DE102011004214A1

DE102011004214A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren und Verändern einer Probenoberfläche

Info

Publication number: DE102011004214A1
Application number: DE102011004214A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-08-16
Also published as: TW201241437A; TWI596341B; WO2012110602A1; US8769709B2; US20140007306A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sondenanordnung (310) für ein Rastersondenmikroskop (100), die zumindest eine erste Sonde (315, 320) aufweist, die ausgebildet ist, um eine Probe (120, 620) zu analysieren, zumindest eine zweite Sonde (325, 330, 335), die ausgebildet ist, um eine Probe (120, 620) zu verändern, und zumindest ein mit der Sondenanordnung (310) verbundenes Bewegungselement (370), das ausgebildet ist, um eine der Sonden (315, 320) in einer Arbeitsposition über eine Oberfläche der Probe (120, 620) zu scannen, so dass diese Sonde (315,320) mit der Probe wechselwirkt, während die andere Sonde (325, 330, 335) in einer Ruheposition ist, in der sich nicht mit der Probe (120, 620) wechselwirkt, und um die zweite Sonde (325, 330, 335) an eine Position zu bringen, so dass ein von der ersten Sonde (315, 320) analysierter Bereich der Probe (120, 620) mit der zweiten Sonde (325, 330, 335) verändert werden kann.

Description

1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Analysieren und Verändern einer Probe. Die Erfindung betrifft insbesondere Rastersondenmikroskope, die mit einer Sonde eine Probe bzw. deren Oberfläche abtasten und so eine ein- oder zweidimensionale Repräsentation der Topographie der Probenoberfläche erzeugen.
2. Stand der Technik
Rastersondenmikroskope tasten mit einer Sonde eine Probe bzw. deren Oberfläche ab und erzeugen so eine ein- oder zweidimensionale Repräsentation der Topographie der Probenoberfläche. Im Folgenden werden Rastersondenmikroskope durch SPM – englisch für Scanning Probe Microscope – abgekürzt. Je nach Art der Wechselwirkung zwischen der Messspitze und der Probenoberfläche werden verschiedene SPM Typen unterschieden. Häufig werden Rastertunnelmikroskope (STM, Scanning Tuneling Microscope) eingesetzt, bei denen zwischen der Probe und der Messspitze, die einander nicht berühren, eine Spannung angelegt und der resultierende Tunnelstrom gemessen wird. Der Einsatz des STM ist damit auf leitfähige Proben oder Proben, die mit einer leitfähigen Oberflächenschicht versehen sind, beschränkt.
Das Rasterkraftmikroskop (AFM für Atomic Force Microscope oder SFM für Scanning Force Microscope) weist diese Beschränkung der zu untersuchenden Probe nicht auf. Bei diesem SPM Typ wird die Sonde oder die Messspitze durch atomare Kräfte der Probenoberfläche, typischerweise Van-der-Waals-Kräfte ausgelenkt. Die Auslenkung der Messspitze ist proportional zu der zwischen Sonde und der Probenoberfläche wirkenden Kraft und diese Kraft wird zum Bestimmen der Oberflächentopographie verwendet.
Neben diesen gängigen SPM Typen gibt es eine Vielzahl weiterer Gerätetypen, die für spezielle Anwendungsgebiete eingesetzt werden, wie beispielsweise Magnetkraftmikroskope oder optische und akustische Rasternahfeldmikroskope.
Es ist weiterhin bekannt, dass Rastermikroskope durch eine geeignete Gestaltung der Wechselwirkung zwischen der Messspitze und der Probe auch zum gezielten Verändern einer Probe bzw. deren Oberfläche eingesetzt werden können. Entsprechende Vorschläge finden sich beispielsweise in dem wissenschaftlichen Bericht des IMEC (Inter-University Microelectrics Center) (www.imec.be/ScientificReport/SR2009/HTML/1213442.htm), in der WO 2009/039088 , in der JP 614887A , in der US 7 571 639 B2 und der US 2007/0022804 A1 .
Es hat sich herausgestellt, dass es sinnvoll ist, zum Verändern einer Probe bzw. deren Oberfläche mittels eines SPM und für das Analysieren der Probe verschiedene Arten von Messspitzen einzusetzen, die für den jeweiligen Einsatzzweck optimiert sind. Die US 2007/0022804 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die einen automatischen Wechsel der Messspitze sowie das Bestimmen und das Entsorgen defekter Messspitzen ermöglicht. Allerdings erfordert dort ein Auswechseln der Sonde eine aufwändige Neujustage und Neukalibrierung.
Um für spezielle Anwendungsgebiete den Durchsatz zu steigern, ist es beispielsweise aus dem Artikel „VLSI-NEMS chips for parallel AFM data storage" von M. Despont et al. in Sensors and Actuators, vol. 80, p.100–107 (2000) und der WO 02/080187 A1 bekannt, Sondenanays mit einer Vielzahl von einzelnen Sonden einzusetzen.
Der Einsatz einer Anordnung oder eines Arrays von Messspitzen oder Sonden beschränkt sich bisher auf eine einzige, spezielle Anwendung. Dies ist eine Folge der speziellen Messspitze(n), die für eine spezielle Bearbeitungsfunktion optimiert ist/sind. Damit erfordert eine Änderung der durchzuführenden Aufgabe einen Austausch der entsprechenden Sonde bzw. des Sondenarrays.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Analysieren und Verändern einer Probe anzugeben, die die oben genannten Nachteile zumindest zum Teil vermeiden.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Sondenanordnung für ein Rastersondenmikroskop, die zumindest eine erste Sonde aufweist, die ausgebildet ist, um eine Probe zu analysieren, die zumindest eine zweite Sonde aufweist, die ausgebildet ist, um eine Probe zu verändern, und die zumindest ein mit der Sondenanordnung verbundenes Bewegungselement aufweist, das ausgebildet ist, um eine der Sonden in einer Arbeitsposition über eine Oberfläche der Probe zu scannen, so dass diese Sonde mit der Probe wechselwirkt, während die andere Sonde in einer Ruheposition ist, in der sie nicht mit der Probe wechselwirkt, und um die zweite Sonde an eine Position zu bringen, so dass ein von der ersten Sonde analysierter Bereich der Probe mit der zweiten Sonde verändert werden kann.
Eine erfindungsgemäße Sondenanordnung weist zumindest zwei Sonden oder Messspitzen auf, die für das Ausführen von verschiedenen Funktionen oder Aufgaben optimiert sind. So umfasst dieses Sondenarray mindestens eine Sonde, die für das Gewinnen von Daten über die Probe ausgelegt ist. Dies kann zum einen beispielsweise über die Geometrie und die Materialwahl für die Analysesonde erfolgen. Zum anderen kann die Halterung dieser Sonde für das Erfüllen dieser Funktion optimiert sein. Darüber hinaus kann ein erfindungsgemäßes Sondenarray eine zweite oder weitere Analysesonden umfassen, die beispielsweise über einen anderen Mechanismus mit der Probe in Wechselwirkung treten, um ein umfassendes Bild von der Probe bzw. deren Oberfläche zu bestimmen.
