DE69001692T2 - Sensor mit freitragendem Ausleger. - Google Patents

Description

• Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor mit einem Ausleger bzw. auskragenden Arm. Insbesondere bezieht sie sich auf einen Sensor, der für den Einsatz bei einer Einrichtung zum Messen der Dicke eines nach einem physikalischen Dampfabscheidungsverfahren (PVD-Verf ahren) oder einem chemischen Dampfabscheidungsverfahren (CVD-Verf ahren) hergestellten Films oder für den Einsatz bei einer Vakuurn-Meßeinrichtung zum Erfassen der Intensitäten von molekularen, auf ein Objekt gerichteten Strahlen ausgelegt ist, und bei dem eine sehr feine Verlagerung eines auskragenden Arms in Form von Veränderungen im Tunnelstrom, der der Sonde eines Raster-Tunnelmikroskops oder derjenigen eines Kraft-Mikroskops (AFM) zugeführt wird, oder in der Form von Veränderungen einer Atomkraft (atomic farce) erfaßt wird.
• Im Fall einer Einrichtung zum Messen der Filmdicke werden üblicherweise Verfahren mit Mehrfach-Reflektions-Interferenzen, Kristallschwingern und andere Verfahren als Methode zum Messen der Dicke eines dünnen Films eingesetzt. Bei dem Verfahren der Mehrfach-Reflektions-Interferenzen wird eine Filmdicken-Meßplatte, deren halbe Oberfläche maskiert wurde, benachbart zu einer Probe angeordnet und es werden Bereiche, in denen ein dünner Film ausgebildet wird, und in denen kein dünner Film gebildet wird, benachbart zueinander auf der Platte zu demjenigen Zeitpunkt ausgebildet, wenn ein dünner Film auf der Oberfläche der Probe herzustellen ist. Ein Metallfilm mit einer hohen Reflektionsrate wird gleichförmig über die gesamte Platte ausgebildet und ein halbdurchlässiger Film wird auf der Platte mit einem Winkel von 8 angeordnet. Wenn homogenes Licht mit einer Wellenlänge auf die Platte in einer derartigen Weise gerichtet wird, daß es im wesentlichen rechtwinklig zur
• Oberfläche der Platte verläuft, werden lineare Interferenzstreifen geschaffen, die gegenseitig im gestuften Bereich auf der Oberfläche der Platte um einen Abstand (b) versetzt sind und parallel zueinander mit einem zwischen ihnen befindlichen Intervall (b) verlaufen. Daher kann die Filmdicke (d) aus der Gleichung d = ( λ/2) x (b/a) erhalten werden. In diesem Fall ist die Messung der Filmdicke jedoch nur nach der Herstellung des dünnen Films auf der Platte möglich. Daher kann die Filmdicke nicht während der Erzeugung des dünnen Films auf der Platte gemessen werden. Zusätzlich ist es erforderlich, daß der dünne Metallfilm mit hoher Reflektionsrate auf der Platte ausgebildet wird, was die Messung der Filmdicke recht problematisch macht. Wenn die Filmdicke kleiner als 2 bis 3 nm (20 bis 30 Å) ist, wird der MeJ3fehler ziemlich groß, wodurch es unmöglich wird, die praktische Messung der Filmdicke auszuführen.
• In dem Fall der Filmdickenmessung gemäß der Kristallschwinger- Methode wird eine Kristallschwinger-Platte benachbart zu einer Probe angeordnet, wenn ein dünner Film auf der Probe aus zubilden ist. Die Filmdicke kann durch Messen der Eigenfrequenz der Oszillatorplatte erhalten werden, die sich in Abhängigkeit von der Dicke des auf der Oszillator-Platte gebildeten Films verändert. Jedoch steigt die Temperatur der Kristallschwinger- Platte an, während der dünne Film ausgebildet wird, was eine Verschiebung der Frequenz der elektrischen Schwingung hervorruft, mit dem Ergebnis, daß die Meßgenauigkeit niedrig wird.
• Die Stärkenverteilung eines auf die bearbeitete Oberfläche der Probe zur Bildung eines dünnen Films gerichteten Molekular- Strahlen-Flusses ist nicht gleichmässig, sondern die Stärke ist entlang der durch die Mitte des Molekularstrahlen-Flusses gehenden Richtung gaussförmig verteilt. Die Stärke des Molekularstrahls ist in der Mitte des Strahl-bestrahlten Bereichs hoch, in der Peripherie des Bereichs aber niedrig. Die Bildungsgeschwindigkeit des dünnen Films ist daher an unterschiedlichen Teilen der bearbeiteten Oberfläche der Probe geringfügig unterschiedlich, so daß es wichtig ist, vorab die Stärkenverteilung des Molekularstrahlen-Flusses, der auf die zu bearbeitende Oberfläche der Probe gerichtet ist, zu kennen.
• Die Stärkenverteilung des molekularen Strahls wird aus den regionalen Stärken des Strahls erhalten, die in vorbestimmten Bereichen in einer Ebene rechtwinklig zum Strahlfluß gemessen werden und die Achse des Strahlflusses enthalten. Die regionalen Stärken werden durch regionale Vakuum-Meßeinrichtungen gemessen und aus den Momenten des molekularen Strahls erhalten, die in vorbestimmten Bereichen der bearbeitenden Oberfläche der Probe mittels Ionen-Meßinstrumenten gemessen werden. Als Ionen-Meßinstrument werden üblicherweise Oberflächenionisations-Meßeinrichtungen und Detektoren des mit Elektronenkollision arbeitenden Typs eingesetzt. