EP3548902A1 - Verfahren und vorrichtungen zum verlängern einer zeitspanne bis zum wechseln einer messspitze eines rastersondenmikroskops - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Verlängern einer Zeitspanne bis zum Wechseln einer Messspitze eines Rastersondenmikroskops. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Härten einer Messspitze (120, 127, 130) für ein Rastersondenmikroskop (100) mit dem Schritt: Bearbeiten der Messspitze (120, 127, 130) mit einem Strahl (160) einer Energiestrahlquelle (152), wobei die Energiestrahlquelle (152) Bestandteil eines Rasterelektronenmikroskops (100) ist.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zum Verlängern einer Zeitspanne bis zum Wechseln einer Messspitze eines Rastersondenmikroskops l. Inanspruchnahme der Priorität

Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 223 659.8, die am 29. November 2016 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht wurde. Die deutsche Prioritätsanmeldung wird durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Patentanmeldung.

2. Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Verlängern einer Zeitspanne bis zum Wechseln einer Messspitze eines Rastersondenmikroskops.

3. Stand der Technik

Rastersondenmikroskope tasten mit einer Messspitze eine Probe bzw. deren Oberfläche ab und liefern damit Messdaten zum Erzeugen einer Darstellung 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 wird und der resultierende Tunnelstrom gemessen wird.

Beim Rasterkraftmikroskop (AFM für Atomic Force Microscope oder SFM für Scanning Force Microscope) wird eine Messsonde durch atomare Kräfte der Probenoberfläche, typischerweise attraktive Van-der-Waals-Kräfte und/oder repulsive Kräfte der Austauschwechselwirkung, ausgelenkt. 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. Rastersondenmikroskope können in verschiedenen Betriebsarten eingesetzt werden. Im Kontaktmodus wird die Messspitze auf die Probenoberfläche aufgesetzt und in diesem Zustand über die Probenoberfläche gescannt. Dabei kann der Abstand des SPM über der Probe konstant gehalten werden und die Auslenkung des Cantilevers oder des Federbalkens, der die Messspitze trägt, wird gemessen und zum Abbilden der Oberflä- che benutzt. Es ist auch möglich, die Auslenkung des Cantilevers in einer geschlossenen Regelschleife konstant zu halten, und den Abstand des SPM der Kontur der Probenoberfläche nachzuführen.

In einer zweiten Betriebsart, dem Nicht-Kontakt-Modus, wird die Messspitze in einen definierten Abstand von der Probenoberfläche gebracht und der Cantilever wird zu einer Schwingung angeregt, typischerweise bei oder in der Nähe der Resonanzfrequenz des Cantilevers. Sodann wird die Messspitze über die Oberfläche der Probe gescannt. Da bei dieser Betriebsart die Messspitze nicht in Kontakt mit der Probe kommt, ist deren Abnutzung geringer als im Kontaktmodus. Nachteilig an dieser Betriebsart ist al- lerdings, dass die Messspitze nicht nur die Oberfläche der Probe abtastet, sondern beispielsweise Verunreinigungen und/oder Feuchtigkeitsansammlungen der Probenoberfläche ebenfalls detektiert. Dabei kann die Messspitze verschmutzen. Eine verunreinigte Messspitze detektiert bei nachfolgenden Messungen ein verfälschtes Bild einer Probenoberfläche.

In einer dritten Betriebsart, dem intermittierenden Modus (oder tapping mode™), wird der Cantilever ebenfalls in eine erzwungene Schwingung versetzt und der Abstand zwischen dem SPM und der Probenoberfläche wird so gewählt, dass die Messspitze die Oberfläche der Probe während eines geringen Teils einer Schwingungsperiode erreicht. Aus der durch die Wechselwirkung der Messspitze mit der Probenoberfläche hervorgerufenen Änderung der Frequenz, der Amplitude oder der Phase der erzwungenen Schwingung wird die Kontur der Oberfläche der Probe abgeleitet. Die JP H06-114481 A beschreibt das Abscheiden von Kohlenstoff-haltigen Nanostruk- turen mittels eines Elektronenstrahls auf eine Messsonde eines Cantilevers. Anschließend werden die Nanostrukturen mit Hilfe eines Ionenstrahls geformt, d.h. ihre Dicke wird auf einen vorgegebenen Durchmesser„abgedreht" und eine gewünschte Spitze der Nanostruktur wird unter Einwirkung des Ionenstrahls gebildet.

Die Autoren M. Wendel, H. Lorenz und J. P. Kotthaus beschreiben in dem Artikel „Sharpened electron beam deposited tips for high resolution atomic force microscope lithography and imaging", Appl. Phys. Lett. 67 (28), Dez. 1995, S. 3732-3734, das Her- stellen von Nano-Spitzenanordnungen zum Strukturieren von Photoresist für Lithographiezwecke. Die Nanospitzen werden mit Hilfe eines Elektronenstrahls bei Anwesenheit organischer Moleküle abgeschieden. Anschließend werden die Nanospitzen unter Einwirkung eines Sauerstoff- Plasmas geschärft, indem die äußeren Teile der Spitzen weggeätzt werden. Die Nanospitzen ändern während dieses Prozesses ihre Form von einer konischen in eine nadeiförmige Gestalt.

Die US 2014 / o 110 608 Ai beschreibt ein Verfahren zum Biegen oder Krümmen einer Nanostruktur, ohne dass ein Bewegen der Nanostruktur notwendig ist. Dazu wird die Nanostruktur senkrecht zu ihrer Längsachse mit Ionen bestrahlt. In Abhängigkeit von der kinetischen Energie der eingestrahlten Ionen wird die Nanostruktur in Strahlrichtung oder entgegen der Strahlrichtung gebogen.

Die DE 198 25 404 Ai beschreibt das Abscheiden einer nadeiförmigen Spitze auf einem Substrat eines Cantilevers eines Rastersondenmikroskops. Zur Verbesserung der me- chanischen Stabilität zwischen der nadeiförmigen Spitze und dem Substrat wird, insbesondere der Übergangsbereich zwischen der nadeiförmigen Spitze und dem Substrat durch das Abscheiden eines Beschichtungsfilms auf die nadeiförmige Spitze und/oder das Substrat verstärkt. Die US 2012 / o 159 678 Ai beschreibt das Schärfen einer elektrisch leitfähigen Messspitze in einem Ionenstrahl, wobei an die leitfähige Messsonde ein Potential angelegt wird, das das gleiche Vorzeichen wie der Ionenstrahl aufweist. In dem Artikel„Investigation of fabrication parameters for the electron-beam-induced deposition of contamination tips used in atomic force microscopy" von K. I. Schiffmann in Nanotechnology, 4(1993), S. 163-169 werden die Parameter zum optimierten Abscheiden einer Kohlenstoff-basierten Messspitzen auf der Spitze einer Siliziumnitrid- Pyramide untersucht. Die Messspitze wird mittels eines Elektronenstrahls und dem Restgas einer Vakuumkammer abgeschieden.

Aufgrund der Wechselwirkung mit der Oberfläche einer zu untersuchenden Probe unterliegen die Messspitzen der gängigen SPM Typen einem Abnutzungsprozess und müssen bereits nach einer kurzen Einsatzdauer ausgewechselt werden. Insbesondere in der Halbleiterindustrie müssen schwer zugängliche, sehr feine Strukturen, beispielsweise enge tiefe Gräben, analysiert werden. Dies erfordert häufig den Einsatz von feinen, langen Messspitzen, die im englischen Sprachgebrauch„Whisker-Spitze (whisker tip)" genannt werden. Messspitzen oder Whisker-Spitzen können unter dem Einfluss einer Probe plastisch verformt werden, beim Wechselwirken mit der Probe, und/ oder durch das Handling beschädigt werden oder gar leicht brechen. Abgenutzte oder verformte Messspitzen oder gar gebrochene Messspitzen eines Rastersondenmikroskops verringern zum einen die laterale Ortsauslösung des Messgeräts und verfälschen zum anderen das in einem Detektionsprozess von der untersuchten Probe erzeugte Bild.

Wie bereits oben ausgeführt, erzeugen verschmutzte oder verunreinigte Messspitzen ebenfalls keine wirklichkeitsnahen Bilder der untersuchten Probe. Messspitzen müssen deshalb in regelmäßigen Zeitabständen gereinigt werden. Falls eine Reinigung nicht gelingt oder nicht möglich ist, müssen verunreinigte Messspitzen ebenfalls ersetzt wer- den.

Das Herstellen von Messspitzen für Rastersondenmikroskope ist ein schwieriger und dadurch teurer Prozess. Ferner ist der Austausch einer Messspitze eines SPM ein zeit- aufwändiger und damit ein kostenintensiver Prozess, da das Messgerät während eines Sondenwechsels nicht zum Untersuchen einer Probe eingesetzt werden kann. Dies gilt insbesondere für Rastersondenmikroskope, die unter Vakuumbedingungen arbeiten, da in der Regel das Vakuum zum Sondenwechsel gebrochen werden muss. Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, die es ermöglichen, die Zeitabstände zwischen Sondenwechseln eines Rastersondenmikroskops zu verlängern. 4. Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. In einer Ausführungsform weist ein Verfahren zum Bereitstellen einer Messspitze für ein Rastersondenmikroskop die folgen- den Schritte auf: (a) Bereitstellen zumindest einer ersten und zumindest einer zweiten Messspitze, wobei die erste und die zweite Messspitze so auf einem gemeinsamen Messspitzenträger angeordnet sind, dass nur die erste Messspitze mit einer zu untersuchenden Probe wechselwirkt; und (b) irreversibles Bearbeiten der ersten Messspitze, so dass nach dem irreversiblen Bearbeiten nur die zweite Messspitze mit der zu untersu- chenden Probe wechselwirkt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren setzt zunächst die erste Messspitze zum Analysieren einer Probe ein. Während des Abtastens einer Probe wird die erste Messspitze abgenutzt bzw. die erste Messspitze kann verschmutzen. Deshalb kann die erste Messspitze in periodischen Zeitabständen geschärft und/oder gereinigt, d.h. repariert werden. Die an der ersten Messspitze ausgeführten Reparaturprozesse verlängern deren Lebensdauer deutlich. Allerdings verkürzen die Abnutzung während eines Scan-Vorgangs und die nachfolgenden Reparaturprozesse allmählich die Länge der ersten Messspitze. Dadurch kann es passieren, dass eine zweite auf dem Messspitzenträger angeordnete Messspitze ebenfalls in Wechselwirkung mit der Probe kommen kann. Falls dieser Zustand eintritt, würde die Überlagerung der von den beiden Messspitzen detektierten Wechselwirkungskräfte mit der Probe zu einer falschen Analyse der Probe führen.

Um dies zu verhindern, wird beim Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens die bisher benutzte, abgenutzte, irreparabel verschmutzte und/oder beschädigte erste

Messspitze in einem irreversiblen Bearbeitungsprozess soweit verändert, dass diese bei weiteren Untersuchungen der Probe(n) mit der zweiten Messspitze oder weiteren gemeinsam auf dem Messspitzenträger angeordnete Messspitzen nicht mehr mit der Probe in Wechselwirkung treten kann. Der irreversible Bearbeitungsprozess der abgenutz- ten ersten Messspitze kann innerhalb des Rastersondenmikroskops erfolgen. Dadurch führt bei in einem erfindungsgemäßen Verfahren eine abgenutzte und/oder beschädigte Messspitze nicht mehr automatisch zu einem aufwändigen Wechsel des Messspitzenträgers. Vielmehr ermöglicht ein erfindungsgemäßes Verfahren, das einen Messspitzen- träger einsetzt, auf dem mehrere Messspitzen angeordnet sind, eine Verlängerung der Zeitspanne bis zu einem aufwändigen Wechsel des Messspitzenträgers um einen Faktor der zumindest so groß ist wie die Anzahl der Messspitzen des Messspitzenträgers. Die Stillstandzeit eines Rastersondenmikroskops wird somit drastisch reduziert. Dieser Punkt ist insbesondere für ein Kombinationsgerät, das neben einem Rastersondenmik- roskop auch ein Rasterelektronenmikroskop enthält, von eminenter Wichtigkeit, kann doch ein Sondenwechsel beide Analysewerkzeuge des Kombinationsgeräts blockieren.

Die erste Messspitze verschmutzt beim Detektieren einer Wechselwirkungskraft mit der Probe, da auf Probenoberflächen häufig Partikel adsorbiert sind. Die erste Mess- spitze muss daher in regelmäßigen Zeitabständen gereinigt werden. Falls der Reini- gungsprozess, der innerhalb des SPM ausgeführt wird, misslingt, kann, wie oben ausgeführt, die erste Messspitze in einem irreversiblen Bearbeitungsprozess soweit verändert werden, dass diese beim Untersuchen der Probe mit der zweiten Messspitze den Analy- seprozess nicht stört.

Die zwei oder mehr gemeinsam auf einem Messspitzenträger angeordnete Messspitzen können aus metallischem (beispielsweise Wolfram) oder halbleitendem Material hergestellte Messsonden umfassen, etwa aus Silizium, Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid. In einem Ausführungsbeispiel umfassen die Messspitzen des Messspitzenträgers jedoch Kohlenstoff-basierte lange, feine Messspitzen, die im englischen Sprachraum als „whisker tips" bekannt sind.

In einem Aspekt erfolgt das irreversible Bearbeiten der ersten Messspitze, wenn die zweite Messspitze ebenfalls mit der zu untersuchenden Probe wechselwirkt, und/oder wenn die erste Messspitze eine Verunreinigung aufweist, die mit einem Reinigungspro- zess nicht entfernt werden kann.

Die zweite Messspitze wechselwirkt ebenfalls mit der zu untersuchenden Probe, wenn deren Längendifferenz zur ersten Messspitze kleiner als die Strukturhöhe der zu ver- messenden Probe wird. Falls dies zutrifft, wechselwirken in bestimmten Bereichen der Probe gleichzeitig beide Messspitzen mit der Probe. Bei einer lokalen Erhöhung der Probenoberfläche in Form einer Stufe, deren Höhe der Längendifferenz der beiden Messspitzen entspricht oder größer ist, bilden die beiden Messspitzen die Stufe in Form einer Doppelkante ab. Falls der Abstand der beiden Messspitzen zueinander größer als die Länge und Breite einer zu vermessenden Vertiefung einer Probe ist, wird die Tiefe der Vertiefung als zu gering bestimmt, da die kürzere Messspitze bereits in Wechselwirkung mit der Probenoberfläche tritt, bevor die längere Messspitze den Grund der Vertiefung erreicht.