Darüber hinaus umfasst ein nach dem Anspruch 1 ausgeführtes Sondenarray eine Sonde, die gezielt dafür ausgelegt ist, die Probe in einer vorgegebenen Weise zu verändern. Parameter für das Design einer Spitze einer solchen Sonde sind beispielsweise wiederum deren äußere Form, die Wahl des Materials bzw. eine entsprechende Vergütungsschicht. Zudem wird die Halterung – häufig auch Cantilever genannt – der Änderungssonde so ausgeführt, dass die Spitze optimal zur Erfüllung der vorgegebenen Funktion eingesetzt werden kann. Zusätzlich ermöglicht ein erfindungsgemäßes Sondenarray, die Betriebsart der Änderungssonde an die auszuführende Funktion anzupassen. Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes Sondenarray eine zweite oder weitere Sonden zum Ausführen einer einzigen Bearbeitungsfunktion umfassen. Damit kann eine Funktion mit verschiedenem Detaillierungsgrad ausgeführt werden. Natürlich kann ein Sondenarray, das die Merkmale des Anspruchs 1 verwirklicht, auch Sonden umfassen, die mehr als eine einzige Bearbeitungsfunktion ausführen. Somit können Sondenanordnungen gefertigt werden, deren einzelne Sonden für spezifische Einsatzgebiete optimiert sind.
Von einer erfindungsgemäßen Sondenanordnung wird vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt nur eine Sonde betrieben, während die andere oder die anderen Sonden sich in einer Ruheposition befinden, in der die Spitze(n) dieser Sonde(n) bevorzugt in einem Abstand von der Probenoberfläche gehalten werden, der groß genug ist, um im Wesentlichen eine Wechselwirkung dieser Sonde(n) mit der Probe zu verhindern. Damit ist der apparative Aufwand für den Einbau einer oben definierten Sondenanordnung in ein herkömmliches Rastensondenmikroskop gering. Wichtig ist allerdings, dass jede der Sonden durch das Bewegungselement oder mehrere Bewegungselemente aus ihrer jeweiligen Ruheposition schnell und reproduzierbar in eine definierte Arbeitsposition gebracht werden kann.
Es ist ein ganz wesentlicher Vorteil eines erfindungsgemäßen Sondenarrays, dass für einen Wechsel von einer Analysebetriebsart in einen Änderungsbetriebsmodus die Nanowelt nicht verlassen werden muss. Vielmehr reicht dafür eine Verschiebung des Sondenarray um den Abstand zwischen der benutzten Sonde und der als nächstes zu benutzenden Sonde aus. Damit kann dieses Umschalten im Vergleich zum Stand der Technik erheblich beschleunigt werden. Die Nanowelt ist dabei durch Abmessungen gekennzeichnet deren Längenskalen im Nanometerbereich liegen, also kleiner als 1 μm sind.
In einem weiteren Aspekt weist das Bewegungselement einen Piezoaktuator, insbesondere einen röhrenförmigen Piezoaktuator auf.
Piezoelemente werden bereits heute in Rastersondenmikroskopen eingesetzt. Damit erfordert, wie bereits angesprochen, der Einbau einer erfindungsgemäßen Sondenanordnung in ein bestehendes SPM keine größeren Umbaumaßnahmen des Systems. Der Piezoaktuator kann so dimensioniert sein, dass er die Änderungssonde in einem Abstand von der Probe hält, so dass diese Sonde nicht mit der Probe wechselwirken kann, während er gleichzeitig die Analysesonde in einem definierten Abstand über die Probenoberfläche scannt. Darüber hinaus kann der Piezoaktuator nach der Analyse eines Bereichs der Probe eine Verschiebung der Sondenanordnung relativ zur Probe durchführen, so dass die zweite Sonde den analysierten Bereich der Probe bearbeiten kann. Zum Bearbeiten des vermessenen Probenbereichs führt der Piezoaktuator die Änderungssonde auf die zu bearbeitende Probenstelle und führt die Änderungssonde über die Probenoberfläche, um die zu bearbeitende Stelle zu modifizieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Bewegungselement für jede Sonde ein Stellelement auf, das ausgebildet ist, um die jeweilige Sonde von der Ruheposition in eine Arbeitsposition zu bringen und umgekehrt.
Bei dieser Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sondenanordnung werden die Flexibilität ihrer Einsatzmöglichkeiten gesteigert und gleichzeitig die Anforderungen an das Piezoelement gesenkt, indem jede Sonde mit einem eigenen Stellelement versehen ist, das die Sonde digital von einer Ruheposition in die Bearbeitungsposition bringt. In der bevorzugten Ausführungsform befinden sich die Sonden, an denen kein Steuersignal für das bzw. die Stellelemente anliegt, in der Ruheposition und einzig die sich im Einsatz befindliche Sonde ist durch Anlegen eines entsprechenden Steuersignals in die Bearbeitungs- bzw. Arbeitsposition gebracht. Diese Ausführung minimiert den Steuerungsaufwand für eine erfindungsgemäße Sondenanordnung.
Die durch das Stellelement oder jedes der Stellelemente erzeugte Bewegung hat nur zwei binäre Zustände, nämlich (a) die Sonde befindet sich in der Ruheposition und (b) die Sonde befindet sich in der Arbeitsposition. Zwischen diesen beiden Zuständen liegende Zwischenzustände brauchen nicht eingestellt werden zu können, was die Anforderungen an die Steuerung für das Stellelement oder die Stellelemente gering hält.
In einem bevorzugten Aspekt sind die Stellelemente für eine Änderung des Abstands von einer Probenoberfläche der zumindest einen ersten Sonde und/oder der zumindest einen zweiten Sonde um 100 nm, bevorzugt um 500 nm und am meisten bevorzugt um 1000 nm von der Ruheposition in die Arbeitsposition ausgebildet.
Durch den oben definierten Abstand des bzw. der nicht in Betrieb befindlichen Sonden von der Oberfläche der Probe wird sichergestellt, dass die sich in der Ruheposition befindlichen Sonden nicht mit der Probe in Kontakt kommen können oder diese gar beschädigen können. Umgekehrt kann damit auch zuverlässig ausgeschlossen werden, dass eine der Sonden durch einen unkontrollierten Kontakt mit der Probe verändert oder zerstört werden kann. Darüber hinaus kann das Stellelement der Sonde in Kombination mit einem entsprechenden Sensorelement dazu verwendet werden, die Sonde durch einen geschlossenen Regelkreis kontrolliert über die Probe zu scannen oder eine Bearbeitungsfunktion mit einer reproduzierbaren Einstellung durchzuführen.
In einem weiteren Aspekt umfasst das Stellelement ein piezoelektrisches Element und/oder ein Bimetallelement mit Heizung.
In einem anderen Aspekt sind die zumindest eine erste Sonde und die zumindest eine zweite Sonde in einem Abstand von 1000 μm bis 50 μm, bevorzugt 500 μm bis 100 μm, und am meisten bevorzugt 250 μm bis 200 μm zueinander angeordnet. In noch einem anderen bevorzugten Aspekt ist die Sondenanordnung als ein mikro-elektromechanisches System ausgebildet, in dem die Genauigkeit des Abstandes zwischen der zumindest einen ersten Sonde und der zumindest einen zweiten Sonde mit einer Genauigkeit von kleiner als 1 μm, bevorzugt kleiner als 200 nm, und am meisten bevorzugt kleiner als 50 nm bekannt und definiert ist.
