DE10339745A1

DE10339745A1 - Verfahren zum Beseitigen einer Verunreinigung von einem Sondenendbereich eines Rastersondengeräts und Rastersondengerät

Info

Publication number: DE10339745A1
Application number: DE10339745A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Rotsch
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: DE10339745B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Beseitigen einer Verunreinigung (19) von einem Sondenendbereich (3) eines Rastersondengeräts sowie einem Rastersondengerät mit einer Vorrichtung zum Beseitigen einer Verunreinigung (19) von einem Sondenendbereich (3) wird der Sondenendbereich durch Aufheizen auf eine Temperatur, bei der sich die Verunreinigung verflüchtigt, oder durch Bestrahlen mit beispielsweise UV-Licht in-situ gereinigt. Der Sondenendbereich kann beispielsweise durch resistives Heizen oder auch durch Bestrahlen mit Laserlicht aufgeheizt werden. Die Erfindung ist insbesondere auf Meßspitzen (2) von Rasterkraftmikroskopen, Rastertunnelmikroskopen, optische oder IR-Nahfeldmikroskope anwendbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beseitigen einer Verunreinigung von einem Sondenendbereich eines Rastersondengeräts sowie ein Rastersondengerät.

Rastersondengeräte weisen üblicherweise eine Sonde auf, mit der die Oberfläche einer zu untersuchenden Probe abgetastet wird. Die Sonde umfaßt einen Sondenendbereich, der mit der Probe in Wechselwirkung tritt, woraus einerseits Informationen über die Oberflächentextur oder die chemisch-physikalischen Eigenschaften der Oberfläche gewonnen werden können, andererseits aber auch die Probenoberfläche gezielt manipuliert werden kann.

Typische Beispiele für Rastersondengeräte sind beispielsweise Oberflächen-Profilometer, Rasterkraftmikroskope, Rastertunnelmikroskope, optische oder IR-Nahfeldmikroskope und weitere. Als Sonde wird in der Regel eine Meßspitze verwendet, deren Endbereich mit der zu untersuchenden Probenoberfläche in Wechselwirkung tritt.

Neben meßtechnischen Anwendungen werden Rastersondengeräte auch als sogenannte Manipulatoren eingesetzt, bei denen die Sonde eine Probenoberfläche bearbeitet.

Bei einigen Rastersondengeräten ist ein physischer Kontakt zwischen Oberfläche und Sonde notwendig, um die gewünschten Meßergebnisse zu erzielen. Dabei tritt das Problem auf, daß die Sondenspitzen, die mit der Oberfläche in Berührung geraten, verschmutzt werden, wodurch die Meßergebnisse verfälscht werden. Tastet man beispielsweise eine mit Photoresistmaterial (Photolackmaterial) beschichtete Photomaske oder einen mit Photoresistmaterial beschichteten Wafer aus der Halbleiter fertigung mit einem Rasterkraftmikroskop ab, so wird die Meßspitze sehr schnell verunreinigt, wodurch das auf einem Bildschirm wiedergegebene Abbild der Oberfläche verschwommen wird. Es können bereits nach kurzer Meßdauer Resistreste oder andere Verunreinigungen an der Spitze hängen bleiben.

Bislang ist es üblich gewesen, die Sondenspitze auszuwechseln, sobald die Ergebnisse der regelmäßigen Kontrollmessungen, die beispielsweise nach jeder Einzelmessung im Photoresistmaterial durchgeführt werden, nicht innerhalb der vorgegebenen Spezifikationen liegen. Dies ist auf mit Photoresistmaterial beschichteten Oberflächen typischerweise schon nach sehr kurzer Einsatzdauer der Fall. Die alte Sondenspitze wird dann verworfen.

Das häufige Auswechseln der Sondenspitze ist einerseits nachteilig, weil dadurch hohe Materialkosten verursacht werden. Der Einbau neuer Sondenspitzen ist darüber hinaus auch sehr zeitaufwändig, da diese neu justiert und charakterisiert werden müssen.

In der US-Patentschrift 6,353,221 B1 wird ein Verfahren zum Reinigen einer Sondenspitze beschrieben, bei dem die Sondenspitze durch Abstreifen auf einem Reinigungsmedium mechanisch gereinigt wird. Dieses Reinigungsverfahren ist allerdings auf mechanisch empfindliche Sondenspitzen, beispielsweise abgeschnittene Glasfaserspitzen, nicht anwendbar, da diese durch den Abstreifvorgang beschädigt werden können. Weiterhin ist bei diesem Reinigungsverfahren eine laterale Verschiebung der Meßspitze erforderlich, um sie zu dem Reinigungsmedium zu bewegen. Nach dem Reinigungsvorgang muß die Meßspitze wieder an die Meßposition über der zu untersuchenden Probe positioniert werden, was ebenfalls zeitaufwändig ist.

Aus der US-Patentschrift 6,433,310 ist eine thermische Schreib-Lesevorrichtung bekannt, bei der beispielsweise die Spitze eines Rasterkraftmikroskops aufgeheizt wird und an ei ner vorgegebener Stelle eines Aufzeichnungsmediums einen Phasenübergang hervorruft.

