DE10219330A1

DE10219330A1 - Sonde, Mikroskop und Verfahren für die Rasterkraftmikroskopie

Info

Publication number: DE10219330A1
Application number: DE10219330A
Authority: DE
Inventors: Christian Rotsch
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-20

Abstract

Es wird eine Sonde für die Rasterkraftmikroskopie vorgeschlagen, mit einem Haltebereich (20), mit einem Federelementbereich (30), welcher mit einem ersten oder proximalen Endbereich (31) am Haltebereich (20) fixiert ausgebildet ist und welcher einen zweiten oder distalen Endbereich (32) aufweist, und mit einem Abtast-/Wechselwirkungsbereich (40), welcher im zweiten oder distalen Endbereich (32) des Federelementbereichs (30) ausgebildet ist, wobei der Abtast-/Wechselwirkungsbereich (40) eine Mehrzahl Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52) aufweist, welche ausgebildet sind, im Betrieb mit einer abzutastenden Probe (P) wechselzuwirken oder diese abzutasten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde für die Rasterkraftmikroskopie, ein Rasterkraftmikroskop sowie ein Verfahren für die Rasterkraftmikroskopie.

Bei der Untersuchung und Charakterisierung von geometrischen und Materialeigenschaften werden im mikroskopischen und mesoskopischen Bereich in zunehmendem Maße Verfahren der Rastersondenmikroskopie eingesetzt.

Grundprinzip der Rastersondenmikroskopie ist ein Abrastern oder Abtasten der Oberfläche einer zu untersuchenden Probe mittels einer sogenannten Sonde, welche in der Lage ist, mit der Probenoberfläche im Wesentlichen lokal wechsel zu wirken, diese zum Beispiel zu berühren, so dass über den Vorgang des spaltenförmigen und/oder zeilenförmigen Abrasterns der Probenoberfläche ein Wechselwirkungsmuster ermittelbar ist, über welches dann - gegebenenfalls unter Kenntnis der Sondengeometrie und weiterer Eigenschaften - auf die Verteilung geometrischer oder weiterer Materialeigenschaften der Probenoberfläche geschlossen werden kann.

Insbesondere hat sich in jüngster Zeit die sogenannte Rasterkraftmikroskopie oder Atomic-Force-Microscopy als sehr gewinnbringendes Untersuchungsmittel bei der Aufklärung struktureller und geometrischer Eigenschaften von Substratoberflächen erwiesen. Dabei wird ein Abtast-/Wechselwirkungsbereich der Sonde derart an die Oberfläche einer zu analysierenden Probe angenähert, dass dieser lokal mit der Probenoberfläche, insbesondere im Bereich der größten Annäherung des Abtast-/Wechselwirkungsbereichs an diese in Wechselwirkung tritt und/oder - vereinfacht ausgedrückt - die Probenoberfläche lokal berührt. Der Abtastvorgang oder Rastervorgang beinhaltet dabei ein zeilenweises und/oder spaltenweises Abfahren der Probenoberfläche oder eines Ausschnitts davon.

Aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Abtast-/Wechselwirkungsbereich der Sonde mit der Probenoberfläche wirken Kräfte nicht nur auf den Abtast-/Wechselwirkungsbereich der Sonde, sondern auch auf den Federelementbereich oder auf den daran angekoppelten Haltebereich der Sonde. Die Rasterkraftmikroskopie ist somit ein Verfahren zum lokalen Ausmessen von Wechselwirkungskräften zwischen der Sonde und der abzutastenden Probenoberfläche. Unter bestimmten Voraussetzungen und/oder bei Kenntnis bestimmter Eigenschaften der Probenoberfläche und/oder des Abtast-/Wechselwirkungsbereichs der Sonde kann auf der Grundlage der gemessenen Kräfte auf bestimmte Oberflächeneigenschaften der Probenoberfläche, zum Beispiel auf deren Topographie, zurückgeschlossen werden.