Ferner kann das Verfahren einen oder mehrere der folgenden Schritte aufweisen: (i) Schärfen der ersten und/oder der zweiten Messspitze; (ii) Reinigen der ersten und/oder der zweiten Messspitze. Eine Degradation der Messspitze durch Abnutzung, plastische Verformung und/ oder durch Verschmutzen ändert die Information, die die Messspitze von der Probe liefert. Durch Schärfen oder Nachschärfen und/oder Reinigen der eingesetzten Messspitze kann diese in einen Zustand gebracht werden, der ihrem Ausgangszustand weitgehend entspricht. Die Bilder, die eine reparierte Messspitze von einer Probe erzeugt, können nicht von den Bildern unterschieden werden, die mit einer neuen Messspitze aufgenommen werden.

Es ist ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens, dass die Prozesse des Schärfens und Reinigens einer Messspitze in dem SPM ausgeführt werden können, ohne dass hierzu die Messspitze aus dem Rastersondenmikroskop ausgebaut werden muss.

Der Schritt des Schärfens und/oder der Schritt des Reinigens kann einmal bis zehnmal, bevorzugt, einmal bis achtmal, mehr bevorzugt einmal bis fünfmal, und am meisten bevorzugt einmal bis dreimal wiederholt werden.

Nach dieser Anzahl von Reparaturzyklen beginnt typischerweise die zweite Messspitze ebenfalls mit einer Probe zu wechselwirken. Es ist ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens, dass die gleichen Prozesse zum Entfernen von Gebrauchsspuren einer Messspitze (d.h. deren Abnutzung und/oder Verschmutzung) während ihrer Einsatzzeit wie zum irreversiblen Bearbeiten der Messspitze am Ende ihrer Lebensdauer durch Ätzen zumindest eines Teils der Messspitze einge- setzt werden können.

Das irreversible Bearbeiten, das Schärfen und/oder das Reinigen können innerhalb des Rastersondenmikroskops erfolgen. Dies ermöglicht die Zeit zwischen zwei Wechseln eines Messspitzenträgers drastisch zu verlängern im Vergleich zu einem Rastersondenmikroskop, dessen Sonden einzelne Messspitzen verwenden.

Die erste Messspitze kann beim Bereitstellen eine größere Länge aufweisen als die zweite Messspitze, und/oder die erste Messspitze kann einen geringeren Durchmesser als die zweite Messspitze aufweisen.

Indem die erste Messspitze eine größere Länge als die zweite Messspitze aufweist, kann sichergestellt werden, dass im Ausgangszustand ausschließlich die erste Messspitze mit einer Probe wechselwirkt. Durch das Ausführen der zweiten Messspitze mit einem größeren Durchmesser als die erste Messspitze wird sichergestellt, dass die zweite Messspitze auch am Ende mehrerer Reinigungs- und/oder Schärfungsschritte der ersten Messspitze noch immer einen Durchmesser aufweist, der für ihren Einsatz zum Untersuchen einer Probe geeignet ist.

Das irreversible Bearbeiten kann eine Länge der ersten Messspitze so verkürzen, dass danach nur die zweite Messspitze mit der zu untersuchenden Probe wechselwirkt.

Damit dies geschieht, verkürzt in einem Ausführungsbeispiel das irreversible Bearbei- ten die vor dem irreversiblen Bearbeiten vorhandene Länge der ersten Messspitze zumindest soweit, dass die Länge der ersten Messspitze nach dem irreversiblen Bearbeiten um die Längendifferenz der ersten und der zweiten Messspitze in ihrem Ausgangszustand geringer ist als die Länge der zweiten Messspitze. Die erste und die zweite Messspitze können säulenförmig ausgebildet sein, und/oder ein freies Ende der ersten und der zweiten Messspitze können gespitzt sein.

Die erste Messspitze kann eine Länge von 300 nm bis 10 μηι, bevorzugt 350 nm bis 8 μηι, mehr bevorzugt 400 nm bis 6 μηι, und am meisten bevorzugt von 450 nm bis 4 μηι aufweisen, und/oder eine Längendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Messsonde kann 10 nm bis 1000 nm, bevorzugt 20 nm bis 800 nm, mehr bevorzugt 30 nm bis 600 nm, und am meisten bevorzugt 40 nm bis 500 nm aufweisen, und/oder die zweite Messsonde kann eine Länge von 100 nm bis 5000 nm, bevorzugt 120 nm bis 4000 nm, mehr bevorzugt 140 nm bis 3000 nm, und am meisten bevorzugt von 150 nm bis 2000 nm aufweisen. Ferner kann die Längendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Messsonde an eine größte Höhendifferenz der zu untersuchenden Probe ange- passt werden. Die erste Messspitze kann einen Durchmesser im Bereich von 5 nm bis 50 nm, bevorzugt 5 nm bis 40 nm, mehr bevorzugt von 5 nm bis 30 nm, und am meisten bevorzugt von 5 nm bis 20 nm aufweisen, und/oder die zweite Säule kann einen Durchmesser im Bereich von 30 nm bis 75 nm, bevorzugt 30 nm bis 65 nm, mehr bevorzugt von 30 nm bis 55 nm, und am meisten bevorzugt von 30 nm bis 45 nm aufweisen, und/oder die erste und zweite Messspitze können einen Abstand von 10 nm bis 1 μηι, 20 nm bis 800 nm, mehr bevorzugt 30 nm bis 600 nm, und am meisten bevorzugt, 40 nm bis 400 nm aufweisen.

Damit eine Messspitze reproduzierbare Daten über eine zu untersuchende Probe liefern kann, sollte der Durchmesser der Messspitze nicht mehr als ein Drittel der kleinsten Strukturbreite der zu untersuchenden Probe betragen.

Ein Rastersondenmikroskop kann aufweisen: (a) zumindest zwei Messspitzen, die gemeinsam auf einem Messspitzenträger angeordnet sind, so dass nur die erste Messspit- ze mit einer zu untersuchenden Probe im Rastersondenmikroskop wechselwirken kann; und (b) eine Bearbeitungsvorrichtung, die ausgebildet ist, durch irreversibles Bearbeiten die erste Messspitze so zu verändern, dass nur die zweite Messspitze mit der zu untersuchenden Probe wechselwirken kann. Eine Bearbeitungsvorrichtung kann eine Energiestrahlquelle und eine Abbildungsvorrichtung für den Energiestrahl sowie einen Vorratsbehälter für ein Ätzgas, ein Gaszuführungssystem und ein Gasflussmengensteuersystem umfassen. Eine Energiestrahlquelle kann eine Quelle für einen Elektronenstrahl umfassen. Ferner kann das Raster- sondenmikroskop eine Plasmaquelle umfassen, die außerhalb einer Reaktionskammer des Rastersondenmikroskops angeordnet ist.

Das Rastersondenmikroskop kann ausgebildet sein, ein Verfahren nach einem der oben genannten Aspekte auszuführen.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das im vorhergehenden Abschnitt beschriebene Problem durch ein Verfahren nach Anspruch l gelöst. In einer Ausführungsform weist ein Verfahren zum Härten einer Messspitze den Schritt auf: Bearbeiten der Messspitze mit einem Strahl einer Energiestrahlungsquelle.

Die Messspitze umfasst typischerweise eine Kohlenstoff-basierte Messspitze, die mittels eines Energiestrahls unter Bereitstellen eines Kohlenstoff-enthaltenden Präkursor- Gases erzeugt wird. Die Behandlung der generierten Messspitze durch Bestrahlen mit einem Energiestrahl, ohne das Einwirken eines Präkursor-Gases, verdichtet das als Messspitze abgeschiedene Material. Das Material der Messspitze wird dadurch härter und widersteht den Wechselwirkungskräften zwischen der Messspitze und der Probe über einen längeren Zeitraum verglichen mit einer Messspitze, die nicht mit einem Energiestrahl behandelt wurde. Die Zeitspanne bis zum Austauschen der Messspitze wird dadurch signifikant verlängert.

Ferner kann ein Krümmen der Spitze der Messspitze aufgrund plastischer Verformung des Materials der Spitze der Messspitze infolge des Kontakts der Messspitze mit der Probenoberfläche deutlich verringert werden. Dadurch wird eine Fehlinterpretation der mit der Messspitze erzeugten Bilder wesentlich reduziert.

Beim Bearbeiten der Messspitze mit dem Strahl der Energiestrahlquelle kann eine Strahlrichtung und eine Längsachse der Spitze der Messspitze einen Winkel von ±io°, bevorzugt ±5°, mehr bevorzugt ±2°, ±1° einschließen. Beim Härten der Messspitze durch den Elektronenstrahl ist es günstig, wenn die Richtung des Elektronenstrahls und die Längsachse der zu härtenden Messspitze den angegebenen Winkel aufweisen.

Vorzugsweise wachsen Kohlenstoff-basierte Messspitzen („whisker tips") in Richtung des einfallenden Energiestrahls. Aus Ausführen des oben beschriebenen Nachbearbeitungsschritts zum Härten der erzeugten Messspitzen erfordert somit nur einen sehr geringen zusätzlichen apparativen Aufwand.

Das Verfahren kann ferner den Schritt aufweisen: Herstellen der Messspitze mittels des Strahls der Energiestrahlquelle und eines Präkursor-Gases unmittelbar vor dem Bearbeiten der Messspitze mit dem Strahl der Energiestrahlquelle.

Das Ausführen des Nachbehandlungsschritts unmittelbar nach dem Herstellen der Messspitze durch den Energiestrahl, der zum Abscheiden der Messspitze eingesetzt wird, minimiert den Justieraufwand für den Härtungsschritt der Messspitze.

Das Bearbeiten der Messspitze mit dem Strahl einer Energiestrahlquelle kann das Rastern des Strahls der Energiestrahlquell über eine Spitze der Messspitze hinweg umfassen.

Eine Energiestrahlquelle kann eine Elektronenstrahlquelle umfassen. Die Energiestrahlquelle kann Bestandteil eines Rasterelektronenmikroskops sein. Der Energiestrahl kann einen Elektronenstrahl umfassen. Ein Elektronenstrahl ist als Energiestrahl bevorzugt, da Elektronen einerseits eine räumlich lokalisierte Deposition von Energie ermöglichen und andererseits nur geringe unerwünschte Nebenwirkungen, beispielsweise in Form von Materialabtrag von der Messspitze, aufweisen. Zudem wird häufig ein Elektronenstrahl zum Abscheiden der Messspitze benötigt und ist damit in der Regel in einem erfindungsgemäßen Raster- sondenmikroskop bereits vorhanden. Es ist ferner denkbar, Ionen, Atome oder Moleküle ebenfalls zum Härten von Messspitzen einzusetzen.

Das Verfahren kann ferner den Schritt aufweisen: Variieren der kinetischen Energie des Elektronenstrahls während des Bearbeitens der Messspitze. Das Variieren der kinetischen Energie des Elektronenstrahls während des Bearbeitens der Messspitze kann das Variieren der kinetischen Energie des Elektronenstrahls während eines Rasterns des Elektronenstrahls über eine Spitze der Messspitze hinweg um- fassen.

Über die Wahl der kinetischen Energie der Elektronen des Elektronenstrahls kann der Ort festgelegt werden, an dem die Elektronen einen Großteil ihrer Energie in der Messspitze deponieren.

Der Elektronenstrahl kann eine Energie im Bereich von 50 eV bis 30 keV, bevorzugt 50 eV bis 20 keV, mehr bevorzugt von 50 eV bis 25 keV, und am meisten bevorzugt von 50 eV bis 6 keV umfassen, und/oder der Elektronenstrahl kann eine Stromstärke von 1 pA bis 100 nA, bevorzugt 5 pA bis 50 nA, mehr bevorzugt 20 pA bis 20 nA, und am meis- ten bevorzugt 100 pA bis 10 nA umfassen, und/ oder der Strahldurchmesser des Elektronenstrahls an der Messspitze kann einen Durchmesser von 1 nm bis 100 nm, bevorzugt 1,5 nm bis 50 nm, mehr bevorzugt 2 nm bis 30 nm, und am meisten bevorzugt 2,5 nm bis 15 nm aufweisen. Eine Verweildauer des Elektronenstrahls kann beim Rastern eine Zeitdauer von 1 ns bis 1 s, bevorzugt, 10 ns bis 200 ms, mehr bevorzugt 10 ns bis 40 ms, und am meisten bevorzugt 15 ns bis 20 ms umfassen, und/oder eine Wiederholzeitdauer kann beim Rastern eine Zeitdauer von 100 ms bis 100 s, bevorzugt, 300 ms bis 70 s, mehr bevorzugt 1 s bis 30 s, und am meisten bevorzugt 2 s bis 10 s umfassen.

Eine von dem Elektronenstrahl gerasterte Fläche kann eine Ausdehnung von 1000 μηι x 1000 μηι, bevorzugt 500 μηι x 500 μβ, mehr bevorzugt 100 μηι x 100 μηι, und am meisten bevorzugt 25 μηι x 25 μηι umfassen. Ein Rastersondenmikroskop kann aufweisen: (a) eine Messspitze mit einer Spitze; (b) einen Messkopf des Rastersondenmikroskops, der ausgebildet ist, die Spitze der Messspitze im Wesentlichen antiparallel zu einer Richtung eines Energiestrahls auszurichten; und (c) eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, den Energiestrahl auf die Spitze der Messspitze zu richten. Der Ausdruck„im Wesentlichen" bedeutet hier wie an anderen Stellen dieser Anmeldung eine Angabe einer Messgröße innerhalb ihrer Fehlertoleranzen, wenn die Messgröße mit Messgeräten gemäß dem Stand der Technik gemessen wird.

Das Rastersondenmikroskop kann ausgebildet sein, ein Verfahren nach einem der oben diskutierten Aspekte durchzuführen.

Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das im vorhergehenden Abschnitt beschriebene Problem durch ein Verfahren nach Anspruch 21 gelöst. In einer Ausführungsform weist ein Verfahren Reinigen einer Messsonde und/oder zum Schärfen, Dünnen und/oder Reinigen einer Messspitze innerhalb eines Rastersondenmikroskops die folgenden Schritte auf: (a) Erzeugen eines Plasmas außerhalb des Rastersondenmikroskops; und (b) Bereitstellen des extern erzeugten Plasmas am Ort der Messsonde innerhalb des Rastersondenmikroskops zum Reinigen der Messsonde und/oder Bereitstellen des extern erzeugten Plasmas am Ort der Messspitze innerhalb des Rastersondenmikroskops zum Schärfen, Dünnen und/oder Reinigen der Messspitze. Ein Plasma enthält teilweise geladene Komponenten, dies sind normalerweise Ionen und Elektronen. Die geladenen Teilchen weisen typischerweise eine große kinetische Energie auf und rekombinieren schnell. Am Ort des Erzeugens enthält ein Niederdruckplasma einen bestimmten Anteil geladener Teilchen, die auf eine Probe, beispielsweise eine Messsonde oder eine empfindliche Messspitze nachteilige Auswirkun- gen haben können. Die geladenen Teilchen führen zum einen zu einer signifikanten Erwärmung der Probe und zum anderen kann eine empfindliche Probe, wie etwa eine Messspitze durch die Sputter- Wirkung der geladenen Teilchen des Plasmas, insbesondere durch die Ionen des Plasmas geschädigt oder gar zerstört werden. In jedem Fall wird ein bestimmter Anteil der Ionen in die Probe eingebaut, was in einer Änderung der Probenoberfläche resultiert.

