WO2018099805A1 - Verfahren und vorrichtungen zum verlängern einer zeitspanne bis zum wechseln einer messspitze eines rastersondenmikroskops - Google Patents

Verfahren und vorrichtungen zum verlängern einer zeitspanne bis zum wechseln einer messspitze eines rastersondenmikroskops Download PDF

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Rainer Becker
Kinga Kornilov
Christof Baur
Hans Hermann Pieper
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Definitions

  • the present invention relates to methods and apparatus for increasing a time to change a probe tip of a scanning probe microscope.
  • Scanning probe microscopes use a measuring tip to scan a sample or its surface and thus provide measurement data for generating a representation of the topography of the sample surface.
  • scanning probe microscopes are abbreviated by SPM - English for Scanning Probe Microscope.
  • SPM Scanning Probe Microscope
  • different SPM types are distinguished.
  • STMs Scanning Tunneling Microscopes
  • AFM Atomic Force Microscope
  • SFM Scanning Force Microscope
  • a probe is deflected by sample surface atomic forces, typically attractive van der Waals forces and / or repulsive exchange interaction forces.
  • sample surface atomic forces typically attractive van der Waals forces and / or repulsive exchange interaction forces.
  • SPM types there are a variety of other types of devices that are used for specific applications, such as magnetic force microscopes or optical and acoustic near-field microscopes.
  • Scanning probe microscopes can be used in different modes. In contact mode, the probe tip is placed on the sample surface and scanned across the sample surface in this state. In doing so, the distance of the SPM above the sample can be kept constant and the deflection of the cantilever or of the cantilever carrying the measuring tip is measured and used to image the surface. It is also possible to keep the deflection of the cantilever constant in a closed control loop and to track the distance of the SPM from the contour of the sample surface.
  • the probe tip In a second mode of operation, the non-contact mode, the probe tip is placed at a defined distance from the sample surface and the cantilever is excited to vibrate, typically at or near the resonant frequency of the cantilever. The tip is then scanned over the surface of the sample. Since the measuring tip does not come into contact with the sample in this operating mode, its wear is less than in the contact mode.
  • a disadvantage of this operating mode is that the measuring tip not only scans the surface of the sample, but also detects, for example, impurities and / or moisture accumulations of the sample surface. In doing so, the measuring tip can become dirty. A contaminated probe detects a falsified image of a sample surface during subsequent measurements.
  • the cantilever In a third mode, the intermittent mode (or tapping mode TM), the cantilever is also forced into a forced oscillation and the distance between the SPM and the sample surface is chosen so that the probe tip covers the surface of the sample for a small portion of a period of oscillation reached. From the change in the frequency, the amplitude or the phase of the forced oscillation caused by the interaction of the measuring tip with the sample surface, the contour of the surface of the sample is derived.
  • JP H06-114481 A describes the deposition of carbon-containing nanostructures by means of an electron beam onto a measuring probe of a cantilever. Subsequently, the nanostructures are shaped by means of an ion beam, ie their thickness is "turned off" to a predetermined diameter and a desired tip of the nanostructure is formed under the action of the ion beam.
  • US 2014/0 110 608 Ai describes a method for bending or bending a nanostructure without the necessity of moving the nanostructure.
  • the nanostructure is irradiated with ions perpendicular to its longitudinal axis.
  • the nanostructure is bent in the direction of the beam or in the direction of the beam.
  • DE 198 25 404 Ai describes the deposition of a needle-shaped tip on a substrate of a cantilever of a scanning probe microscope.
  • the transition region between the needle-shaped tip and the substrate is reinforced by the deposition of a coating film on the needle-shaped tip and / or the substrate.
  • US 2012/0 159 678 Ai describes the sharpening of an electrically conductive measuring tip in an ion beam, wherein a potential is applied to the conductive probe, which has the same sign as the ion beam.
  • measuring tips of the common SPM types Due to the interaction with the surface of a sample to be examined, the measuring tips of the common SPM types are subject to a wear process and must be replaced after a short period of use. Especially in the semiconductor industry, difficult to access, very fine structures, such as narrow deep trenches, must be analyzed. This often requires the use of fine, long probes, known in the English as "whisker tip.” Measuring tips or whisker tips can be plastically deformed under the influence of a sample when interacting with the sample, and / or damaged by the handling or even break easily.Unused or deformed measuring tips or even broken measuring tips of a scanning probe microscope reduce the lateral localization of the measuring device on the one hand and falsify the image produced by the examined sample in a detection process on the other hand.
  • a method for providing a probe tip for a scanning probe microscope comprises the following steps: (a) providing at least one first and at least one second probe tip, wherein the first and the second probe tip are arranged on a common probe holder such that only the first measuring tip interacts with a sample to be examined; and (b) irreversibly processing the first measuring tip so that after irreversible processing only the second measuring tip interacts with the sample to be examined.
  • a method according to the invention first uses the first measuring tip for analyzing a sample.
  • the first measuring tip is worn or the first measuring tip can become dirty. Therefore, the first probe tip may be sharpened and / or cleaned at periodic intervals, i. to be repaired.
  • the repair processes carried out at the first measuring tip significantly extend their service life. However, wear during a scan and subsequent repair processes gradually shorten the length of the first probe tip.
  • a second measuring tip arranged on the measuring tip carrier can also interact with the sample. If this condition occurs, the superposition of the interaction forces with the sample detected by the two probes would lead to a false analysis of the sample.
  • the measuring tip has changed to such an extent that it can no longer interact with the sample during further examinations of the sample (s) with the second measuring tip or further measuring tips arranged together on the probe tip.
  • the irreversible machining process of the worn-out The first measuring tip can be made within the scanning probe microscope.
  • the first tip fouls when detecting an interaction force with the sample because particles are often adsorbed on sample surfaces.
  • the first measuring tip must therefore be cleaned at regular intervals. If the cleaning process carried out within the SPM fails, as described above, the first measuring tip can be changed in an irreversible machining process to such an extent that it does not interfere with the analysis process when the sample is examined with the second measuring tip.
  • the two or more probe tips commonly disposed on a probe support may include probes made of metallic (eg, tungsten) or semiconducting material, such as silicon, silicon dioxide, and / or silicon nitride.
  • the measuring tips of the probe carrier include carbon-based long, fine measuring tips, known in the English-speaking world as "whisker tips.”
  • the irreversible machining of the first measuring tip takes place when the second measuring tip also interacts with the sample to be examined, and / or when the first measuring tip has an impurity that can not be removed with a cleaning process.
  • the second measuring tip also interacts with the sample to be examined if its difference in length to the first measuring tip is smaller than the structural height of the sample to be examined. measuring sample becomes. If so, both probes interact simultaneously with the sample in certain areas of the sample. In the case of a local increase of the sample surface in the form of a step, the height of which corresponds or is greater than the difference in length of the two measuring tips, the two measuring tips form the step in the form of a double edge. If the distance of the two measuring tips from each other is greater than the length and width of a sample to be measured, the depth of the recess is determined to be too low, since the shorter measuring tip already interacts with the sample surface before the longer measuring tip reaches the bottom of the sample Well achieved.
  • the method may include one or more of the following steps: (i) sharpening the first and / or second probe tips; (ii) cleaning the first and / or the second measuring tip. Degradation of the probe tip due to wear, plastic deformation and / or fouling alters the information that the probe tip provides from the probe. By sharpening or re-sharpening and / or cleaning the measuring tip used, it can be brought into a state which largely corresponds to its initial state. The images that a repaired probe generates from a sample can not be distinguished from the images taken with a new probe tip.