Für die Rasterkraftmikroskopie wurden insbesondere für metrologische Anwendungen, bei denen bestimmte Oberflächenstrukturen geometrisch vermessen werden sollen, bestimmte Sonden mit bevorzugten Geometrien in den Abtast-/Wechselwirkungsbereichen entwickelt. So sind zum Beispiel pyramidenförmige, kegelförmige oder zylinderförmige rasterkraftmikroskopische Spitzen oder Sondenspitzen als Abtast-/Wechselwirkungsbereiche oder als Abtast-/Wechselwirkungselemente davon bekannt. Aufgrund der endlichen Ausdehnung dieser bekannten rasterkraftmikroskopischen Abtast-/Wechselwirkungsbereiche oder Abtast-/Wechselwirkungselemente können insbesondere scharfkantige Reliefformationen auf der Probenoberfläche, insbesondere Grabenstrukturen oder dergleichen, wegen der endlichen Ausdehnung dieser Bereiche oder Elemente und wegen der endlichen Flankenwinkel nicht oder nur sehr umständlich eindeutig charakterisiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonde für die Rasterkraftmikroskopie, ein Rasterkraftmikroskop sowie ein Verfahren für die Rasterkraftmikroskopie bereit zu stellen, bei welchen Strukturelemente von Oberflächentopographien von abzutastenden Proben auf besonders einfache Art und Weise mit hoher Genauigkeit geometrisch charakterisierbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Sonde für die Rasterkraftmikroskopie gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Rasterkraftmikroskop gemäß Anspruch 17 und ein Profilometer gemäß Anspruch 18 gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren für die Rasterkraftmikroskopie gemäß Anspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Sonde für die Rasterkraftmikroskopie weist einen Haltebereich, einen Federelementbereich sowie einen Abtast-/Wechselwirkungsbereich auf. Der Federelementbereich besitzt einen ersten, proximalen oder vorderen Endbereich und ist mit diesem am Haltebereich der Sonde fixiert ausgebildet. Des Weiteren weist der Federelementbereich einen zweiten, beabstandeten oder distalen Endbereich auf. Der Abtast-/Wechselwirkungsbereich der Sonde ist im zweiten, distalen oder beabstandeten Endbereich des Federelementbereichs ausgebildet. Erfindungsgemäß ist es ferner vorgesehen, dass der Abtast-/Wechselwirkungsbereich eine Mehrzahl von Abtast-/Wechselwirkungselementen aufweist, welche ausgebildet sind, im Betrieb mit einer abzutastenden Probe wechsel zu wirken oder diese abzutasten.

Es ist ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, anstelle eines einzigen Wechselwirkungsortes im Sinne eines isolierten Abtast-/Wechselwirkungsbereiches und/oder im Sinne eines isolierten Abtast-/Wechselwirkungselements eine Mehrzahl von Abtast-/Wechselwirkungsbereichen und/oder insbesondere eine Mehrzahl von Abtast-/Wechselwirkungselementen vorzusehen, die ihrerseits dazu ausgebildet sind, im Betrieb mit einer abzutastenden Probe wechsel zu wirken und/oder diese abzutasten.

Durch die Mehrzahl von Abtast-/Wechselwirkungselementen im Abtast-/Wechselwirkungsbereich liegt erfindungsgemäß eine Mehrzahl von Wechselwirkungsorten zwischen der Sonde und der im Betrieb abzutastenden Probe vor, welche wahlweise selektiv oder auch zumindest gruppenweise simultan eingesetzt werden können, wodurch sich eine Mehrzahl von Informationsquellen zur Charakterisierung der Oberflächentopographie der abzutastenden Probe erschließt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sonde für die Rasterkraftmikroskopie ist es vorgesehen, dass das Abtast-/Wechselwirkungselement jeweils einen Kontaktbereich aufweist, insbesondere an einem distalen Endbereich des Abtast-/Wechselwirkungselements. Ferner ist es dabei vorgesehen, dass dieser Kontaktbereich jeweils zur unmittelbaren Annäherung an eine im Betrieb abzutastende Probe oder deren Oberfläche vorgesehen und ausgebildet ist.

Weiter bevorzugt wird, dass die distalen Endbereiche und/oder die Kontaktbereiche der Mehrzahl Abtast-/Wechselwirkungselemente paarweise zueinander räumlich beabstandet ausgebildet und/oder angeordnet sind. Dies ist insbesondere durch die Ausgestaltung und/oder die Anordnung der Abtast-/Wechselwirkungselemente zueinander realisiert.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sonde für die Rasterkraftmikroskopie ist es vorgesehen, dass die Abtast-/Wechselwirkungselemente jeweils einen proximalen Endbereich aufweisen, welcher insbesondere dem distalen Endbereich gegenüberliegt, und dass der proximale Endbereich jeweils im Abtast-/Wechselwirkungsbereich des Federelementbereichs am Federelementbereich fixiert ausgebildet ist. Diese Fixierung der Abtast-/Wechselwirkungselemente mit ihren proximalen Endbereichen am Abtast-/Wechselwirkungsbereich kann mittelbar oder indirekt bzw. unmittelbar oder direkt geschehen.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sonde ist es vorgesehen, dass die proximalen Endbereiche paarweise höchstens soweit, vorzugsweise dichter voneinander, räumlich beabstandet ausgebildet und/oder angeordnet sind, wie die jeweiligen distalen Endbereiche und/oder die Kontaktbereiche, insbesondere durch die Ausgestaltung und/oder die Anordnung der Abtast-/Wechselwirkungselemente zueinander.