Das Fertigen einer erfindungsgemäßen Sondenanordnung als ein MEMS Element (mikro-elektromechanisches System) ermöglicht zum einen ein kostengünstiges Herstellungsverfahren und zum anderen ein Optimieren der äußeren Abmessungen des Sondenarrays. Da Halbleiterprozesse sehr kleine Fertigungstoleranzen aufweisen, können die Abstände der einzelnen Sonden bzw. deren jeweiliger Spitzen mit großer Genauigkeit vorherbestimmt werden. Der regelungstechnische Aufwand, um eine Bearbeitungssonde an eine bestimmte Position innerhalb des mit der Analysesonde zu vermessenen Bereichs der Probe zu bringen, ist damit niedrig. Dadurch kann, wie bereits oben ausgeführt, das Umschalten von der Analysephase in die Bearbeitungsphase und umgekehrt sehr schnell erfolgen.
In einem weiteren günstigen Aspekt ist die zumindest eine erste Sonde ausgebildet, um überschüssiges Material auf einer Oberfläche einer Probe zu analysieren und die zumindest eine zweite Sonde ist ausgebildet, um das überschüssige Material von der Oberfläche der Probe zu entfernen.
In einem anderen bevorzugten Aspekt weist ein Verfahren zum Analysieren und Verändern einer Probe mit einer Sondenanordnung eines Rastersondenmikroskops nach einem der oben beschriebenen Aspekte die folgenden Schritte auf: (a) Analysieren der Probe mit einer ersten Sonde, indem die Sonde mithilfe eines Bewegungselements über die Oberfläche der Probe gescannt wird, (b) Verschieben von Sondenanordnung und Probe mit dem Bewegungselement um den Abstand zwischen der ersten Sonde und einer zweiten Sonde relativ zueinander, und (c) Verändern der Probe mit der zweiten Sonde basierend auf Daten, die in Schritt (a) bestimmt worden sind. In einem weiteren Aspekt erfolgt das Verschieben von Sondenanordnung und Probe relativ zueinander durch Betätigen des Bewegungselements und/oder durch Bewegen eines Probentischs. Gemäß einem weiteren Aspekt wird der Schritt (a) nach dem Schritt (c) wiederholt.
Aufgrund der kurzen Umschaltphase zwischen Analysieren und Bearbeiten der Probe und als Folge der spezifischen in dem Sondenarray vorhandenen Bearbeitungswerkzeuge kann bei Bedarf der Bearbeitungsprozess unterbrochen werden, um seinen Fortschritt zu kontrollieren und um ggf. die weitere Bearbeitung der momentanen Situation anzupassen. Dies kann beispielsweise notwendig werden, wenn sich im Verlauf der Bearbeitung herausstellt, dass die Probe unterhalb der Oberfläche eine nicht bekannte Zusammensetzung aufweist.
In noch einem weiteren Aspekt umfasst der Schritt des Verschieben der Sondenanordnung und der Probe relativ zueinander: (a) Abschalten eines Stellelements einer sich in Betrieb befindenden Sonde, (b) Zurückziehen der Sondenanordnung von der Probe mit dem Bewegungselement, (c) Verschieben der Sondenanordnung und der Probe relativ zueinander um den Abstand zwischen der außer Betrieb gesetzten Sonde und der in Betrieb zu setzenden Sonde mit dem Bewegungselement und/oder durch Bewegen des Probentischs, (d) Einschalten eines Stellelements der in Betrieb zu nehmenden Sonde, und (e) Zurückführen der Sondenanordnung an die Probe mit dem Bewegungselement. In einem zusätzlichen Aspekt umfasst der Schritt des Einchaltens des Stellelements ferner das Einstellen von Steuerungsparametern. Schließlich umfasst in einem anderen bevorzugten Aspekt der Schritt des Verschieben der Sondenanordnung und der Probe relativ zueinander eine Zeitdauer von weniger als 30 s, bevorzugt von weniger als 20 s und am meisten bevorzugt von weniger als 15 s.
Soweit vorstehend oder nachfolgend davon gesprochen wird, dass die Sondenanordnung und die Probe relativ zueinander um den Abstand zwischen zwei Sonden verschoben werden, ist damit gemeint, dass die relative Verschiebung betragsmäßig dem Abstand zwischen den beiden Sonden entspricht und richtungsmäßig so erfolgt, dass nach erfolgter Verschiebung sich eine Sonde, die in Betrieb zu setzende, exakt an der Stelle relativ zur Probe befindet, an der vor der Verschiebung die andere Sonde, außer Betrieb gesetzte Sonde, positioniert ist.
Wie bereits ausgeführt ermöglicht das erfinderische Prinzip das Hin- und Herschalten zwischen einer Analysebetriebsart und einer Bearbeitungsbetriebsart ohne die Nanowelt verlassen zu müssen. Die dadurch erreichbaren Umschaltzeiten von deutlich unter einer halben Minute machen es möglich, erfindungsgemäße Sondenanordnungen in einer Fertigungsumgebung einzusetzen.
4. Beschreibung der Zeichnungen
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei
1 eine schematische Darstellung einiger wichtiger Komponenten eines Rastersondenmikroskops aus dem Stand der Technik zeigt;
2 eine schematische Darstellung eines Rastersondenmikroskops der 1 mit einer Sondenanordnung darstellt;
3 eine schematische Darstellung einer Sondenanordnung von oben einschließlich des Umschalters und der Steuereinheit wiedergibt;
4 eine schematische vergrößerte Darstellung einer Sondenanordnung mit für verschiedene Funktionen optimierten Spitzen veranschaulicht;
5 die 4 mit einer aus der Ruheposition in die Arbeitsposition abgesenkten Sonde darstellt; und
6 schematisch den Ablauf eines Korrekturvorgangs von Defekten auf einer Photomaske zeigt.
5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden derzeit bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens genauer erläutert.
Die 1 zeigt schematisch einige Komponenten eines Rastersondenmikroskops 100 nach dem Stand der Technik. Das Rastersondenmikroskop 100 wie auch eine erfindungsgemäße Sondenanordnung kann unter Umgebungsbedingungen oder in einer Vakuumkammer (in der 1 nicht dargestellt) betrieben werden. Die Probe 120 wird auf einem Probentisch 110 angeordnet. Der Probentisch 110 kann in einer Richtung (beispielsweise in z-Richtung) in zwei Richtungen (z. B. in x- und y-Richtung) oder in drei Richtungen zum Beispiel durch ein oder mehrere Mikroverschiebeelemente verschiebbar sein (in 1 nicht gezeigt).