  • the step of sharpening and / or the step of cleaning may be repeated once to ten times, preferably once to eight times, more preferably once to five times, and most preferably once to three times.
  • the second probe After this number of repair cycles, typically the second probe also begins to interact with a sample. It is an advantage of the method described that the same processes for removing traces of use of a measuring tip (ie their wear and / or contamination) during their service life as for irreversibly processing the measuring tip at the end of its life by etching at least a portion of the measuring tip can be.
  • the irreversible editing, sharpening and / or cleaning can be done within the scanning probe microscope. This drastically increases the time between two changes of a tip holder as compared to a scanning probe microscope whose probes use single probes.
  • the first measuring tip may have a greater length than the second measuring tip when being prepared, and / or the first measuring tip may have a smaller diameter than the second measuring tip.
  • the first measuring tip having a greater length than the second measuring tip, it can be ensured that in the initial state only the first measuring tip interacts with a sample.
  • the second measuring tip By executing the second measuring tip with a larger diameter than the first measuring tip, it is ensured that the second measuring tip, even at the end of several cleaning and / or sharpening steps of the first measuring tip, still has a diameter which is suitable for its use for examining a sample ,
  • the irreversible machining can shorten a length of the first measuring tip so that only the second measuring tip then interacts with the sample to be examined.
  • the irreversible machining shortens the length of the first measuring tip present before the irreversible machining at least to such an extent that the length of the first measuring tip after irreversible machining is smaller in its initial state by the difference in length of the first and second measuring tips as the length of the second measuring tip.
  • the first and second measuring tips may be of columnar design, and / or a free end of the first and second measuring tips may be pointed.
  • the first measuring tip may have a length of 300 nm to 10 ⁇ , preferably 350 nm to 8 ⁇ , more preferably 400 nm to 6 ⁇ , and most preferably from 450 nm to 4 ⁇ , and / or a difference in length between the first and
  • the second measuring probe may have 10 nm to 1000 nm, preferably 20 nm to 800 nm, more preferably 30 nm to 600 nm, and most preferably 40 nm to 500 nm, and / or the second probe may have a length of 100 nm to 5000 nm , preferably 120 nm to 4000 nm, more preferably 140 nm to 3000 nm, and most preferably from 150 nm to 2000 nm.
  • the length difference between the first and the second measuring probe can be adapted to a greatest height difference of the sample to be examined.
  • the first probe tip may have a diameter in the range of 5 nm to 50 nm, preferably 5 nm to 40 nm, more preferably 5 nm to 30 nm, and most preferably 5 nm to 20 nm
  • / or the second column may have a diameter in the range of 30 nm to 75 nm, preferably 30 nm to 65 nm, more preferably from 30 nm to 55 nm, and most preferably from 30 nm to 45 nm
  • the first and second measuring tips may be at a distance from 10 nm to 1 ⁇ m, 20 nm to 800 nm, more preferably 30 nm to 600 nm, and most preferably 40 nm to 400 nm.
  • the diameter of the probe tip should not be more than one third of the smallest feature size of the sample to be tested.
  • a scanning probe microscope can have: (a) at least two measuring tips, which are arranged together on a measuring tip carrier, so that only the first measuring tip can interact with a sample to be examined in the scanning probe microscope; and (b) a processing device configured to irreversibly alter the first probe tip so that only the second probe tip can interact with the probe to be examined.
  • a processing apparatus may include an energy beam source and an energy beam imaging device, and an etching gas storage tank, a gas supply system, and a gas flow rate control system.
  • An energy beam source may include a source of electron beam.
  • the scanning probe microscope may comprise a plasma source which is arranged outside a reaction chamber of the scanning probe microscope.
  • the scanning probe microscope may be configured to carry out a method according to one of the above-mentioned aspects.
  • a method of curing a probe tip includes the step of: processing the probe tip with a beam of an energy radiation source.
  • the probe tip typically includes a carbon-based probe tip that is generated by means of an energy beam to provide a carbon-containing precursor gas.
  • the material of the measuring tip becomes harder and withstands the interaction forces between the measuring tip and the sample over a longer period of time compared with a measuring tip that has not been treated with an energy beam. The time until replacement of the measuring tip is thereby significantly extended.
  • a beam direction and a longitudinal axis of the tip of the measuring tip may include an angle of ⁇ 10 °, preferably ⁇ 5 °, more preferably ⁇ 2 °, ⁇ 1 °.
  • carbon-based whisker tips grow in the direction of the incident energy beam, thus requiring only a very small additional outlay on equipment to carry out the above-described reworking step for hardening the generated measurement tips.
  • the method may further comprise the step of: producing the probe tip by means of the beam of the energy beam source and a precursor gas immediately prior to processing the probe tip with the beam of the energy beam source.
  • Machining the probe tip with the beam of an energy beam source may include scanning the beam of the energy beam source over a tip of the probe tip.
  • An energy beam source may include an electron beam source.
  • the energy beam source may be part of a scanning electron microscope.
  • the energy beam may comprise an electron beam.
  • An electron beam is preferred as an energy beam, since electrons on the one hand enable a spatially localized deposition of energy and on the other hand, only small undesirable side effects, for example in the form of material removal from the measuring tip have.
  • an electron beam is frequently required for depositing the measuring tip and is therefore usually already present in a scanning probe microscope according to the invention. It is also conceivable to use ions, atoms or molecules also for hardening of measuring tips.
  • the method may further include the step of: varying the kinetic energy of the electron beam during processing of the probe tip.
  • Varying the kinetic energy of the electron beam while processing the probe tip may include varying the kinetic energy of the electron beam during scanning of the electron beam across a tip of the probe tip.
  • the location at which the electrons deposit a large part of their energy in the measuring tip can be determined.
  • the electron beam may include an energy in the range of 50 eV to 30 keV, preferably 50 eV to 20 keV, more preferably 50 eV to 25 keV, and most preferably 50 eV to 6 keV, and / or the electron beam may be a current from 1 pA to 100 nA, preferably 5 pA to 50 nA, more preferably 20 pA to 20 nA, and most preferably 100 pA to 10 nA, and / or the beam diameter of the electron beam at the measurement tip may be 1 nm to 100 nm, preferably 1.5 nm to 50 nm, more preferably 2 nm to 30 nm, and most preferably 2.5 nm to 15 nm.
  • a dwell time of the electron beam may include a period of 1 ns to 1 s, preferably, 10 ns to 200 ms, more preferably 10 ns to 40 ms, and most preferably 15 ns to 20 ms, and / or a repetition period may be 12 seconds
  • An area scanned by the electron beam can have an extent of 1000 ⁇ m x 1000 ⁇ m, preferably 500 ⁇ m x 500 ⁇ m, more preferably 100 ⁇ m x 100 ⁇ m, and most preferably 25 ⁇ m x 25 ⁇ m.
  • a scanning probe microscope may include: (a) a probe tip having a tip; (b) a scanning probe microscope head configured to align the tip of the probe tip substantially anti-parallel to a direction of an energy beam; and (c) a device configured to direct the energy beam at the tip of the probe tip.
  • the term "substantially” means an indication of a measurand within its error tolerances when the measurand is measured by prior art gauges.
  • the scanning probe microscope may be configured to perform a method according to one of the aspects discussed above.
