Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Messprobe, Messsystem und Messsondensystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Messprobe, insbesondere zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen, ein Messsystem sowie ein Messsondensystem.

Hintergrund der Erfindung

Die Rastersondenmikroskopie (SPM - „Scanning Probe Microscopy") ist eine Mess- und A- nalysetechnik, bei der eine Messsonde über eine Probe eines zu untersuchenden Messmediums gerastert wird und bei der über eine abstandsabhängige Wechselwirkung zwischen der Messsonde und der Probe eine Topographie der Probe ermittelt wird. Es können aber auch Materialkonstanten oder andere Probeninformationen gewonnen werden. Die prominentesten Vertreter dieser Technik sind das Rasterkraftmikroskop (AFM - ,^4tomic Force Microscope") und das Rastertunnelmikroskop (STM - „Scanning Tunneling Microscope'"'). Weitere Vertreter dieser Technologie sind insbesondere das Rasternahfeldmikroskop (SNOM - „Scanning Near Field Microscope"') und das Rasterphotonenmikroskop (SPhM - „Scanning Photone Force Microscope"). Eine der Rastersondenmikroskopie zugeordnete Untersuchungsmethode ist auch das Aufnehmen einer Kraftabstandskurve, bei der die Messsonde zu Messzwecken im wesentlichen nur entlang einer vertikalen Richtung relativ zur untersuchten Probe verlagert wird.

Zum Messen der abstandsabhängigen Wechselwirkung zwischen Messsonde und Probe wird bei der Abstandsspektroskopie die Messsonde relativ zur Oberfläche der Probe verlagert, beispielsweise in einer zur Probenoberfläche vertikalen Richtung, und die Wechselwirkung zwischen Messsonde und Probe wird gemessen. Alternativ kann auch die Probe bewegt werden. Es kann auch eine Relativbewegung zwischen Messsonde und Probe vorgesehen sein, bei der sowohl die Messsonde als auch die Probe bewegt werden. Bei der RastersondenmikiOskopie wird diese Abstandsspektroskopie zum Messen der Wechselwirkung zwischen Messsonde und Probe beispielsweise dazu genutzt, Kräfte zwischen Molekülen zu messen, indem ein Molekül an die Messsonde bindet und ein weiteres Molekül an die Probe. Es kann dann die Wechselwirkung zwischen den beiden gebundenen Molekülen gemessen werden. Es können

aber auch intramolekulare Kräfte gemessen werden, indem beispielsweise die Messsonde auf die Probe abgesenkt und hierbei auf eine Bindung gewartet wird. Danach kann die Messsonde wieder von der Probe entfernt werden, wobei hierbei auf die Messsonde wirkende Kräfte aufgezeichnet werden. Darüber hinaus sind weitere Messungen möglich, bei denen eine Wech- selwirkung gemessen wird, die mit einem zugeordneten Abstand zu zwei oder mehreren Orten korreliert.

Als Messsonde wird bei der Rasterkraftmikroskopie üblicherweise ein Bauteil verwendet, welches auch als Cantilever bezeichnet wird. Mit diesem können Kräfte gemessen werden, indem die Verbiegung der Messsonde erfasst wird. Zur Minimierung des Wechselwirkungsvolumens und damit zur Verbesserung der lateralen Auflösung ist in den meisten Fällen eine Messspitze am freien Ende des Cantilevers angebracht. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird in den nachfolgenden Erläuterungen auf einen Cantilever Bezug genommen. Die Ausführungen gelten entsprechend für andere Formen von Messsonden in der Sondenmikro- skopie. Die Cantilever sind in der Regel an einer Basis befestigt, insbesondere um eine sinnvolle Handhabung zu gewährleisten.

Es ist bekannt, für die Abstandsspektroskopie als Messsonden sowohl unbehandelte als auch vorbehandelte Cantilever zu verwenden. Im Fall eines unbehandelten Cantilevers ist eine Bin- düng der Probe bei der Messung unspezifisch. Beispielsweise geht es hierbei darum, Moleküle mittels Bindung an den Cantilever aus ihrem Umgebungsmedium zu ziehen, um die Wechselwirkung der Moleküle mit dem Umgebungsmedium zu messen. Hierbei können aber auch die Moleküle genauer charakterisiert werden, an denen gezogen wird. So zeigen zum Beispiel DNA-Moleküle eine spezifische Spektroskopiekurve aufgrund einer internen Konformation- sumwandlung.

Mit einem vorbehandelten Cantilever können insbesondere spezifische Bindungen untersucht werden. Ein solche Untersuchung kann vorteilhaft sein, wenn das Ausbilden von ungewünschten Bindungen, die danach unter Umständen kaum noch voneinander getrennt werden können, bei der Messung verhindert werden soll. So ist es gängige Praxis, ein oder mehrere Moleküle an die als Cantilever ausgeführte Messsonde zu binden, welche dann mit dem oder den gebundenen Molekül(en) ein Rezeptor-Ligand-System bildet. Es ist auch bekannt, ganze Zellen an eine als Cantilever gebildete Messsonde zu binden und dieses System in Wechsel-

Wirkung mit einer Probe, beispielsweise einem Biomaterial, oder mit anderen Zellen zu bringen. In diesem Fall kann es zum Beispiel günstig sein, einen Cantilever ohne Spitze zu verwenden. Vorbehandlungen von Messsonden, insbesondere von Cantilevern, sind in verschiedenen Ausfuhrungsformen bekannt, beispielsweise in Form des Hydrophobisierens der Mess- sonde.