Die Sonde 150 oder die Messspitze 150 umfasst eine Spitze 140 und einen Balken, der im Folgenden wie in dem Fachgebiet üblich Cantilever genannt wird. Der Cantilever der Sonde 150 ist an dem Piezoaktuator 170 angebracht. Das andere Ende des Piezoaktuators 170 ist an einer Haltevorrichtung befestigt (in der 1 nicht angegeben). Die Haltevorrichtung weist Verschiebelemente auf, die die Sonde 150 an den zu untersuchenden Bereich der Probe 120 bringen. Alternativ oder zusätzlich kann der Probentisch 110 Verschiebelemente für diese Aufgabe aufweisen (in 1 nicht gezeigt).
Die Sonde 150 weist ferner ein Sensorelement auf (in der 1 nicht dargestellt), das die Auslenkung des Cantilevers der Sonde 150 misst. Das Signal des Sensorelements liegt an dem Eingang 125 der Steuereinheit 180 des SPM 100 an. Über den Ausgang 135 der Steuereinheit 180 kann die Steuereinheit 180 ein entsprechendes Stellsignal an den Piezoaktuator 170 ausgeben. Damit lässt sich der Piezoaktuator 170 in einer geschlossenen Regelschleife betreiben. Über den Ausgang 130 kann die Steuereinheit 180 ferner ein Signal an den Piezoaktuator 170 ausgeben, so dass die Spitze der Sonde über die Probe 120 scannt, um eine ein- oder zweidimensionale Kontur der Probenoberfläche zu bestimmen.
In der in der 1 veranschaulichten Bauform weist der Piezoaktuator 170 eine Röhrchenform auf und hat vier Außen- sowie eine Innenelektrode. Piezoaktuatoren 170 gibt es in verschiedenen Ausführungsformen. Zum Bewegen einer erfindungsgemäßen Sondenanordnung können neben der Röhrenform alle Bauformen eingesetzt werden, die die notwendigen Bewegungen der Spitze 140 der Sonde 150 ausführen können. Insbesondere kann der Piezoaktuator 170 verschiedene Segmente umfassen, so dass die Bewegungen in der x-/y-Ebene und senkrecht dazu mittels getrennter elektrischer Anschlüsse kontrolliert werden können (in 1 nicht dargestellt).
Die 2 zeigt vier Sonden 250 eines Sondenarrays, wobei jede der Sonden 250 ähnlich wie in der 1 ein Sensorelement aufweist. Die Spannungsversorgung 210 wird mittels des Schalters 215 an eines der Sensorelemente der Sonden 250 gelegt. Mit der Hilfe des Schalters 225 wird das Signal des Sensorelements an den Eingang 125 der Steuereinheit 180 des SPM 100 gelegt. Über die Stellung des Schalters 225 kann unter sämtlichen Sonden des Sondenarrays diejenige Sonde ausgewählt werden, deren Sensorelement mit der Spannungsversorgung 210 und mit dem Eingang 125 der Steuereinheit 180 verbunden ist. Damit kann, wie in der 1 an dem Beispiel einer einzelnen Sonde 150 beschrieben, für jede der Sonden 250 eine geschlossene Rückkoppel- bzw. Regelschleife aufgebaut werden.
Die 3 veranschaulicht schematisch eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Sondenanordnung 310 und ihrer elektrischen Verbindungen zu der Steuereinheit 380 des Rastersondenmikroskops 100 der 1. Anders als in dem Beispiel der 2 umfasst die Sondenanordnung 310 in diesem Beispiel fünf parallel angeordnete Sonden 315, 320, 325, 330 und 335. Analog zu der 2 ist der Piezoaktuator 370 auf dem Sondenarray 310 angebracht. Das entgegen gesetzte Ende des Piezoaktuators 370 ist an einer Haltevorrichtung des SPM 100 der 1 befestigt (in der 3 nicht dargestellt).
Schematisch stellt die 3 sechs Anschlüsse für die Bewegung des Piezoaktuators 370 dar. Dabei sind die beiden Anschlüsse für die Bewegung in z-Richtung, die mit der innen liegenden Metallisierung des Piezoaktuators 370 verbunden sind, aus Übersichtlichkeitsgründen in der 3 unterdrückt. Durch die sechs Anschlüsse kann die Steuereinheit 380 des Rastersondenmikroskops 100 sowohl die Bewegung des Piezoaktuators 370 in der Ebene der Sondenanordnung 310 (x-/y-Ebene) als auch in senkrechter Richtung dazu (z-Richtung) steuern. Ferner kann die Steuereinheit 380, wie während der Diskussion der 1 erläutert, durch Anlegen elektrischer Signale an die x- und/oder y- Anschlüsse des Piezoaktuators 370 die Sonden 315, 320, 325, 330 und 335 parallel zu der Ebene der Sondenanordnung 310 über die Probe 120 scannen und/oder zusätzlich in die dazu senkrechte z-Richtung bewegen.
Darüber hinaus ermöglicht der Piezoaktuator 370 das Ausführen einer kontrollierten und reproduzierbaren Bewegung der Sondenanordnung 310 relativ zu der Oberfläche der Probe 120 der 1 und 2.
Auf den Oberseiten der Cantilever der Sonden 315–335 sind die Stellelemente oder Bewegungselemente 317, 322, 327, 332 und 337 angebracht. Die Stellelemente 317, 322, 327, 332 und 337 ermöglichen durch das Anlegen entsprechender Steuersignale der Steuereinheit 380 den Cantilever der entsprechenden Sonde 315–335 aus der Ruheposition in die Arbeits- oder Betriebsposition und umgekehrt zu bringen. Die Stellelemente 317–337 können beispielsweise als ein Piezoaktuator oder als ein Bimetallelement mit resistiver Heizung ausgeführt sein. Letzteres biegt aufgrund der in Wärme umgesetzten elektrischen Energie den Cantilever der Sonde 315–335 in definierter Weise in eine vorgegebene Richtung. Derzeit ist es bevorzugt, jedes der Stellelemente 317–337 als ein digitales Element auszuführen, das lediglich zwei definierte Zustände aufweist, also gewissermaßen binär ausgelegt ist, nämlich eine definierte Ruheposition und eine definierte Arbeitsposition aufweist und mit der Funktion ausgestattet ist, zwischen der Ruhe- und der Arbeitsposition hin und her zu schalten. Jedes der Stellelemente 317–337 kann jedoch auch als Element ausgestaltet sein, das mehr als zwei definierte Zustände aufweist, so dass sie den Cantilever der entsprechenden Sonde 315–225 zu Schwingungen, etwa bei dessen Resonanzfrequenz anregen kann.
Wie bereits bei der Diskussion der 1 und 2 angesprochen, sind an den Cantilever der Sonden 315–335 der Sondenanordnung 310 Sensorelemente 318, 323, 328, 333 und 338 angeordnet. In dem Beispiel der 3 sind diese an den Unterseiten der Cantilever der Sonden 315–335 angebracht und deshalb in der Aufsicht der 3 nicht zu erkennen. Ihre Lage ist in der 3 durch Linien ohne Endpunkte angegeben. Jedes der Sensorelemente 318–338 detektiert sowohl die Verbiegung des jeweiligen Cantilevers und damit sowohl die von dem Piezoaktuator 370 als auch die von dem dem jeweiligen Cantilever zugeordneten Stellelement 317–337 verursachte Verbiegung des Cantilevers sowie zusätzlich eine durch eine Kraftwirkung zwischen der Probe und der Sonde 315–335 verursachte Verbiegung des Cantilevers und damit insgesamt die Position der an dem freien Ende angebrachten Spitze. Die Sensorelemente 318–338 können zum Beispiel als piezoresistive Elemente in einer Wheatstone-Brückenschaltung ausgeführt sein.