  • a method of cleaning a probe and / or sharpening, thinning, and / or cleaning a probe tip within a scanning probe microscope comprises the steps of: (a) generating a plasma outside the scanning probe microscope; and (b) providing the externally generated plasma at the location of the probe within the scanning probe microscope to clean the probe and / or providing the externally generated plasma at the location of the probe within the scanning probe microscope for sharpening, thinning and / or cleaning the probe tip.
  • a plasma contains partially charged components, which are usually ions and electrons. The charged particles typically have high kinetic energy and recombine rapidly.
  • a low-pressure plasma contains a certain proportion of charged particles which can have a disadvantageous effect on a sample, for example a measuring probe or a sensitive measuring tip.
  • the charged particles lead to significant heating of the sample and, on the other hand, a sensitive sample, such as a measuring tip, can be damaged or even destroyed by the sputtering effect of the charged particles of the plasma, in particular by the ions of the plasma.
  • a certain proportion of the ions is incorporated into the sample, resulting in a change in the sample surface.
  • radicals are also generated when generating a plasma.
  • the radials of a plasma are mostly lost through the slow process of deactivation.
  • the composition of the plasma at the site of its production is very difficult to control.
  • the external generation of a plasma opens up an additional degree of freedom in the adjustment of the composition of the plasma which is exposed to a measuring probe or a measuring tip or to the measuring tips of a measuring tip carrier.
  • a machining process for sharpening, thinning and / or cleaning a probe tip can be adapted to their composition and configuration.
  • the provision of the externally generated plasma may include: directing the externally generated plasma to the location of the probe or the probe tip of the scanning probe microscope.
  • a piping system or piping system connects one
  • the method may include the step of: setting a proportion of charged particles of the externally generated plasma at the location of the measuring probe or the measuring tip by a difference of a pressure at the location of the measuring probe or the measuring tip and a source pressure of a plasma source, a distance between the measuring probe and the measuring probe the measuring tip and the plasma source, and / or a cross section of a conduit system between the plasma source and the scanning probe microscope.
  • the spatial distance between the probe and the plasma source, the pressure difference between these locations, and the geometry of the piping system connecting the plasma source and the scanning probe microscope are important parameters for determining the time of transport of the particles of the plasma from the source to the plasma source Measuring probe or measuring tip. Consequently, these parameters have decisive influence on the composition of the plasma at the location of the measuring probe or the measuring tip.
  • a source pressure of a plasma source may range from 0.05 Pa to 250 Pa.
  • a pressure at the site of the probe before activating the plasma source may range from 1 Pa to 10 7 Pa, preferably from 0.2 Pa to 10 6 Pa, more preferably from 10 1 Pa to 10 5 Pa, and most preferably from 10 2 to 10 4 Pa.
  • a distance between the measuring probe or the measuring tip and an output of the plasma source may comprise 1 cm to 10 m, preferably 2 cm to 5 m, more preferably 5 cm to 2 m, and most preferably 10 cm to 1 m.
  • a cross section of a piping system may comprise an area of 1 mm 2 to 100 cm 2 , preferably 1 cm 2 to 80 cm 2 , more preferably 10 cm 2 to 60 cm 2 , and most preferably 20 cm 2 to 40 cm 2 .
  • a small tube cross section increases the interaction of the radicals with each other and with the walls of the tube and thereby reduces the concentration during transport from the plasma source to the measuring tip. It is therefore necessary to find a compromise between these two opposing trends for each plasma.
  • the fraction of charged particles of the externally generated plasma at the location of the probe or probe tip is substantially zero.
  • the externally generated plasma may comprise oxygen radicals, hydroxl radicals, nitrogen monoxide radicals and / or nitrous oxide radicals at the location of the measuring probe or the measuring tip.
  • Radicals in the present application are atoms or molecules which have at least one unpaired valence electron.
  • the externally generated plasma may act at the location of the probe tip for a period of 1 second to 100 minutes, preferably 5 seconds to 50 minutes, more preferably 20 seconds to 20 minutes, and most preferably 30 seconds to 10 minutes.
  • the measuring tip is typically carbon-based.
  • the sharpening, thinning and / or cleaning of the measuring tip may be repeated once to ten times, preferably once to eight times, more preferably once to six times, and most preferably twice to five times.
  • a scanning probe microscope may comprise: (a) a measuring probe, a measuring tip and / or a measuring tip carrier having at least two measuring tips; (b) a plasma source configured to generate a plasma and located outside the scanning probe microscope; and (c) a conduit system configured to direct the plasma generated by the plasma source into the scanning probe microscope.
  • the scanning probe microscope may further comprise a pump system which is designed to generate a predetermined negative pressure at the location of the measuring probe, the measuring tip and / or the measuring tip carrier.
  • negative pressure in the present application refers to an absolute pressure value with a numerical value which is less than the atmospheric pressure under normal conditions.
  • the scanning probe microscope can also have a control device which is designed to control the plasma source.
  • the scanning probe microscope may be configured to perform a method according to one of the aspects discussed above.
  • a computer program may include instructions that, when executed by a computer system of any of the scanning probe microscopes described above. Lead the scanning probe microscope to perform the method steps of the above aspects.
  • FIG. 1 shows a schematic section through some important components of a raster probe microscope, the exemplary processing devices for hardening a measuring tip, and / or for irreversible machining, and / or sharpening, cleaning and / or thinning a measuring tip and / or for cleaning a Measuring probe includes; Fig.
  • FIG. 2 schematically illustrates in the upper part a probe comprising a measuring probe, schematically presenting in the middle part a probe comprising a measuring tip and illustrating in the lower part a schematic example of a measuring tip holder having a first and four second measuring tips;
  • 3 shows in the left partial image a measuring tip attached to a measuring probe which has not yet been used and presents the combination of measuring probe and measuring tip of the left partial image in the right partial image after the measuring tip has been used for scanning a sample;
  • Fig. 4 is a plan view of a scanning electron micrograph of a probe with a probe tip deposited thereon;
  • FIG. 5 is a side view of a scanning electron micrograph of a probe with an unused probe tip deposited thereon, with the probe tip hardened by electron beam irradiation;
  • Fig. 6 shows the probe and tip combination of Fig. 5 after a sample having the hardened probe tip has been analyzed
  • Fig. 7 is a flowchart of a method of curing a probe tip by means of a beam of an energy beam source
  • FIG. 8 shows in sub-picture a an unused measuring tip, reproduces a worn measuring tip in sub-image b, shows a contaminated measuring tip in sub-image c and shows in measuring field d a measuring tip repaired by an electron-beam-induced etching process;
  • FIG. 9 shows in sub-diagram a an unused measuring probe, reproduces a worn-out measuring probe in sub-image b, illustrates a contaminated measuring probe in sub-image c and illustrates in measuring field d a measuring tip repaired by an electron-beam-induced etching process;
  • FIG. 10 shows the measuring tip of the partial image c of FIG. 9 after cleaning by plasma generated externally by the scanning probe microscope
  • Fig. 11 shows a part of the sharpened part of an unused measuring tip in the drawing, reproduces a worn tip of the sharpened part in the partial image b, illustrates an isotropic material removal of the sharpened part of the partial image b in the partial image c by the etching effect of a plasma and in the partial image d the repaired sharpened Part of the measuring tip of the partial image b.