Durch die zuletzt erwähnte Maßnahme ergibt sich die Möglichkeit einer Anordnung der Abtast-/Wechselwirkungselemente zueinander, die ein Auffalten der Flankenbereiche mit den Oberflächenstrukturen verhindert und somit ein korrektes metrologisches Ergebnis ermöglicht. Insbesondere scharfkantige Flanken oder Stufen in der Oberflächentopographie der abzutastenden Probe sind mit einer derartigen Anordnung oder Ausbildung der Abtast-/Wechselwirkungselemente zueinander mit höherer Zuverlässigkeit als bisher abbildbar und analysierbar.

Vorteilhafter Weise sind die Abtast-/Wechselwirkungselemente zueinander paarweise divergierend ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Anordnung der Abtast-/Wechselwirkungselemente zueinander, welche eine bessere Analyse der Oberflächentopographie der Probe im Betrieb ermöglicht.

Besonders einfach gestaltet sich die erfindungsgemäße Sonde für die Rasterkraftmikroskopie dann, wenn der Federelementbereich sich von seinem ersten oder proximalen Endbereich zu seinem zweiten oder distalen Endbereich hin im Wesentlichen in einer Richtung erstreckt.

Ferner ist es vorgesehen, dass der Federelementbereich mindestens in einer Hauptauslenkrichtung auslenkbar ist, diese stimmt insbesondere mit einer zur ersten Richtung im Wesentlichen senkrechten zweiten Richtung überein.

Zur Realisierung der besonders hochwertigen und unverfälschten Abtasteigenschaften ist es vorgesehen, dass die Abtast-/Wechselwirkungselemente paarweise in Bezug auf den Federelementbereich und insbesondere in Bezug auf den Abtast-/Wechselwirkungsbereich in der zweiten Richtung in etwa gleiche oder gleich weit erstrecken.

Vorzugsweise sind die Abtast-/Wechselwirkungselemente im Wesentlichen gleichwirkend oder gleich ausgebildet, insbesondere hinsichtlich ihrer mechanischen, geometrischen und/oder materiellen Eigenschaften.

Die geometrischen Ausgestaltungsmöglichkeiten der Abtast-/Wechselwirkungselemente sind vielfältig. Denkbar sind zum Beispiel pyramidenförmige, kegelförmige, zylinderförmige rastersondenmikroskopische Sondenspitzen, zum Beispiel auch in herkömmlicher Art und Weise, wobei sich diese insbesondere im Wesentlichen linear erstrecken, einen im Wesentlichen gleichförmigen Querschnitt besitzen und/oder dergleichen. Ferner können alternativ oder zusätzlich Nadelelemente oder nadelförmige Strukturen vorgesehen sein. Es können zum Beispiel aufgewachsene Strukturen, insbesondere durch fokusierte Ionenstrahlen aufgewachste Strukturen oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner bieten sich Nanostrukturen an, insbesondere in Form sogenannter Nanotubes, insbesondere auf Kohlenstoffbasis. Ferner sind auch Ausgestaltungsformen im Sinne einer sogenannten Supertip denkbar. Grundsätzlich können sämtliche der vorgenannten Ausgestaltungsformen miteinander kombiniert werden, um die Abtastgenauigkeit und damit das strukturelle Auflösungsvermögen der erfindungsgemäßen Sonde für die Rasterkraftmikroskopie zu erhöhen.

Obwohl es denkbar ist, dass man die Abtast-/Wechselwirkungselemente, welche erfindungsgemäß ja in einer Mehrzahl vorgesehen sind, als separate Strukturen auf dem Federelementbereich ausbildet, ist es auch denkbar, dass das Abtast-/Wechselwirkungselement jeweils als Erweiterungsstruktur auf einer konventionellen rastersondenmikroskopischen Sondenspitze ausgebildet ist, insbesondere auf einer pyramidenförmigen, kegelförmigen, zylinderförmigen rasterkraftmikroskopischen Sondenspitze.

Vorzugsweise ist dabei das Abtast-/Wechselwirkungselement jeweils an einem Mantelbereich oder Seitenflächenbereich der konventionellen rasterkraftmikroskopischen Sondenspitze vorgesehen.