Neben geladenen Teilchen werden beim Erzeugen eines Plasmas auch Radikale erzeugt. Die Radiale eines Plasmas gehen überwiegend durch den langsamen Prozess der Deaktivierung verloren. Die Zusammensetzung des Plasmas am Ort seiner Erzeugung kann nur sehr schwer kontrolliert werden. Das externe Erzeugen eines Plasmas eröffnet einen zusätzlichen Freiheitsgrad in der Einstellung der Zusammensetzung des Plasmas, das einer Mess- sonde bzw. einer Messspitze oder den Messspitzen eines Messspitzenträgers ausgesetzt wird. Durch die räumliche Trennung von Plasmaquelle und zu bearbeitender Probe, d.h. beispielsweise einer Messspitze, kann das Verhältnis von Erwärmen der Probe, physikalischem Sputtern durch die geladenen Komponenten des Plasmas und einem chemischen Ätzen, das vorzugsweise durch die Radikale des Plasmas induziert wird, eingestellt werden. Damit kann ein Bearbeitungsprozess zum Schärfen, Dünnen und/oder Reinigen einer Messspitze an deren Zusammensetzung und Konfiguration angepasst werden. Durch kontrolliertes Beseitigen der Gebrauchsspuren einer Messspitze in einem Rastersondenmikroskop wird es möglich, eine Messspitze wieder soweit herzustellen, dass diese Messdaten wie eine neue, unbenutzte Messspitze liefert.

Das Bereitstellen des extern erzeugten Plasmas kann umfassen: Leiten des extern erzeugten Plasmas an den Ort der Messsonde bzw. der Messspitze des Rastersondenmikroskops. Zu diesem Zweck verbindet ein Leitungssystem oder ein Rohrleitungssystem einen

Ausgang einer Plasmaquelle mit einer Reaktionskammer des Rastersondenmikroskops.

Zudem kann das Verfahren den Schritt aufweisen: Einstellen eines Anteils geladener Teilchen des extern erzeugten Plasmas am Ort der Messsonde bzw. der Messspitze durch eine Differenz eines Drucks am Ort der Messsonde bzw. der Messspitze und eines Quellendrucks einer Plasmaquelle, eines Abstands zwischen der Messsonde bzw. der Messspitze und der Plasmaquelle, und/oder eines Querschnitts eines Leitungssystems zwischen der Plasmaquelle und dem Rastersondenmikroskop. Der räumliche Abstand zwischen der Messsonde bzw. der Messspitze und der Plasmaquelle, die Druckdifferenz zwischen diesen Orten und die Geometrie des Rohrleitungssystems, das die Plasmaquelle und das Rastersondenmikroskop verbindet, sind wichtige Parameter zum Bestimmen der Zeitdauer des Transports der Teilchen des Plasmas von der Quelle zur Messsonde bzw. Messspitze. Diese Parameter haben demzufolge entscheidenden Einfluss auf die Zusammensetzung des Plasmas am Ort der Messsonde bzw. der Messspitze.

Ein Quellendruck einer Plasmaquelle kann einen Bereich von 0,05 Pa bis 250 Pa um- fassen. Ein Druck am Ort der Messsonde bzw. der Messspitze vor Aktivieren der Plasmaquelle kann einen Bereich von 1 Pa bis 10 ⁷ Pa, bevorzugt 0,2 Pa bis 10 ⁶ Pa, mehr bevorzugt von 10 ¹ Pa bis 10 ⁵ Pa, und am meisten bevorzugt von 10 ² bis 10 ⁴ Pa umfassen. Ein Abstand zwischen der Messsonde bzw. der Messspitze und einem Ausgang der Plasmaquelle kann 1 cm bis 10 m, bevorzugt 2 cm bis 5 m, mehr bevorzugt 5 cm bis 2 m, und am meisten bevorzugt 10 cm bis 1 m umfassen. Ein Querschnitt eines Rohrleitungssystems kann eine Fläche von 1 mm² bis 100 cm², bevorzugt 1 cm² bis 80 cm², mehr bevorzug 10 cm² bis 60 cm², und am meisten bevorzugt 20 cm² bis 40 cm² umfassen. Einerseits ist günstig, einen möglichst geringen Querschnitt für das Rohrleitungssystem zu wählen, die dadurch die Konzentration der Radikale am Ort der Messspitze steigt. Andererseits erhöht ein geringer Rohrquerschnitt die Wechselwirkung der Radikale untereinander und mit den Wänden des Rohres und verringert dadurch die Konzentration während des Transports von der Plasmaquelle zur Messspitze. Es ist deshalb nötig, für jedes Plasma einen Kompromiss zwischen diesen beiden gegenläufigen Trends zu finden.

In einem Aspekt ist der Anteil geladener Teilchen des extern erzeugten Plasmas am Ort der Messsonde bzw. der Messspitze im Wesentlichen Null.

In diesem Fall bewirken ausschließlich die noch von dem Plasmaerzeugungsprozess vorhandenen Radikale ein Ätzen der Messsonde bzw. der Messspitze. Die noch vorhandenen Radikale des Plasmas entfalten keine Sputter- Wirkung. Eine Beschädigung der Messsonde bzw. der Messspitze unterbleibt weitestgehend.

Das extern erzeugte Plasma kann am Ort der Messsonde bzw. der Messspitze Sauerstoff-Radikale, Hydroxl-Radikale, Stickstoffmonoxid- Radikale und/oder Distickstof- foxid- Radikale umfassen. Unter Radikalen sind in der vorliegenden Anmeldung Atome oder Moleküle zu verstehen, die mindestens ein ungepaartes Valenzelektron aufweisen. Das extern erzeugte Plasma kann während einer Zeitdauer von l Sekunde bis 100 Minuten, bevorzugt 5 Sekunden bis 50 Minuten, mehr bevorzugt 20 Sekunden bis 20 Minuten, und am meisten bevorzugt 30 Sekunden bis 10 Minuten am Ort der Messspitze einwirken.

Die Messspitze ist typischerweise Kohlenstoff-basiert. Das Schärfen, Dünnen und/oder Reinigen der Messspitze kann einmal bis zehnmal, bevorzugt, einmal bis achtmal, mehr bevorzugt einmal bis sechsmal, und am meisten bevorzugt zweimal bis fünfmal wieder- holt werden.

Ein Rastersondenmikroskop kann aufweisen: (a) eine Messsonde, eine Messspitze und/oder einen Messspitzenträger mit zumindest zwei Messspitzen; (b) eine Plasmaquelle, die ausgebildet ist, ein Plasma zu erzeugen, und die außerhalb des Rasterson- denmikroskops angeordnet ist; und (c) ein Leitungssystem, das ausgebildet ist, das von der Plasmaquelle erzeugte Plasma in das Rastersondenmikroskop zu leiten.

Das Rastersondenmikroskop kann ferner ein Pumpensystem aufweisen, das ausgebildet ist, einen vorgegebenen Unterdruck am Ort der Messsonde, der Messspitze und/oder des Messspitzenträgers zu erzeugen.

Der Begriff„Unterdruck" bezeichnet in der vorliegenden Anmeldung eine absolute Druckangabe mit einem Zahlenwert der geringer ist als der Atmosphärendruck bei Normalbedingungen.

Das Rastersondenmikroskop kann zudem eine Steuereinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, die Plasmaquelle zu steuern.

Das Rastersondenmikroskop kann ausgebildet sein, ein Verfahren nach einem der oben diskutierten Aspekte durchzuführen.

Schließlich kann ein Computerprogramm Anweisungen umfassen, die, wenn sie von einem Computersystem eines der oben beschriebenen Rastersondenmikroskope ausge- führt werden, das Rastersondenmikroskop veranlassen, die Verfahrensschritte der obigen Aspekte auszuführen.

5. Beschreibung der Zeichnungen

In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einige wichtige Komponenten eines Ras- tersondenmikroskops wiedergibt, das beispielhafte Bearbeitungsvorrichtungen zum Härten einer Messspitze, und/oder zum irreversiblen Bearbeiten, und/oder zum Schärfen, Reinigen und/oder Dünnen einer Messspitze und/oder zum Reinigen einer Messsonde umfasst; Fig. 2 im oberen Teil schematisch eine Sonde darstellt, die eine Messsonde umfasst, im mittleren Teil schematisch eine Sonde präsentiert, die eine Messspitze umfasst und im unteren Teil ein schematisches Beispiel eines Messspitzenträgers mit einer ersten und vier zweiten Messspitzen veranschaulicht; Fig. 3 im linken Teilbild eine an einer Messsonde angebrachte Messspitze darstellt, die noch nicht benutzt wurde und im rechten Teilbild die Kombination aus Messsonde und Messspitze des linken Teilbildes präsentiert, nachdem die Messspitze zum Scannen einer Probe eingesetzt wurde; Fig. 4 eine Aufsicht einer Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer Messsonde mit darauf abgeschiedener Messspitze zeigt; eine Seitenansicht einer Rasterelektronenmikros-Aufnahme einer Messsonde mit darauf abgeschiedener unbenutzter Messspitze darstellt, wobei die Messspitze durch Elektronenbestrahlung gehärtet wurde;

Fig. 6 die Kombination aus Messsonde und Messspitze der Fig. 5 zeigt, nachdem eine Probe mit der gehärteten Messspitze analysiert wurde; Fig. 7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Härten einer Messspitze mit Hilfe eines Strahls einer Energiestrahlquelle wiedergibt;

Fig. 8 im Teilbild a eine unbenutzte Messspitze zeigt, im Teilbild b eine abgenutzte Messspitze wiedergibt, im Teilbild c eine verunreinigte Messspitze darstellt und im Teilbild d eine durch einen Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozess reparierte Messspitze zeigt;

Fig. 9 im Teilbild a eine unbenutzte Messsonde zeigt, im Teilbild b eine abgenutzte Messsonde wiedergibt, im Teilbild c eine verunreinigte Messsonde veranschaulicht und im Teilbild d eine durch einen Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozess reparierte Messspitze darstellt;

Fig. 10 die Messspitze des Teilbildes c der Fig. 9 nach einer Reinigung durch ein ex- tern des Rastersondenmikroskops erzeugtes Plasma präsentiert;

Fig. 11 im Teilbild a den gespitzten Teil einer unbenutzten Messspitze zeigt, im Teilbild b eine abgenutzte Spitze des gespitzten Teils wiedergibt, im Teilbild c einen isotropen Materialabtrag des gespitzten Teils des Teilbildes b durch die Ätzwirkung eines Plasmas veranschaulicht und im Teilbild d den reparierten gespitzten Teil der Messspitze des Teilbildes b. präsentiert, wobei die Reparatur durch die Einwirkung eines Plasma durchgeführt wurde, das im Wesentlichen einen isotropen Ätzprozess bewirkt; Fig. 12 im Teilbild a eine unbenutzte Messspitze zeigt, im Teilbild b eine abgenutzte Messspitze wiedergibt, im Teilbild c eine verunreinigte Messspitze veranschaulicht und im Teilbild d eine durch einen Plasma-Ätzprozess reparierte Messspitze repräsentiert; Fig. 13 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Reinigen einer Messsonde oder zum Schärfen, Reinigen und/oder Dünnen einer Messspitze mit Hilfe eines Plasmas wiedergibt; Fig. 14 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung eines Messspitzenträgers angibt, der eine erste Messspitze und n zweite Messspitzen aufweist;

Fig. 15 den Messspitzenträger der Fig. 14 darstellt, nachdem dessen erste Messspitze zum Untersuchen einer Probe eingesetzt wurde;

Fig. 16 den Messspitzenträger der Fig. 15 zeigt, nachdem dessen erste Messspitze durch die Einwirkung eines Plasmas repariert wurde;

Fig. 17 den Messspitzenträger der Fig. 14 präsentiert, nachdem die erste Messsonde durch Gebrauch und durch mehrmaliges Reparieren soweit verändert wurde, dass neben der ersten Messspitze auch die erste zweite Messspitze mit der Probe in Wechselwirkung tritt; Fig. 18 den Messspitzenträger der Fig. 17 repräsentiert, nachdem die erste Messspitze durch irreversibles bearbeiten soweit verändert wurde, dass nur noch die erste zweite Messspitze mit der Probe wechselwirkt;

Fig. 19 den Messspitzenträger der Fig. 14 zeigt, bei dem durch Benutzung und wie- derholte Reparaturprozesse nur noch die letzte oder die n-te zweite Messspitze einsatzbereit ist; und

Fig. 20 ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Bereitstellen einer Messspitze auf Basis eines Messspitzenträgers für ein Rastersondenmikroskop wiedergibt.

6. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Im Folgenden werden derzeit bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verfahren zum Verlängern des Zeitabstands zwischen zwei Sondenwechseln eines Rastersondenmikroskops am Beispiel eines Rasterkraftmikroskops oder AFMs (atomic force microscope) genauer erläutert. Die erfindungsgemäßen Verfahren sind jedoch nicht auf die im Folgenden diskutierten Beispiele beschränkt. Vielmehr können diese für beliebige Rastersondenmikroskope eingesetzt werden, deren Kraftsensor eine Wechselwirkung zwischen einer Probe und einer Messspitze eines Rastersondenmikroskops detek- tieren kann, wodurch die Messspitze einer Abnutzung, einer plastischen Verformung und/oder einer Verschmutzung unterliegt.

Zunächst wird ein Rastersondenmikroskop (SPM) beschrieben, das verschiedene Kom- ponenten enthält, die es ermöglichen, die Zeitdauer des Einsatzes einer Messspitze zu verlängern. Die Fig. l zeigt einen schematischen Schnitt durch einige wichtige Komponenten eines Rastersondenmikroskops 100. In dem in der Fig. l dargestellten Beispiel ist das Rastersondenmikroskop 100 ein Rasterkraftmikroskop oder ein Atomkraftmikroskop (AFM). Die nachfolgend beschriebenen Verfahren können beispielsweise jedoch auch in einem Rastertunnelmikroskop eingesetzt werden.