  • FIG. 12 shows a unused measuring tip in partial image a, reproduces a worn measuring tip in partial image b, illustrates a contaminated measuring tip in partial image c and represents a measuring tip repaired by a plasma etching process in partial image d; 13 shows a flow chart of a method for cleaning a probe or for sharpening, cleaning, and / or thinning a probe tip with the aid of a plasma; 14 shows a section through a schematic illustration of a measuring tip carrier which has a first measuring tip and n second measuring tips;
  • FIG. 15 illustrates the probe carrier of FIG. 14 after its first probe tip has been used to examine a sample
  • Fig. 16 shows the probe holder of Fig. 15 after its first measuring tip has been repaired by the action of a plasma
  • FIG. 17 shows the measuring tip carrier of FIG. 14 after the first measuring probe has been changed by use and by repeated repair to such an extent that, in addition to the first measuring tip, the first second measuring tip also interacts with the sample;
  • FIG. 18 represents the measuring tip carrier of FIG. 17 after the first measuring tip has been modified so far by irreversible machining that only the first second measuring tip interacts with the sample;
  • FIG. 19 shows the measuring tip carrier of FIG. 14, in which only the last or the nth second measuring tip is ready for use as a result of use and repeated repair processes;
  • FIG. 20 shows a flow chart of a method for providing a measuring tip based on a measuring tip carrier for a scanning probe microscope.
  • FIG. 1 shows a schematic section through some important components of a scanning probe microscope 100.
  • the scanning probe microscope 100 is an atomic force microscope or atomic force microscope (AFM).
  • AFM atomic force microscope
  • the methods described below can also be used for example in a scanning tunneling microscope.
  • a measuring head 102 is installed in the scanning probe microscope ⁇ .
  • the measuring head 102 comprises a holding device 105.
  • the holding device 105 By means of the holding device 105, the measuring head 102 is fastened to the frame of the SPM 100 (not shown in FIG. 1).
  • the holding device 105 can be rotated about its longitudinal axis, which runs in the horizontal direction (also not shown in FIG. 1).
  • a piezo-actuator 107 is mounted, which allows movement of the free end of the piezo-actuator 107 in three spatial directions (not shown in FIG. 1).
  • Attached to the free end of the piezoactuator 107 is a bending beam 110 which, in the following, is called cantilever 110, as is conventional in the art.
  • the cantilever 110 has a holding plate 112 for attachment to the piezoactuator 107.
  • the holding plate 112 opposite end of the cantilever 110 carries a probe 115.
  • the probe 115 may have a pyramidal shape.
  • the cantilever 110 and the measuring probe 115 can be made in one piece.
  • the cantilever 110 and the probe 115 may be made of a metal such as tungsten, cobalt, iridium, a metal alloy, or a semiconductor such as silicon or silicon nitride. It is also possible to manufacture the cantilever 110 and the measuring probe 115 as two separate components and then connect them together. This can be done for example by gluing. As shown in the middle part of Fig. 2, the tip 116 of a measuring probe 117, which may have a different shape than the measuring probe 115, in addition a fine long measuring tip 120, which in the following English usage also whisker tip 120th (whisker tip) is deposited.
  • the measuring probe 117 is along the longitudinal axis 118 of the measuring probe 117.
  • the measuring tip 120 then grows counter to the beam direction of the electron beam.
  • measuring probes 120 of the scanning probe microscope mainly relate to whisker tips 120. However, as explained below, the described methods can also be used for cleaning conventional measuring probes 115. Unlike in FIG. 2, a measuring tip 120 does not have to be deposited on a measuring probe 115, 117; instead, a carbon-based measuring tip 120 can also be deposited directly on a cantilever 110.
  • a measuring tip carrier 125 having two or more measuring tips can be attached to the cantilever 110.
  • a measuring tip carrier 125 having two or more measuring tips can be attached to the cantilever 110.
  • FIG. 2 In the lower part of FIG. 2 is shown schematically and greatly enlarged a section through a Meßspitzenlie 125 having five measuring tips, a first measuring tip 127 and four second measuring tips 130.
  • the measuring tips 127 and 130 can be arranged on a Meßspitzenlie 125 in any configuration become.
  • the measuring tips 127, 130 may also be arranged in a circle, for example.
  • the measuring tips 127 and 130 can, as shown in the lower part of Fig. 2, are grown directly on a Meßspitzenlie 125. However, it is also possible to deposit the measuring tips 127 and 130 on measuring probes, for example on the tip of a pyramid, which serves as a measuring probe 115 (not shown in FIG. 2). On the Meßspitzenyes 125, in addition to the measuring tips 127 and 130, one or more measuring probes 115 and 117 may be mounted.
  • probe 122 The combination of a cantilever 110 and a measuring probe 115, a cantilever 110 and a measuring tip 120 or a cantilever 110 and a Meßspitzencontinent 125 is hereafter called probe 122.
  • probe 122 When changing a measuring probe 115, a measuring tip 120 or a Meßspitzencontinent 125 always the corresponding probe 122 is replaced.
  • a sample 132 to be examined is fixed on a sample stage 135. This can be done for example by placing the sample 132 on support points of the sample table 135 in a vacuum or high vacuum environment or by an electrostatic interaction between the sample table 135 and an electrically conductive back of the sample 132.
  • the sample 132 may be any microstructured component or component.
  • the sample 132 may comprise a transmissive or a reflective photomask and / or a template for the nanoimprint technique.
  • the SPM 100 may be used to study, for example, an integrated circuit, a microelectromechanical system (MEMS), and / or a photonic integrated circuit.
  • MEMS microelectromechanical system
  • the sample stage 135 can be moved by a positioning system 137 in three spatial directions relative to the measuring head 102 of the AFM 100.
  • the positioning system 137 is embodied in the form of a plurality of micromanipulators.
  • An alternative embodiment of the positioning system 137 could be piezoactuators.
  • the positioning system 137 is controlled by signals from a controller 185.
  • the controller 185 does not move the sample stage 135, but the fixture 105 of the probe 102 of the AFM 100. It is also possible for the controller 185 to perform a rough positioning of the sample 132 in the height (z direction) and Piezo actuator 107 of the measuring head 102 makes a precise height adjustment of the AFM 100.
  • the controller 185 may be part of a computer system 187 of the scanning probe microscope 100.
  • the relative movement between the sample 132 and the measuring probe 115 or the measuring tip 120 between the positioning system 137 and the piezo-actuator 107 can be divided.
  • the positioning system 137 guides the movement of the sample 132 in the
  • the exemplary scanning probe microscope 100 of FIG. 1 includes a modified Scanning Electron Microscope (SEM) 150.
  • An electron gun 152 generates an electron beam 160 that is incident from the imaging elements in the pillar 155, not shown in FIG directed electron beam 160 is directed at the location 162 on the sample 132, which is arranged on a sample stage 135 (or stage).
  • the imaging elements of the pillar 155 of the SEM 160 may further scan or scan the electron beam 160 over the sample 132.
  • a detector 163 disposed in the electron column 155 is referred to as an "in-lens detector.”
  • the detector 163 may be installed in the column 155 in various embodiments Control device 185 of the SPM 100, the measurement data of the detector 163.
  • the controller 185 may generate from the measurement data and / or the data of the measuring head 102 images that are displayed on a monitor 190.
  • scanning probe microscope 150 may include a backscattered electron or secondary electron detector 165 located outside of
  • Electron column 155 is arranged.
  • the detector 165 is also controlled by the controller 185.