Ferner ist es vorgesehen, dass sich Paare von Abtast-/Wechselwirkungselementen diametral an der konventionellen rasterkraftmikroskopischen Sondenspitze gegenüberstehen.

Vorzugsweise sind zwei Abtast-/Wechselwirkungselemente vorgesehen, denkbar sind auch drei oder vier Abtast-/Wechselwirkungselemente.

Das erfindungsgemäße Rasterkraftmikroskop ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erfindungsgemäße Sonde für die Rasterkraftmikroskopie als Sonde vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren für die Rasterkraftmikroskopie ist durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Sonde bzw. eines erfindungsgemäßen Rasterkraftmikroskops gekennzeichnet.

Es wird dabei insbesondere die Topographie einer Oberfläche einer Probe, vorzugsweise einer Halbleiterstruktur metrologisch vermessen.

Vorteilhafter Weise wird die Topographie einer Oberfläche einer Probe mit Ausnehmungen, Vertiefungen, Grabenstrukturen und/oder dergleichen vermessen.

Dabei wird insbesondere die Breite der jeweiligen Struktur, insbesondere der Ausnehmung, Vertiefung, Grabenstruktur und/oder dergleichen, an deren Fußbereich oder am tiefsten Bereich direkt gemessen, insbesondere, indem Begrenzungen davon mit unterschiedlichen Abtast-/Wechselwirkungselementen der Sonde ermittelt werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass durch Steuern und/oder durch Wählen einer Auflagekraft auf die Sonde in Bezug auf die Probe gesteuert wird, welche Abtast-/Wechselwirkungselemente, insbesondere im Wesentlichen simultan mit der Oberfläche der Probe wechsel wirken oder diese berühren.

Ferner ist es gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass durch Steuern und/oder durch Wählen mindestens eines Kippwinkels der Sonde gegenüber der Oberfläche der abzutastenden Probe gesteuert wird, welche Abtast-/Wechselwirkungselemente, insbesondere im Wesentlichen simultan mit der Oberfläche der Probe wechsel wirken oder diese berühren.

Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden weiter unter Hinzuziehung der folgenden Bemerkung erläutert:
Bei AFM-Messungen an Masken oder Wafern unter Verwendung kegel- oder zylinderförmiger Spitzen erhält man aufgrund der Verrundung der Spitze keine Information über die Profile an den Innenseiten von Strukturen. Mit Hilfe nadelförmiger Spitzen können die Profile vermessen werden. Dann muss aber der Winkel zwischen Spitze und Maske/Wafer verändert werden, wenn gegenüberliegende Flanken gemessen werden sollen. Deshalb kann zum Beispiel die Strukturbreite am Fuß der Strukturen nicht direkt gemessen werden.

Die Innenseiten der Strukturen können konventionell nur sehr umständlich charakterisiert werden, indem das AFM oder die Maske/der Wafer gekippt werden. Strukturbreiten am Fuß der Strukturen können nur indirekt durch Extrapolieren der Flanke bis zur Grundfläche gemessen werden.

Per Focused Ion Beam kann man auf normale AFM-Spitzen nadelförmige Spitzen aufwachsen lassen. Eine Methode, einzelne Carbon Nanotubes zu befestigen, ist denkbar.

Durch Verwendung von Mehrfachspitzen und insbesondere von Doppelspitzen entfällt das Ändern des Winkels zwischen Spitze und Maske/Wafer. Dadurch können gegenüberliegende Flanken in einem Scan oder Abtasten abgebildet und Strukturbreiten am Fuß der Strukturen direkt gemessen werden.