Ein Rastersondengerät, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann, ist ein sogenanntes Profilometer, beispielsweise ein Surface Name Profiler der Serien SNP-9000 oder SNP-XT der Firma FEI.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Beseitigen einer Verunreinigung von einem Sondenendbereich eines Rastersondengeräts bereitzustellen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Rastersondengerät bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 durch ein Verfahren zur Beseitigung einer Verunreinigung von einem Endbereich einer an einem Trägerelement angebrachten Sonde eines Rastersondengeräts, wobei der Sondenendbereich freiliegt und geeignet ist, mit einer zu bearbeitenden Probe in Wechselwirkung zu treten, gelöst, mit einem Aufheizen des Sondenendbereichs auf eine Temperatur, bei der sich die Verunreinigung verflüchtigt.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8 auch durch Verfahren zur Beseitigung einer Verunreinigung von einem Endbereich einer an einem Trägerelement angebrachten Sonde eines Rastersondengeräts, wobei der Sondenendbereich freiliegt und geeignet ist, mit einer zu bearbeitenden Probe in Wechselwirkung zu treten, gelöst, mit einem Bestrahlen des Sondenendbereichs mit elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, bei der sich die Verunreinigung zersetzt.

Die vorliegende Erfindung stellt gemäß Anspruch 9 ein Rastersondengerät bereit, mit einem Trägerelement, einer an dem Trägerelement angebrachten Sonde mit einem freiliegenden Sondenendbereich, welcher mit einer zu bearbeitenden Probe in Wechselwirkung tritt, einer Bewegungsvorrichtung, die mit dem Trägerelement und/oder einem Probenhalter verbunden ist und eine Relativbewegung zwischen Sonde und zu bearbeitender Probe, die an dem Probenhalter angebracht ist, bewirkt, sowie einer Vorrichtung zur Beseitigung einer Verunreinigung vom Sondenendbereich, wobei die Vorrichtung zur Beseitigung einer Verunreinigung eine Vorrichtung zum Aufheizen der Sonde auf eine Temperatur, bei der sich die Verunreinigung verflüchtigt, und eine Steuerungsvorrichtung, die geeignet ist, den Aufheizvorgang zu beenden, sobald der Reinigungsvorgang beendet ist, umfaßt.

Die Erfindung stellt darüber hinaus gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 18 ein Rastersondengerät mit einem Trägerelement, einer an dem Trägerelement angebrachten Sonde mit einem freiliegenden Sondenendbereich, welcher mit einer zu bearbeitenden Probe in Wechselwirkung tritt, einer Bewegungsvorrichtung, die mit dem Trägerelement und/oder einem Probenhalter verbunden ist und eine Relativbewegung zwischen Sonde und zu bearbeitender Probe, die an dem Probenhalter angebracht ist, bewirkt, sowie einer Vorrichtung zur Beseitigung einer Verunreinigung vom Sondenendbereich, wobei die Vorrichtung zur Beseitigung einer Verunreinigung eine Vorrichtung zum Bestrahlen der Sonde mit elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, bei der sich die Verunreinigung zersetzt, umfaßt.

Die Erfindung sieht vor, daß die Verunreinigung auf dem Sondenendbereich durch Verdampfen und/oder Zersetzen entfernt wird. Dies kann insbesondere durch Aufheizen oder aber auch durch Bestrahlen des Sondenendbereichs mit elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, bei der sich die Verunreinigung zersetzt, beispielsweise mit der Strahlung einer UV-Lampe und insbesondere einer Gasentladungslampe, beispielsweise einer Quecksilberdampflampe realisiert werden.

Die vorliegende Erfindung gibt somit ein Reinigungsverfahren beziehungsweise ein Rastersondengerät an, mit dem die Meßspitze des Rastersondengeräts in-situ, beispielsweise während oder unmittelbar im Anschluß an den Meßvorgang, gereinigt werden kann. Insbesondere kann das Reinigungsverfahren direkt über der Probe durchgeführt werden. Zur Durchführung des Reinigungsverfahrens ist somit keine Verschiebung der Sonde aus dem Meßbereich in x-y-Richtung, also parallel zur Meßebene erforderlich. Bei den herkömmlichen Reinigungsverfahren wird diese Verschiebung beispielsweise zu einem Reinigungsmedium und auch zum Durchführen des Reinigungsverfahrens durchgeführt. Als Folge entfällt bei dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren das aufwändige Positionierungsverfahren der Sonde nach Durchführen des Reinigungsvorgangs.

Darüber hinaus ist die mechanische Beanspruchung der Sonde im Vergleich zu bekannten Verfahren, bei denen die Reinigung durch Abstreifen oder Abbürsten erfolgt, sehr gering. Das Reinigungsverfahren ist somit auch bei mechanisch empfindlichen Sonden, beispielsweise aus abgeschnittenen Glasfasern, einsetzbar.