  • the electron beam 160 can also be used to image the measuring probe 115 and the measuring tip 120, 127, 130.
  • the sample table 135 has no sample, so that the measuring probe 115 or the measuring tip 120, 127, 130 can be brought to the position 162. If necessary, the sample table 135 is additionally lowered in the z-direction.
  • the measuring head 102 of the SPM 100 is rotated about the longitudinal axis of the holding device 105 of the measuring head 102. The rotation can be set to an arbitrary angle between O ° and 360 0th The rotation of the measuring head 102 can be controlled by the control device 185 of the SPM 100.
  • FIG. 3 shows in the left-hand part of the drawing a measuring probe 317 with a grown carbon-based measuring tip 320 according to the prior art.
  • the measuring tip 320 is not deposited at the tip 116 of the measuring probe 317.
  • the right-hand part of FIG. 3 shows the measuring tip 320 of the measuring probe 317 after scanning the measuring tip 320 over the sample 132.
  • the carbon-based material of the measuring tip 320 is soft and therefore subject to rapid wear.
  • FIG. 3 shows in the left-hand part of the drawing a measuring probe 317 with a grown carbon-based measuring tip 320 according to the prior art.
  • the measuring tip 320 is not deposited at the tip 116 of the measuring probe 317.
  • the right-hand part of FIG. 3 shows the measuring tip 320 of the measuring probe 317 after scanning the measuring tip 320 over the sample 132.
  • the carbon-based material of the measuring tip 320 is soft and therefore subject to rapid wear.
  • FIG. 3 shows in the left-hand part of the drawing a measuring
  • the length of the measuring tip 320 has already been reduced so far that the tip 116 of the measuring probe 317 and the tip 320 can interact simultaneously with a sample 132 to be examined.
  • the worn measuring tip 320 has a significantly reduced radius of curvature compared to the unused measuring tip 320 of the left partial image of FIG. 3, which increases the smallest possible area in the interaction zone with a sample.
  • the spatial resolution of the measuring tip 320 is thereby significantly reduced.
  • FIG. 4 illustrates scanning the electron beam 160 of the SEM 150 over a measurement tip 120 and the surroundings of the measurement tip 120.
  • the square 410 represents an enlarged detail of the measurement probe 117 and the measurement tip 120.
  • the scanning region of the electron beam 160 which comprises the measuring tip 120, 127, 130, has an area of approximately 250 nm ⁇ 250 nm.
  • the electrons of the electron beam 160 have a kinetic energy of 5 keV on.
  • the electron beam 160 was focused at location 162 to a spot with a diameter of 1 nm.
  • the residence time of the electron beam 160 at one location and the repetition period were 100 ⁇ and 5 ms in the example shown in FIG.
  • the entire irradiation process of the scan area 410 lasted 5 minutes.
  • the SEM 150 is controlled by the controller 185.
  • the numerical values given here can be changed over a larger range without substantially changing the densification of the measuring tips 120, 127, 130 caused by the irradiation.
  • the material of the measuring tip 120, 127, 130 can be densified with a kinetic energy of the electrons in the range of 20 to 50 keV.
  • the process of compaction ends when the generated measuring tip 120, 127, 130 has the structure of the corresponding crystal lattice. A greater density can not reach the material of the measuring tip 120, 127, 130.
  • FIG. 5 shows an image of the measuring tip 120 after irradiation with the electron beam 160 for hardening the measuring tip 120.
  • the measuring probe 117 and the measuring tip 120 shown in FIG. 5 were after the irradiation process with the aid of the electron beam 160 of the SEM 150 analyzes.
  • FIG. 6 shows a photograph of the measuring tip 120 and a part of the measuring probe 117 after a scan has been carried out in the measuring head 102 of the AFM 100.
  • the processing time of the measuring tip 120 of FIG. 5 was comparable to the processing time of the measuring probe 120 shown in FIG.
  • the hardened measuring tip 120 of FIG. 6 has essentially no wear. Only at the tip of the measuring tip, a slight contamination 650 shows.
  • the comparison of Figures 5 and 6 thus provides evidence that the machining of a carbon-based measuring tip 120 or whisker tip 120, the material of the measuring tip 120 compacted and thus made harder can be, so that a treated with an electron beam 160 measuring tip 120 allows a significantly longer processing time than a not hardened with an electron beam probe tip 120th
  • the electrons of the electron beam 160 radiated onto the measuring tip 120 emit their energy essentially in interaction with the electrons of the atoms of the measuring tip 120.
  • the electrons of the atoms of the measuring tip 120 can be excited, so that interatomic bonds between the atoms of the measuring tip 120 can break up and then reform themselves.
  • an energetically more favorable configuration of the arrangement of the atoms of the measuring tip 120 will typically arise, which is denser and more stable than the initial configuration.
  • the most favorable structure of a carbon measuring tip 120 has a crystal lattice in the form of a diamond structure.
  • whisker tip 120 As can be seen in FIGS. 5 and 6 in comparison with FIG. 3, the hardening of whisker tips 120 with the electron beam 160 produces impressive results. However, it is also conceivable to compress conventional measuring probes 115 with the aid of an electron beam 160 and thereby harden them. As stated above, a compaction process is possible as long as the crystal lattice or parts of the crystal lattice of a conventional measuring probe 115 do not yet have the densest packing of the atoms of the respective crystal lattice.
  • the hardening of the measuring tips 120, 127, 130 has been carried out with the aid of an electron beam 160.
  • the SPM 100 includes an SEM 150 for analyzing a sample 132. It is however, it is also possible to use an ion beam, an atom beam, a molecular beam and / or a photon beam to harden a measuring tip 120, 127, 130.
  • FIG. 7 presents a flow chart 700 for carrying out the method described above.
  • the method begins at 710.
  • the first three steps 720, 730, and 740 are optional, the border of which is therefore dotted in FIG.
  • the position of a measurement tip, 120, 127, 130 is determined. This may be accomplished by the beam of an energy beam source, such as an electron source or an ion source, which is later used to scan the beam across the probe tip to harden the probe tip 120, 127, 130.
  • an energy beam source such as an electron source or an ion source
  • the tip 123 of the measuring tip 120, 127, 130 is aligned by the measuring head 102 of the SPM 100 in anti-parallel to the direction of the beam 160 of the energy beam source 152.
  • the parameters of the beam of the energy beam source 152 are adjusted. This step is preferably performed by the controller 185. In an alternative embodiment, the parameters of the beam 160 of the energy beam source 152 may be manually adjusted.
  • the beam 160 of the energy beam source 152 is scanned over the measurement tip 120, 127, 130 and preferably an environment 420 of the measurement tip 120, 127, 130. The method ends at step 760.
  • the electron beam 160 of the SEM 150 may also be capable of processing defects of a sample 132 are used.
  • the scanning probe microscope 100 has at least two storage containers 167 and 172 for two different processing gases.
  • the first reservoir 167 stores a first precursor gas, particularly a first carbon-containing precursor gas.
  • a metal carbonyl may be stored, such as chromium hexacarbonyl or a main group element alkoxide, such as TEOS.
  • missing material For example, missing absorber material of a photomask may be deposited on sample 132.
  • the second reservoir 172 stores an etching gas that makes it possible to perform an electron beam-induced etching process. With the aid of an electron beam-induced etching process, excess material can be removed from the sample 132.