Die Anordnung des Stellelements 317–337 und der Sensorelemente 318–338 auf den Cantilevern der Sonden 315–335 kann gegenüber der in der 3 dargestellten Anbringung vertauscht sein. Darüber hinaus kann sowohl das Stellelement 318–338 als auch das Sensorelement 318–338 auf einer Seite des Cantilevers der Sonde 315–335 angebracht sein.
Wie bereits in dem Kontext der 1 und 2 erläutert, lässt sich mit Hilfe der Messdaten des entsprechenden Sensorelements 318–338 für die jeweils in Betrieb befindliche Sonde 315–335 eine geschlossene Regelschleife aufbauen. Damit können die einzelnen Sonden 315-335 des Sondenarrays 310 in den verschiedenen Betriebsarten der Einzelsonde 150 der 1 arbeiten.
Um den Änderungsaufwand für den Einbau einer erfindungsgemäßen Sondenanordnung 310 gering zu halten, ist in dem Beispiel der 3 zwischen dem Sondenarray 310 und der Steuereinheit 380 des SPM 100 der 1 ein Umschalter 375 vorhanden. Damit kann die Steuereinheit 380 des SPM 100 gegenüber der Steuereinheit 180 für den Betrieb einer einzelnen Sonde 150 unverändert bleiben. Der Umschalter 375 schaltet durch Verschieben des Schalters 378 die sich in Betrieb befindliche Sonde 315–335 der Sondenanordnung 310 zu der Steuereinheit 380 des SPM 100 durch. In dem in der 3 gezeigten Beispiel befindet sich die Sonde 320 in der Arbeitsposition während sich alle anderen Sonden 315, 325, 330 und 335 in ihren Ruhepositionen befinden.
Als Umschalter 375 können elektrische oder mechanische Schaltelemente eingesetzt werden. Im Gegensatz zu der beispielhaften Darstellung der 3 ist es nicht notwendig die elektrischen Anschlüsse der Stellelemente 317–337 über den Umschalter 375 zu führen. Vielmehr können diese direkt mit der Steuereinheit 380 verbunden sein. Dadurch lässt sich der Umschalter 375 verkleinern und die Anforderungen an den Umschalter 375 insbesondere im Hinblick auf seine Spannungsfestigkeit reduzieren sich deutlich.
Die Ausführungsform der 3 hat neben einer geringfügigen Modifikation des Rastersondenmikroskops 100 den Vorteil, dass nur an einer Sonde 315–335 der Sondenanordnung 310 elektrische Signale anliegen. Eine gegenseitige Beeinflussung oder Störung der Signale parallel betriebener Sonden 315–335 ist damit ausgeschlossen.
Eine erfindungsgemäße Sondenanordnung 310 kann jedoch auch ohne den Umschalter 375 betrieben werden, indem ihre elektrischen Anschlüsse direkt mit einer modifizierten Steuereinheit des SPM 100 verbunden sind. Damit können zwei oder alle Sonden 315–335 parallel von einer modifizierten Steuereinheit des SPM 100 kontrolliert bzw. betrieben werden.
Das Computersystem 390 kontrolliert über die Steuereinheit 380 den Betrieb der Sondenanordnung 310.
Die 4 zeigt die Sondenanordnung 310 der 3 von einer Seite, so dass die Spitzen 319, 324, 329, 334 und 339 der Sonden 315–335 der Sondenanordnung 310 zu sehen sind. Zwei Spitzen 319 und 324 der Sonden 315 und 320 sind zum Analysieren der Probe 120 ausgelegt. Eine dieser beiden Spitzen 319 verjüngt sich zu ihrem unteren Ende hin (d. h. sie verjüngt sich mit zunehmendem Abstand vom Cantilever) und weist ein spitzes Ende auf. Dadurch kann eine hohe Ortsauflösung beim Abtasten der Probe 120 sichergestellt werden.
Die Spitze 319 weist dasselbe Material wie der Cantilever der Sonde 315 auf. Als Material kommt etwa Silizium oder Siliziumnitrid in Frage. Das Sondenarray 310 kann jedoch aus jedem Halbleitermaterial oder einer Kombination von Halbleitermaterialien gefertigt sein, die die Herstellung von MEMS (mikro-elektromechanische System) gestattet. Alternativ können die Sonde und deren Spitze auch aus Metall, einer Metalllegierung oder Diamant gefertigt sein.
Die Spitze 319 kann zudem mit einer Beschichtung versehen sein, um beispielsweise deren Oberfläche härter und damit langlebiger zu machen. Zudem kann durch eine Beschichtung die Wechselwirkung der Spitze 319 auf die Probe 120 abstimmen werden. Beispielsweise ist für die Ausführung des SPM 100 in Form eines Rastertunnelmikroskops eine gute Leitfähigkeit der Spitze wichtig, so dass in einem solchen Fall eine Beschichtung mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit vorgesehen sein kann. Andere Modifikationen der Spitze 319, die für einzelne Sonden 315–335 entwickelt wurden, können auch auf die Sondenspitzen 319–339 der Sondenanordnung 310 angewendet werden.
Die zweite Analysesonde 320 weist eine lange nadelförmige Spitze 324 auf. Diese nadelförmige Spitze 324 kann zum Beispiel eine Kohlenstoff-Nanoröhre aufweisen. Mittels eines Klebstoffes kann die Spitze 324 an dem freien Ende des Cantilevers der Sonde 320 angebracht sein oder mittels Dampfphasenabscheidung kann die Spitze 324 auf dem freien Ende des Cantilevers aufgewachsen sein. Mit dieser zweiten Analysesonde 324 lassen sich Bereiche der Oberfläche der Probe 120 abtasten, die ein sehr großes Aspektverhältnis, d. h. ein Verhältnis aus der Tiefe bzw. Höhe einer Struktur zu ihrer kleinsten lateralen Ausdehnung aufweisen.
Die Spitzen zum Analysieren der Probe 120 sind jedoch nicht auf die Spitzen 319 und 324 der 4 beschränkt. Vielmehr können die Analysespitze(n) auf einen anderen jeweiligen SPM Typ 100 abgestimmt sein. Neben dem Tunnelstrom (Rastertunnelmikroskop) und den van-der-Waals-Kräften (Rasterkraftmikroskop) werden viele weitere physikalische Größen zum Untersuchen einer Probe verwendet. So nutzt ein Magnetkraftmikroskop die magnetische Wechselwirkung zwischen der Probe und der Sonde bzw. deren Spitze aus. Ein akustisches Rastermikroskop setzt Phononen ein und ein optisches Rasternahfeldmikroskop verwendet Photonen zum Untersuchen der Probe. Diese Aufzählung verschiedener SPM Typen ist nur beispielhaft und keinesfalls vollzählig. Allen diesen SPM Typen ist jedoch gemeinsam, dass ihre Analysesonde(n) wie auch ihre Änderungssonde(n) für die jeweilige Art der Wechselwirkung optimiert sind. Und die Analysesonde kann oder die Analysesonden können auf jeden einzelnen der vorgenannten SPM Typen optimiert ausgebildet sein.