Dabei kann der Sondenendbereich durch resistives Heizen durch Anlegen einer Spannung aufgeheizt werden. Die Spannung kann beispielsweise zwischen zwei Bereichen des Trägerelements angelegt werden, so daß der Sondenendbereich nicht Teil des entstehenden Stromkreises ist und nur das Trägerelement resistiv aufgeheizt wird. Die Wärme wird dann vom Trägerelment auf die Sonde übertragen. Das ist beispielsweise sinnvoll, wenn die Sonde aus einem elektrisch isolierenden Material aufgebaut ist. Die Spannung kann aber auch derart angelegt werden, daß die Sonde Teil des sich ergebenden Stromkreises wird.

Bei resistiver Aufheizung der Sonde kann die Steuerungsvorrichtung beispielsweise eine Leistungsbegrenzungseinrichtung umfassen, die geeignet ist, die Spannungszufuhr zu unterbre chen, sobald ein vorbestimmter Leistungsgrenzwert erreicht ist.

Der Sondenendbereich kann auch unter Verwendung einer Laserlichtquelle aufgeheizt werden. Dabei kann die Laserlichtquelle derart angeordnet sein, daß das Trägerelement mit dem Laserlicht bestrahlt wird. Beispielsweise kann die Laserlichtquelle auf einer von der Sonde abgewandten Seite des Trägerelements angeordnet sein, und das Laserlicht wird beispielsweise durch eine geeignete Abbildungsoptik auf das Trägerelement fokussiert. Dies ist dahingehend vorteilhaft, daß eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Probenoberfläche ausgeschlossen werden kann. Selbstverständlich kann aber je nach verwendeter Laserquelle auch auf die Abbildungsoptik verzichtet werden.

Die Laserlichtquelle kann auch auf einer beliebigen Seite des Trägerelements angeordnet sein, und ein Lichtleiter, der das Licht der Laserquelle zu der Sonde oder den Sondenendbereich leitet, ist in dem Trägerelement angeordnet. Auch in diesem Fall kann die Laserlichtquelle auf der von der Sonde abgewandten Seite des Trägerelements angeordnet werden, wodurch eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Probenoberfläche ausgeschlossen werden kann.

Die Laserlichtquelle kann aber auch derart angeordnet werden, daß die Sonde oder der Sondenendbereich direkt mit dem Laserlicht bestrahlt wird. In diesem Fall können unerwünschte Strahlungsverluste beim Übergang zwischen den verschiedenen Komponenten vermieden werden.

Wenn der Sondenendbereich durch eine Laserlichtquelle aufgeheizt wird, dann kann die Steuerungsvorrichtung eine Zeitsteuerung umfassen, die den Laserbetrieb unter- oder abbricht, sobald eine vorgegebene Zeitdauer vergangen ist.

Das erfindungsgemäße Rastersondengerät umfaßt vorzugsweise eine Sensoreinrichtung, die geeignet ist, die Wechselwirkung zwischen Sondenendbereich und zu untersuchender Probe zu messen. Mit Hilfe dieser Sensoreinrichtung kann dann insbesondere eine Verunreinigung des Sondenendbereichs nachgewiesen werden.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rastersondengeräts, das eine Vorrichtung zum Bestrahlen der Sonde mit elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, bei der sich die Verunreinigung zersetzt, umfaßt, ist vorzugsweise zusätzlich eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen, die geeignet ist, den Bestrahlungsvorgang zu beenden, sobald der Reinigungsvorgang beendet ist. Diese Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise eine Uhr sein, die nach einer vorbestimmten Zeitdauer den Bestrahlungsvorgang beendet.