  • An etching gas may, for example, xenon difluoride (XeF 2 ), chlorine (Cl 2 ), oxygen (0 2 ), ozone (0 3 ), water vapor (H 2 0), hydrogen peroxide (H 2 0 2 ), nitrous oxide (N 2 0), Nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (N0 2 ), nitric acid (HN0 3 ), ammonia (NH3) or sulfur hexafluoride (SFe).
  • Each of the reservoirs 167 and 172 has its own control valve 168 and 173 to adjust the amount of the respective gas provided per unit of time, i.e., the amount of time required. controlling the flow of gas at the point 162 of impact of the electron beam 160 on the sample 132 or on the cantilever 122 or measuring probe 115, 120, 127, 130.
  • the control valves 168 and 173 are controlled and controlled by the controller 185. This makes it possible to set the partial pressure ratios of the processing sites 162 and 116 for depositing a measuring tip 120, 127, 130 in a wide range.
  • each storage container 167, 172 has its own gas supply system 169 and 174, which with a nozzle 170, 175 in the vicinity of the point of incidence 162 of the electron beam 160 on the sample 132 or on the measuring probe 115, 120, 127, 130 ends.
  • valves 168 and 173 are disposed in the vicinity of the respective containers 167 and 172.
  • control valves 168 and 173 may be installed near the respective nozzles (not shown in FIG. 1).
  • the reservoirs 167 and 172 may have their own temperature setting element and / or control element which allow both cooling and heating of the respective reservoirs 167 and 172. This enables the storage and, in particular, the provision of the carbon-containing precursor gases and / or the etching gas (s) at the respectively optimum temperature (not shown in FIG. 1).
  • the delivery systems 169 and 174 may have their own
  • Temperature adjustment and / or temperature control include elements to provide all processing gases at their optimum processing temperature at the point of impact 162 of the electron beam 160 on the sample 132 and the measuring probe 115 or the measuring tip 120, 127, 130 (also not shown in FIG. 1) ,
  • the controller 185 may control the temperature adjustment elements and the temperature control elements of both the reservoirs 167, 172 and the gas supply systems 169, 174.
  • the scanning probe microscope 100 shown in FIG. 1 can be operated under ambient conditions or in a vacuum chamber 140.
  • a negative pressure in the vacuum chamber 140 relative to the ambient pressure is necessary.
  • the SPM 100 of FIG. 1 includes a pumping system 142 for generating and maintaining a negative pressure required in the vacuum chamber 140.
  • the pumping system 142 may include separate pumping systems for the top of the scanning probe microscope 100 to provide the electron beam 160 and the lower portion 145 and the reaction space 145, respectively (not shown in FIG. 1).
  • the SPM 100 may include an aspirator to define a defined local pressure condition at the surface of the sample 132 and at the location of the probe 115 and the probe tip 120, 127, 130, respectively (in FIG of Fig. 1 not shown).
  • the use of an additional exhaust device can to a large extent prevent one or more volatile reaction products of the one or more carbon-containing precipitates from being used. Cursors gases, which are not used for locally depositing the deposit on the sample 132 or the measuring probe 115, 120, 127, 130, on the sample 132, the cantilever 110 of the probe 122 and the measuring probe 115, 120, 127th , 130 or in the vacuum chamber 140.
  • the aspirator can prevent particles formed in an etching process from being deposited on the sample 132, the cantilever 110 of the probe 122, or distributed in the vacuum chamber 140 of the SPM 100.
  • the function (s) of the pumping system (s) 142 and the additional exhausting device may also be controlled and / or monitored by the controller 185.
  • the scanning probe microscope 100 of FIG. 1 has the possibility of a probe tip 120, 127, 130 on a cantilever 110, a Meßspitzenany 125 or a base of the cantilever 110 by the focusable electron beam 160 and a storable in the reservoir 167 containing carbon precursor gas or the Meßspitzennums 125 to be deposited.
  • the measuring head 102 of the SPM 100 is rotated by 180 ° about a horizontal axis relative to the analysis position of the measuring head 102 and brought to the impact location 162 of the electron beam 160 on the sample 132, wherein a sample 132 during deposition of a carbon-based measuring tip 120 not is present in the reaction space 145 of the SPM 100.
  • the probes 120, 127, 130 are fabricated in a separate plant outside of the SPM 100. The measuring tips 120, 127, 130 are cleaned and / or sharpened in the scanning probe microscope 100.
  • FIG. 8 shows in the partial image a a carbon-based measuring tip 120 which has a tip 123.
  • the measuring tip 120 can be deposited directly on the cantilever 110, the measuring probe 117 or the measuring tip carrier 125. With the measuring tip 120, no sample 132 has yet been analyzed.
  • the partial image b presents the measuring tip 120 after an insert for examining a sample 132.
  • the tip 810 has clear signs of use, resulting in a visible wear compared to the original tip 122.
  • Panel c also shows a used measuring tip 840.
  • the tip 835 of the measuring tip 840 was only slightly rounded by the interaction with a sample 132 and thus little worn. But at the top 835 of the measuring tip 840, a particle 830 has settled. puts.
  • the particle 830 changes the measurement data of the measuring tip 850 relative to the new measuring tip 120 of the partial image a.
  • the tip of a used probe tip 820, 840 is both a worn tip 810 and dirty (not shown in Fig. 8).
  • the sub-image d represents the repaired probe tip 860.
  • the contour of the tip 850 of the repaired probe tip 860 has substantially the contour of the tip 123 of the new, i.e. unused tip 120 on.
  • the repaired probe tip 860 thus provides essentially the same measurement data as the new probe tip 120.
  • the only difference between the two probe tips 120 and 860 is the slightly shorter length of the repaired probe tip 860.
  • FIG. 9 illustrates that the SEM 150 of the SPM 100 can also be used to repair conventional probes 115.
  • the partial image a of FIG. 9 shows schematically and greatly enlarged a section through a new measuring probe 115 and its tip 116.
  • the partial image b of FIG. 9 presents a used measuring probe 920 whose tip 910 wears due to the interaction with a sample 132 has been.
  • the resolving power of the used measuring probe 920 is worse than that of the measuring probe 115.
  • the partial image c shows the used measuring probe 940. Its tip 935 shows only slight signs of use. However, a particle 930 has deposited on the tip 935, which contains the image data of the 940 probe degrades.
  • Scanning Probe Microscope 100 includes a plasma source 180 that is flanged to reaction chamber 145 of SPM 100 via conduit system 182 or piping system 182.
  • the exemplary plasma source 180 of FIG. 1 generates a plasma by inductive excitation.
  • a plasma can be described as a state of a gas in which charged particles, ie ions and electrons, excited particles, ie radicals and often also atoms or molecules exist in their ground state next to each other.
  • the interaction of the plasma particles with the surface of a sample in the form of a solid produces three basic effects: (I) the sample is heated by the irradiation with the fast electrons of the plasma; (II) the high-energy ions of a plasma exert a sputtering effect on the surface of a sample; and (III) the radicals of the plasma etch the surface of a sample (see JT Grant, SD Walck, FJ Scheltens, and AA Voevodin: "Surface science aspects of contamination in TEM sample preparation", in: Specimen Preparation for Transmission Electron Microscopy of Materials-IV, Edit: RM Anderson and SD Walck, Mater Res Soc, Proc., 480 (1997), pp.
  • Ions and electrons in the plasma are lost by recombination within the plasma or on the walls of the plasma chamber of the plasma source 180.
  • the recombination processes take place on a short time scale (in the range from 10 8 s to 10 s).