Bekannte Möglichkeiten zur Vorbehandlung des Cantilevers fuhren allgemein zu einer Be- schichtung der Messsonde, zumindest in Teilbereichen. So beschichtet eine an dem Cantilever angebrachte Zelle einen Teilbereich der Oberfläche des Cantilevers. Es kann hierbei vorgese- hen sein, den Cantilever im Rahmen der Vorbehandlung zunächst mit einer Beschichtung zu versehen, insbesondere einer haftvermittelnden Beschichtung, auf der dann eine zu messende Substanz aufgebracht wird. Allgemein wird im folgenden das im Rahmen der Vorbehandlung auf die Messsonde, insbesondere den Cantilever, aufgebrachte Material als Sondensubstanz bezeichnet, sei es ein einzelnes Material oder eine Kombination von mehreren Materialien, die beispielsweise eine haftvermittelnde Basis und eine hierauf angeordnete und zu untersuchende Substanz umfasst. Eine im Rahmen der Vorbehandlung aufgebrachte und von der Sondensubstanz umfasste (Basis-)Beschichtung wird auch als Sondenbeschichtung bezeichnet.

Wird ein vorbehandelter Cantilever bei der Abstandsspektroskopie verwendet, so ergeben sich in der Praxis mehrere Handhabungsprobleme. Aufgrund jedes mechanischen Kontaktes mit der Probe wird die auf der Messsonde aufgebrachte Sondensubstanz üblicherweise belastet, so dass nach einem oder mehreren Einzelexperimenten eine Alterung der Sondensubstanz auftritt. Der Begriff „Alterung" wird in der vorliegenden Anmeldung ganz allgemein für eine Veränderung eines gewünschten Zustandes der Sondensubstanz verwendet, welcher zu Beginn der abstandsspektroskopischen Messungen zum Zwecke der Messung herbeigeführt wurde. Eine Alterung kann aber nicht nur aufgrund der Ausführung von Messungen stattfinden, sondern auch ohne eine solche Messung, beispielsweise dadurch, dass bei einer als Zelle ausgebildeten Sondensubstanz vor oder auch während der Messung keine für die Zelle einge- stellten physiologischen Bedingungen gegeben sind.

Die Alterung der Sondensubstanz kann dazu führen, dass bei der Durchführung der abstandsspektroskopischen Messung immer weniger spezifische Bindungen stattfinden, wodurch die

Anzahl der Einzelexperimente wesentlich erhöht werden muss. Bei einer weniger spezifisch ausgeführten Einzelmessung muss sehr darauf geachtet werden, dass die Messsonde in jedem Experiment die Sondensubstanz noch in der geforderten Art und Weise aufweist. So wäre es beispielsweise für eine als hydrophobe Beschichtung ausgeführte Sondensubstanz möglich, dass sich diese langsam in eine hydrophile umwandelt, wodurch die Messergebnisse stark verfälscht würden. Bei der Ausführung der Sondensubstanz als Zellenbeschichtung, wobei häufig nur eine Zelle auf den Cantilever passt, kann es dazu kommen, dass die Zelle abstirbt und sich bereits vor Durchführung des Messexperimentes sehr stark verändert, so dass die eigentliche Messung nicht mehr durchgeführt werden kann. Auch hier kann es zu falschen Messergebnissen kommen, wenn dieser Vorgang unbemerkt vonstatten geht. Bei einem unbehandelten Cantilever kann es dazu kommen, dass durch den Kontakt mit der Probe ein Adsorbat gebildet wird, so dass selbst unspezifische Bindungen nicht mehr möglich sind.

Neben den oben angesprochenen Messungen sind auch andere Messungen von der Schädi- gung betroffen, zum Beispiel bildgebende Verfahren, insbesondere von einer Schädigung der wechselwirkungsrelevanten Sondenspitze. Wird beispielsweise eine Oberflächentopographie bestimmt, so wird diese insbesondere von der Spitzengeometrie der Messsonde beeinflusst.

Als weiteres wichtiges Beispiel sei die Lithography genannt, bei der zum Beispiel mit einer

Spitze eine Struktur in eine Probe gekratzt wird und diese zur Kontrolle anschließend noch einmal abgebildet werden soll. Da die Spitze aber durch den Kratzprozess geschädigt ist, kann keine gute qualitative Abbildung mehr erhalten werden.

Ist eine die Messung störende oder sogar verhindernde Alterung oder auch eine sonstige nicht gewünschte Schädigung der Messsonde eingetreten, sei sie vorbehandelt oder unbehandelt, so wird die Messsonde üblicherweise ausgewechselt. Dieses Wechseln der Messsonde kostet Zeit, denn dies ist in der Regel manuell auszuführen. Ist die Messsonde beispielsweise ein Cantilever, so ist dieser an einer Basis befestigt, die auch dazu dient, dass der Cantilever ohne Zerstörung positioniert werden kann. Diese Basis ist in der Regel in eine Messsondenaufnahme integriert, die in dem Rastersondenmikroskop gehalten wird. Zu den verschiedenen Imp- lementierungen hierfür gehören zum Beispiel eine Halterung mit einer Feder oder eine Halte- rung mittels Vakuum. Diese Halterung muss beim Wechseln der Messsonde nun gelöst werden, um eine neue Messsonde einbauen zu können.

Ein weiterer Nachteil des Sondenwechsels besteht darin, dass eine Kontamination der Messumgebung, zum Beispiel des Fluids oder auch der Probe selbst, mit jedem Wechsel wahrscheinlicher wird.