Darüber hinaus kann/können die zum Analysieren der Probe 120 verwendete(n) Spitze(n) zusätzlich an die jeweilige Probe oder auch an bestimmte Prozessparameter angepasst sein. Neben dem bereits angesprochenen Aspektverhältnis der Probe kann dies beispielsweise die geforderte Ortsauflösung sein, mit der die Topographie der Probe erfasst werden soll. Zudem kann die Optimierung der Spitze der Analysesonde(n) 315, 320 davon abhängen, ob das SPM 100 bei Atmosphärenbedingungen, in einer Flüssigkeit oder im Vakuum betrieben wird.
Die Sonden 325, 330 und 335 der Sondenanordnung 310 weisen weiterhin mehrere Spitzen 329, 334 und 339 auf, die zum Ausführen einer Bearbeitungsfunktion an der Probe 120 konzipiert sind. Wie nachfolgend im Kontext der 6 beschrieben ist, sind die Bearbeitungs- oder Änderungsspitzen 329, 334 und 339 für das Entfernen von überschüssigem Material auf einer Probe 120 oder Probenoberfläche z. B. auf einer Photomaske ausgelegt. Zu diesem Zweck weisen die Spitzen 329, 334 und 339 unterschiedliche Formen auf. Da in dem Beispiel der 6 die Bearbeitungsspitzen in direkten Kontakt mit dem Material der Probe 120 kommen, sollten ihre Oberflächen härter als die Oberfläche der Probe 120 sein, um eine wirtschaftliche Lebensdauer der Änderungsspitzen 329, 334 und 339 zu gewährleisten. Durch den Einsatz von Spitzen aus hartem Material wie etwa Siliziumnitrid und/oder eine entsprechend Vergütungsschicht kann diese Zielsetzung erreicht werden.
Die Spitzen 329, 334 und 339 weisen verschiedene Formen auf, die unterschiedliche Kompromisse zwischen der Bearbeitungsgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Ortsauflösung auf der anderen Seite darstellen. Darüber hinaus ist wichtig, dass der Kontakt der Spitzen 329, 334 und 339 mit der Probe 120 deren Oberfläche mit Ausnahme der gewünschten Bearbeitung nicht beschädigt.
Die Spitze 329 einer ersten Änderungssonde 325 weist einen relativ großen Krümmungsradius auf, so dass ein großer Bereich der Probe 120 mit dieser Spitze in Kontakt kommt. Dadurch erlaubt es die Spitze 329 schnell über einen großen Bereich hinweg Material abzutragen. Die Spitze 339 einer weiteren Änderungssonde 335 ist dafür ausgelegt ist, in einem kleinen Bereich mit der Probe 120 in Wechselwirkung zu treten. Zudem ist diese Spitze 339 der Sonde 335 durch ihre Länge dafür geeignet an Stellen der Probe 120 eingesetzt zu werden, die ein großes Aspektverhältnis aufweisen. Eine Spitze 334 einer noch weiteren Änderungssonde 330 bildet einen Kompromiss zwischen diesen beiden Polen.
Ähnlich wie anhand der Analysesonden 315 und 320 diskutiert, sind auch die Änderungssonden 325, 330 und 335 bzw. deren Spitzen 329, 334 und 339 für die jeweils auszuführende Funktion optimiert.
In der in der 4 dargestellten Sondenanordnung 310 sind sowohl die Analysesonden 315 und 320 als auch die Änderungssonden 325, 330 und 335 für eine einzige Funktion ausgelegt. Eine erfindungsgemäße Sondenanordnung ist jedoch nicht auf das Ausführen einer einzelnen Funktion beschränkt. Vielmehr kann ein erfindungsgemäßes Sondenarray Sonden umfassen, die zum Ausführen mehrerer Funktion optimiert sind.
Des Weiteren weist das Sondenarray 310 in dem Beispiel der 3 und 4 nur zufällig fünf Sonden auf. Die minimale Anzahl von Sonden oder Messspitzen einer erfindungsgemäßen Sondenanordnung ist zwei: eine Sonde zum Analysieren der Probe 120 und eine weitere zum Verändern oder Bearbeiten der Probe 120. Nach oben ist die Anzahl der Sonden durch die Anzahl in einem MEMS fertigbarer Sonden begrenzt.
Die 5 zeigt die Sondenanordnung 310 der 3 und 4 bei der die Steuereinheit 380 eine Sonde 320 durch Anlegen eines Steuersignals an das Stellelement 322 von der Ruheposition in eine Arbeitsposition bewegt hat und in der Arbeitsposition festhält. In der Arbeitsposition ist die Sonde 320 um 500 nm relativ zu der Ruheposition abgesenkt. In der Arbeitsposition weist die Spitze 324 der Sonde 320 einen Abstand von der Probenoberfläche von 0 nm–50 nm auf. Damit haben die sich in der Ruheposition befindenden Spitzen 319, 329, 334 und 339 der Sonden 315, 325, 330 und 335 einen Abstand von der Oberfläche der Probe 120 von ungefähr 500 nm–550 nm. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei einem dynamischen Betriebsmodus der Analysespitze 324 durch den Piezoaktuator 370 und Cantilevern mit weichen Federkonstanten die anderen die Spitzen 319, 329, 334 und 339 die Oberfläche der Probe nicht erreichen.
Die 6 veranschaulicht ein Verfahren bei dem das erfindungsgemäße Sondenarray 310 zum Entfernen von Defekten auf einer Photomaske eingesetzt wird. Die Probe ist in diesem Beispiel eine transparente Photomaske 620, die auf ihrer Vorderseite eine Struktur mit Absorbermaterial 630 trägt. An der linken Absorberstruktur 630 anliegend weist die Photomaske 620 einen Defekt 670 in Form überschüssigen Materials auf. Zwischen der mittleren und der rechten Absorberstruktur 630 zeigt die Photomaske 620 einen weiteren Defekt 680 durch fehlerhaft abgelagertes Material.
Wie im oberen Teilbild der 6a schematisch dargestellt, beginnt das Verfahren mit einer Analyse der Photomaske 620 durch das Abtasten der Maskenoberfläche mit dem SPM 100 der 1, in das die Sondenanordnung 310 der 3–5 eingesetzt ist. Im ersten Schritt wird die Photomaske 620 mit einer Analysesonde 315 gescannt. Nachdem die Auswertung der Scann-Daten durch das Computersystem 390 ergibt, dass der Defekt 670 direkt an eine Absorberstruktur angrenzt, wird der Defekt 670 erneut mit der zweiten Analysesonde 320 abgerastert, die für die Analyse von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis ausgelegt ist (in 6a nicht dargestellt).