  • the excited particles of a plasma, ie the radicals go into their ground state by giving off their excitation energy.
  • These deactivation procedures run on a longer time scale (in the range of 10 2 s to 10 4 s).
  • a plasma can thus be used for cleaning the 940 probe contaminated by use.
  • the contaminated measuring probe 940 and the contaminated measuring tip 840 are not exposed to the plasma at its point of origin. Rather, the plasma generated by the plasma source 180 is transferred over the
  • Piping system 182 passed into the reaction space 145 of the SPM 100.
  • the composition of the plasma at location 162 can be adjusted by the length of the distance between the output of the plasma source 180 and the location 162, the difference in pressure between these two positions, and the diameter of the piping system 182.
  • the piping system 182 comprises a round tube 1 cm in length and 0.5 cm in diameter.
  • the distance between the inlet port of the reaction chamber 145 and the location 162 in the example of FIG. 1 is about 40 cm.
  • a pressure of 10 2 Pa to 10 4 Pa At the location 162 prevails before switching on the plasma source 180, a pressure of 10 2 Pa to 10 4 Pa.
  • piping system 182 only bridges the distance between plasma source 180 and the wall of reaction chamber 145 of SPM 100. It is also possible to route the piping system close to location 162 to the plasma concentrate at the location of the 940 probe or the 840 probe. In this case, the piping system may have a diameter in the range of about 1 mm to 2 cm and a length in the range of 10 cm to about 100 cm. For a specific plasma, the optimum of the two parameters must be determined experimentally.
  • the plasma source 180 uses air to generate the plasma.
  • Important excited component of the generated plasma are oxygen (O) radicals, nitric oxide (NO) radicals, Distickstoffmonooxid (N 2 0) radicals and OH * radicals.
  • oxygen O
  • NO nitric oxide
  • N 2 0 Distickstoffmonooxid
  • OH * radicals Alternatively, pure oxygen (0 2 ) can be used to generate the plasma.
  • the gas used to generate the plasma may be admixed with an inert gas, such as argon or neon.
  • the pressure of the plasma at the exit of the plasma source 180 can be adjusted over a range of 0.5 Pa to 250 Pa.
  • the plasma source 180 can be varied from 10 W to 99 W. Thus, the intensity of the generated plasma can be changed in a wide range.
  • FIG. 10 shows the measuring probe 940 of FIG. 9 after the action of the radicals of the plasma generated by the plasma source 180.
  • Diagram 1000 of FIG. 10 shows the measuring probe 940 of FIG. 9 after it has been cleaned with a plasma for 5 minutes. The cleaning action of the plasma has completely removed the particle 930 from the tip 935 of the probe 940.
  • the contour of the cleaned measuring tip 1060 was essentially unchanged by the etching effect of the plasma.
  • the cleaning process works particularly well for particles that are more affected by the radicals than the measuring tips 120, 127, 130 itself.
  • the radicals can produce volatile products from the material of the particle (s). This applies, for example, to particles based on carbon.
  • Measuring tips 120, 127, 130 based on silicon or chromium are hardly attacked by the radicals of the plasma source.
  • the plasma source 180 was operated with an RF power in the range of 20 W to 50 W.
  • the source pressure of the plasma was 10 Pa.
  • the corrosive action of the radicals of the plasma generated by the plasma source 180 acts on a carbon-based measuring tip 120, 127, 130 other than on a measuring probe 115, 117 comprising semiconducting or metallic material.
  • the partial image a of FIG. 11 schematically shows the sharpened part 1110 of an unused measuring tip 120 or a measuring tip 127, 130.
  • the sharpened part 1110 has the tip 123.
  • the partial image b presents the tip 1120 of the sharpened part 1110, which has been created by using the measuring tip 120, 127, 130 from the tip 123.
  • the interaction between sample 132 and measuring tip 120 has significantly worn its tip 1120.
  • the action of the radicals of the plasma removes isotropically material from the carbon-based sharpened portion 1110 of the measuring tip 120.
  • the plasma generated by the plasma source etches the sharpened part 1110 of the measuring tip 120 homogeneously. Due to the isotropic material removal of the plasma, the wear on tip 1120 disappears.
  • the tip 1150 of the repaired sharpened portion 1160 is substantially identical to the unused tip 123. However, the repaired sharpened portion 1160 is shorter than the original, pointed portion 1110 of the measuring tip 120.
  • a source pressure of 10 Pa results for the geometric configuration given above, a material removal rate of 0.2 nm / min.
  • FIG. 12 again repeats the partial images a, b and c of FIG. 8 in the partial images a, b and c.
  • the partial image a again represents a new measuring tip 120 or 127 or 130 with a sharpened part 1110 and a tip 123.
  • the partial image b shows a tip 810 of the measuring tip 820 worn through use and the partial image c presents the measuring tip 840, whose tip 835 has a particle 830.
  • the corrosive action of the radicals of the plasma generated by the plasma source 180 repairs the measuring tips 820 and 840.
  • the particle removed from the tip 835 by the action of the plasma is rejected by the suction system of the SPM 100 shown in FIG Placed near the location 162, sucked out of the reaction chamber 145.
  • the exhaust system additionally mounted in the reaction chamber 145 is turned off during operation of the plasma source 180 to minimize plasma loss at location 162.
  • the tip 1250 of the repaired probe tip 1260 has substantially the shape of the tip 123.
  • the explained process can be repeated several times, depending on the shape of the measuring tip 120, 127, 130.
  • the service life of carbon-based whisker tips 120, 127, 130 can thus be significantly increased.
  • the repaired measuring tip 1260 has two differences: on the one hand, the repaired measuring tip 1260 is shorter than the new measuring tip 120 and, on the other hand, the repaired measuring tip is thinner than the original measuring tip 120 due to the isotropic etching effect of the plasma.
  • a plasma can be used in addition to the elimination of traces of use of the measuring tips 820 and 840 also for a targeted thinning or tapering new measuring tips 120.
  • in-situ measuring tips 120, 127, 130 can be tailored for specific applications, such as scanning trenches with a high aspect ratio.
  • FIG. 13 depicts a flowchart 1300 of a method that may be used to clean a probe 115 or to sharpen, clean, and / or thin a probe tip 120, 127, 130 within a scanning probe microscope 100.
  • the method begins at 1310.
  • a plasma is generated outside the scanning probe microscope 100.
  • the externally generated plasma is provided at the location 162 of the probe 115 within the scanning probe microscope 100 for cleaning the probe 115, or the externally generated plasma at the location 162 of the probe tip 120, 127, 130 within the scanning probe microscope 100 for sharpening, cleaning and / or thinning the measuring tip 120, 127, 130.
  • the process ends at step 1340.
  • the diagram 1400 of FIG. 14 schematically shows a section through a Meßspitzen strictly 1410 having (n + i) measuring tips.
  • the probe holder 1410 may be made of a semiconductive material such as silicon (Si), a compound semiconductor such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or gallium arsenide (GaAs), metal, such as titanium or a metal alloy.
  • the thickness of the probe tip carrier 1410 is chosen to be as low as possible, taking into account stabilization aspects, in order to minimize the mass to be moved by the cantilever 110 and is typically in the sub-micron range.
  • the Meßspitzenn 1410 includes a first measuring tip 127 and n second measuring tips 130-1 to 130-n.
  • the first measuring tip 127 has a length of ( ⁇ + ⁇ ) ⁇ ⁇ .