In das Rastersondenmikroskop ιοο ist ein Messkopf 102 eingebaut. Der Messkopf 102 umfasst eine Haltevorrichtung 105. Mittels der Haltevorrichtung 105 ist der Messkopf 102 am Rahmen des SPM 100 befestigt (in der Fig. 1 nicht gezeigt). Die Haltevorrich- tung 105 kann um ihre Längsachse, die in horizontaler Richtung verläuft, gedreht werden (in der Fig. 1 ebenfalls nicht gezeigt). An der Haltevorrichtung 105 des Messkopfes 102 ist ein Piezo-Aktuator 107 angebracht, der eine Bewegung des freien Endes des Piezo-Aktuators 107 in drei Raumrichtungen ermöglicht (in der Fig. 1 nicht dargestellt). Am freien Ende des Piezo-Aktuators 107 ist ein Biegebalken 110 befestigt, der im Fol- genden, wie im Fachgebiet üblich, Cantilever 110 genannt wird.

Wie im oberen Teil in der Fig. 2 schematisch vergrößert dargestellt ist, weist der Cantilever 110 eine Halteplatte 112 zum Befestigen an dem Piezo-Aktuator 107 auf. Das der Halteplatte 112 entgegengesetzte Ende des Cantilevers 110 trägt eine Messsonde 115. Die Messsonde 115 kann eine pyramidenförmige Form aufweisen.

Der Cantilever 110 und die Messsonde 115 können einstückig ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Cantilever 110 und die Messsonde 115 aus einem Metall, wie etwa Wolfram, Kobalt, Iridium, einer Metalllegierung oder aus einem Halbleiter, wie etwa Silizium oder Siliziumnitrid gefertigt werden. Es ist auch möglich, den Cantilever 110 und die Messsonde 115 als zwei getrennte Komponenten zu fertigen und anschließend miteinander zu verbinden. Dies kann beispielsweise durch Kleben erfolgen. Wie im mittleren Teilbild der Fig. 2 dargestellt ist, ist auf die Spitze 116 einer Messsonde 117, die eine andere Form als die Messsonde 115 aufweisen kann, zusätzlich eine feine lange Messspitze 120, die im Folgenden dem englischen Sprachgebrauch folgend auch Whisker-Spitze 120 (whisker tip) genannt wird, abgeschieden. Vorzugsweise geschieht dies durch Bereitstellen eines Kohlenstoff-enthaltenden Präkursor-Gases und Richten eines Elektronenstrahls die Messsonde 117 entlang der Längsachse 118 der Messsonde 117. Die Messspitze 120 wächst dann entgegen der Strahlrichtung des Elektronenstrahls. In dem bereits im einleitenden Teil zitierte Artikel„Investigation of fabri- cation parameters of the electron-beam-induced deposition of contamination tips used in atomic force microscopy" beschreibt der Autor K. I. Schiffmann detailliert das Abscheiden von langen säulenartigen Messspitzen 120 auf Kohlenstoffbasis.

Die im Folgenden erläuterten Verfahren zum Verlängern der Einsatzdauer von Messspitzen 120 des Rastersondenmikroskops beziehen überwiegend auf Whisker-Spitzen 120. Wie nachfolgend erläutert wird, können die beschriebenen Verfahren jedoch auch zum Reinigen herkömmlicher Messsonden 115 eingesetzt werden. Anders als in der Fig. 2 dargestellt, muss eine Messspitze 120 nicht auf einer Messsonde 115, 117 abgeschieden werden, vielmehr kann eine Messspitze 120 auf Kohlenstoffbasis auch direkt auf einem Cantilever 110 abgeschieden werden.

Anstelle einer einzigen Messspitze 120 kann an dem Cantilever 110 ein Messspitzenträger 125 angebracht werden, der zwei oder mehr Messspitzen aufweist. Im unteren Teil der Fig. 2 ist schematisch und stark vergrößert ein Schnitt durch einen Messspitzenträger 125 dargestellt, der fünf Messspitzen aufweist, eine erste Messspitze 127 und vier zweite Messspitzen 130. Die Messspitzen 127 und 130 können auf einem Messspitzenträger 125 in einer beliebigen Konfiguration angeordnet werden. Neben der in der Fig. 2 dargestellten linearen Konfiguration können die Messspitzen 127, 130 beispielsweise auch kreisförmig angeordnet werden. Zudem ist es möglich, die Messspitzen 127, 130 in einem zweidimensionalen Feld anzuordnen.

Die Messspitzen 127 und 130 können, wie im unteren Teilbild der Fig. 2 dargestellt, direkt auf einem Messspitzenträger 125 aufgewachsen werden. Es ist jedoch auch möglich, die Messspitzen 127 und 130 auf Messsonden, beispielsweise auf der Spitze einer Pyramide, die als Messsonde 115 dient, abzuscheiden (in der Fig. 2 nicht dargestellt). Auf dem Messspitzenträger 125 können neben den Messspitzen 127 und 130 auch eine oder mehrere Messsonden 115 und 117 angebracht sein.

Die Kombination aus einem Cantilever 110 und einer Messsonde 115, einem Cantilever 110 und einer Messspitze 120 oder einem Cantilever 110 und einem Messspitzenträger 125 wird nachfolgend Sonde 122 genannt. Bei einem Wechsel einer Messsonde 115, einer Messspitze 120 oder einem Messspitzenträger 125 wird immer die entsprechende Sonde 122 ausgetauscht. Mit Bezug auf die Fig. 1 wird eine zu untersuchende Probe 132 auf einem Probentisch 135 fixiert. Dies kann beispielsweise durch Auflegen der Probe 132 auf Auflagepunkte des Probentisches 135 in einer Vakuum- oder Hochvakuumumgebung oder durch eine elektrostatische Wechselwirkung zwischen dem Probentisch 135 und einer elektrisch leitfähigen Rückseite der Probe 132 erfolgen.

Die Probe 132 kann eine beliebige mikrostrukturierte Komponente oder Bauteil sein. Beispielsweise kann die Probe 132 eine transmissive oder eine reflektive Photomaske und/oder ein Template für die Nanoimprint-Technik umfassen. Ferner kann das SPM 100 zum Untersuchen beispielsweise einer integrierten Schaltung, eines mikroelektro- mechanischen Systems (MEMS) und/oder einer photonischen integrierten Schaltung eingesetzt werden.

Wie in der Fig. 1 durch Pfeile symbolisiert, kann der Probentisch 135 durch ein Positionierungssystem 137 in drei Raumrichtungen relativ zum Messkopf 102 des AFM 100 bewegt werden. Im Beispiel der Fig. 1 ist das Positionierungssystem 137 in Form mehrerer Mikromanipulatoren ausgeführt. Eine alternative Ausführungsform des Positionierungssystems 137 könnten Piezo-Aktuatoren sein. Das Positionierungssystem 137 wird durch Signale einer Steuereinrichtung 185 kontrolliert. In einer alternativen Ausführungsform bewegt die Steuereinrichtung 185 nicht den Probentisch 135, sondern die Haltevorrichtung 105 des Messkopfes 102 des AFM 100. Es ist ferner möglich, dass die Steuereinrichtung 185 eine grobe Positionierung der Probe 132 in der Höhe (z- Richtung) ausführt und der Piezo-Aktuator 107 des Messkopfes 102 eine präzise Höheneinstellung des AFM 100 vornimmt. Die Steuereinrichtung 185 kann Teil eines Computersystems 187 des Rastersondenmikroskops 100 sein. Alternativ oder zusätzlich kann in einer weiteren Ausführungsform die Relativbewegung zwischen der Probe 132 und der Messsonde 115 bzw. der Messspitze 120 zwischen dem Positionierungssystem 137 und dem Piezo-Aktuator 107 aufgeteilt werden. Bei- spielsweise führt das Positionierungssystem 137 die Bewegung der Probe 132 in der

Probenebene (xy- Ebene) aus und der Piezo-Aktuator 107 ermöglicht die Bewegung der Messspitze 120 oder allgemein der Sonde 122 in Richtung der Probennormalen (z- Richtung). Das beispielhafte Rastersondenmikroskop 100 der Fig. 1 enthält ein modifiziertes Rasterelektronenmikroskop (SEM für Scanning Electron Microscope) 150. Eine Elektronenkanone 152 erzeugt einen Elektronenstrahl 160, der von den in der Säule 155 angeordneten Abbildungselementen, die in der Fig. 1 nicht dargestellt sind, als fokussierter Elektronenstrahl 160 an der Stelle 162 auf die Probe 132 gerichtet wird, die auf einem Probentisch 135 (oder Stage) angeordnet ist. Die Abbildungselemente der Säule 155 des SEM 160 können ferner den Elektronenstrahl 160 über die Probe 132 rastern oder scannen.

Die aus dem Elektronenstrahl 160 rückgestreuten Elektronen und die von dem Elekt- ronenstrahl 160 erzeugten Sekundärelektronen werden von dem Detektor 163 registriert. Ein Detektor 163, der in der in der Elektronensäule 155 angeordnet ist, wird als „in lens detector" bezeichnet. Der Detektor 163 kann in verschiedenen Ausführungsformen in die Säule 155 installiert werden. Der Detektor 163 wird von der Steuereinrichtung 185 gesteuert. Ferner empfängt die Steuereinrichtung 185 des SPM 100 die Messdaten des Detektors 163. Die Steuereinrichtung 185 kann aus den Messdaten und/oder den Daten des Messkopfes 102 Bilder erzeugen, die auf einem Monitor 190 dargestellt werden.

Alternativ oder zusätzlich kann das Rastersondenmikroskop 150 einen Detektor 165 für rückgestreute Elektronen oder für Sekundärelektronen aufweisen, der außerhalb der

Elektronensäule 155 angeordnet ist. Der Detektor 165 wird ebenfalls von der Steuereinrichtung 185 gesteuert. Neben dem Abbilden der Probe 132 kann der Elektronenstrahl 160 auch zum Abbilden der Messsonde 115 und der Messspitze 120, 127, 130 eingesetzt werden. Zum Abbilden der Messsonde 115 bzw. der Messspitze 120, 127, 130 weist der Probentisch 135 keine Probe auf, damit die Messsonde 115 bzw. die Messspitze 120, 127, 130 an die Stelle 162 gebracht werden können. Bei Bedarf wird der Probentisch 135 zusätzlich in z-Richtung abgesenkt. Zum Analysieren der Messsonde 115 bzw. der Messspitze 120, 127, 130 wird der Messkopf 102 des SPM 100 um die Längsachse der Haltevorrichtung 105 des Messkopfes 102 gedreht. Die Drehung kann auf einen beliebigen Winkel zwischen o° und 360⁰ eingestellt werden. Das Drehen des Messkopfes 102 kann von der Steuereinrich- tung 185 des SPM 100 gesteuert werden.

Neben dem Analysieren der Messspitze 120, 127, 130 kann der Elektronenstrahl 160 des SEM 150 auch zum Härten der Messspitze 120, 127, 130 eingesetzt werden. Die Fig. 3 zeigt im linken Teilbild eine Messsonde 317 mit aufgewachsener Kohlenstoff-basierter Messspitze 320 gemäß dem Stand der Technik. Die Messspitze 320 ist nicht an der Spitze 116 der Messsonde 317 abgeschieden. Das rechte Teilbild der Fig. 3 zeigt die Messspitze 320 der Messsonde 317 nach einem Scannen der Messspitze 320 über die Probe 132. Das Kohlenstoff-basierte Material der Messspitze 320 ist weich und unterliegt dadurch einer schnellen Abnutzung. Im rechten Teilbild der Fig. 3 ist die Länge der Messspitze 320 bereits soweit verringert worden, dass die Spitze 116 der Messsonde 317 und die Spitze 320 gleichzeitig mit einer zu untersuchenden Probe 132 in Wechselwirkung treten können. Die abgenutzte Messspitze 320 weist im Vergleich zur unbenutzten Messspitze 320 des linken Teilbildes der Fig. 3 einen deutlich verringerten Krümmungsradius auf, was die kleinstmögliche Fläche in der Wechselwirkungszone mit einer Probe vergrößert. Die Ortsauflösung der Messspitze 320 wird dadurch deutlich verringert. Überdies besteht - wie bereits angesprochen - die Gefahr, dass neben der Messspitze 320 auch die Spitze 116 der Messsonde 317 mit der Probe 132 wechselwirkt. Dadurch können die mittels eines Scans erzeugten Daten unbrauchbar werden. Überdies gesteht die Gefahr, dass eine empfindliche Probe 132 durch die Spitze 116 der Messsonde 317 beschädigt werden könnte. Zudem kann aufgrund der nicht eindeutigen Wechselwirkung zwischen der Messsonde 317 und der Probe 132, die Auswertung der Messdaten erschwert werden. Die Fig. 4 veranschaulicht, das Scannen des Elektronenstrahls 160 des SEM 150 über eine Messspitze 120 und die Umgebung der Messspitze 120. Das Quadrat 410 repräsentiert einen vergrößerten Ausschnitt der Messsonde 117 und der Messspitze 120. Durch das Rastern des Elektronenstrahls über die Messspitze 120 soll das weiche Kohlenstoff- basierte Material der Messspitze 120, 127, 130 verdichtet werden und dadurch härter gemacht werden. In dem in der Fig. 4 dargestellten Beispiel beträgt der Scan-Bereich des Elektronenstrahls 160, der die Messspitze 120, 127, 130 umfasst, eine Fläche von etwa 250 nm x 250 nm. Die Elektronen des Elektronenstrahls 160 weisen eine kinetische Energie von 5 keV auf. Der Elektronenstrahl 160 war an der Stelle 162 auf einen Fleck mit einem Durchmesser von 1 nm fokussiert. Die Verweilzeitdauer des Elektronenstrahls 160 an einer Stelle und die Wiederholzeitdauer betrugen in dem in der Fig. 4 dargestellten Beispiel 100 μηι und 5 ms. Der gesamte Bestrahlungsvorgang des Scan- Bereichs 410 dauerte 5 Minuten. Das SEM 150 wird von der Steuereinrichtung 185 gesteuert bzw. geregelt. Die hier angegebenen Zahlenwerte können über einen größeren Bereich geändert werden, ohne die durch die Bestrahlung bewirkte Verdichtung der Messspitze 120, 127, 130 wesentlich zu ändern. Beispielsweise kann das Material der Messspitze 120, 127, 130 mit einer kinetischen Energie der Elektronen im Bereich von 20 bis 50 keV verdichtet werden. Der Prozess des Verdichtens endet, wenn die erzeugte Messspitze 120, 127, 130 die Struktur des entsprechenden Kristallgitters aufweist. Eine größere Dichte kann das Material der Messspitze 120, 127, 130 nicht erreichen.

Bei langen Messspitzen 120 ist es günstig, den Fokus und/oder die Energie des Elektronenstrahls 160 beim Scannen über die Messspitze 120 an die lokale Höhe der Messspitze 120 anzupassen, um die Energiedeposition an die gewünschten Stellen innerhalb der Messspitze 120, 127, 130 zu bringen.