Weiterhin besteht ein Nachteil darin, dass eine Probenstelle nach einem Wechsel der Basis nicht mehr ohne weiteres wieder zu finden ist. Hier existiert eine Lösung beispielsweise derart, dass die Messsondenbasis strukturiert ist, und diese Struktur im genauen Längeabstand zur Messsondenspitze positioniert ist. Ist nun eine entsprechende Messsondenaufnahme im Rastersondenmikroskop vorhanden, so ist ein Wiederfinden der Struktur mit der Messsonden- spitze ermöglicht. Dieses Vorgehen ist jedoch mit erheblichem Aufwand sowohl auf der Seite der Messsondenherstellung als auch der Geräteausstattung verbunden.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Messprobe, insbesondere zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Messprobe, ein Messsystem sowie ein Messsondensystem zu schaffen, welche das Ausführen von rastersondenmikroskopischen Untersuchungen auf vereinfachte Art und Weise und mit vermindertem Zeitaufwand ermöglichen, wobei insbesondere das aufwändige Wech- sein einer Messsonde weniger häufig notwendig sein soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Messprobe nach dem unabhängigen Anspruch 1, ein Messsystem nach dem unabhängigen Anspruch 13 sowie ein Messsondensystem nach dem unabhängigen Anspruch 21 gelöst.

Die Erfindung umfasst den Gedanken, bei einem Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Messprobe, insbesondere zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen, eine erste und eine zweite rastersondenmikroskopische Messung an der Messprobe mit einem Messsondensystem auszuführen, bei dem eine Messsonde und eine andere Messsonde an einer gemeinsamen Messsondenaufnahme gebildet sind. Während der ersten Messung werden relativ zu der Messprobe die Messsonde in einer ersten Messstellung und die andere Messsonde in einer anderen Nicht-Messstellung gehalten und die Messprobe mit der

Messsonde rastersondenmikroskopisch untersucht. Nachdem die erste Messung ausgeführt wurde, werden mittels Verlagern relativ zur Messprobe die Messsonde aus der Messstellung in eine Nicht-Messstellung und die andere Messsonde aus der anderen Nicht-Messstellung in eine andere Messstellung gebracht. Die Messstellung und die andere Messstellung können, soweit es die Stellungen jeweils charakterisierende Positionsparameter betrifft, wenigstens teilweise übereinstimmen. Beispielsweise können die Messstellung der Messsonde bei der ersten Messung und die andere Messstellung der anderen Messsonde bei der zweiten Messung relativ zu Elementen der Messanlage gleich sein. Auf diese Weise können unterschiedliche Abschnitte der Messprobe untersucht werden, wenn sich die Messstellung und die andere Messstellung hinsichtlich ihrer relativen Positionierung zur Messprobe unterscheiden. Wird hingegen die Messprobe in ihrer relativen Position zur Messanlage festgehalten, erfolgt in diesem Fall eine wiederholte Untersuchung eines bestimmten Abschnitts der Messprobe. Die Messstellung und die andere Messstellung können sich hinsichtlich der charakterisierenden Positionsparameter aber auch vollständig unterscheiden.

Während der zweiten Messung werden dann relativ zur Messprobe die Messsonde in der Nicht-Messstellung und die andere Messsonde in der anderen Messstellung gehalten und die Messprobe mit der anderen Messsonde rastersondenmikroskopisch untersucht. Auf diese Weise ist das Ausführen der rastersondenmikroskopischen Messung, welche eine erste Mess- phase und eine zweite Messphase umfasst ausgefühlt, ermöglicht ohne dass ein Messsondenwechsel stattfinden muss. Vielmehr werden die Messsonde und die andere Messsonde, die beide an der gemeinsamen Messsondenaufnahme angeordnet sind, je nach momentaner Messphase in die zugeordnete Messstellung oder die zugeordnete Nicht-Messstellung gebracht. Auf diese Weise können rastersondenmikroskopische Untersuchungen, insbesondere mittels eines Rastersondenmikroskops, mit vermindertem Zeitaufwand und bequemer für den Benutzer ausgeführt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Messsystem zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Messprobe, welches für das zuvor beschriebene Verfahren der rasterson- denmikroskopischen Untersuchung nutzbar ist. Darüber hinaus ist ein Messsondensystem vorgesehen, welches bei dem Messsystem und bei dem Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen der Messprobe einsetzbar ist und insofern hierfür in besonderer Weise ausgestaltet ist.

Eine zugeordnete Messstellung einer Messsonde ist dadurch charakterisiert, dass in dieser Position eine der rastersondenmikroskopischen Untersuchung dienende Wechselwirkung zwischen Messsonde und zu untersuchender Messprobe stattfinden kann. Demgegenüber ist in einer zugeordneten Nicht-Messstellung eine die rastersondenmikroskopische Messung bedienende Wechselwirkung zwischen Messsonde und zu untersuchender Probe nicht gegeben. Letzteres kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Abstand zwischen Messsonde, insbesondere einem messaktiven Messsondenabschnitt und der zu untersuchenden Messprobe so groß gewählt wird, dass eine messtechnisch relevante Wechselwirkung nicht statt- findet. Eine Nicht-Messstellung kann aber auch dadurch entstehen, dass der messaktive Messsondenabschnitt auf die Messprobe gedrückt wird, nämlich in einer Art und Weise, die jeglichen messtechnischen Beitrag zur rastersondenmikroskopischen Untersuchung verhindert und unterdrückt. Zum Beispiel kann der messaktive Messsondenabschnitt, nachdem er für eine zuvor ausgeführte Messung genutzt wurde, einfach auf einem Oberflächenabschnitt der Messprobe entlang kratzend bewegt werden.