Ferner kann zusätzlich ein Lichtleiter, beispielsweise eine Glasfaser, vorgesehen sein, der geeignet ist, die elektromagnetische Strahlung dem Sondenendbereich zuzuführen.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 einen allgemeinen Aufbau eines erfindungsgemäßen Rasterkraftmikroskops;
2 eine seitliche Ansicht der an dem Trägerelement angebrachten Sonde;
3A bis 3C Beispiele für einen Aufbau des Trägerelements;
4A bis 4C die erste bis dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A bis 5C die vierte bis sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
6 die siebente Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt einen allgemeinen Aufbau eines Rasterkraftmikroskops. In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Trägerelement, an dessen freiem Ende eine Sonde 2 angebracht ist. Die Basis der Sonde 2 ist an dem Trägerelement angebracht, während der der Basis gegenüberliegende Sondenendbereich 3 mit der zu untersuchenden Probenoberfläche wechselwirkt.
Der Sondenendbereich 3 kann dabei je nach Anwendungsfall beliebig geformt sein, beispielsweise spitz zulaufend oder auch zylindrisch mit typischen Durchmessern im Bereich von beispielsweise 20 bis 300 nm. Beispiele für typischerweise verwendete Sonden umfassen speziell bearbeitete Glasfasern, insbesondere aus Siliziumdioxid, die spitz zulaufend sind und mit Metall beschichtet sein können, Kohlenstoffspitzen, Siliziumspitzen und zylindrische Kohlenstoff-Nanotubes. Weiterhin können aber auch geeignete Metalle, elektrisch leitende oder halbleitende Materialien oder auch geeignete Isolatoren verwendbare Sondenmaterialien sein. Selbstverständlich können die Sonden auch beispielsweise aus einem Isolator aufgebaut und mit einem Metall oder elektrisch leitenden Material beschichtet sein.
Der Sondenendbereich kann aus demselben Material wie die Sonde oder aber auch aus einem verschiedenen Material gebildet sein. Eine Bewegungsvorrichtung 4 ist mit dem dem freien Ende der Sonde gegenüberliegenden Ende des Trägerelements 1 und/oder einem Probenhalter 5 verbunden und bewirkt eine Relativbewegung zwischen Sonde 2 und zu bearbeitender Probe 6, die an dem Probenhalter 5 angebracht ist.
Üblicherweise ist das Trägerelement 1 als ein Federbalken ausgebildet, und im einfachsten Fall bewirkt die zwischen Sondenendbereich und Probenoberfläche wirkende Kraft eine Auslenkung des Federbalkens 1, die durch die Sensoreinrichtung 7 nachgewiesen wird. Übliche Nachweismechanismen sind dabei Kapazitätsmessungen oder optische Nachweisverfahren mit Laserstrahl.
Ein Computer 8 ist vorgesehen, um die Relativbewegung zwischen Probe 6 und Meßspitze 3 zu steuern und die Meßergebnisse auszuwerten. Im vorliegenden Fall wird die Relativbewegung durch eine rasterförmige Bewegung der Probe 6 in x- und y-Richtung, das heißt parallel zu der Ebene, die durch die Probenoberfläche definiert wird, hervorgerufen, während die Meßspitze ortsfest bleibt und lediglich eine Bewegung in z-Richtung ausführt. Beispielsweise kann die Probe 6 durch einen piezoelektrischen Scanner bewegt werden. Alternativ kann die Probe 6 aber auch ortsfest sein, während die Meßspitze 3 verschoben wird. Das abgetastete Oberflächenprofil wird üblicherweise auf einem Bildschirm 9 dargestellt.
Obwohl hier ein Rasterkraftmikroskop dargestellt ist, ist für den Fachmann offensichtlich, daß das erfindungsgemäße Rastersondengerät auch ein anderes sein kann, beispielsweise ein Rastertunnelmikroskop oder ein optisches Nahfeldmikroskop oder ein Profilometer oder ein anderes. Auch kann der Aufbau des Rastersondengeräts sich von dem dargestellten unterscheiden. Insbesondere sind beliebige Nachweismechanismen zum Nachweis einer Verschiebung des Hebelarms vorstellbar.
Das erfindungsgemäße Rastersondengerät umfaßt darüber hinaus eine Aufheizvorrichtung 11 zum Aufheizen der Sonde auf eine Temperatur, bei der sich die Verunreinigung 19 auf dem Sondenenbereich verflüchtigt, sowie eine Steuerungsvorrichtung 12, die den Aufheizvorgang der Aufheizvorrichtung 11 beendet, sobald sich die Verunreinigung 19 verflüchtigt hat. Die Verunreinigungen 19 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit unter Bezugnahme auf die 5A und 5B veranschaulicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Aufheizvorgang nach Ablauf einer vorbestimmten Benutzungsdauer der Sonde beginnen. Es ist aber auch möglich, daß er beginnt, sobald durch die Sensorvorrichtung 7 eine Veränderung der Wechselwirkung zwischen Sondenendbereich und Probe nachgewiesen wird, die anzeigt, daß der Sondenendbereich verschmutzt ist.
Im einfachsten Fall erkennt man anhand der Unschärfe des auf dem Bildschirm dargestellten Oberflächenbildes, daß der Sondenendbereich verschmutzt ist, und leitet daraufhin den Reinigungsvorgang ein. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, daß eine Verschlechterung des Meßergebnisses automatisch erkannt wird und der Reinigungsvorgang davon abhängig automatisch ohne direkten Eingriff einer Bedienperson eingeleitet wird.
Die Temperatur, auf die der Sondenendbereich aufzuheizen ist, hängt von der Art der zu beseitigenden Verunreinigung 19 ab. Sind die zu erwartenden Verunreinigungen beispielsweise Photoresistreste, so sollte der Sondenendbereich auf Temperaturen höher als 400 °C erhitzt werden.
2 zeigt eine seitliche Ansicht einer beispielhaften Anordnung von Trägerelement 1 und an dem Trägerelement angebrachter Sonde 2, wobei das Trägerelement 1 selbst an einem Hebelarm 20 angebracht ist. Es sind aber auch andere Anordnungen denkbar, insbesondere solche, bei denen die Sonde von unten an das Trägerelement 1, das beispielsweise gleichzeitig den Hebelarm 20 bildet, angebracht ist, wie beispielsweise in den 5A und 5B veranschaulicht ist.
Wenn die Sonde an dem Trägerelement 1 festgeklebt ist, so ist beim Aufheizen der Sonde darauf zu achten, daß die Temperatur derart ausgewählt wird, daß der Kleber bei dieser Temperatur stabil bleibt.
3A zeigt eine beispielhafte Draufsicht der an dem Trägerelement 1 angebrachten Sonde 2. Die Sonde 2 ist dabei zwischen zwei mit einem spitzen Winkel zueinander angeordneten Beinen 1a und 1b des Trägerelements 1 eingespannt. Die Beine 1a, 1b selbst sind mit dem Hebelarm 20 verbunden.
3B zeigt eine weitere Anordnung, bei der das Trägerelement 1 einbeinig ausgestaltet ist.
In 3C ist ein sogenanntes Profilometer der Firma FEI gezeigt. Die Meßspitze 3 ist am Ende einer vorzugsweise aus Silizium bestehenden Wippe 21 angeordnet, welche wiederum zwischen zwei magnetischen Stahlkugeln 22 drehbar gelagert ist. Nicht dargestellt sind noch Platten oberhalb und/oder unterhalb der Wippe vorhanden, so daß gemeinsam mit der Wippe ein Kondensator gebildet wird. Über die Auslenkung der Wippe relativ zu der feststehenden Platte wird dessen Kapazität geändert. Der daraus resultierende Strom-/Spannungsimpuls wird als Meßsignal weiterverarbeitet. Ein Profilometer ist beispielsweise von der Firma FEI unter den Serienbezeichnungen SNT-9000 oder SNT-XT (SNT: Surface Nano Profiler) erhältlich. Bei einem Profilometer der beschriebenen Art ist die Erfindung anwendbar.
Die 4A bis 4C zeigen nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen der Sondenendbereich resistiv, das heißt durch Anlegen einer Spannung aufgeheizt wird.
Bei der gemäß 4A gezeigten ersten Ausführungsform wird zum Durchführen des Reinigungsvorgangs eine elektrische Spannung zwischen dem Trägerelement 1 und einer Gegenelektrode 13 angelegt. Als Folge fließt ein Strom durch die Sonde 2, der eine Aufheizung des Sondenendbereichs 3 bewirkt. Eine Steuerungsvorrichtung 12 ist in diesem Fall vorgesehen, um den Aufheizvorgang zu beenden, sobald die Temperatur erreicht ist, bei der die Verunreinigungen auf dem Sondenendbereich entfernt sind. Die Steuerungsvorrichtung 12, die mit der Spannungsquelle 18 verbunden ist, kann insbesondere eine Leistungsregelungseinrichtung sein, die die von dem Sondenendbereich aufgenommene Leistung und damit die aufgenommene Wärmeenergie regelt.
Der Leistungsgrenzwert, bei dem der Aufheizvorgang abgebrochen wird, kann durch eine geeignete Kalibrierungsmessung vor Durchführung des Reinigungsverfahrens ermittelt werden. Da bei üblicherweise verwendeten Sonden sich deren Endbereich während ihrer Lebensdauer verändert, kann es erforderlich sein, den Leistungsgrenzwert im Laufe der Lebensdauer zu verändern. Wenn sich beispielsweise nach Durchführung eines Reinigungsvorgangs herausstellt, daß der Sondenendbereich noch verschmutzt ist, so muß der Leistungsgrenzwert höher gesetzt werden.
Die in 4A gezeigte Anordnung ist insbesondere für elektrisch leitfähige Sondenmaterialien geeignet. Beispiele für derartige Sondenmaterialien umfassen Metalle, mit Metall beschichtete Isolatoren, Halbleiter und andere elektrisch leitfähige Materialien. Insbesondere können üblicherweise verwendete Sonden, die zusätzlich mit Metall beschichtet sind, verwendet werden. Geeignete Materialien für die Gegenelektrode umfassen in gleicher Weise Metalle, mit Metall beschichtete Isolatoren, Halbleiter und andere elektrisch leitfähige Materialien.