Die Fig. 5 zeigt ein Bild der Messspitze 120 nach dem Bestrahlen mit dem Elektronenstrahl 160 zum Härten der Messspitze 120. Die in der Fig. 5 dargestellte Messsonde 117 und die Messspitze 120 wurden nach dem Bestrahlungsvorgang mit Hilfe des Elektro- nenstrahls 160 des SEM 150 analysiert.

Die Fig. 6 zeigt eine Aufnahme der Messspitze 120 und eines Teils der Messsonde 117 nach Ausführen eines Scans in dem Messkopf 102 des AFM 100. Die Bearbeitungszeit der Messspitze 120 der Fig. 5 war vergleichbar mit der Bearbeitungszeit der in der Fig. 3 dargestellten Messspitze 120. Wie aus der Fig. 6 klar zu entnehmen ist, weist die gehärtete Messspitze 120 der Fig. 6 im Wesentlichen keine Abnutzung auf. Lediglich an der Spitze der Messspitze zeigt sich eine geringfügige Verschmutzung 650. Der Vergleich der Figuren 5 und 6 erbringt somit den Nachweis, dass durch das Bearbeiten einer Kohlenstoff-basierten Messspitze 120 oder Whisker-Spitze 120 das Material der Messspitze 120 verdichtet und damit härter gemacht werden kann, so dass eine mit einem Elektronenstrahl 160 nachbehandelte Messspitze 120 eine deutlich längere Bearbeitungszeit ermöglicht als eine nicht mit einem Elektronenstrahl gehärtete Messspitze 120.

Die auf die Messspitze 120 eingestrahlten Elektronen des Elektronenstrahls 160 geben ihre Energie im Wesentlichen in Wechselwirkung mit den Elektronen der Atome der Messspitze 120 ab. In diesem Prozess können die Elektronen der Atome der Messspitze 120 angeregt werden, so dass interatomare Bindungen zwischen den Atomen der Mess- spitze 120 aufbrechen können, um sich anschließend neu zu formieren. Bei der Neubildung einer Verbindung wird typischerweise eine energetisch günstigere Konfiguration der Anordnung der Atome der Messspitze 120 entstehen, welche dichter und stabiler als die Ausgangskonfiguration ist. Beispielsweise weist die energetisch günstigste Struktur einer Messspitze 120 aus Kohlenstoff ein Kristallgitter in Form einer Diamant- struktur auf.

Das Härten einer Messspitze durch eine Bestrahlung mit Elektronen ist in den Figuren

4 bis 6 am Beispiel einer Whisker-Spitze 120 illustriert. Wie den Figuren 5 und 6 im Vergleich zu der Fig. 3 zu entnehmen ist, liefert das Härten von Whisker-Spitzen 120 mit dem Elektronenstrahl 160 eindrucksvolle Ergebnisse. Es ist jedoch auch denkbar, herkömmliche Messsonden 115 mit Hilfe eines Elektronenstrahls 160 zu verdichten und dadurch zu härten. Wie oben ausgeführt, ist ein Verdichtungsprozess möglich, solange das Kristallgitter oder Teile des Kristallgitters einer herkömmlichen Messsonde 115 noch nicht die dichteste Packung der Atome des jeweiligen Kristallgitters aufwei- sen.

In dem in den Figuren 4 bis 6 angegebenen Beispiel ist das Härten vom Messspitzen 120, 127, 130 mit Hilfe eines Elektronenstrahls 160 ausgeführt worden. Dies ist vorteilhaft, da das SPM 100 ein SEM 150 zum Analysieren einer Probe 132 beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, zum Härten einer Messspitze 120, 127, 130 einen Ionenstrahl, einen Atomstrahl, einen Molekülstrahl und/oder einen Photonenstrahl einzusetzen.

Die Fig. 7 präsentiert ein Flussdiagramm 700 zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens. Das Verfahren beginnt bei 710. Die ersten drei Schritte 720, 730 und 740 sind optional, deren Umrandung ist deshalb in der Fig. 7 punktiert dargestellt. Bei Schritt 720 wird die Position einer Messspitze, 120, 127, 130 ermittelt. Dies kann mit Hilfe des Strahls einer Energiestrahlquelle, beispielsweise einer Elektronenquelle oder einer Ionenquelle ausgeführt werden, die später zum Rastern des Strahls über die Messspitze zum Härten der Messspitze 120, 127, 130 benutzt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Position einer Messspitze 120, 127, 130 mit Hilfe eines anderen Messgeräts ermittelt werden. Es ist auch möglich, die Position einer Messspitze 120, 127, 130 aus einem Speicher der Steuereinrichtung 185 abzurufen. Sodann wird bei Schritt 730 die Spitze 123 der Messspitze 120, 127, 130 durch den Messkopf 102 des SPM 100 antipa- rallel zu der Richtung des Strahls 160 der Energiestrahlquelle 152 ausgerichtet. Bei Schritt 740 werden die Parameter des Strahls der Energiestrahlquelle 152 eingestellt. Dieser Schritt wird vorzugsweise von der Steuereinrichtung 185 ausgeführt. In einer alternativen Ausführung können die Parameter des Strahls 160 der Energiestrahlquelle 152 manuell eingestellt werden. Bei Schritt 750 wird der Strahl 160 der Energiestrahl- quelle 152 über die Messspitze 120, 127, 130 sowie vorzugsweise eine Umgebung 420 der Messspitze 120, 127, 130 gerastert. Das Verfahren endet bei Schritt 760.

Wieder mit Bezug zur Fig. 1 kann der Elektronenstrahl 160 des SEM 150 neben dem Analysieren der Probe 132, einer Messsonde 115 bzw. einer Messspitze 120, 127, 130 und dem Härten einer Messspitze 120, 127, 130 auch zum Bearbeiten von Defekten einer Probe 132 benutzt werden. Um die auf dem Probentisch 135 angeordnete Probe 132 zu bearbeiten, d.h. deren Defekte zu reparieren, weist das Rastersondenmikroskop 100 zumindest zwei Vorratsbehälter 167 und 172 für zwei verschiedene Bearbeitungsgase auf. Der erste Vorratsbehälter 167 speichert ein erstes Präkursor-Gas, insbesondere ein erstes Kohlenstoff enthaltendes Präkursor-Gas. Im ersten Vorratsbehälter 167 kann beispielsweise ein Metallcarbonyl gespeichert werden, etwa Chromhexacarbonyl oder ein Hauptgruppenelement-Alkoxid gespeichert werden, wie etwa TEOS. Mit Hilfe des im ersten Vorratsbehälter 167 gespeicherten Präkursor-Gases kann fehlendes Material, beispielsweise fehlendes Absorber-Material einer Photomaske auf der Probe 132 abgeschieden werden.

Der zweite Vorratsbehälter 172 speichert ein Ätzgas, das das Ausführen eines Elektro- nenstrahl-induzierten Ätzprozesses möglich macht. Mit Hilfe eines Elektronenstrahl- induzierten Ätzprozesses kann überschüssiges Material von der Probe 132 entfernt werden. Ein Ätzgas kann beispielsweise Xenondifluorid (XeF₂), Chlor (Cl₂), Sauerstoff (0₂), Ozon (0₃), Wasserdampf (H₂0), Wasserstoffperoxid (H₂0₂), Distickstoffmonoxid (N₂0), Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (N0₂), Salpetersäure (HN0₃) Ammo- niak (NH3) oder Schwefelhexafluorid (SFe) umfassen.

Jeder der Vorratsbehälter 167 und 172 hat sein eigenes Steuerventil 168 und 173, um den pro Zeiteinheit bereitgestellten Betrag des entsprechenden Gases, d.h. den Gasmengenstrom an der Stelle 162 des Auftreffens des Elektronenstrahls 160 auf die Probe 132 oder auf dem Cantilever 122 bzw. Messsonde 115, 120, 127, 130 zu kontrollieren bzw. zu steuern. Die Steuerventile 168 und 173 werden durch die Steuerungseinrichtung 185 gesteuert und kontrolliert. Damit lassen sich die Partialdruckverhältnisse der am Bearbeitungsort 162 bzw. 116 zum Abscheiden einer Messspitze 120, 127, 130 bereitgestellten Gase in einem weiten Bereich einstellen.

Ferner hat in dem beispielhaften Rastersondenmikroskop 100 der Fig. 1 jeder Vorratsbehälter 167, 172 sein eigenes Gaszuleitungssystem 169 und 174, das mit einer Düse 170, 175 in der Nähe des Auftreffpunkts 162 des Elektronenstrahls 160 auf die Probe 132 bzw. auf die Messsonde 115, 120, 127, 130 endet.

In dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel sind die Ventile 168 und 173 in der Nähe der entsprechenden Behälter 167 und 172 angeordnet. In einer alternativen Anordnung können die Steuerventile, 168 und 173 in der Nähe der entsprechenden Düsen eingebaut werden (in der Fig. 1 nicht gezeigt). Anders als in der Fig. 1 dargestellt und gegen - wärtig nicht bevorzugt, ist es auch möglich, ein oder mehrere der in den Behältern 167 und 172 gespeicherten Gase ungerichtet im unteren Teil der Vakuumkammer 140 oder der Reaktionskammer 145 des SPM 100 bereitzustellen. In diesem Fall ist es günstig, wenn das Rastersondenmikroskop 100 eine Blende (in der Fig. 1 nicht dargestellt) zwischen dem unteren Reaktionsraum 145 und dem oberen Teil 147 des SPM 100, der die Säule 155 des SEM 150 enthält, die den fokussierten Elektronenstrahl 160 bereitstellt, einzubauen, um einen zu geringen Unterdruck im dem Teil 147 des SPM 100 zu verhindern. Die Vorratsbehälter 167 und 172 können ihr eigenes Temperatureinstellelement und /oder Kontrollelement haben, die sowohl ein Kühlen wie auch ein Heizen der entsprechenden Vorratsbehälter 167 und 172 ermöglichen. Dies ermöglicht das Speichern und insbesondere das Bereitstellen des bzw. der Kohlenstoff enthaltenden Präkursor-Gase und/oder des bzw. der Ätzgase bei der jeweils optimalen Temperatur (in der Fig. 1 nicht gezeigt). Darüber hinaus können die Zuführungssysteme 169 und 174 ihre eigenen

Temperatureinstellelemente und/oder Temperaturkontroll elemente umfassen, um alle Bearbeitungsgase bei ihrer optimalen Bearbeitungstemperatur an dem Auftreffpunkt 162 des Elektronenstrahls 160 auf der Probe 132 bzw. der Messsonde 115 oder der Messspitze 120, 127, 130 bereitzustellen (in der Fig. 1 ebenfalls nicht angegeben). Die Steuerungseinrichtung 185 kann die Temperatureinstellelemente und die Temperaturkontrollelemente sowohl der Vorratsbehälter 167, 172 als auch der Gaszuleitungssysteme 169, 174 steuern.

Das in der Fig. 1 dargestellte Rastersondenmikroskop 100 kann unter Umgebungsbe- dingungen oder in einer Vakuumkammer 140 betrieben werden. Für das Ausführen der nachfolgend erläuterten Verfahren ist ein Unterdruck in der Vakuumkammer 140 bezogen auf den Umgebungsdruck notwendig. Zu diesem Zweck weist das SPM 100 der Fig. 1 ein Pumpensystem 142 zum Erzeugen und zum Aufrechterhalten eines in der Vakuumkammer 140 geforderten Unterdrucks auf. Bei geschlossenen Steuerventilen 168 und 173 wird in der Vakuumkammer 140 des SPM 100 ein Restgasdruck < 10 ⁴ Pa erreicht. Das Pumpensystem 142 kann separate Pumpensysteme für den oberen Teil des Rastersondenmikroskops 100 zum Bereitstellen des Elektronenstrahls 160 und des unteren Teils 145 bzw. des Reaktionsraumes 145 umfassen (in der Fig. 1 nicht gezeigt). Ferner kann das SPM 100 in der Nähe des Bearbeitungspunktes 162 des Elektronen- Strahls 160 eine Absaugvorrichtung umfassen, um eine definierte lokale Druckbedingung an der Oberfläche Probe 132 bzw. am Ort der Messsonde 115 bzw. der Messspitze 120, 127, 130 zu definieren (in der Fig. 1 nicht dargestellt). Der Einsatz einer zusätzlichen Absaugvorrichtung kann zu einem großen Teil verhindern, dass ein oder mehrere volatile Reaktionsprodukte des einen oder der mehreren Kohlenstoff enthaltenden Prä- kursor-Gase, die nicht zum lokalen Abscheiden des Deponats auf der Probe 132 bzw. der Messsonde 115, 120, 127, 130 gebraucht werden, sich auf der Probe 132, dem Cantilever 110 der Sonde 122 bzw. der Messsonde 115, 120, 127, 130 oder in der Vakuumkammer 140 abscheiden.

Zudem kann die Absaugvorrichtung verhindern, dass Partikel, die in einem Ätzprozess entstehen, auf der Probe 132, dem Cantilever 110 der Sonde 122 deponiert werden oder in der Vakuumkammer 140 des SPM 100 verteilt werden. Die Funktion(en) des bzw. der Pumpensysteme 142 und der zusätzlichen Absaugvorrichtung können ebenfalls von der Steuervorrichtung 185 gesteuert und/oder überwacht werden.

Das Rastersondenmikroskop 100 der Fig. 1 weist durch den fokussierbaren Elektronenstrahl 160 und ein in dem Vorratsbehälter 167 speicherbares Kohlenstoff enthaltendes Präkursor-Gas die Möglichkeit auf, eine Messspitze 120, 127, 130 auf einen Cantilever 110, einen Messspitzenträger 125 oder einer Unterlage des Cantilevers 110 oder des Messspitzenträgers 125 abzuscheiden. Dazu wird der Messkopf 102 des SPM 100 um 180⁰ um eine horizontale Achse bezogen auf die Analyseposition des Messkopfes 102 gedreht und an den Auftreffort 162 des Elektronenstrahls 160 auf die Probe 132 gebracht, wobei eine Probe 132 beim Abscheiden einer Kohlenstoff-basierten Messspitze 120 nicht im Reaktionsraum 145 des SPM 100 vorhanden ist. In einer alternativen, derzeit bevorzugten Ausführungsform werden die Messspitzen 120, 127, 130 in einer separaten Anlage außerhalb des SPM 100 hergestellt. Die Messspitzen 120, 127, 130 werden in dem Rastersondenmikroskop 100 gereinigt und/oder nachgeschärft.