Eine Kernidee ist das Anbringen von mindestens zwei nadelförmigen Spitzen zum Beispiel an einer normalen AFM-Spitze, um beide Innenseiten einer Struktur mit dem AFM abbilden und messen zu können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sonde für die Rasterkraftmikroskopie.
Fig. 2 erläutert den Stand der Technik.
Fig. 3 zeigt in schematischer und teilweise perspektivischer Ansicht eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sonde für die Rasterkraftmikroskopie.
Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Verwendung der Sonde für die Rasterkraftmikroskopie aus Fig. 3.
Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sonde 10 für die Rasterkraftmikroskopie.
An einem Haltebereich 20, der zum Beispiel aus Siliziumnitrid besteht und oft auch als Sondenchip bezeichnet wird, ist mit einem ersten, vorderen, diesseitigen oder proximalen Endbereich 31 ein Federelementbereich 30 vorgesehen und fixiert. Dem ersten oder proximalen Endbereich 31 gegenüberliegend ist ein zweiter, beabstandeter oder distaler Endbereich 32 des Federelementbereiches 30 vorgesehen. Im zweiten oder distalen Endbereich 32 des Federelementbereiches 30 ist auch der Abtast-/Wechselwirkungsbereich 40 der erfindungsgemäßen Sonde 10 ausgebildet. In diesem Abtast-/Wechselwirkungsbereich 40 des Federelementbereiches 30 ist eine Mehrzahl von Abtast-/Wechselwirkungselementen 51 und 52 ausgebildet, die ihrerseits einen ersten oder proximalen Endbereich 51-1 bzw. 52-1 besitzen, mit welchem sie im oder am zweiten oder distalen Endbereich 32 des Federelementbereiches bzw. im oder am Abtast-/Wechselwirkungsbereich 40 des Federelementbereiches 30 vorgesehen und angebracht sind. Den ersten oder proximalen Endbereichen 51-1 und 52-1 jeweils gegenüberliegend weisen die Abtast-/Wechselwirkungselemente 51 und 52 zweite oder distale Endbereiche 51-2 bzw. 52-2 aus, an welchen jeweils die sogenannten Kontaktbereiche 51s bzw. 52s vorgesehen und ausgebildet sind, die gerade der unmittelbaren und lokalen Wechselwirkung mit einer im Betrieb abzutastenden Probenoberfläche dienen.
In der Ausführungsform der Fig. 1 sind zwei Abtast-/Wechselwirkungselemente 51 und 52 vorgesehen. Diese sind als herkömmliche rasterkraftmikroskopische Sondenspitzen in pyramidaler Form ausgebildet und mit ihren ersten oder proximalen Endbereichen 51-1 bzw. 52-1 direkt am zweiten oder distalen Endbereich 32 des Federelementbereiches 30 ausgebildet. Sie sind senkrecht zur Zeichenebene hinter einander angeordnet.
Der Federelementbereich 30 erstreckt sich von seinem ersten oder proximalen Endbereich 31 zu seinem zweiten oder distalen Endbereich 32 im Wesentlichen in einer ersten Richtung X, welche in der Fig. 1 mit einem entsprechenden Pfeil gekennzeichnet ist. Durch die Wechselwirkung mindestens einer der Kontaktbereiche 51s oder 52s mit einer Probenoberfläche wird auf die Abtast-/Wechselwirkungselemente 51 bzw. 52 eine anziehende oder abstoßende Kraft ausgeübt, in deren Folge der Federelementbereich 30 gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Stellung verbogen oder ausgelenkt wird, wobei der Federelementbereich 30 am Haltebereich 20 fixiert bleibt, so dass der erste oder proximale Endbereich 31 des Federelementbereiches 30 ruht, während sich der zweite oder distale Endbereich 32 in der Hauptauslenkrichtung Z gegenüber dem Haltebereich 20 und auch gegenüber dem ersten oder proximalen Endbereich 31 des Federelementbereiches 30 verschiebt. Dies ist durch eine gestrichelt angedeutete Biegelinie der Oberfläche 30a des Federelementbereiches 30 für eine abstoßende Wechselwirkung schematisch angedeutet, wobei die Darstellung nicht maßstabsgetreu ist.
In einer tatsächlich ausgeführten Messung kann bei bestimmten Messmodi in einem entsprechenden Rasterkraftmikroskop die Auslenkung des Federelementbereiches 30 aufgrund der Wechselwirkungskräfte zwischen den Kontaktbereichen 51s und 52s mit einer vorgesehenen Probe durch Nachregeln der vertikalen Position des Haltebereiches 20 in der Z-Richtung kompensiert werden, wobei diese Nachregelung durch eine entsprechende Rückkopplungssteuerung unter Verwendung eines Piezoelements für die Z-Richtung erfolgt. Über eine Rückkopplungssteuerung kann dann die notwendige Z-Verschiebung des Haltebereiches 20 als Funktion des Ortes, das heißt als Funktion der X-Position und der Y-Position, ermittelt werden, um Informationen über die Wechselwirkungskräfte und/oder über die Topographie der Probenoberfläche zu gewinnen. Als Regelgröße dient dabei zum Beispiel ein von der Oberfläche 30a, oder im ausgelenkten Fall 30a' des Federelementbereiches 30 reflektierter Laserlichtstrahl, wobei praktisch der Reflexionswinkel verwendet wird, um die Auslenkung des Federelementbereiches 30 aufgrund der Wechselwirkung mit der Probenoberfläche zu charakterisieren.
Fig. 2 zeigt die herkömmliche Vorgehensweise bei der Rasterkraftmikroskopie beim Ausmessen der Oberfläche Pa einer abzutastenden Probe P unter Verwendung einer herkömmlichen rasterkraftmikroskopischen Sondenspitze 100.
Die Probe P weist eine Oberfläche Pa auf, in welcher zum Beispiel eine Grabenstruktur G oder ein Graben G vorgesehen ist, der seinerseits Grabenwände Pb aufweist und eine Breite D sowohl im Oberflächenbereich als auch im Fußbereich F besitzt. Abgetastet wird die Oberfläche Pa der Probe P mit einer herkömmlichen rasterkraftmikroskopischen Sondenspitze 100, welche an einem Federelementbereich 30 eine herkömmliche Sondenspitze 50 aufweist, die ihrerseits einen Abtast-/Wechselwirkungsbereich zum Wechselwirken und/oder zum Berühren der Probenoberfläche Pa aufweist.
