verfahrens (Inductively Coupled Plasma Enhanced Chemical Vapour-Deposition) . Das ICPECVD-Verfahren besitzt den Vorteil, dass die DLC-Schichten selbst bei geringsten Schichtdicken (z. B. 30 nm) eine hohe Gleichförmigkeit besitzen. Die Abscheidung der DLC-Schicht erfolgt bei einem Druck von 60 mTorr bei Raumtemperatur in einer CH4-Atmosphäre . Der sp3-Gehalt der DLC-Schicht hängt von der Ionenenergie des abgetragenen Materials ab, wie es beispiels- weise von W. I. Milne in "Applied Surface Science", Band 146, 1999, Seite 262, beschrieben wird.
Zur Erzielung möglichst kompakter DLC-Schichten erfolgt wiederum die Verwendung einer Vorspannung im Bereich von -300 bis -400 V. Damit werden kompakte DLC-Schichten mit einer hervorragenden Haftung auf Silizium erzielt. Die schichtige Gleichförmigkeit ist besser als 3 % .
Bevorzugte Anwendungen erfindungsgemäßer Bauelemente liegen im Bereich der Meß- (z. B. Rastermikroskopie, insbesondere SNOM oder Scanning Probe Microscopy, auf der Grundlage von Potential-, Coulomb- oder Kapazitätsmessungen) und der Display- Technik. Zum Aufbau koaxialer SNOM-Sensoren wird die erfindungsgemäß geöffnete Spitze der Mehrschichtstruktur als Wellenleiter benutzt. Die hervorragende Gleichförmigkeit der auf einem gemeinsamen Substrat gebildeten Bauelemente ermöglicht erstmalig, zweidimensionale SNOM-Sensoren zu schaffen, mit denen Oberflächentopographien aufgenommen werden können. Die in den Fign. 3 und 4 gezeigten Feldemitter-Arrays umfassen beispielsweise 25000 Bauelemente auf einer Fläche von 5 mm * 5 mm.
Figur 5 zeigt beispielhaft eine elektronenmikroskopische Darstellung einer Tastspitze für die Rastermikroskopie. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhafterweise möglich, die Länge der durch die Apertur ragenden Spitze je nach Aufgabe einzustellen. Beispielsweise für die Tunnelmikroskopie beträgt die Spitzenlänge rd. 300 nm bis 500 nm über der Apertur. Für SNOM-Anwendungen werden kürzere Spitzenlängen im Bereich von beispielsweise 10 nm bis 50 nm bevorzugt. Beim dargestellten Beispiel besitzt die Aperturöffnung einen Durchmesser von rd. 400 nm. Damit ist die illustrierte Tastspitze für SNOM- Messungen im Infrarotbereich geeignet.
Die durch die Apparatur herausragende Spitze des Grundkörpers bildet bei SNOM-Anwendungen einen Wellenleiter.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Veröffentlichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente (10) mit einer Mehrschichtstruktur aus einem leitfähigen Grundkörper (11) , mindestens einer dielektrischen Isolationsschicht (12) und einer elektrisch leitfähigen Deckschicht (13), wobei die Isolations- und Deckschichten (12,13) mindestens eine Öffnung (16) aufweisen, in die ein kanten- oder spitzenförmiger Teilbereich (15) des Grundkörpers (11) zumindest teilweise ragt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (16) durch reaktives Ionenätzen hergestellt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem ein anisotropes Ionenätzen der Deckschicht (13) erfolgt, sobald die Ätzfront des reaktiven Ionenätzens die Spitzen oder Kanten der Mehrschichtstruktur erreicht.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem während des reaktiven Ionenätzens eine Vorspannung an die Deckschicht (13) angelegt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Vielzahl von Bauelementen (10) auf einem gemeinsamen Substrat (14) gebildet wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Herstellung der mindestens einen Öffnung (16) ein Aufbau aus dem Grundkörper (11) und den Isolations- und Deckschichten (12,13) vollständig mit einer planaren Resistschicht (20) bedeckt wird, die dem reaktiven Ionenätzen ausgesetzt wird, wobei ein anisotropes Ionenätzen der Deckschicht (13) erfolgt, sobald die Ätzfront die Spitzen oder Kanten der Mehrschichtstruktur erreicht.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mit einem ICPECVD-Verfahren auf den Bauelementen eine DLC- Schicht abgetragen wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das mikrostrukturierte Bauelement einen koaxialen, Pyramiden- oder kegelförmigen Feldemitter bildet.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, das zur Herstellung mindestens eines Feldemitters, insbesondere eines Feldemissionsdisplays oder eines Emitters für die Feldemissionsmikroskopie, verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, das zur Herstellung einer Tastspitze für die Rastermikroskopie, insbesondere eines SNOM- Sensors verwendet wird.
10. Mikrostrukturiertes Bauelement (10) mit einer Mehrschichtstruktur aus einem leitfähigen Grundkörper (11) , mindestens einer dielektrischen Isolationsschicht (12) und einer leitfähigen Deckschicht (13) , wobei die Isolations- und Deckschichten (12, 13) mindestens eine Öffnung aufweisen, in die ein kanten- oder spitzenförmiger Teilbereich des Grundkörpers (11) zumindest teilweise ragt, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Rand der Öffnung (16) in der Deckschicht (13) einen allseits konstanten Abstand von der Oberfläche des Grundkörpers (11) besitzt.
11. Bauelement gemäß Anspruch 10, bei dem der Quotient aus Breite des Abstandes zur Rauhigkeit des inneren Randes größer als 5 ist.
12. Feldemitterdisplay, das mindestens eine Matrixanordnung aus einer Vielzahl von Bauelementen gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 enthält.
13. Sensor für Scanning-Mikroskopie-Messungen, der mindestens eine Matrixanordnung aus einer Vielzahl von Bauelementen gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 enthält.
14. SNOM-Tastspitze, die durch ein Bauelement gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 gebildet wird.
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