Die Fig. 8 zeigt im Teilbild a eine Kohlenstoff-basierte Messspitze 120, die eine Spitze 123 aufweist. Die Messspitze 120 kann direkt auf dem Cantilever 110, der Messsonde 117 oder dem Messspitzenträger 125 abgeschieden werden. Mit der Messspitze 120 wurde noch keine Probe 132 analysiert. Das Teilbild b präsentiert die Messspitze 120 nach einem Einsatz zum Untersuchen einer Probe 132. Bei der gebrauchten Messspitze 820 weist die Spitze 810 deutliche Gebrauchsspuren auf, die in einer sichtbaren Abnutzung verglichen mit der ursprünglichen Spitze 122 resultieren. Das Teilbild c zeigt ebenfalls eine gebrauchte Messspitze 840. Die Spitze 835 der Messspitze 840 wurde durch die Wechselwirkung mit einer Probe 132 nur leicht abgerundet und damit wenig abgenutzt. Aber an der Spitze 835 der Messspitze 840 hat sich ein Partikel 830 abge- setzt. Der Partikel 830 ändert die Messdaten der Messspitze 850 bezogen auf die neue Messspitze 120 des Teilbildes a. Es ist jedoch auch möglich, dass die Spitze einer benutzten Messspitze 820, 840 sowohl eine abgenutzte Spitze 810 als auch verschmutzt ist (in der Fig. 8 nicht dargestellt).

Mit dem Elektronenstrahl 160 des SEM 150 und einem Ätzgas, das in dem Vorratsbehälter 172 gespeichert ist, können die Beschädigungen der Messspitzen 820 und 840 der Teilbilder b und c durch einen lokalen Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozess repariert werden. Das Teilbild d stellt die reparierte Messspitze 860 dar. Die Kontur der Spitze 850 der reparierten Messspitze 860 weist im Wesentlichen die Kontur der Spitze 123 der neuen, d.h. nicht gebrauchten Messspitze 120 auf. Die reparierte Messspitze 860 liefert somit im Wesentlichen die gleichen Messdaten wie die neue Messspitze 120. Der einzige Unterschied der beiden Messspitzen 120 und 860 ist die geringfügig geringere Länge der reparierten Messspitze 860.

Im Kontext der Fig. 8 wurde ein Elektronenstrahl-induzierter Ätzprozess zum Reparieren einer Kohlenstoff-basierten Messspitze 120 erläutert. Die Fig. 9 veranschaulicht, dass das SEM 150 des SPM 100 auch zum Reparieren konventioneller Messsonden 115 eingesetzt werden kann. Das Teilbild a der Fig. 9 zeigt schematisch und stark vergrö- ßert einen Schnitt durch eine neue Messsonde 115 und deren Spitze 116. Das Teilbild b der Fig. 9 präsentiert eine gebrauchte Messsonde 920, deren Spitze 910 durch die Wechselwirkung mit einer Probe 132 abgenutzt wurde. Das Auflösungsvermögen der gebrauchten Messsonde 920 ist schlechter als das der Messsonde 115. Das Teilbild c zeigt die gebrauchte Messsonde 940. Deren Spitze 935 zeigt nur geringe Gebrauchsspu- ren. Allerdings hat sich ein Partikel 930 auf die Spitze 935 abgesetzt, der die Bilddaten der von der Messsonde 940 gelieferten Bilder verschlechtert.

Das Teilbild d der Fig. 9 präsentiert die reparierte Messsonde 960. Mit Hilfe des Elektronenstrahls 160 des SEM 150 und eines in dem Vorratsbehälter 172 gespeicherten Ätzgases wurde eine Kontur der Spitze 950 der reparierten Messsonde 960 erzeugt, die der Kontur der Spitze 116 der neuen Messsonde 120 im Wesentlichen entspricht. Der einzige Unterschied der Messsonden 115 und 960 ist die geringfügig kleinere Länge der reparierten Messsonde 960. Wieder mit Bezug auf die Fig. l umfasst das Rastersondenmikroskop 100 eine Plasmaquelle 180, die über ein Leitungssystem 182 oder ein Rohrleitungssystem 182 an die Reaktionskammer 145 des SPMs 100 angeflanscht ist. Die beispielhafte Plasmaquelle 180 der Fig. 1 erzeugt ein Plasma durch induktive Anregung. Es gibt viele technische Möglichkeiten ein Plasma zu erzeugen, wie etwa eine Anregung durch eine Gleichspannung, durch eine kapazitive elektrische Anregung, durch Mikrowellen oder Laserstrahlung. Die Art der Plasmaanregung ist für die nachfolgende Anregung nicht wichtig. Ein Plasma kann als ein Zustand eines Gases beschrieben werden, in dem geladene Teilchen, d.h. Ionen und Elektronen, angeregte Teilchen, d.h. Radikale und häufig auch Atome bzw. Moleküle in ihrem Grundzustand nebeneinander existieren. Die Wechselwirkung der Plasmateilchen mit der Oberfläche einer Probe in Form eines Festkörpers erzeugt drei grundlegende Effekte: (I) die Probe wird durch die Bestrahlung mit den schnellen Elektronen des Plasmas erwärmt; (II) die hochenergetischen Ionen eines Plasmas üben eine Sputter- Wirkung auf die Oberfläche einer Probe aus; und (III) die Radikale des Plasmas Ätzen die Oberfläche einer Probe (vgl. J.T. Grant, S.D. Walck, F. J. Scheltens, und A.A. Voevodin:„Surface science aspects of contamination in TEM sample preparation", in: Specimen Preparation for Transmission Electron Microscopy of Materials-IV, Edit: R.M. Anderson und S.D. Walck, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 480 (1997), S. 49-71). Die Kombination der drei Wechselwirkungen von Plasmateilchen mit einer Probe erzeugt große Materialabtragraten an der dem Plasma ausgesetzten Probe. Die Einwirkung der geladenen Teilchen, die eine hohe kinetische Energie aufweisen, kann jedoch eine empfindliche Probe schädigen oder gar zerstören. Zudem verändert der Einbau von Ionen eines Plasmas die Oberfläche einer Probe bis zu einer Tiefe von einigen Nanometern.

Ionen und Elektronen in dem Plasma gehen durch Rekombination innerhalb des Plasmas oder an den Wänden der Plasmakammer der Plasmaquelle 180 verloren. Die Rekombinationsvorgänge laufen auf einer kurzen Zeitskala ab (im Bereich von 10 ⁸ s bis lo ¹⁰ s). Die angeregten Partikel eines Plasmas, d.h. die Radikale gehen durch Abgabe ihrer Anregungsenergie in ihren Grundzustand über. Diese Deaktivierungsvorgänge laufen auf einer längeren Zeitskala ab (im Bereich von 10 ² s bis 10 ⁴ s).

Aufgrund der oben beschriebenen Wechselwirkungen mit einer Probe werden Plasmen häufig zum Reinigen von Oberflächen eingesetzt. Ein Plasma kann somit zum Reinigen der durch Gebrauch verunreinigten Messsonde 940 eingesetzt werden. Um die nachteiligen Effekte der geladenen Teilchen auf die Messsonde 940 und insbesondere auf die empfindliche Messspitze 840 zu vermeiden, werden die verunreinigte Messsonde 940 und die verunreinigte Messspitze 840 dem Plasma nicht an dessen Entstehungsort, ausgesetzt. Vielmehr wird das von der Plasmaquelle 180 erzeugte Plasma über das

Rohrleitungssystem 182 in den Reaktionsraum 145 des SPM 100 geleitet. Auf dem Weg vom Ausgang der Plasmaquelle 180 bis an den Ort 162, an der sich die die Messsonde 940 oder Messspitze 840 befindet, verändert sich die Zusammensetzung des Plasmas. Über die Länge der Distanz zwischen dem Ausgang der Plasmaquelle 180 und dem Ort 162, über die Druckdifferenz zwischen diesen beiden Positionen, sowie über den Durchmesser des Rohrleitungssystems 182 kann die Zusammensetzung des Plasmas am Ort 162 eingestellt werden. In dem Beispiel der Fig. 1 weist das Rohrleitungssystem 182 ein rundes Rohr mit einer Länge von 1 cm und einen Durchmesser von 0,5 cm auf. Die Distanz zwischen dem Einlassstutzen der Reaktionskammer 145 und dem Ort 162 beträgt im Beispiel der Fig. 1 etwa 40 cm. Am Ort 162 herrscht vor dem Einschalten der Plasmaquelle 180 ein Druck von 10 ² Pa bis 10 ⁴ Pa.

In dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel überbrückt das Rohrleitungssystem 182 nur den Abstand zwischen der Plasmaquelle 180 und der Wand der Reaktionskammer 145 des SPM 100. Es ist auch möglich, das Rohrleitungssystem bis in die Nähe des Ortes 162 zu führen, um das Plasma an der Stelle der Messsonde 940 oder der Messspitze 840 zu konzentrieren. Dabei kann das Rohrleitungssystem einen Durchmesser im Bereich von etwa 1 mm bis 2 cm aufweisen und eine Länge im Bereich von 10 cm bis un- gefähr 100 cm umfassen. Für ein spezifisches Plasma ist das Optimum der beiden Parameter experimentell zu ermitteln.

Die Plasmaquelle 180 nutzt Luft zum Erzeugen des Plasmas. Wichtige angeregte Komponenten des erzeugten Plasmas sind Sauerstoff (O)-Radikale, Stickstoffmonoxid (NO)-Radikale, Distickstoffmonooxid (N₂0)-Radikale und OH*-Radikale. Alternativ kann reiner Sauerstoff (0₂) zum Generieren des Plasmas eingesetzt werden. Dem Gas, das zum Erzeugen des Plasmas verwendet wird, kann ein inertes Gas, wie etwa Argon oder Neon, beigemischt werden. Der Druck des Plasmas am Ausgang der Plasmaquelle 180 kann über einen Bereich von 0,5 Pa bis 250 Pa eingestellt werden. Die RF-Leistung der Plasmaquelle 180 kann von 10 W bis 99 W variiert werden. Somit kann die Intensität des erzeugten Plasmas in einem großen Bereich verändert werden.

Bei den oben angegebenen Geometrieparametern sind die Ionen und die Elektronen an der Stelle 162 aus dem von der Plasmaquelle 180 erzeugten Plasma durch Relaxation im Wesentlichen verschwunden. Am Ort 162 einer Messsonde 940 oder einer Messspitze 820, 840 entfalten die Radikale des Plasmas der Plasmaquelle 180 ihre ätzende Wirkung. Damit kann zum einen die verunreinigte Messsonde 940 von dem Partikel 930 gesäubert werden. Die Fig. 10 gibt die Messsonde 940 der Fig. 9 nach dem Einwirken der Radikale des von der Plasmaquelle 180 erzeugten Plasmas wieder. Das Diagramm 1000 der Fig. 10 zeigt die Messsonde 940 der Fig. 9 nachdem diese für 5 Minuten mit einem Plasma gereinigt wurde. Die reinigende Wirkung des Plasmas hat den Partikel 930 vollständig von der Spitze 935 der Messsonde 940 entfernt. Die Kontur der gereinigten Messspitze 1060 wurde durch die ätzende Wirkung des Plasmas im Wesentli- chen nicht verändert. Der Reinigungsprozess funktioniert besonders gut für Partikel, die durch die Radikale stärker angegriffen werden als die Messspitze 120, 127, 130 selbst. Darüber hinaus ist es günstig, wenn die Radikale volatile Produkte aus dem Material des bzw. der Partikel erzeugen können. Dies trifft beispielsweise auf Partikel auf der Basis von Kohlenstoff zu. Messspitzen 120, 127, 130 die auf Silizium oder Chrom basieren, werden hingegen von den Radikalen der Plasmaquelle kaum angegriffen. Die Plasmaquelle 180 wurde mit einer RF-Leistung im Bereich von 20 W bis 50 W betrieben. Der Quellendruck des Plasmas betrug 10 Pa.

Die ätzende Wirkung der Radikale des von der Plasmaquelle 180 erzeugten Plasmas wirkt auf eine Kohlenstoff-basierte Messspitze 120, 127, 130 anders als auf eine Messsonde 115, 117, die halbleitendes oder metallisches Material aufweist. Das Teilbild a der Fig. 11 zeigt schematisch den gespitzten Teil 1110 einer ungenutzten Messspitze 120 oder einer Messspitze 127, 130. Der gespitzte Teil 1110 weist die Spitze 123 auf. Das Teilbild b präsentiert die Spitze 1120 des gespitzten Teils 1110, die durch Gebrauch der Messspitze 120, 127, 130 aus der Spitze 123 entstanden ist. Die Wechselwirkung zwischen Probe 132 und Messspitze 120 hat deren Spitze 1120 deutlich abgenutzt. Die Einwirkung der Radikale des Plasmas trägt isotrop Material von dem Kohlenstoffbasierten gespitzten Teil 1110 der Messspitze 120 ab. Dies bedeutet, das von der Plasmaquelle erzeugte Plasma ätzt den gespitzten Teil 1110 der Messspitze 120 homogen. Durch den isotropen Materialabtrag des Plasmas verschwindet die Abnutzung an der Spitze 1120. Wie im Teilbild d der Fig. n dargestellt, ist die Spitze 1150 des reparierten gespitzten Teils 1160 im Wesentlichen identisch mit der unbenutzten Spitze 123. Allerdings ist der reparierte, gespitzte Teil 1160 kürzer als der ursprüngliche, gespitzte Teil 1110 der Messspitze 120. Bei einer RF-Leistung von 50 Watt, einem Quellendruck von 10 Pa ergibt sich für die oben angegebene geometrische Konfiguration eine Materialabtragrate von 0,2 nm/min.

Die Fig. 12 wiederholt in den Teilbildern a, b und c nochmals die Teilbilder a, b und c der Fig. 8. D.h. das Teilbild a stellt nochmals eine neue Messspitze 120 bzw. 127 oder 130 mit einem gespitzten Teil 1110 und einer Spitze 123 dar. Das Teilbild b zeigt eine durch Gebrauch abgenutzte Spitze 810 der Messspitze 820 und das Teilbild c präsentiert die Messspitze 840, deren Spitze 835 einen Partikel 830 aufweist. Wie im Teilbild d. der Fig. 12 dargestellt, repariert die ätzende Wirkung der Radikale des von der Plas- maquelle 180 erzeugten Plasmas die Messspitzen 820 und 840. Der durch die Einwirkung des Plasmas von der Spitze 835 entfernte Partikel wird von dem Absaugsystem des SPM 100, das in der Nähe des Ortes 162 platziert ist, aus der Reaktionskammer 145 abgesaugt. In einer alternativen Ausführungsform wird das zusätzlich in der Reaktionskammer 145 angebrachte Absaugsystem während des Betriebs der Plasmaquelle 180 abgeschaltet, um den Plasmaverlust an der Stelle 162 zu minimieren.