Die Verlagerung zwischen zugeordneter Messstellung und zugeordneter Nicht-Messstellung der Messsonde beruht in der Regel auf einer Relativbewegung zwischen Messsonde und Messprobe, insbesondere einem zu untersuchenden Oberflächenabschnitt der Messprobe. Ei- ne solche Relativbewegung kann sowohl mittels Verlagern der Messprobe als auch mittels Verlagern der Messsonde(n) erreicht werden. Auch eine Kombination dieser beiden Relativbewegungen kann vorgesehen sein.

Bei der Messsonde und der der anderen Messsonde, die an der gemeinsamen Messsondenauf- nähme gebildet sind, kann es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um so genannte Cantilever handeln, die für eine rastersondenmikroskopische Untersuchung der Messprobe geeignet sind. Nicht nur in dieser Ausgestaltung kann für die Messsonden, die ihrerseits an der gemeinsamen Messsondenaufnahme gelagert sind, zwischen dem messaktiven Messsondenabschnitt, mit welchem bei der Messung eine Wechselwirkung zur Probe stattfindet, und einem zugeordnetem Messsondenbalken unterschieden werden, welcher den messaktiven Messsondenabschnitt trägt und seinerseits an die Messsondenaufnahme koppelt. In einer möglichen Ausführungsform weist der messaktive Messsondenabschnitt eine Messspitze oder Messsondenspitze auf.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verlagern relativ zur Messprobe zumindest teilweise mittels einer gemeinsamen Bewegung der Messsonde und der anderen Messsonde durchgeführt wird, die wahlweise ein Verlagern der Messsondenaufnahme umfasst. Da die Messsonde und die andere Messsonde an der gemeinsamen Messsondenaufnahme gebildet sind, ist mit Hilfe einer Bewegung der gemeinsamen Messsondenaufnahme grundsätzlich eine gemeinsame Bewegung der Messsonde und der anderen Messsonde ermöglicht, beispielsweise indem die Messsondenaufnahme verlagert wird. Das gemeinsame Bewegen der Messsonde und der anderen Messsonde ist bei dieser Bauform jedoch nicht zwingend, da die Messsondenaufnahme beispielsweise aus mehreren Elementen gebildet sein kann, die sowohl getrennt als auch gemeinsam verlagert werden können, wodurch auch hieran jeweils gebildete Messsonden getrennt oder gemeinsam verlagerbar sind. Beispielsweise können einzelne blockartige Elemente der gemeinsamen Messsondenaufnahme zur jeweiligen Aufnahme einer oder mehrerer Messsonden dienen. Die blockartigen Elemente können an ein jeweils zugeordnetes Stellelement gekoppelt sein. Die gemeinsame Bewegung der Messsonde und der anderen Messsonde kann beliebige Bewegungsarten umfassen, beispielsweise ein Schwenken, ein Verkippen oder ein Verschieben oder Kombinationen hiervon.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verla- gern relativ zur Messprobe zumindest teilweise mittels einer getrennten Bewegung der Messsonde und der anderen Messsonde durchgeführt wird, bei der wenigstens die Messsonde oder wenigstens die andere Messsonde bewegt wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens die Messsonde oder wenigstens die andere Messsonde bewegt wird, indem ein zugeordneter Messsondenbalken verlagert wird, wahlweise mittels einer Eigenverformung. Neben einer Verlagerung der Messsonde und / oder der anderen Messsonde mit Hilfe einer Verlagerung der Messsondenaufnahme können alternativ oder ergänzend wenigstens die Messsonde oder wenigstens die andere Messsonde mittels Verlagerung eines zugehörigen Messsondenbalkens erreicht wer- den, welcher seinerseits einen messaktiven Messsondenabschnitt trägt, welcher manchmal verkürzt auch als Messsonde bezeichnet wird. Ist der Messsondenbalken zum Beispiel mit einem Bimetall ausgestattet, kann der messaktive Messsondenabschnitt mittels Eigenverformung des Messsondenbalkens verlagert werden. Eine solche Verlagerung ist dann auch rever-

sibel. Die Verlagerung betrifft in diesem Fall den Positionswechsel zwischen Messstellung und Nicht-Messstellung.

Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass das Verlagern des zugeordneten Messsondenbalkens eine Schwenkbewegung des Messsondenbalkens umfasst, mit der eine Winkelstellung des zugeordneten Messsondenbalkens verändert wird. Mittels Schwenken des Messsondenbalkens wird der hieran gebildete messaktive Messsondenabschnitt wieder zwischen Nicht-Messstellung und Messstellung verlagert. Die Schwenkbewegung des Messsondenbalkens kann auch zumindest teilweise dadurch verursacht sein, dass die gemeinsame Messsondenaufnahme oder ein Teilelement hiervon gezielt bewegt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verlagern relativ zur Messprobe für die Messsonde und / oder die andere Messsonde eine einen vertikalen Abstand zu einem Untersuchungsabschnitt der Messprobe verändernden Höhenverstellung umfasst. Dieses stellt eine mit wenig Aufwand realisierbare Möglichkeit zur Relatiwerlage- rung dar, die ihrerseits insbesondere dem Verlagern zwischen Nicht-Messstellung und Messstellung dient. Hierbei kann die Relativbewegung sowohl mittels Verlagern der Messprobe als auch alternativ oder ergänzend mittels Verlagern der Messsonde erfolgen. Beide Relativbewegungen führen zu einer geänderten Höheneinstellung der Messsonde und / oder der ande- ren Messsonde über den Untersuchungsabschnitt der Messprobe.

Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Höhenverstellung als Relativbewegung entlang einer zu dem Untersuchungsabschnitt der Messprobe aufrecht stehenden Verlagerungsrichtung ausgeführt wird. Hierdurch ist eine Platz sparende Höhenverstellung er- möglicht, da die Verlagerungseinrichtung im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Un- tersuchungsabschnitts gebildet ist. Im Unterschied hierzu ist eine Höhenverstellung grundsätzlich auch mittels einer Verlagerung entlang einer Verlagerungsrichtung möglich, die mit der Oberfläche des Untersuchungsabschnitts einen Winkel von weniger als 90° einnimmt, so dass die Höhenverstellung auch eine seitliche Relativbewegung umfasst.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zum Verlagern relativ zur Messprobe die Messsondenaufnahme bewegt wird.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in der ersten Messung und der zweiten Messung sich wenigstens teilweise überlappende Untersuchungsabschnitte an der Messprobe rastersondenmikroskopisch untersucht werden. Im Rahmen der rastersondenmikroskopischen Untersuchung kann es vorgesehen sein, sich nicht nur teilweise überlappende Untersuchungsabschnitte mit verschiedenen Messsonden nacheinander mehrfach zu analysieren. Insbesondere bei einer solchen Messverfahrensgestaltung werden mehrere Messsonden nacheinander in die im wesentlichen gleiche Messstellung gebracht. Die Messstellungen der verschiedenen Messsonden sind in diesem Fall durch eine im wesentlichen gleiche Relativposition zu dem gleichen zu untersuchenden Abschnitt der Messprobe charakterisiert.

Eine vorteilhafte Ausfülirungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Verlagerungsbewegung ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Verlagerungsbewegungen zumindest eine Grobverlagerung oder zumindest eine Feinverlagerung, welche sich bezüglich der mit der jeweiligen Verlagerung erreichbaren Positioniergenauigkeit unterscheiden, umfasst: Verlagern der Messsonde zwischen der Messstellung und der Nicht-Messstellung und Verlagern der anderen Messsonde zwischen der anderen Messstellung und der anderen Nicht- Messstellung.

Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die Messsonde beim Verlagern zwischen der Messstellung und der Nicht-Messstellung sowie die andere Messsode beim Verlagern zwischen der anderen Messstellung und der anderen Nicht-Messstellung in einem zugeordneten Messvolumen verbleiben.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Messsonde beim Verlagern aus der Messstellung in die Nicht-Messstellung oberhalb eines Bereiches der Messprobe angeordnet wird, welcher zuvor bereits rastersondenmikroskopisch untersucht wurde. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Messsonde in der Nicht-Messstellung keinen noch zu untersuchenden Abschnitte der Messprobe beschädigen kann, da sie in der Nicht- Messstellung in Bereichen der Messprobe positioniert ist, die bereits untersucht wurden. Eine solche Verfahrensgestaltung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Messprobe entlang eines Untersuchungsweges nach und nach mit mehreren Messsonden rastersondenmikroskopisch untersucht wird, wobei die Abschnitte entlang des Untersuchungsweges

hintereinander in einer beibehaltenen Vorschubrichtung untersucht werden. Diese Untersuchungsart ermöglicht es zum Beispiel auch, dass eine Messsonde nach ihrer Nutzung für die rastersondenrnikroskopische Untersuchung einfach in eine Nicht-Messstellung gebracht wird, in welcher die Messsonde auf der Oberfläche der Messprobe entlang kratzt, wobei dieser O- berflächenkontakt ja nur in Bereichen stattfindet, die schon untersucht wurden.

Nachfolgend werden zu dem Messsystem zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen der Messprobe bevorzugte Ausgestaltungen erläutert.

Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass ein messaktiver Messsondenabschnitt an der Messsonde und ein messaktiver Messsondenabschnitt an der anderen Messsonde gleichmäßig beabstandet von einer schräg verlaufenden Kante der gemeinsamen Messsondenaufnahme angeordnet sind. Der messaktive Messsondenabschnitt der Messsonde und der messaktive Abschnitt der anderen Messsonde können hierbei in einer sich quer erstreckenden Reihenanordnung angeordnet sein, so dass die messaktiven Messsondenabschnitte Stück für Stück nach vorne oder nach hinten versetzt angeordnet sind. Die schräg verlaufende Kante ist bevorzugt schräg zu einer Seitenkante der gemeinsamen Messsondenaufnahme gebildet, die ihrerseits im wesentlichen parallel zur Längserstreckung der Messsonden verläuft.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei dem Messsondensystem die Messsonde und die andere Messsonde auf einer schrägen, an der gemeinsamen Messsondenaufnahme gebildeten Fläche gelagert sind, die wahlweise mittels eines prismenförmigen Bauteils an der Messsondenaufnahme gebildet ist. Die schräge, an der gemeinsamen Messsondenaufnahme gebildete Fläche ist geneigt zu der von der x- und y- Verstellrichtung aufge- spannten Ebene der Messsonden bei der rastersondenmikroskopischen Untersuchung. Wenn der messaktive Messsondenabschnitt der Messsonde und der messaktive Messsondenabschnitt der anderen Messsonde dann zusätzlich noch in unterschiedlichem Abstand von der gemeinsamen Messsondenaufnahme angeordnet sind, ist das Verlagern zwischen zugeordneter Nicht-Messstellung und zugeordneter Messstellung einfach mittels einer Höhenverstellung ermöglicht.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei dem Messsondensystem die Messsonde und die andere Messsonde jeweils mit einem verbiegbaren Messsondenbalken gebildet sind. Die Verbiegung ist vorzugsweise reversibel.