4B zeigt nun eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Sondenendbereich indirekt aufgeheizt wird. Genauer gesagt, wird das Trägerelement durch resistives Heizen aufgeheizt, und darauffolgend wird die Wärme auf den Sondenendbereich übertragen.
Gemäß 4B ist das Trägerelement 1 mit zwei Beinen 1a und 1b ausgestattet. Zum Durchführen des Reinigungsvorgangs wird eine elektrische Spannung jeweils an den Enden der beiden Beine 1a und 1b, an denen die Sonde nicht eingespannt ist, angelegt. Als Folge fließt ein Strom durch das Trägerelement 1, der eine Aufheizung des Trägerelements bewirkt. Die Wärme des Trägerelements geht auf die Sonde 2 und insbesondere den Sondenendbereich 3 über. Eine Steuerungsvorrichtung 12 ist wieder vorgesehen, um den Aufheizvorgang zu beenden, sobald die Temperatur erreicht ist, bei der die Verunreinigungen auf dem Sondenendbereich 3 entfernt sind. Die Steuerungsvorrichtung 12, die mit der Spannungsquelle 18 verbunden ist, kann wieder eine Leistungsregelungseinrichtung sein, die die von dem Trägerelement 3 aufgenommene Leistung und damit die aufgenommene Wärmeenergie regelt.
Der Leistungsgrenzwert, bei der der Aufheizvorgang abgebrochen wird, kann wie bei der ersten Ausführungsform durch eine geeignete Kalibrierung ermittelt werden und gegebenenfalls während dem Einsatz der Sonde modifiziert werden.
Für die in 4B gezeigte Anordnung ist insbesondere wichtig, daß das Sondenmaterial elektrisch isolierend ist und eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Beispiele für derartige Sondenmaterialien umfassen beispielsweise Diamant, Glasfasern sowie Glasfasern mit einem Carbon-Nanotube-Endbereich. Geeignete Materialien für das Trägerelement umfassen leitende Materialien, insbesondere Metalle und ihre Verbindungen, oder aber mit einem leitenden Material beschichtete Isolatoren.
Wie in 4C dargestellt, kann die zweite Ausführungsform kann auch auf ein einbeiniges Trägerelement angewendet werden. In diesem Fall muß ein elektrisch isolierender Bereich 10 zwischen den beiden Zuleitungsbereichen vorgesehen sein. Das in 4C gezeigte Trägerelement kann beispielsweise durch Bedampfen eines isolierenden Trägerelements, beispielsweise aus Glas, an den beiden Außenseiten mit einem leitenden Material, beispielsweise Gold, hergestellt werden.
4D zeigt nun eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der wieder der Sondenendbereich indirekt aufgeheizt wird. Genauer gesagt, wird das Trägerelement durch resistives Heizen aufgeheizt, und darauffolgend wird die Wärme auf den Sondenendbereich übertragen.
Gemäß 4D kann das Trägerelement 1 mit ein oder zwei Beinen ausgestattet sein. Zum Durchführen des Reinigungsvorgangs wird eine elektrische Spannung zwischen dem Ende des Trägerelements, an dem die Sonde angebracht ist, und dem gegenüberliegenden Ende des Trägerelements angelegt.
Als Folge fließt ein Strom durch das Trägerelement 1, der eine Aufheizung des Trägerelements bewirkt. Die Wärme des Trägerelements geht auf die Sonde 2 und insbesondere den Sondenendbereich 3 über. Eine Steuerungsvorrichtung 12 ist wieder vorgesehen, um den Aufheizvorgang zu beenden, sobald die Temperatur erreicht ist, bei der die Verunreinigungen auf dem Sondenendbereich 3 entfernt sind. Die Steuerungsvorrichtung 12, die mit der Spannungsquelle 18 verbunden ist, kann wieder eine Leistungsregelungseinrichtung sein, die die von dem Trägerelement 3 aufgenommene Leistung und damit die aufgenommene Wärmeenergie regelt.
Der Leistungsgrenzwert, bei der der Aufheizvorgang abgebrochen wird, kann wie vorstehend beschrieben durch eine geeignete Kalibrierungsmessung ermittelt und während des Gebrauchs der Sonde verändert werden.
Für die in 4C gezeigte Anordnung ist wieder wichtig, daß das Sondenmaterial elektrisch isolierend ist und eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Beispiele für derartige Sondenmaterialien umfassen wieder Diamant, Glasfasern sowie Glasfasern mit einem Carbon-Nanotube-Endbereich. Geeignete Materialien für das Trägerelement umfassen elektrisch leitende Materialien oder mit einem elektrisch leitenden Material beschichtete Isolatoren.
Gemäß einer vierten, fünften und sechsten Ausführungsform wird die Wärmeenergie mit Hilfe eines Laserstrahls zugeführt. Die Laserlichtquelle kann dabei an beliebiger Stelle angeordnet sein. Es muß jedoch sichergestellt sein, daß der Laserstrahl oder die von ihm abgegebene Wärmeenergie den Sondenendbereich erreicht.