Die Spitze 1250 der reparierten Messspitze 1260 weist im Wesentlichen die Form der Spitze 123 auf. Der erläuterte Prozess kann in Abhängigkeit von der Form der Messspitze 120, 127, 130 mehrmals wiederholt werden. Durch das Reparieren von gebrauch- ten Messspitzen 820 und 840 durch das Einwirken eines Plasmas kann die Lebensdauer von Kohlenstoff-basierten Whisker-Spitzen 120, 127, 130 somit deutlich gesteigert werden.

Im Vergleich zur neuen Messspitze 120 weist die reparierte Messspitze 1260 zwei Un- terschiede auf: zum einen ist die reparierte Messspitze 1260 kürzer als die neue Messspitze 120 und zum anderen ist durch die isotrope Ätzwirkung des Plasmas die reparierte Messspitze dünner als die originale Messspitze 120. Dies bedeutet, ein Plasma kann neben dem Beseitigen von Gebrauchsspuren der Messspitzen 820 und 840 auch zu einem gezielten Dünnen oder verjüngen neuer Messspitzen 120 eingesetzt werden. Dadurch lassen sich in-situ Messspitzen 120, 127, 130 für bestimmte Einsatzbereiche maßschneidern, wie etwa für das Abtasten von Gräben mit einem großen Aspektverhältnis.

Die Fig. 13 gibt ein Ablaufdiagramm 1300 eines Verfahrens wieder, das zum Reinigen einer Messsonde 115 oder zum Schärfen, Reinigen und/oder Dünnen einer Messspitze 120, 127, 130 innerhalb eines Rastersondenmikroskops 100 eingesetzt werden kann. Das Verfahren beginnt bei 1310. Im ersten Schritt 1320 wird ein Plasma außerhalb des Rastersondenmikroskops 100 erzeugt. Sodann wird im zweiten Schritt 1330 das extern erzeugte Plasma am Ort 162 der Messsonde 115 innerhalb des Rastersondenmikroskops 100 zum Reinigen der Messsonde 115 bereitgestellt oder das extern erzeugte Plasma wird am Ort 162 der Messspitze 120, 127, 130 innerhalb des Rastersondenmikroskops 100 zum Schärfen, Reinigen und/oder Dünnen der Messspitze 120, 127, 130 bereitgestellt. Schließlich endet das Verfahren endet bei Schritt 1340.

Das Diagramm 1400 der Fig. 14 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Messspitzenträger 1410, der (n+i) Messspitzen aufweist. Der Messspitzenträger 1410 kann aus einem halbleitenden Material, beispielweise aus Silizium (Si), einem Verbindungshalbleiter, wie etwa Siliziumnitrid (Si₃N₄) oder Galliumarsenid (GaAs), aus Metall, etwa Titan oder einer Metalllegierung. Die Dicke des Messspitzenträgers 1410 wird unter Berücksichtigung von Stabilisierungsaspekten so gering wie möglich gewählt, um die durch den Cantilever 110 zu bewegende Masse gering zu halten und liegt typischerweise im Submikrometerbereich.

Der Messspitzenträger 1410 umfasst eine erste Messspitze 127 und n zweite Messspitzen 130-1 bis 130-n. Die erste Messspitze 127 weist eine Länge von (η+ι)·Δΐ auf. Dabei bezeichnet n+i die Anzahl der Messspitzen 127, 130 auf dem Messspitzenträger 1410. Δ1 beschreibt die Längendifferenz benachbarter Messspitzen 127, 130 auf dem Messspitzenträger. Die Längendifferenz Δ1 ist mindestens so groß wie die zu erwartende Strukturtiefe der zu untersuchenden Probe. Beispielsweise ist für Δ1 = 80 nm die zweite Messspitze 130-1 ist etwa 200 nm kürzer als die erste Messspitze 127 und ihr Durchmesser ist Δ1 größer als der der ersten Messspitze 127. Die weiteren zweiten Messspitzen 130-2 bis 130-n werden so hergestellt, dass einerseits ihre Längen jeweils um einen festen Betrag, beispielsweise um 200 nm, geringer sind und andererseits ihre Durch- messer um einen vorgegebenen Wert ansteigen, wie etwa Δ1 verglichen mit der nächst längeren zweiten Messspitze i30-(n-i).

Die Messspitzen 127, 130 können in einer beliebigen Konfiguration auf dem Messspit- zenträger 1410 angeordnet werden, solange die lateralen Abstände benachbarter Messspitzen 127, 130 eingehalten werden. Beispielsweise können die Messspitzen 127, 120 in quadratischer Konfiguration auf dem Messspitzenträger 1410 abgeschieden werden.

Durch diese Definition weist n einen minimalen Wert von eins auf. Der maximale Wert ist durch die Größe des Messspitzenträgers 1410, der an einem Cantilever 110 befestigt werden kann und dem Abstand der einzelnen Messspitzen 127 und 130 gegeben. Der Messspitzenträger kann eine Größe im Bereich von 1 μηι x 1 μηι aufweisen. Die Messspitzen 127 und 130 können mit einem lateralen Abstand von etwa 300 nm abgeschieden werden. Die maximale Anzahl der Messspitzen 127 und 130, die ein Messspitzen- träger 1410 tragen kann, liegt damit im zweistelligen Bereich. In dem Beispiel eines 1 μηι x l μηι großen Messspitzenträgers 1410 können so beispielsweise 4 x 4 Messspitzen angeordnet werden. Beispielsweise kann eine Messsonde, etwa in Form einer abgestumpften Messsonde, als Messspitzenträger eingesetzt werden, auf die eine Anordnung oder ein Array von Messspitzen aufgewachsen werden kann.

Wie im Zusammenhang mit den Figuren 4 bis 6 für eine einzelne Messspitze 120 ausgeführt, ist es denkbar, auch die Messspitzen 127 und 130 des Messspitzenträgers 1410 vor der ersten Anwendung zur Analyse einer Probe 132 mit einem Elektronenstrahl zu bestrahlen und dadurch zu gehärten. Die Lebensdauer der ersten 127 und der zweiten Messspitze 130 wird dadurch verlängert.

Das Diagramm 1500 der Fig. 15 zeigt die erste Messspitze 1527 des Messspitzenträgers 1410 nachdem die erste Messspitze zum Untersuchen der Probe 132 eingesetzt wurde. Ähnlich wie im Kontext der Figuren 8 und 12 diskutiert, zeigt die erste Messspitze 1527 eine Abnutzung ihrer Spitze 1510 durch die Wechselwirkung mit der Probe 132. Alternativ könnte die Messspitze 123 der ursprünglichen, ersten Messspitze 127 durch die Analyse der Probe 132 verschmutzt werden (in der Fig. 15 nicht dargestellt). Ferner könnte die erste Messspitze 1527 neben einer Abnutzung der Spitze 1510 zusätzlich eine Verschmutzung aufweisen (in der Fig. 15 nicht gezeigt). Wie bereits während der Diskussion der Fig. 12 ausgeführt, können die Gebrauchsspuren der ersten Messspitze 1527 in Form der abgenutzten Messspitze 1510 und/oder einer verschmutzten Messspitze 1527 mit Hilfe eines Plasmas, das von der Plasmaquel- le 180 erzeugt wird, repariert werden. Das Diagramm 1600 der Fig. 16 präsentiert den Messspitzenträger 1410 nach dem Einwirken des Plasmas. Die reparierte erste Messspitze 1627 weist eine Spitze 1623 auf, die von der Spitze 123 der neuen ersten Messspitze 123 im Wesentlichen nicht zu unterscheiden ist. Wie ebenfalls im Kontext der Fig. 12 ausgeführt, ist die reparierte erste Messspitze 1627 kürzer und dünner als die neue erste Messspitze 120. Darüber hinaus hat die isotrope Ätzwirkung des von der

Plasmaquelle 180 erzeugten Plasmas die zweiten Messspitzen 1630-1 bis 1630-n ebenfalls geringfügig verkürzt und dünner gemacht.

Das Dünnen der ersten Messspitze 127 und der zweiten Messspitze(n) könnte vermie- den werden, wenn die abgenutzte und/oder verschmutzte erste Messspitze 1527 mit einem anhand der Fig. 8 beschriebenen Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozess repariert wird anstelle eines Plasma-Ätzprozesses. Damit könnte vermieden werden, dass die zweiten, kürzeren Messspitzen 130 dicker gemacht werden müssen als die erste Messspitze 127 (in der Fig. 16 nicht dargestellt).

Der beschriebene Reparaturprozess für die erste Messspitze 123 kann mehrfach wiederholt werden, wobei jeder Reparaturschritt die Länge der ersten Messspitze 123 weiter verkürzt. Nach einigen Wiederholungen tritt die in der Fig. 16 dargestellte Konfiguration auf, bei der die mehrfach reparierte erste Messspitze 1723 eine Länge aufweist, die mit der Länge der ersten zweiten Messsonde 1730-1 vergleichbar ist. Dadurch wechselwirkt sowohl die Spitze 1723 der mehrfach reparierten ersten Messspitze 1723 als auch die Spitze 1723-1 der ersten zweiten Messspitze 1730-1 mit der Probe 132. Die kombinierte Wechselwirkung der Messspitzen 1727 und 1730-1 verändert das von der Sonde 122, d.h. dem Cantilever 110, an dem der Messspitzenträger 1410 der Fig. 17 be- festigt ist, erzeugte Bild der Probe 132, das auf dem Monitor 190 dargestellt wird, in spezifischer Weise. Wie bereits oben ausgeführt, wird jede Erhöhung einer zu vermessenden Probe 132, deren Höhe die Längendifferenz der längsten und der zweitlängsten Messspitze überschreitet und deren Breite mindestens dem lateralen Abstand der längsten und der zweitlängsten Messspitze entspricht, mit einer Höhendifferenz, die der Längendifferenz der beiden Messspitzen entspricht, doppelt abgebildet. Es entstehen somit Doppelbilder immer gleichen Abstands. Beim Abbilden einer Vertiefung deren Tiefe die Längendifferenz der längsten und der zweitlängsten Messspitze übersteigt, wird die zweitlängste Messspitze auf der Probenoberfläche aufsetzen, bevor die längste Messspitze den Boden der Vertiefung erreicht. Doppelbilder und plötzliche Änderungen gemessener Profiltiefen sind somit wichtige Indikatoren für einen Konflikt zweier gleichzeitig abbildender Messspitzen.

Falls die in der Fig. 17 veranschaulichte Situation auftritt, wird der Messspitzenträger 1410 erneut der Einwirkung eines aus der Plasmaquelle 180 stammenden Plasmas ausgesetzt. Die Einwirkdauer wird so gewählt, dass das Plasma, präziser die Radikale des Plasmas, die reparierte erste Messspitze 1727 soweit ätzen, d.h. irreversibel bearbeiten, bis die verbleibende erste Messspitze 1827 kleiner als die erste zweite Messspitze 1830- 1 ist. Dieser Zusammenhang ist in der Fig. 18 illustriert. Die verbleibende erste Mess- spitze 1827 ist zumindest um die Längendifferenz kürzer als die erste zweite Messspitze, um die die ursprüngliche erste Messspitze 127 länger als ursprünglich erste zweite Messspitze 130-1 war.

Statt durch Einwirken eines Plasmas könnte die mehrfach reparierte erste Messspitze 1727 mittels eines Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozesses geätzt, d.h. irreversibel bearbeitet werden (in der Fig. 18 nicht gezeigt).

Anstelle der bisher benutzten ersten Messspitze 127, 1627 wird nun die erste zweite Messspitze 130-1 (beim Ausführen eines Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozesses oder die erste zweite Messspitze 1830-1 (beim Ausführen eines Plasma-Ätzprozesses) zum Untersuchen der Probe 132 eingesetzt. Die im Kontext der Figuren 15 bis 17 beschriebenen Prozesse werden sodann mit der ersten zweiten Messspitze 130-1 bzw. 1830-1 bis zum Erreichen von deren Lebensdauerende ausgeführt. Am Ende der Lebensdauer der ersten zweiten Messspitze 130-1 bzw. 1830-1 wird der Untersuchungsprozess einer Probe 132 mit der zweiten zweiten Messspitze 130-2 fortgesetzt. Das Diagramm 1900 der Fig. 19 zeigt den Messspitzenträger 1410 am Ende der Lebensdauer der (n-i) zweiten Messspitze i930-(n-i). Die erste Messspitze 127 und die ersten (n-2)-ten zweiten Messspitzen 130-1 bis i30-(n-2) sind durch die wiederholten isotropen Plasma-Ätzprozesse im Wesentlichen vollständig von dem Messspitzenträger 1410 entfernt worden. Im letzten Schritt wird zur Analysieren einer Probe 132 die n-te zweite Messspitze 130-n bzw. 1930-n zum Einsatz gebracht. Durch den Einsatz eines Messspitzenträgers 1410, der n Messspitzen aufweist, kann die Zeit zwischen zwei Wechseln der Sonde 122 um ein Vielfaches verlängert werden, verglichen mit einer Sonde 122, die eine einzelne Messsonde 115 oder Messsonde 120 aufweist. Durch das mehrmalige Reparieren oder Wiederherstellen abgenutzter und/oder verschmutzter Messspitzen 1510 kann die Einsatzdauer eines Messspitzenträgers 1410 nochmals deutlich gesteigert werden. Die Lebensdauer der einzelnen Messspitzen 127 und 130 des Messspitzenträgers 1410 könnte durch Härten der einzelnen Messspitzen 127 und 130 vor deren erstem Einsatz zusätzlich nochmals signifikant gesteigert werden. Schließlich gibt die Fig. 20 ein Ablaufdiagramm 2000 eines Verfahrens zum Bereitstellen einer Messspitze 127, 130 für ein Rastersondenmikroskop 100 wieder. Das Verfahren beginnt bei 2010. Im ersten Schritt 2015 wird zumindest eine erste 127 und zumindest eine zweite Messspitze 130 bereitgestellt, die so auf einem gemeinsamen Messspitzenträger 1410 angeordnet sind, dass nur die erste Messspitze 127 mit einer zu untersu- chenden Probe 132 wechselwirkt. Dies kann beispielsweise durch einen entsprechenden Unterschied in der Länge der ersten 127 und der zweiten Messspitze 130 erreicht werden.

Die nachfolgenden Schritte, die für das beschriebene Verfahren optional sind, sind durch eine gepunktete Umrandung kenntlich gemacht. Bei Schritt 2020 können die erste 127 und die zweite Messspitze 130 durch Bestrahlen mit einem Energiestrahl, wie etwa einem Elektronenstrahl 160 verdichtet und dadurch härter gemacht werden. Dadurch wird die Lebensdauer der ersten 127 und der zweiten Messspitze 130 vergrößert.