  • n + i designates the number of measuring tips 127, 130 on the measuring tip carrier 1410.
  • the other second measuring tips 130-2 to 130-n are produced in this way in that on the one hand their lengths are each smaller by a fixed amount, for example by 200 nm, and on the other hand their knife by a predetermined value, such as ⁇ 1 compared to the next longer second measuring tip i30- (ni).
  • the measuring tips 127, 130 can be arranged in any configuration on the Meßspit- zené 1410, as long as the lateral distances of adjacent measuring tips 127, 130 are met.
  • the measuring tips 127, 120 can be deposited in square configuration on the Meßspitzenyes 1410.
  • n has a minimum value of one.
  • the maximum value is given by the size of the probe tip carrier 1410 that can be attached to a cantilever 110 and the spacing of the individual probe tips 127 and 130.
  • the Meßspitzen may have a size in the range of 1 ⁇ x 1 ⁇ .
  • the measuring tips 127 and 130 can be deposited at a lateral distance of about 300 nm.
  • the maximum number of measuring tips 127 and 130 which a measuring tip carrier 1410 can carry is thus in the two-digit range.
  • a measuring probe for example in the form of a truncated measuring probe, can be used as a measuring tip carrier on which an arrangement or an array of measuring tips can be grown.
  • the graph 1500 of FIG. 15 shows the first probe tip 1527 of the probe tip carrier 1410 after the first probe tip has been used to examine the sample 132.
  • the first probe tip 1527 shows wear of its tip 1510 through interaction with the sample 132.
  • the probe tip 123 of the original first probe tip 127 could be contaminated by analysis of the sample 132 (Figs Fig. 15 not shown).
  • the first probe tip 1527 could additionally be contaminated (not shown in FIG. 15).
  • the traces of use of the first measuring tip 1527 in the form of the worn measuring tip 1510 and / or a soiled measuring tip 1527 can be repaired with the aid of a plasma generated by the plasma source 180.
  • Diagram 1600 of FIG. 16 presents probe tip 1410 after exposure to the plasma.
  • the repaired first probe tip 1627 has a tip 1623 that is substantially indistinguishable from the tip 123 of the new first probe tip 123.
  • the repaired first measuring tip 1627 is shorter and thinner than the new first measuring tip 120.
  • Plasma source 180 also slightly shortened and thinned the second probes 1630-1 through 1630-n.
  • the thinning of the first measuring tip 127 and the second measuring tip (s) could be avoided if the worn and / or soiled first measuring tip 1527 is repaired with an electron beam-induced etching process described with reference to FIG. 8 instead of a plasma etching process. This could avoid that the second, shorter measuring tips 130 must be made thicker than the first measuring tip 127 (not shown in FIG. 16).
  • the described repair process for the first measuring tip 123 can be repeated several times, wherein each repair step further shortens the length of the first measuring tip 123.
  • the configuration shown in FIG. 16 occurs, in which the multiply repaired first measurement tip 1723 has a length that is comparable to the length of the first second measurement probe 1730-1.
  • both the tip 1723 of the multiply repaired first measuring tip 1723 and the tip 1723-1 of the first second measuring tip 1730-1 interact with the sample 132.
  • the combined interaction of the measuring tips 1727 and 1730-1 alters that from the probe 122, ie Cantilever 110, to which the probe holder 1410 of FIG. 17 is attached, specifically generates an image of the sample 132 displayed on the monitor 190.
  • any increase in a sample 132 to be measured is determined by a height difference corresponds to the difference in length of the two measuring tips, shown twice. It thus creates double images always the same distance.
  • the second longest probe will sit on the sample surface before the longest probe reaches the bottom of the well. Double images and sudden changes in measured profile depths are thus important indicators of a conflict between two simultaneously measuring probe tips.
  • the probe holder 1410 is again exposed to the action of a plasma originating from the plasma source 180.
  • the exposure time is chosen so that the plasma, more specifically the radicals of the plasma, etch the repaired first probe 1727 so far, i. edit irreversibly until the remaining first probe tip 1827 is smaller than the first second probe tip 1830-1.
  • the remaining first measuring tip 1827 is shorter, at least by the length difference, than the first second measuring tip, by which the original first measuring tip 127 was longer than originally the first second measuring tip 130-1.
  • the multiply repaired first probe tip 1727 could be etched by an electron beam induced etch process, i. are irreversibly processed (not shown in FIG. 18).
  • the first second measuring tip 130-1 (when performing an electron-beam-induced etching process or the first second measuring tip 1830-1 (when performing a plasma etching process) is used to examine the sample 132
  • the processes described in the context of Figures 15 to 17 are then carried out with the first second measuring tip 130-1 or 1830-1 until reaching their end of life
  • the process of inspecting a sample 132 continues with the second second probe tip 130 - 2.
  • FIG. 19 shows the tip carrier 1410 at the end of the life of the (ni) second probe tip i930- (ni) -2) -th second measuring tips 130-1 to i30- (n-2) are repeated Isotropic plasma etching processes have been substantially completely removed from the Meßspitzenvic 1410.
  • the nth second measuring tip 130-n or 1930-n is used.
  • the time between two changes of the probe 122 can be increased by a multiple compared to a probe 122 having a single probe 115 or probe 120.
  • FIG. 20 shows a flow diagram 2000 of a method for providing a measuring tip 127, 130 for a scanning probe microscope 100.
  • the method begins at 2010.
  • at least one first 127 and at least one second measuring tip 130 are provided, which are arranged on a common measuring tip holder 1410 such that only the first measuring tip 127 interacts with a sample 132 to be examined. This can be achieved, for example, by a corresponding difference in the length of the first 127 and the second measuring tip 130.
  • the first 127 and second probes 130 may be densified by irradiation with an energy beam, such as an electron beam 160, and thereby made harder. As a result, the service life of the first 127 and the second measuring tip 130 is increased.
  • an energy beam such as an electron beam 160
  • the index counting the measurement tips 127 and 130 of the probe support 1410 is set to one.
  • the sample 132 is probed with the first 127 (more generally the i-th) probe tip 130 (1-1).
  • decision block 2035 it is checked whether only the first 127 (generally the i-th) probe tip or second 130 (generally (i + i) th probe tip 130-i interacts with the sample 132. If only the first probe tip 127 forms a force sensor for the sample 132 if necessary, the first 127 (or ith) probe tip is cleaned at step 2040 and / or its tip sharpened so that the repaired first probe tip 1627 substantially has the contour of the original first probe tip 127.
  • the method jumps at block 2030 and analyzes the sample 132 with the repaired first probe tip 1627. If it is determined at decision block 2035 that the second probe tip 130 (generally the (i + i) th probe tip 130-i) interacts with the sample 132, at Step 2045 irreversibly processed the first measuring tip 127, so that after the irreversible processing only the second (generally (i + i) -th measuring tip interacts with the sample 132.
  • the measuring tip 127 (generally the ith) can be embodied, for example, by means of a local electron beam-induced etching process or an isotropic plasma-induced etching process.
  • step 2050 it is then determined whether the index i + i has reached the final value N. If so, at step 2060, sample 132 continues with the last, Nth probe tip. If the last probe 130-n is no longer repairable, then the method ends at step 2065. If the question of the decision block is to be answered in the negative, the index i is incremented by one step at step 2055 and the probe 132 is examined at step 2030 the second (generally the (i + i) th) measuring tip 130-i.

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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.
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