Eine vorteilhafte Ausfülirungsform der Erfindung sieht vor, dass bei dem Messsondensystem die Messsonde und die andere Messsonde hinsichtlich wenigstens einer Messsondeneigenschaft ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Messsondeneigenschaften im wesentlichen übereinstimmend gebildet sind: Federkonstante, aufgebrachte Sondensubstanz, Sondenbe- schichtung und Resonanzfrequenz. Neben der im wesentlichen übereinstimmenden Ausbil- düng der Messsonde und der anderen Messsonde kann auch vorgesehen sein, die Messsonden individuell bezüglich der genannten Parameter so auszugestalten, dass keine zwei Messsonden wirklich identisch sind. Die individuelle Ausführung der Parameter für die Messsonden ermöglicht es, an der gemeinsamen Messsondenaufnahme unterschiedliche Messsonden zu platzieren, die dann ohne Messsondenwechsel für verschiedene Messaufgaben im Rahmen der rastersondenmikroskopischen Untersuchung genutzt werden können. Insbesondere kann hierdurch auch auf sich hinsichtlich ihrer Eigenschaften unterscheidende Abschnitte der Messprobe reagiert werden. Aber auch das identische Ausprägen zumindest eines der Parameter, zum Beispiel der Federkonstante, kombiniert mit der abweichenden Ausprägung bezüglich anderer Parameter kann vorgesehen sein. Wenn hier von einer im wesentlichen gegebe- nen Identität von Eigenschaften der Messsonden die Rede ist, so sind Fertigungstoleranzen zu beachten, die beim Herstellen von Messsonden, zum Beispiel von Cantilevern auftreten. Eine Gleichheit der Parameter ist üblicherweise innerhalb der Fertigungstoleranzen gegeben.

Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die Messsonde und die andere Messsonde mittels der Messsondenverlagerungseinrichtung höhenverstellbar angeordnet sind, wahlweise entlang einer zu einem Untersuchungsabschnitt der Messprobe aufrecht stehenden Verlagerungsrichtung.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Messson- de und die andere Messsonde mittels einer gemeinsamen Bewegung verlagerbar gebildet sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Messsonde und die andere Messsonde mittels einer getrennten Bewegung verlagerbar gebildet sind.

Das Messsondensystem für ein Rastersondenmikroskop kann bevorzugt gemäß den im Zusammenhang mit dem Messsystem erläuterten Ausgestaltungen des dort vorgesehenen Systems von Messsonden weitergebildet werden. Das Messsondensystem kann konfiguriert sein, dass die Messsonden mittels passiver Bewegung oder aktiver Bewegung zwischen Messstellung und zugeordneter Nicht-Messstellung verlagerbar sind. Letzteres wird beispielsweise dadurch implementiert, dass die Messsonden relativ zur gemeinsamen Messsondenaufnahme verlagert werden, während bei der Passiwerlagerung in einer Ausgestaltung die Messsondenaufnahme bewegt wird, um die Verlagerung zwischen den Stellungen der Messsonden zu er- reichen. Insbesondere sind die Weiterbildungsvarianten bevorzugt, welche mittels Höhenverstellung ein Verlagern zwischen Messstellung und Nicht-Messstellung, wobei dieses selbstverständlich eine Verlagerung in beide Richtungen umfasst, erlauben.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf

Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung mit einer Messsondenaufnahme, an welcher mehrere Messsonden gemeinsam gebildet sind; Fig. 2 eine Anordnung mit einer Messsondenaufnahme, an welcher mehrere Messsonden angeordnet sind, sowie einer Messsondenverlagerungseinrichtung, an die die gemeinsame Messsondenaufnahme koppelt;

Fig. 3 mehrere Darstellungen, zur Erläuterung des Verlagerns von gemeinsam an einer Messsondenaufnahme gebildeten Messsonden zwischen Messstellung und Nicht- Messstellung;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm und

Fig. 5 eine weitere Anordnung mit einer Messsondenaufnahme und mehreren hieran gebildeten Messsonden.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einer Messsondenaufnahme 1, die verkürzt auch als Basis bezeichnet wird, an welcher mehrere Messsonden oder Sonden 10, ..., 15 angeordnet sind, die in der dargestellten Ausführungsform als so genannte Cantilever ausgeführt sind. Die Messsondenaufnahme 1 weist zur Vereinfachung der Darstellung im wesentlichen eine Qua-

derform auf. Dieses ist jedoch nur beispielhaft, da die Messsondenaufnahme 1 grundsätzlich beliebige Formen annehmen kann, beispielsweise auch eine Pyramidenform. Die mehreren Messsonden 10, ..., 15 erstrecken sich von einer vorderen Unterkante 2 der Messsondenaufnahme 1.

Bei der Durchführung einer Messung wird eine infolge einer Wechselwirkung mit der zu untersuchenden Messprobe ausgelöste Verbiegung der Messsonden 10, ..., 15 gemessen, indem diese beispielsweise optisch abgetastet wird. Hierzu wird beispielsweise Laserlicht verwendet, welches auf einen Detektor (nicht dargestellt) geleitet wird. Eine solche optische Abtas- tung ist wie andere Methoden zur Erfassung der Wechselwirkung der Messsonden 10, ..., 15 mit der Messprobe in verschiedenen Ausführungen bekannt und können wahlweise je nach Anwendung im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung eingesetzt werden.

Eine Hilfslinie 20 zeigt einen (hypothetischen) Verlauf einer vorderen Unterkante der Messsonden 10, ..., 15, die parallel zu einer hinteren Unterkante 3 verläuft. Nicht alle der Messsonden 10, ..., 15 enden frontseitig an einer Hilfslinie 21, die parallel zur Hilfslinie 20 verläuft. Vielmehr betrifft dieses nur eine der Messsonden 10, ..., 15, nämlich die Messsonde 10. Die übrigen Messsonden sind Stück für Stück zurück versetzt. Der Abstand zwischen be- nachbarten Messsonden ist beispielhaft mit Hilfe der weiteren Hilfslinie 22 angezeigt.