Bei Schritt 2025 wird der Index, der die Messspitzen 127 und 130 des Messspitzenträgers 1410 zählt, auf eins gesetzt. Im nächsten Schritt 2030 wird die Probe 132 mit der ersten 127 (allgemeiner mit der i-ten) Messspitze 130(1-1) untersucht. Nach einer vorgegebenen Untersuchungszeitdauer wird bei Entscheidungsblock 2035 geprüft, ob nur die erste 127 (allgemein die i-te) Messspitze oder auch die zweite 130 (allgemein (i+i)- te Messspitze 130-i mit der Probe 132 in Wechselwirkung tritt. Falls nur die erste Messspitze 127 einen Kraftsensor für die Probe 132 bildet, wird bei Bedarf die erste 127 (oder i-te) Messspitze bei Schritt 2040 gereinigt und/oder deren Spitze wird geschärft, so dass die durch Reparatur wiederhergestellte erste Messspitze 1627 im Wesentlichen die Kontur der ursprünglichen ersten Messspitze 127 aufweist. Sodann springt das Verfahren zu Block 2030 und analysiert die Probe 132 mit der reparierten ersten Messspitze 1627. Falls bei Entscheidungsblock 2035 festgestellt wird, dass die zweite Messspitze 130 (allgemein die (i+i)-te Messspitze 130-i) mit der Probe 132 wechselwirkt, wird bei Schritt 2045 die erste Messspitze 127 irreversibel bearbeitet, so dass nach dem irreversiblen Bearbeiten nur die zweite (allgemein (i+i)-te Messspitze mit der Probe 132 wechselwirkt. Das irreversible Bearbeiten der ersten (allgemein der i-ten) Messspitze 127 kann beispielsweise mittels eines lokalen Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozesses oder eines isotropen Plasma-induzierten Ätzprozesses ausgeführt werden.

Bei Entscheidungsblock 2050 wird sodann festgestellt, ob der Index i+i den Endwert N erreicht hat. Falls dies zutrifft, wird bei Schritt 2060 die Probe 132 mit der letzten, N- ten Messspitze fortgesetzt. Wenn die letzte Messspitze 130-n nicht mehr reparierbar ist, endet das Verfahren bei Schritt 2065. Falls die Frage des Entscheidungsblocks zu verneinen ist, wird bei Schritt 2055 der Index i um eine Einheit erhöht und die Untersuchung der Probe 132 wird bei Schritt 2030 mit der zweiten (allgemein der (i+i)-ten) Messspitze 130-i fortgesetzt.

Die Schritte der in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahren können durch Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination davon ausgeführt werden.

Claims

Ansprüche

Verfahren zum Härten einer Messspitze (120, 127, 130) in einem Rastersondenmikroskop (100) mit dem folgenden Schritt:

Bearbeiten der Messspitze (120, 127, 130) mit einem Strahl (160) einer Energiestrahlquelle (152), wobei die Energiestrahlquelle (152) Bestandteil eines Rasterelektronenmikroskops (100) ist.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Bearbeiten der Messsitze (120, 127, 130) mit dem Strahl (160) der Energiestrahlquelle (152) eine Strahlrichtung des Strahls (160) und eine Längsachse der Spitze (123) der Messsitze (120, 127, 130) einen Winkel von ±io°, bevorzugt ±5°, mehr bevorzugt ±2°, ±1° einschließen.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner den Schritt aufweisend: Herstellen der Messspitze (120, 127, 130) mittels des Strahls (160) der Energiestrahlquelle (152) und eines Präkursor-Gases unmittelbar vor dem Bearbeiten der Messspitze (120, 127, 130) mit dem Strahl (160) der Energiestrahlquelle (152).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner den Schritt aufweisend: Variieren einer kinetischen Energie eines Elektronenstrahls (160) während des Bearbeitens der Messspitze (120, 127, 130).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektronenstrahl (160) eine Energie im Bereich von 50 eV bis 30 keV, bevorzugt 50 eV bis 20 keV, mehr bevorzugt von 50 eV bis 20 keV, und am meisten bevorzugt von 50 eV bis 6 keV umfasst, und/oder wobei der Elektronenstrahl (160) eine Stromstärke von 1 pA bis 100 nA, bevorzugt 5 pA bis 50 nA, mehr bevorzugt 20 pA bis 20 nA, und am meisten bevorzugt 100 pAbis 10 nA umfasst, und/oder wobei ein Strahldurchmesser des Elektronenstrahls (160) an der Messspitze (120, 127, 130) einen Durchmesser von 1 nm bis 100 nm, bevorzugt 1,5 nm bis 50 nm, mehr bevorzugt 2 nm bis 30 nm, und am meisten bevorzugt 2,5 nm bis 15 nm aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Verweildauer des Elektronenstrahls (160) beim Rastern eine Zeitdauer von 1 ns bis 1 s, bevorzugt 10 ns bis 200 ms, mehr bevorzugt 10 ns bis 40 ms, und am meisten bevorzugt 15 ns bis 20 ms umfasst, und/oder wobei eine Wiederholzeitdauer beim Ras tern eine Zeitdauer von 100 ms bis 100 s, bevorzugt, 300 ms bis 70 s, mehr bevorzugt 1 s bis 30 s, und am meisten bevorzugt 2 s bis 10 s umfasst.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die von dem Elektronenstrahl (160) gerasterte Fläche eine Ausdehnung von 1000 μηι x 1000 μηι, bevorzugt 500 μηι x 500 μβ, mehr bevorzugt 100 μηι x 100 μηι, und am meisten bevorzugt 25 μηι x 25 μηι umfasst.

Rastersondenmikroskop (100) aufweisend: a. eine Messspitze (120, 127, 130) mit einer Spitze (123); b. einen Messkopf (102) des Rastersondenmikroskops (100), der ausgebildet ist, die Spitze (123) der Messspitze (120, 127, 130) im Wesentlichen antiparallel zu einer Richtung eines Energiestrahls (160) auszurichten; und c. eine Strahlführungsvorrichtung (155) eines Rasterelektronenmikroskops (100), die ausgebildet ist, den Energiestrahl (160) auf die Spitze (123) der Messspitze (120, 127, 130) zu richten.

Rastersondenmikroskop (100) nach Anspruch 8, wobei das Rastersondenmikroskop (100) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7 durchzuführen.

Verfahren zum Bereitstellen einer Messspitze (127, 130) für ein Rastersondenmikroskop (100), aufweisend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen zumindest einer ersten (127) und zumindest einer zweiten Messspitze (130), wobei die erste (127) und die zweite Messspitze (130) so auf einem gemeinsamen Messspitzenträger (125, 1410) angeordnet sind, dass nur die erste Messspitze (127) mit einer zu untersuchenden Probe (132) wechselwirkt, und wobei der gemeinsame Messspitzenträger (125, 1410) an einem Cantilever (110) des Rastersondenmikroskops (100) angebracht ist; und b. Irreversibles Bearbeiten der ersten Messspitze (127), so dass nach dem irreversiblen Bearbeiten nur die zweite Messspitze (130) mit der zu untersuchenden Probe (132) wechselwirkt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das irreversible Bearbeiten der ersten Messspitze (127) erfolgt, wenn die zweite Messspitze (130) ebenfalls mit der zu untersuchenden Probe (132) wechselwirkt, und/oder wenn die erste Messspitze (127) eine Verunreinigung (830) aufweist, die mit einem Reinigungsprozess nicht entfernt werden kann.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, ferner aufweisend einen oder mehrere der folgenden Schritte:

Schärfen der ersten (127) und/oder der zweiten Messspitze (130); Reinigen der ersten (127) und/oder der zweiten Messsitze (130).

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, wobei das irreversible Bearbeiten, Schärfen und/oder Reinigen durch einen Energiestrahl-induzierten Ätzprozess und/oder mittels eines Plasmaprozesses erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-13, wobei das irreversible Bearbeiten, das Schärfen und/oder das Reinigen innerhalb des Rastersondenmikroskops (100) erfolgen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-14, wobei die erste Messspitze (127) beim Bereitstellen eine größere Länge aufweist als die zweite Messspitze (130), und/oder wobei die erste Messspitze (127) einen geringeren Durchmesser als die zweite Messspitze (130) aufweist. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das irreversible Bearbeiten eine Länge der ersten Messspitze (127) so verkürzt, dass danach nur die zweite Messspitze (130) mit der zu untersuchenden Probe (132) wechselwirkt. 17- Verfahren nach einem der Ansprüche 10-16, wobei die erste Messspitze (127) eine Länge von 300 nm bis 10 μηι, bevorzugt 350 nm bis 8 μηι, mehr bevorzugt 400 nm bis 6 μηι, und am meisten bevorzugt von 450 nm bis 4 μηι aufweist, und/oder wobei eine Längendifferenz zwischen der ersten (127) und der zweiten Messspitze (130) 10 nm bis 1000 nm, bevorzugt 20 nm bis 800 nm, mehr bevorzugt 30 nm bis 600 nm, und am meisten bevorzugt 40 nm bis 500 nm aufweist, und/oder wobei die zweite Messspitze (130) eine Länge von 100 nm bis 5000 nm, bevorzugt 120 nm bis 4000 nm, mehr bevorzugt 140 nm bis 3000 nm, und am meisten bevorzugt von 150 nm bis 2000 nm aufweist. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-17, wobei die erste Messspitze (127) einen Durchmesser im Bereich von 5 nm bis 50 nm, bevorzugt 5 nm bis 40 nm, mehr bevorzugt von 5 nm bis 30 nm, und am meisten bevorzugt von 5 nm bis 20 nm aufweist, und/oder die zweite Messspitze (130) einen Durchmesser im Bereich von 30 nm bis 75 nm, bevorzugt 30 nm bis 65 nm, mehr bevorzugt von 30 nm bis 55 nm, und am meisten bevorzugt von 30 nm bis 45 nm aufweist, und/oder wobei die erste (127) und zweite Messspitze (130) einen Abstand von 10 nm bis 1 μηι, 20 nm bis 800 nm, mehr bevorzugt 30 nm bis 600 nm, und am meisten bevorzugt 40 nm bis 400 nm aufweisen.

Rastersondenmikroskop (100), aufweisend: a. zumindest zwei Messspitzen (127, 130), die gemeinsam auf einem Messspitzenträger (125, 1410) angeordnet sind, so dass nur die erste Messspitze (127) mit einer zu untersuchenden Probe (132) im Rastersondenmikroskop (100) wechselwirken kann, wobei der Messspitzenträger (125, 1410) an einem Cantilever (110) des Rastersondenmikroskops (100) angebracht ist; und b. eine Bearbeitungsvorrichtung (150, 180), die ausgebildet ist, durch irreversibles Bearbeiten die erste Messspitze (127) so zu verändern, dass nur die zweite Messspitze (130) mit der zu untersuchenden Probe (132) wechselwirken kann.

20. Rastersondenmikroskop (100) nach Anspruch 19, wobei das Rastersondenmikroskop (100) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.

Verfahren zum Reinigen einer Messsonde (115) und/oder zum Schärfen, Dünnen und/oder Reinigen einer Messspitze (120, 127, 130) innerhalb eines Rastersondenmikroskops (100) mit den folgenden Schritten:

Erzeugen eines Plasmas außerhalb des Rastersondenmikroskops (100); und

Bereitstellen des extern erzeugten Plasmas am Ort (162) der Messsonde (115) innerhalb des Rastersondenmikroskops (100) zum Reinigen der Messsonde (115) und/oder am Ort (162) der Messspitze (120, 127, 130) innerhalb des Rastersondenmikroskops (100) zum Schärfen, Dünnen und/oder Reinigen der Messspitze (120, 127, 130).

22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Bereitstellen des extern erzeugten Plasmas umfasst: Leiten des extern erzeugten Plasmas an den Ort (162) der Messsonde (115) bzw. der Messspitze (120, 127, 130) des Rastersondenmikroskops (100).

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, ferner den Schritt aufweisend: Einstellen eines Anteils geladener Teilchen des extern erzeugten Plasmas am Ort (162) der Messsonde (115) bzw. der Messspitze (120, 127, 130) durch eine Differenz eines Drucks am Ort (162) der Messsonde (115) bzw. der Messspitze (120, 127, 130) und eines Quellendrucks einer Plasmaquelle (180), eines Abstands zwischen der

Messsonde (115) bzw. der Messspitze (120, 127, 130) und der Plasmaquelle (180), und/oder eines Querschnitts eines Leitungssystems (182) zwischen der Plasmaquelle (180) und dem Rastersondenmikroskop (110).

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21-23, wobei der Anteil geladener Teilchen des extern erzeugten Plasmas am Ort (162) der Messsonde (115) bzw. der Messspitze (120, 127, 130) im Wesentlichen Null ist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 21-24, wobei das extern erzeugte Plasma am Ort (162) der Messsonde (115) bzw. der Messspitze (120, 127, 130) Sauerstoff- Radikale, Hydroxl-Radikale, Stickstoffmonoxid-Radikale und Distickstoffoxid- Radikale umfasst.

Verfahren nach einem der Ansprüche 21-25, wobei das extern erzeugte Plasma während einer Zeitdauer von 1 Sekunde bis 100 Minuten, bevorzugt 5 Sekunden bis 50 Minuten, mehr bevorzugt 20 Sekunden bis 20 Minuten, und am meisten bevorzugt 30 Sekunden bis 10 Minuten am Ort (162) auf die Messsonde (115) einwirkt.

Rastersondenmikroskop (100) aufweisend: a. eine Messsonde (115), eine Messspitze (120) und/oder einen Messspitzenträger (125, 1410) mit zumindest zwei Messspitzen (127, 130); b. eine Plasmaquelle (180), die ausgebildet ist, ein Plasma zu erzeugen, und die außerhalb des Rastersondenmikroskops (100) angeordnet ist; und c. ein Leitungssystem (182), das ausgebildet ist, das von der Plasmaquelle (180) erzeugte Plasma in das Rastersondenmikroskop (100) zu leiten.

28. Rastersondenmikroskop (100) nach Anspruch 27, ferner aufweisend ein Pumpensystem (142), das ausgebildet ist, einen vorgegebenen Unterdruck am Ort (162) der Messsonde (115), der Messspitze (120) oder des Messspitzenträgers (125, 1410) zu erzeugen.

29. Rastersondenmikroskop (100) nach Anspruch 27 oder 28, ferner aufweisend eine Steuereinrichtung (185), die ausgebildet ist, die Plasmaquelle (185) zu steuern.

30. Rastersondenmikroskop (100) nach einem der Ansprüche 27-29, wobei das Rastersondenmikroskop (100) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 22-27 durchzuführen. 31. Computerprogramm, das Anweisungen umfasst, die, wenn sie von einem Computersystem der Rastersondenmikroskope (100) der Ansprüche 10, 19 oder 27 ausgeführt werden, das Rastersondenmikroskop (100) veranlassen, die Verfahrensschritte eines der Ansprüche 1-7, 10-18 oder 21-26 auszuführen.