5A zeigt die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Laserlichtquelle 15 oberhalb, das heißt auf der von der Probenoberfläche abgewandten Seite, des Trägerelements angeordnet ist. Bei der in 5A gezeigten Ausführungform wird die Strahlung des Lasers 15 beispielsweise durch eine Abbildungsoptik 14 auf das Trägerelement 1 fokussiert, wodurch das Trägerelement 1 aufgeheizt wird. Die Abbildungsoptik kann jedoch auch entfallen. Die abgegebene Wärmeenergie wird anschließend an die Sonde und den Sondenendbereich abgegeben. Eine Steuerungsvorrichtung 12 regelt die von der Laserlichtquelle abgegebene Energie in ähnlicher Weise wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung eine Zeitsteuerung enthalten, die die Laserlichtquelle nach einer durch Kalibrierung vorbestimmten Zeitdauer abschaltet. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann es gegebenenfalls erforderlich sein, diese Zeitdauer im Laufe des Gebrauchs der Sonde zu verändern.
Bei der vierten Ausführungsform müssen das Material für das Trägerelement und die Laserlichtquelle so ausgewählt werden, daß das Laserlicht von dem Trägerelement gut absorbiert wird und die Wärme gut an die Sonde abgegeben wird. Beispielsweise kann das Trägerelement aus einem Metall hergestellt sein.
5B zeigt die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Laserlichtquelle 15 wiederum oberhalb, das heißt auf der von der Probenoberfläche abgewandten Seite, des Trägerelements 1 angeordnet ist und der Sondenendbereich 3 direkt aufgeheizt wird. Dazu ist in dem Trägerelement oberhalb der Sonde ein Wellenleiter, beispielsweise eine Glasfaser, angeordnet, der das Laserlicht zu der Sonde leitet. Die Sonde sollte in diesem Fall aus einem Material, das das Laserlicht sehr gut absorbiert, hergestellt sein. Es ist aber auch möglich, daß auch die Sonde als Glasfaser mit einem sehr gut absorbierenden Sondenendbereich hergestellt ist.
Auch in diesem Fall ist eine Steuerungsvorrichtung 12 vorgesehen, die die von der Laserlichtquelle 15 abgegebene Energie analog zu der vierten Ausführungsform regelt.
5C zeigt die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Laserlichtquelle 15 seitlich neben dem Sondenendbereich angeordnet ist. Eine Glasfaser 17 ist als Wellenleiter vorgesehen, um das abgegebene Laserlicht zu dem Sondenendbereich 3 zu leiten. Die Glasfaser 17 kann dabei zylindrisch oder aber auch konisch sein, um eine stärkere Bündelung der Energie am Sondenendbereich 13 zu erzielen. Eine Steuerungsvorrichtung 12, die die von der Laserlichtquelle 15 abgegebene Energie analog zu den vorhergehenden Ausführungsformen regelt, ist ebenfalls vorgesehen. In diesem Fall wird die Laserlichtquelle vorzugsweise so ausgewählt, daß ihre Strahlung die zu erwartenden Verunreinigungen des Sondenendbereichs, die beispielsweise Photoresistmaterial sein können, auch zersetzt, so daß der Sondenendbereich besonders wirkungsvoll gereinigt werden kann.
6 zeigt eine siebente Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Sondenendbereich 3 bestrahlt wird, wodurch sich die Verunreinigung zersetzt. Dabei kann der Sondenendbereich insbesondere mit einer UV-Lampe bestrahlt werden.
In 6 ist eine UV-Lampe, beispielsweise eine Quecksilberdampflampe 16 seitlich neben dem Sondenendbereich 3 angeordnet. Eine Glasfaser 17, die das UV-Licht zu dem Sondenendbereich leitet, ist zwischen Quecksilberdampflampe und Sonde nendbereich 3 vorgesehen. Eine Kontrolleinrichtung 12 regelt die von der Quecksilberdampflampe abgegebene Energiemenge. Dies geschieht insbesondere durch eine Zeitsteuerung, die die Spannungzufuhr unterbricht, sobald eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist. Die anwendbaren Zeiten werden durch Kalibrierungsmessungen vor Durchführung des Reinigungsverfahrens ermittelt und nach Bedarf während der Betriebsdauer der Sonde verändert. Typischerweise betragen die Zeiten mindestens eine Minute.
Es sind natürlich auch andere geometrische Anordnungen vorstellbar. Beispielsweise kann die zu bearbeitende Probe vor jedem Reinigungsvorgang zur Seite geschoben werden, und die Quecksilberdampflampe bestrahlt den Sondenendbereich von unten her. Alternativ kann der Sondenendbereich auch von oben bestrahlt werden. In diesem Fall ist jedoch notwendig, daß die Probe abgedeckt wird, wenn sie empfindlich gegenüber UV-Strahlung ist. Dies ist insbesondere bei mit Photolack beschichteten Proben der Fall.