In der Ausführungsform der Fig. 2 ist die herkömmliche Sondenspitze 50 von pyramidaler Form und weist Seitenflankenbereiche 50f auf, die den Flächen oder Kanten einer Pyramide entsprechen. Aufgrund der endlichen Steigung der Flankenbereiche 50f der herkömmlichen Sondenspitze 50 kann eine Wechselwirkung zwischen dem Abtast-/Wechselwirkungsbereich 40 und der Probenoberfläche Pa im Fußbereich F des Grabens G nur außerhalb eines Abstandes δ von den Grabenrändern Pb stattfinden. Somit ist ein Abtasten der schraffierten Dreiecksbereiche in der Nähe der Grabenränder Pb mit einer herkömmlichen Sondenspitze 100 nicht möglich, es sei denn, dass Sondenspitze 100 und Probe P gegeneinander während der Messung verkippt werden, was verfahrenstechnisch einen nicht unerheblichen Mehraufwand bedeuten würde.
Diese Problematik wird durch das Vorsehen einer Mehrzahl von Spitzen, also einer Mehrzahl von Abtast-/Wechselwirkungselementen 51, 52 zumindest teilweise beseitigt.
Fig. 3 zeigt in teilweise perspektivischer und schematischer Seitenansicht eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sonde 10 für die Rasterkraftmikroskopie, wobei in Bezug auf die vorangehend beschriebenen Figuren gleiche Bezugszeichen gleichen oder gleichwirkenden Elementen zugeordnet sind.
Im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sonde 10, bei welche nämlich die Mehrzahl von Abtast-/Wechselwirkungselementen 51, 52 als separat vorgesehende und herkömmliche rasterkraftmikroskopische Sondenspitzen ausgebildet ist, ist die Mehrzahl, hier von zwei, Abtast-/Wechselwirkungselementen 51, 52 als ein Paar nadelförmiger Erweiterungen an Flankenbereichen 50f einer herkömmlichen pyramidalen rasterkraftmikroskopischen Sondenspitze 50 ausgebildet.
Jedes der Abtast-/Wechselwirkungselemente 51, 52 sitzt somit an einer der Flanken 50f der herkömmlichen rasterkraftmikroskopischen Sondenspitze 50 und ist dort mit seinem jeweiligen ersten oder proximalen Endbereich 51-1 bzw. 52-1 vorgesehen und fixiert. Die den ersten oder proximalen Endbereichen 51-1- bzw. 52-1 gegenüberliegenden zweiten oder distalen Endbereiche 51-2 bzw. 52-2 bilden die Kontaktbereiche 51s bzw. 52s und die Abtast-/Wechselwirkungsbereiche 40 und können somit direkt in Wechselwirkung mit einer im Betrieb abzutastenden Probe P treten um deren Oberflächentopographie zu ermitteln.
Die Abtast-/Wechselwirkungselemente 51 und 52 der Ausführungsform der Fig. 3 sind zueinander divergierend ausgebildet, wobei die ersten oder proximalen Endbereiche 51-1 und 52-1 in X-Richtung und in Y-Richtung näher zueinander beabstandet sind als die zweiten oder distalen Endbereiche 51-2 bzw. 52-2. Die beiden Abtast-/Wechselwirkungselemente 51, 52 sind im Wesentlichen identisch ausgebildet und erstrecken sich in der Z-Richtung, also der Auslenkrichtung des Federelementbereiches 30 in gleichem Maße.
Fig. 4 zeigt die Anwendung der Ausführungsform der Fig. 3 beim Abtasten einer mit einem Graben G versehenen Probe P, wobei in metrologischer Hinsicht die Grabenweite D im Fußbereich F, das heißt also der Abstand der Grabenwände Pb in der Oberfläche Pa der Probe P zueinander ermittelt werden soll.
Dies geschieht in ähnlicher Art und Weise wie bei der Verwendung der herkömmlichen rasterkraftmikroskopischen Sonde 100, aber mit folgenden Unterschieden. Aufgrund der zueinander divergierenden Anordnung der beiden Abtast-/Wechselwirkungselemente 51 und 52, zum Beispiel in Form von sogenannten Nadelspitzen, wechsel wirken die Flankenbereiche 50f der pyramidalen herkömmlichen Sondenspitze 50 nicht mehr mit den Grabenrändern Pb, so dass im Gegensatz zu Fig. 2 beim Vorgehen gemäß Fig. 4 keine abgeschatteten Dreiecksbereiche mehr vorliegen, weil die Abtast-/Wechselwirkungsbereiche 40 oder die Kontaktbereiche 51s bzw. 52s der Abtast-/Wechselwirkungselemente 51 und 52 direkt am Fußbereich F des Grabens 6 bis an die Wand Pb herangeführt werden können.
In der Fig. 4 ist die durchgezogen gezeichnete Sonde 10 am linken Grabenrand Pb mit der linken Sondenspitze 51 in Anschlag gebracht, während die gestrichelt gezeichnete Darstellung den Anschlag am rechten Grabenrand Pb mit der rechten Sondenspitze 52 zeigt. Es wird deutlich, dass die sich gegenüberstehenden Grabenränder Pb auf der linken bzw. der rechten Seite des Grabens der Probe P durch die unterschiedlichen Nadeln oder Abtast-/Wechselwirkungselemente 51 bzw. 52 abgetastet werden.
Die erfindungsgemäße Sonde für die Rasterkraftmikroskopie wird insbesondere auch für die Verwendung in einem sogenannten Profilometer ausgebildet. Entsprechend ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung auch darin zu sehen, dass ein Profilometer mit einer erfindungsgemäßen Sonde für die Rasterkraftmikroskopie ausgebildet wird. Bezugszeichenliste 10 Sonde
20 Haltebereich
30 Federelementbereich
30a Oberfläche
30a' Oberfläche
31 erster, proximaler Endbereich
32 zweiter, digitaler Endbereich
40 Abtast-/Wechselwirkungsbereich
50 konventionelle Sondenspitze
50f Flankenbereich
51 Abtast-/Wechselwirkungsbereich
51s Kontaktbereich
51-1 proximaler Endbereich
51-2 digitaler Endbereich
52 Abtast-/Wechselwirkungsbereich
52s Kontaktbereich
52-1 proximaler Endbereich
52-2 digitaler Endbereich
100 herkömmliche Sonde
D Breite
δ Abschattungsbereich
F Fußbereich
G Graben, Grabenstruktur
P Probe
Pa Probenoberfläche
Pb Begrenzung, Wand
X erste Richtung
Y dritte Richtung
Z zweite Richtung