Das zweite Teilbild der 6a veranschaulicht das Entfernen des Defekts 680 mit der Sonde 325 und der dazugehörigen Spitze 329. Die grobe Spitze 329, die schnell Material des Defekts abtragen kann, wird benutzt, da die Analyse des Defekts 680 ergab, dass dieser von keinem Absorberelement begrenzt wird, der Defekt also nicht unmittelbar an ein Absorberelement angrenzt. Für das Entfernen des unmittelbar an ein Absorberelement angrenzenden Defekts 670 wird hingegen zunächst die Sonde 330 mit der Spitze 334 verwendet. Die Wahl der Sonde 330 stellt einen Kompromiss zwischen der Abtragrate bei der Bearbeitung und der Ortsauflösung dar.
Der Übergang von dem Analysemodus des oberen Teilbilds der 6a zu dem Änderungs- oder Bearbeitungsmodus des mittleren Teilbilds beinhaltet einen Wechsel von einer Analysesonde 315 oder 320 zu einer der Änderungssonden 325, 330 oder 335. Ein solcher Wechsel wird nun anhand des Übergangs von der Analysesonde 315 zu der Bearbeitungssonde 335 beispielhaft erläutert. Der Vorgang beginnt mit dem Abschalten des Stellelements 317 der Sonde 315. Dadurch bewegt sich die Sonde 315 von der Arbeits- in die Ruheposition. Im nächsten Schritt wird das Sondenarray 310 mit Hilfe des Piezoaktuators 370 von der Photomaske 620 zurückgezogen. Dadurch wird der Abstand zwischen der Oberfläche der Photomaske 620 und den Spitzen 319, 324, 329, 334 und 339 vergrößert, so dass die nachfolgende Verschiebung des Sondenarrays 310 um den Abstand zwischen den gegeneinander auszuwechselnden Sonden 315 und 325 ohne Kontakt zwischen den Spitzen 319–339 der Sonden 315–335 und der Photomaske 620 ausgeführt werden kann. In einer alternativen Realisierung des SPM 100 führt eine an dem Probentisch 110 angebrachte Verschiebeeinheit diesen Schritt durch Bewegen des Probentisches 110 aus. Diese beiden Schritte können jeweils innerhalb einer Sekunde durchgeführt werden.
Danach verschiebt der Piezoaktuator 370 die Sondenanordnung 310 um den Abstand zwischen der Analysesonde 315 und der Änderungssonde 325. In einer alternativen Ausführung verschieben an dem Probentisch 110 angebrachte Verschiebeelemente den Probentisch 110 um den Abstand zwischen der Analysesonde 315 und der Änderungssonde 325. Die laterale Bewegung des Probenstisches 110 kann beispielsweise von einem oder mehreren Servoelementen ausgeführt werden. Es ist ferner möglich Die Verschiebung von Sondenarray 310 und Probe 120, 620 relativ zueinander um den Abstand zwischen den Sonden 315 und 325 durch eine gemeinsame Bewegung des Probentisches 110 und der Sondenanordnung 310 zu realisieren. Dieser Verschiebevorgang ist nach einigen Sekunden abgeschlossen.
Sodann wird das Stellelement 327 der Sonde 325 eingeschaltet. Dieser Schritt läuft wiederum in dem Bruchteil einer Sekunde ab.
Ein optionaler Teil des gesamten Sondenwechsels ist das Einstellen oder Optimieren der Steuerungsparameter für die Sonde 325. Dieser Schritt muss unter anderem bei dem erstmaligen Einsatz der Sonde 325 für die Photomaske 620 durchgeführt werden oder in dem Fall, dass der vorhergehende Analyseprozess ergeben hat, dass der Defekt 682 von der erwarteten Form abweicht. Für das Einstellen der Steuerungsparameter für die Sonde 325 ist ein Zeitraum von einigen Sekunden zu veranschlagen.
Als Abschluss des Sondenwechselvorgangs bringt der Piezoaktuator 370 die Sondenanordnung 310 wieder in die Nähe der Photomaske 620 zurück. In einer alternativen Ausführungsform kann dieser Schritt von einem Verschiebelement des Probentisches 110 ausgeführt werden. Die Zeitdauer dieses letzten Schrittes beträgt wiederum einige Sekunden.

Die nachfolgende Tabelle fasst den Ablauf eines Sondenwechsels nochmals kurz zusammen. Tabelle 1: Zeitlicher Ablauf eines Sondenwechsels

Schritt	Beschreibung	Zeit	Opt.
1	Abschalten des Stellelements 317	< 1 s
2	Zurückziehen der Sondenanordnung 310	< 1 s
3	Verschieben der Sondenanordnung 310	< 5 s
4	Einschalten des Stellelements 327	< 1 s
(5)	Einstellen der Parameter des Elements 327		< 5 s
6	Zurückführen der Sondenanordnung 310	< 10 s
	In Summe:	< 18 s	< 23 s

Nach einer Bearbeitungszeit, die von der Form, Größe und dem Material des Defekts sowie der eingesetzten Änderungssonde 325, 330 oder 335 abhängig ist, wird die Bearbeitung der Defekte 670 und 680 unterbrochen und die intermediären Defekte 672 und 682 werden mit Hilfe der Analysesonden 315 (für den Defekt 672) und 320 (für den Defekt 682) erneut untersucht. Dieser Verfahrensschritt ist in dem unteren Teilbild der 6a schematisch dargestellt.
Auf der Basis der aus den Messungen der intermediären Defekte 672 und 682 gewonnenen Daten und der durch das Computersystem 390 durchgeführten Analyse der Messdaten wird die Bearbeitung der intermediären Defekte 672 und 682 fortgesetzt. Das obere Teilbild der 6b zeigt schematisch das Abtragen des verbliebenen Defekts 674 durch die Sonde 335 mit der Spitze 339 und das Entfernen des verbliebenen Defekts 684 durch die Sonde 330 mit der Spitze 334. Aufgrund der spezifischen Lage des Defekts 674 wird zu seiner Bearbeitung die Sonde 335 eingesetzt, deren Spitze 339 für einen Einsatz in einer Umgebung mit einem großen Aspektverhältnis ausgelegt ist.
Der verbliebene Defekt 684 wird mit der Sonde 330 und der Spitze 334 entfernt, die einen Kompromiss zwischen einem zügigen Abtrag des überschüssigen Materials des Defekts 684 einerseits und einer schonenden Behandlung der transparenten Oberfläche der Photomaske 620 andererseits darstellt.
Nach Ablauf der aus den Daten des zweiten Analyseschrittes berechneten Bearbeitungszeit wird die Oberfläche der Photomaske 620 erneut mit den Analysesonden 315 und 320 des Sondenarrays 310 untersucht, um sicherzustellen, dass die Defekte 674 und 684 vollständig entfernt sind. Falls die Analysedaten ergeben sollten, dass noch immer Reste der Defekte 674 und 684 auf der Photomaske 310 vorhanden sind, werden diese in einem weiteren Bearbeitungsschritt mit einer der Bearbeitungssonden 325, 330 oder 335 entfernt. Der Erfolg des weiteren Bearbeitungsschritts wird wiederum durch einen nachfolgenden Analyseschritt kontrolliert.