1: Trägerelement
1a, 1b: Beine des Trägerelements
2: Sonde
3: Sondenendbereich
4: Bewegungsvorrichtung
5: Probenhalter
6: Probe
7: Sensor
8: Computer
9: Bildschirm
10: elektrisch isolierender Bereich
11: Aufheizvorrichtung
12: Steuerungsvorrichtung
13: Gegenelektrode
14: Abbildungsoptik
15: Laser
16: Quecksilberdampflampe
17: Glasfaser
18: Spannungsquelle
19: Verunreinigung
20: Hebelarm
21: Wippe
22: Kugel

Claims

Verfahren zur Beseitigung einer Verunreinigung von einem Endbereich (3) einer an einem Trägerelement (1, 1a, 1b) angebrachten Sonde (2) eines Rastersondengeräts, wobei der Sondenendbereich (3) freiliegt und geeignet ist, mit einer zu bearbeitenden Probe (6) in Wechselwirkung zu treten, mit dem Schritt – Aufheizen des Sondenendbereichs (3) auf eine Temperatur, bei der sich die Verunreinigung verflüchtigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufheizens des Sondenendbereichs (3) resistives Heizen durch Anlegen einer Spannung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zwischen zwei Bereichen des Trägerelements (1, 1a, 1b) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung derart angelegt wird, daß die Sonde (2) einen Teil des sich ergebenden Stromkreises bildet.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenendbereich (3) unter Verwendung einer Laserlichtquelle (15) aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (15) derart angeordnet wird, daß das Trägerelement (1) mit dem Laserlicht bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (15) derart angeordnet wird, daß die Sonde (2) oder der Sondenendbereich (3) mit dem Laserlicht bestrahlt wird.
Verfahren zur Beseitigung einer Verunreinigung von einem Endbereich (3) einer an einem Trägerelement (1) angebrachten Sonde (2) eines Rastersondengeräts, wobei der Sondenendbereich (3) freiliegt und geeignet ist, mit einer zu bearbeitenden Probe (6) in Wechselwirkung zu treten, mit dem Schritt – Bestrahlen des Sondenendbereichs (3) mit elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, bei der sich die Verunreinigung zersetzt.
Rastersondengerät mit – einem Trägerelement (1), – einer an dem Trägerelement (1) angebrachten Sonde (2) mit einem freiliegenden Sondenendbereich (3), welcher geeignet ist, mit einer zu bearbeitenden Probe (6) in Wechselwirkung zu treten, – einer Bewegungsvorrichtung (4), die mit dem Trägerelement (1) und/oder einem Probenhalter (5) verbunden ist und eine Relativbewegung zwischen Sonde (2) und zu bearbeitender Probe (6), die an dem Probenhalter (5) angebracht ist, bewirkt, sowie – einer Vorrichtung zur Beseitigung einer Verunreinigung vom Sondenendbereich (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Beseitigung einer Verunreinigung – eine Vorrichtung (11) zum Aufheizen der Sonde auf eine Temperatur, bei der sich die Verunreinigung verflüchtigt, und – eine Steuerungsvorrichtung (12), die geeignet ist, den Aufheizvorgang zu beenden, sobald der Reinigungsvorgang beendet ist, umfaßt.
Rastersondengerät nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Sensoreinrichtung (7), die geeignet ist, die Wechselwirkung zwischen Sondenendbereich (3) und zu bearbeitender Probe (6) zu messen.
Rastersondengerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (11) zum Aufheizen der Sonde (2) eine Spannungsquelle (18) umfaßt, die geeignet ist, die Sonde durch resistives Heizen aufzuheizen.
Rastersondengerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Ausgang und ein zweiter Ausgang der Spannungsquelle (18) jeweils mit Bereichen des Trägerelements elektrisch verbunden sind und daß der Sondenendbereich (3) von dem entstehenden Stromkreis elektrisch isoliert ist.
Rastersondengerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsvorrichtung (12) eine Leistungsbegrenzungseinrichtung umfaßt, die geeignet ist, die Spannungszufuhr zu unterbrechen, sobald ein vorbestimmter Leistungsgrenzwert erreicht ist.
Rastersondengerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Aufheizen der Sonde eine Laserquelle (15) umfaßt.
Rastersondengerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Laserquelle (15) auf einer von der Sonde (2) abgewandten Seite des Trägerelements (1) angeordnet ist und geeignet ist, daß Trägerelement (1) aufzuheizen.
Rastersondengerät nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Lichtleiter (17), der in dem Trägerelement angeordnet ist und geeignet ist, das Licht der Laserquelle (15) zu der Sonde (2) oder den Sondenendbereich (3) zu leiten.
Rastersondengerät nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsvorrichtung (12) eine Zeitsteuerung umfaßt, die geeignet ist, den Laserbetrieb zu unterbrechen, sobald eine vorgegebene Zeitdauer vergangen ist.
Rastersondengerät mit – einem Trägerelement (1), – einer an dem Trägerelement (1) angebrachten Sonde (2) mit einem freiliegenden Sondenendbereich (3), welcher geeignet ist, mit einer zu bearbeitenden Probe (6) in Wechselwirkung zu treten, – einer Bewegungsvorrichtung (4), die mit dem Trägerelement (1) und/oder einem Probenhalter (5) verbunden ist und eine Relativbewegung zwischen Sonde (2) und zu bearbeitender Probe (6), die an dem Probenhalter (5) angebracht ist, bewirkt, sowie – einer Vorrichtung zur Beseitigung einer Verunreinigung vom Sondenendbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Beseitigung einer Verunreinigung eine Vorrichtung (16) zum Bestrahlen des Sondenendbereichs (13) mit elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, bei der sich die Verunreinigung zersetzt, umfaßt.
Rastersondengerät nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Sensoreinrichtung (7), die geeignet ist, die Wechselwirkung zwischen Sondenendbereich (3) und zu untersuchender Probe (6) zu messen.
Rastersondengerät nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch eine Steuerungsvorrichtung (12), die geeignet ist, den Bestrahlungsvorgang zu beenden, sobald der Reinigungsvorgang beendet ist.
Rastersondengerät nach einem der Anspruch 18 bis 20, gekennzeichnet durch einen Lichtleiter (17), der geeignet ist, die elektromagnetische Strahlung dem Sondenendbereich (3) zuzuführen.