Claims

1. Sonde für die Rasterkraftmikroskopie,

- mit einem Haltebereich (20),

- mit einem Federelementbereich (30), welcher mit einem ersten oder proximalen Endbereich (31) am Haltebereich (20) fixiert ausgebildet ist und welcher einen zweiten oder distalen Endbereich (32) aufweist, und

- mit einem Abtast-/Wechselwirkungsbereich (40), welcher im zweiten oder distalen Endbereich (32) des Federelementbereichs (30) ausgebildet ist,

- wobei der Abtast-/Wechselwirkungsbereich (40) eine Mehrzahl Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52) aufweist, welche ausgebildet sind, im Betrieb mit einer abzutastenden Probe (P) wechsel zu wirken oder diese abzutasten.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Abtast-/Wechselwirkungselement (51, 52) jeweils einen Kontaktbereich (51s, 52s) aufweist, insbesondere an einem distalen Endbereich (51-2; 52-2) davon, und

- dass der Kontaktbereich (51s, 52s) jeweils zur unmittelbaren Annäherung an eine im Betrieb abzutastende Probe (P) oder deren Oberfläche (Pa) vorgesehen und ausgebildet ist.

3. Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die distalen Endbereiche (51-2, 52-2) und/oder die Kontaktbereiche (51s, 52s) der Mehrzahl Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52) paarweise zueinander räumlich beabstandet ausgebildet und/oder angeordnet sind, insbesondere durch die Ausgestaltung und/oder Anordnung der Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52) zueinander.

4. Sonde nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52) jeweils einen proximalen Endbereich (51-1, 52-1) aufweisen, welcher insbesondere dem distalen Endbereich (51-2, 52-2) gegenüber liegt, und

- dass der proximale Endbereich (51-1, 52-1) jeweils im Abtast-/Wechselwirkungsbereich (40) des Federelementbereichs (30) am Federelementbereich (30) - mittelbar oder unmittelbar - fixiert ist.