Der Erfolg des vollständigen Entfernen der verschiedenen Defekte 670 und 680 des Beispiels der 6 beruht zu einem wesentlichen Teil auf der Verfügbarkeit angepasster Analyse- und Bearbeitungswerkzeuge. Von entscheidender Bedeutung ist jedoch ein schnelles Hin- und Herschalten zwischen einem Analysemodus und einer Bearbeitungsbetriebsart ohne die Nanowelt verlassen zu müssen, wie dies durch eine erfindungsgemäße Sondenanordnung 310 möglich gemacht wird.
Anhand der 6a und 6b wurde die Erfindung am Beispiel der Reparatur einer Photomaske erläutert. Die Erfindung kann natürlich auch für andere Anwendungen eingesetzt werden, bei denen gezielt Partikel von einer Oberfläche entfernt werden sollen oder zumindest so weit mobilisiert werden sollen, dass sie sich zwar noch an der Oberfläche befinden, aber leicht weiter bewegt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/039088 [0005]
JP 614887 A [0005]
US 7571639 B2 [0005]
US 2007/0022804 A1 [0005, 0006]
WO 02/080187 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

www.imec.be/ScientificReport/SR2009/HTML/1213442.htm [0005]
„VLSI-NEMS chips for parallel AFM data storage” von M. Despont et al. in Sensors and Actuators, vol. 80, p.100–107 (2000) [0007]

Claims

Sondenanordnung (310) für ein Rastersondenmikroskop (100), aufweisend: a. zumindest eine erste Sonde (315, 320), die ausgebildet ist, um eine Probe (120, 620) zu analysieren; b. zumindest eine zweite Sonde (325, 330, 335), die ausgebildet ist, um eine Probe (120, 620) zu verändern; und c. zumindest ein mit der Sondenanordnung (310) verbundenes Bewegungselement (370), das ausgebildet ist, um eine der Sonden (315, 320) in einer Arbeitsposition über eine Oberfläche der Probe (120, 620) zu scannen, so dass diese Sonde (315, 320) mit der Probe (120, 620) wechselwirkt, während die andere Sonde (325, 330, 335) in einer Ruheposition ist, in der sie nicht mit der Probe (120, 620) wechselwirkt, und um die zweite Sonde (325, 330, 335) an eine Position zu bringen, so dass ein von der ersten Sonde (315, 320) analysierter Bereich der Probe (120, 620) mit der zweiten Sonde (325, 330, 335) verändert werden kann.
Sondenanordnung (310) nach Anspruch 1, wobei das Bewegungselement (370) einen Piezoaktuator, insbesondere einen röhrenförmigen Piezoaktuator aufweist.
Sondenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bewegungselement (370) ferner für jede Sonde (315, 320, 325, 330, 335) ein Stellelement (317, 322, 327, 332, 337) aufweist, das ausgebildet ist, um die jeweilige Sonde (315, 320, 325, 330, 335) von der Ruheposition in eine Arbeitsposition zu bringen und umgekehrt.
Sondenanordnung (310) nach Anspruch 3, wobei die Stellelemente (317, 322, 327, 332, 337) für eine Änderung des Abstands von einer Probenoberfläche zu der zumindest einen ersten Sonde (315,320) und/oder der zumindest einen zweiten Sonde (325, 330, 335) um 100 nm, bevorzugt um 500 nm und am meisten bevorzugt um 1000 nm von der Ruheposition in die Arbeitsposition ausgebildet sind.
Sondenanordnung (310) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Stellelement (317, 322, 327, 332, 337) ein piezoelektrisches Element und/oder ein Bimetallelement mit Heizung umfasst.
Sondenanordnung (310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine erste Sonde (315, 320) und die zumindest eine zweite Sonde (325, 330, 335) in einem Abstand von 1000 μm bis 50 μm, bevorzugt 500 μm bis 100 μm, und am meisten bevorzugt 250 μm bis 200 μm zueinander angeordnet sind.
Sondenanordnung (310) nach Anspruch 5, wobei die Sondenanordnung (310) als ein mikro-elektromechanisches System ausgebildet ist, in dem der Abstand zwischen der zumindest einen ersten Sonde (315, 320) und der zumindest einen zweiten Sonde (325, 330, 335) mit einer Genauigkeit von kleiner als 1 μm, bevorzugt kleiner als 200 nm, und am meisten bevorzugt kleiner als 50 nm definiert und bekannt ist.
Sondenanordnung (310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine erste Sonde (315, 320) ausgebildet ist, um überschüssiges Material (670, 680) auf einer Oberfläche einer Probe (120, 620) zu analysieren und die zumindest eine zweite Sonde (325, 330, 335) ausgebildet ist, um das überschüssige Material (670, 680) von der Oberfläche der Probe (120, 620) zu entfernen.
Verfahren zum Analysieren und Verändern einer Probe (120, 620) mit einer Sondenanordnung (310) eines Rastersondenmikroskops (100), insbesondere mit einem Rastersondenmikroskop (100) nach einem der Ansprüche 1–8, das folgende Schritte aufweist: a. Analysieren der Probe (120, 620) mit einer ersten Sonde (315, 320), indem die Sonde (315, 320) mithilfe eines Bewegungselements (370) über die Oberfläche der Probe (120, 620) gescannt wird; b. Verschieben von Sondenanordnung (310) und Probe (120, 620) mit dem Bewegungselement (370) um den Abstand zwischen der ersten Sonde (315, 320) und einer zweiten Sonde (325, 330, 335) relativ zueinander; und c. Verändern der Probe (120, 620) mit der zweiten Sonde (325, 330, 335) basierend auf Daten, die in Schritt a. bestimmt worden sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verschieben von Sondenanordnung (310) und Probe (120, 620) relativ zueinander durch Betätigen des Bewegungselements (370) und/oder durch Bewegen eines Probentischs (110) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Schritt a. nach dem Schritt c. wiederholt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–11, wobei der Schritt des Verschiebens von Sondenanordnung (310) und Probe (120, 620) relativ zueinander umfasst: a. Abschalten eines Stellelements (322) einer sich in Betrieb befindenden Sonde (320); b. Zurückziehen der Sondenanordnung (310) von der Probe (120, 620) mit dem Bewegungselement (370); c. Verschieben der Sondenanordnung (310) und der Probe (120, 620) relativ zueinander um den Abstand zwischen der außer Betrieb gesetzten Sonde (320) und einer in Betrieb zu setzenden Sonde (315, 325, 330, 335) mit dem Bewegungselement (370) und/oder durch Bewegen des Probentischs (110); d. Einschalten eines Stellelements (317, 327, 332, 337) der in Betrieb zu nehmenden Sonde (315, 325, 330, 335); und e. Zurückführen der Sondenanordnung (310) an die Probe (120, 620) mit dem Bewegungselement (370).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Einschalten des Stellelements (317, 322, 327, 332, 337) ferner das Einstellen von Steuerungsparametern umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–13, wobei der Schritt des Verschieben der Sondenanordnung (310) und der Probe (120, 620) relativ zueinander eine Zeitdauer von weniger als 30 s, bevorzugt weniger als 20 s und am meisten bevorzugt weniger als 15 s umfasst.