Die vorderen Unterkanten der mehreren Messsonden 10, ..., 15 müssen grundsätzlich nicht auf einer Geraden liegen. Vielmehr kann auch vorgesehen sein, dass für benachbarte Messsonden jeweils ein Versatz gebildet ist, so dass sich eine Art Stufenanordnung ergibt, die ih- rerseits parallel zur hinteren Unterkante 3 ausgeführt sein kann.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der mehrere Messsonden 10, 11, 12 an der gemeinsamen Messsondenaufnahme 1 gebildet sind, die ihrerseits auf einer Unterseite 4 an einem Aufnahmeteil 40 gehalten wird, nämlich mittels eines Federelementes 41. Alternativ oder ergänzend kann die Befestigung in anderen Ausgestaltungen mittels Vakuum und / oder einer Haftverbindung, insbesondere Kleben, erfolgen. Auf diese Weise werden die mehreren Messsonden 10, 11, 12 oberhalb einer Messprobe oder Probe 50 gehalten, die rastersondenmikroskopisch zu untersuchen ist. Die Ausführung des Aufnahmebauteils 40 und der hieran mittels flächiger

Auflage gelagerte Messsondenaufnahme 1 ist beispielhaft. Andere Ausführungsformen können vorgesehen sein, beispielsweise mittels Vorsprüngen und Vertiefungen auf den zur Auflage kommenden Oberflächen.

Zwischen der Messprobe 50, nämlich deren Oberfläche, und einer Fläche auf einer Oberseite 5 der Messsondenaufnahme 1 ist ein Winkel 100 gebildet, welcher typischerweise in einem Bereich zwischen etwa 5° und etwa 15° liegt. Auf diese Weise wird beim Ausführen der Messung, in welcher die Messsonden 10, 11, 12 beziehungsweise deren messaktive Messsondenabschnitte in die Nähe der Messprobe 50 gebracht werden, ein unbeabsichtigter Kontakt zwi- sehen dem Federelement 41 und der Messprobe vermieden. Beim rastersondenmikroskopi- schen Untersuchen der Messprobe 50 erfolgt eine Relativbewegung zwischen Messprobe 50 und Messsondenaufnahme 1. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Relativbewegung zumindest teilweise mit Hilfe eines als Piezoelement ausgeführten Stellelementes 45 ausgeführt. Mit Hilfe des Stellelementes 45 wird die Messsondenaufnahme 1 in der Höhe verstellt, so dass zunächst die Messsonde 10, anschließend die Messsonde 11 und danach die Messsonde 12 in eine Messstellung gebracht werden, in welcher die rastersondenmikroskopi- sche Untersuchung, insbesondere die rastersondenmikroskopische Untersuchung, an der Messprobe 50 ausgeführt wird. Wenn die Messsonde 10 in der Messstellung ist, befinden sich die Messsonden 11 und 12 noch in einer Nicht-Messstellung. Ein weiteres Absenken der Messsondenaufnahme 1 führt dann dazu, dass zunächst die Messsonde 10 aus der Messstellung in eine zugeordnete Nicht-Messstellung gebracht wird, in welcher die Messsonde 10 jegliche Messaktivität überwindend auf die Messprobe 50 gedrückt wird und auf dieser kratzend entlang geführt wird. Es ist dann die Messsonde 11 in der zugeordneten Messstellung, um eine rastersondenmikroskopische Untersuchung auszuführen. Im weiteren wird dann schließlich die Messsonde 12 in die Messstellung gebracht, wodurch auch die Messsonde 11 in eine zugeordnete Nicht-Messstellung gebracht wird, nämlich kratzend auf der Messprobe aufliegt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich also für die Messsonde 11 die Nicht-Messstellung während der rastersondenmikroskopischen Untersuchung mit der Messsonde 10 von der der Messsonde 11 zugeordneten Nicht-Messstellung bei der rasterson- denmikroskopischen Untersuchung mittels der Messsonde 12.

Fig. 3 zeigt mehrere Darstellungen mit weiteren Details zu dem vorangehend beschriebenen Verfahren des rastersondenmikroskopischen Untersuchens mittels der mehreren Messsonden 10, 11, 12 nach,Fig. 2.

Gemäß der Darstellung a kommt zunächst die Messsonde 10, nämlich deren messaktiver Messsondenabschnitt, mit der Messprobe 50 in Kontakt. In dieser Stellung weist die Messsonde 11, also deren messaktiver Messsondenabschnitt, noch einen Abstand zu der Messprobe 50 auf, welcher mittels der Hilfslinie 51 dargestellt ist. Bei weiterer Annäherung der Messsondenaufnahme 1 an die Messprobe 50 gelangt dann gemäß Darstellung b die Messsonde 11 näher in dem Bereich der Messprobe 50, was gleichzeitig zum Verbiegen eines Messsondenbalkens 10a der Messsonde 10 führt. In gleicher Weise verhält es sich bei einer noch weiteren Annäherung der Messsondenaufnahme 1 zur Messprobe 50 mit den Messsonden 11 und 12 gemäß den Darstellungen c und d.

Die Anordnung mit Messsondenaufnahme 1 und den hieran gemeinsam gebildeten Messsonden 10, 11, 12 ist so beschaffen, dass der vertikale Abstand zwischen den messaktiven Messsondenabschnitten und der Messprobe 50, welcher mit Hilfe des Stellelementes 45 eingestellt wird, so bemessen ist, dass auch ein für die rastersondenmikroskopische Untersuchung notwendige Hub vollzogen werden kann, ohne eine in den jeweiligen Messphasen nicht genutzte Messsonde zu beschädigen, sie also insbesondere nicht in Kontakt mit der Messprobe 50 zu bringen.

Bei der Bestimmung des notwendigen Hubs sind auch Fertigungstoleranzen der Messsonden, eventuelle Abweichungen bei Sondenbeschichtungen sowie die Topographie der Messprobe zu berücksichtigen. Die Ermittlung des Abstandes zwischen den Messsonden 10, 11, 12, nämlich deren messaktiven Messsondenabschnitten, und der Hubbewegung sind über einfache geometrische Beziehungen unter Berücksichtigung der Sondenparameter ohne weiteres möglich.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens für die Durchführung einer rastersondenmikroskopischen Untersuchung.

Zunächst wird, in einem Schritt 60 die Messsonde über eine interessierende Probenstelle positioniert. In einem Schritt 61 erfolgt dann eine Annäherung der Messsonde an die Messprobe. Danach wird die rastersondenmikroskopische Untersuchung in einem Schritt 62 ausgeführt. Hierbei kann es sich beispielsweise um das Messen einer Kraft-Abstands-Kurve handeln. Es können aber auch mehrere Kurven gleichzeitig aufgenommen werden, um so eine statistische Aussage zu treffen. Nach der rastersondenmikroskopischen Untersuchung wird eine Auswertung der erfassten Daten vorgenommen, was auch automatisiert sein kann, mit dem Ziel, zu prüfen, ob die erfassten Daten vertrauenswürdig sind (Schritt 70). Wird eine Vertrauenswürdigkeit festgestellt, kann in einem Schritt 71 die Frage gestellt werden, ob für die laufende Untersuchung ausreichend Daten erfasst wurden. Wird diese Frage mit ja beantwortet, kann die experimentelle Untersuchung gemäß Schritt 63 beendet werden.

Für den Fall, dass die Daten nicht vertrauenswürdig sind, stellt sich die Frage im Schritt 72, was die Ursache hierfür ist. Als Ursachen können die Messsondenwechselwirkung oder auch die Messsonde selbst genannt werden. Wird eine solche Ursache durch den Benutzer oder wahlweise auch automatisch festgestellt, so wird gemäß Schritt 64 ein Wechsel der genutzten Messsonde durchgeführt, der im gewählten Ausführungsbeispiel lediglich erfordert, die rastersondenmikroskopische Untersuchung nun mit der nächsten Messsonde auszuführen. Das Untersuchungsverfahren wird fortgeführt.

Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, die neue Messsonde zu behandeln, beispielsweise indem eine neue Zelle auf die Messsonde gemäß Schritt 65 präpariert wird. Dieses erfolgt vorzugsweise ohne Wechsel der Messsondenaufnahme.

Sollte die Ursache im Schritt 72 nicht gefunden werden, muss eine individuelle Fehleranalyse gemäß Schritt 66 ausgeführt werden, was wahlweise auch automatisch erfolgen kann. So kann es zum Beispiel vorkommen, dass die Präparation einer Sondenbeschichtung fehlerhaft ist.

Von Schritt 66 ausgehend kann die rastersondenmikroskopische Untersuchung an beliebiger Stelle wieder fortgesetzt werden. Falls bei der Prüfung nach Schritt 71 festgestellt wird, dass noch nicht ausreichend Daten erfasst wurden, muss die rastersondenmikroskopische Untersuchung zur Sammlung weiterer Daten fortgeführt werden, was zunächst mit der zur Zeit genutzten Messsonde durchgeführt werden kann.

Gemäß Schritt 73 kann die Frage gestellt werden, ob weitere Experimente im Bereich desselben Untersuchungsabsclinitts der Messprobe durchgeführt werden sollen. Hiervon ausgehend kann gemäß Schritt 62 (positive Antwort) oder gemäß Schritt 60 (negative Antwort) fortge- fahren werden.

Fig. 5 zeigt eine weitere Anordnung mit einer Messsondenaufnahme, an welcher mehrere Messsonden gemeinsam angeordnet sind.

Mehrere Messsonden 80, ..., 85, die jeweils als ein Cantilever ausgeführt sein können, sind nicht direkt an der Messsondenaufnahme 1 befestigt, sondern jeweils über einen zugeordneten Aktor 90, ..., 95 hieran gekoppelt. Mit Hilfe der Aktoren 90, ..., 95 sind die Messsonden 80, ..., 85 insbesondere hinsichtlich ihrer Winkelstellung und somit eines Abstandes zur Messprobe einstellbar. Bei den Aktoren 90, ..., 95 handelt es sich beispielsweise um ein Piezoma- terial. Mittels Beaufschlagen mit einer zugehörigen Steuerspannung erfolgt dann die Winkel- / Höhenverstellung.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Messsonden so ausgerichtet, dass sie an einer Hilfslinie 110 enden. Bei einer Höhenverstellung der Messsondenaufnahme 1 würden sie so alle gleichzeitig die Messprobe berühren. Mit Hilfe der Aktoren 90, ..., 95 ist aber nun eine individuelle Einstellung der Messsonden 80, ..., 85 möglich, was beispielhaft in der Darstellung b in Fig. 5 gezeigt ist, in welcher die Messsonden 81, ..., 85 im Vergleich zur Messsonde 80 angehoben sind, was mittels der Aktoren 91, ..., 95 realisiert wird. Die angehobenen Messsonden 81, ..., 85 enden an einer Hilfslinie 111. Auf diese Weise können die Messsonden 80, ..., 85 einzeln oder in Gruppen nacheinander oder gleichzeitig in die zugeordnete Messstellung und die zugeordnete Nicht-Messstellung gebracht werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Ver- wirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausfülirungsformen von Bedeutung sein.