5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die proximalen Endbereiche (51-1, 52-1) paarweise höchstens soweit, vorzugsweise dichter voneinander, räumlich beabstandet ausgebildet und/oder angeordnet sind, wie die jeweiligen distalen Endbereiche (51-2, 52-2) und/oder die Kontaktbereiche (51s, 52s), insbesondere durch die Ausgestaltung und/oder die Anordnung der Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52) zueinander.

6. Sonde nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52) zueinander paarweise divergierend ausgebildet sind.

7. Sonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Federelementbereich (30) von seinem ersten oder proximalen Endbereich (31) zu seinem zweiten oder distalen Endbereich (32) hin im Wesentlichen in einer ersten Richtung (X) erstreckt.

8. Sonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federelementbereich (30) mindestens in eine Hauptauslenkrichtung auslenkbar ausgebildet ist, welche insbesondere übereinstimmt mit einer zur ersten Richtung (X) im Wesentlichen senkrechten zweiten Richtung (Z).

9. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52) paarweise in Bezug auf den Federelementbereich (30) und insbesondere in Bezug auf den Abtast-/Wechselwirkungsbereich (40) in der zweiten Richtung (Z) in etwa gleich erstrecken.

10. Sonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52) im Wesentlichen gleichwirkend oder gleich ausgebildet sind, insbesondere hinsichtlich ihrer mechanischen, geometrischen und/oder materiellen Eigenschaften.

11. Sonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtast-/Wechselwirkungselement (51, 52) jeweils als pyramidenförmige, kegelförmige, zylinderförmige rastersondenmikroskopische Sondenspitze, sich im Wesentlichen linear erstreckend, mit im Wesentlichen gleichförmigen Querschnitt, als Nadelelement oder nadelförmig, als aufgewachsene Struktur, insbesondere durch fokussierte Ionenstrahlen aufgewachsene Struktur, als Nanostruktur, insbesondere als Kohlenstoffnanotube, als Supertip und/oder dergleichen oder als Kombination davon ausgebildet ist.

12. Sonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtast-/Wechselwirkungselement (51, 52) jeweils als Erweiterungsstruktur auf einer konventionellen, insbesondere pyramidenförmigen, kegelförmigen, zylinderförmigen rastersondenmikroskopischen Sondenspitze (50) vorgesehen ist.

13. Sonde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtast-/Wechselwirkungselement (51, 52) an einem Mantelbereich oder Seitenflächenbereich der konventionellen rastersondenmikroskopischen Sondenspitze (50) vorgesehen ist.

14. Sonde nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich Paare von Abtast-/Wechselwirkungselementen (51, 52) diametral an der konventionellen rastersondenmikroskopischen Sondenspitze (50) gegenüberstehen.

15. Sonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, drei oder vier Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52) vorgesehen sind.

16. Sonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche zur Verwendung in einem Profilometer ausgebildet ist.

17. Rasterkraftmikroskop mit mindestens einer Sonde, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonde (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 vorgesehen ist.

18. Profilimeter mit mindestens einer Sonde, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonde (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 vorgesehen ist.

19. Verfahren der Rasterkraftmikroskopie, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonde (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder ein Rasterkraftmikroskop nach Anspruch 16 verwendet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Topographie einer Oberfläche (Pa) eine Probe (P) metrologisch vermessen wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Topographie einer Oberfläche (Pa) einer Probe (P) mit Ausnehmungen, Vertiefungen, Grabenstrukturen (G) und/oder dergleichen vermessen wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (D) der jeweiligen Struktur an deren Fußbereich (F) oder tiefstem Bereich direkt gemessen wird, insbesondere, indem Begrenzungen (Pb) davon mit unterschiedlichen Abtast-/Wechselwirkungselementen (51, 52) ermittelt werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass durch Steuern und/oder Wählen einer Auflagekraft auf die Sonde (10) in Bezug auf die Probe (P) gesteuert wird, welche Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52), insbesondere im Wesentlichen simultan mit der Oberfläche (Pa) der Probe (P) wechselwirken oder diese berühren.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch Steuern und/oder Wählen mindestens eines Kippwinkels der Sonde (10) gegenüber der Oberfläche (Pa) der Probe (P) gesteuert wird, welche Abtast-/Wechselwirkungselemente (51, 52), insbesondere im Wesentlichen simultan mit der Oberfläche (Pa) der Probe (P) wechselwirken oder diese berühren.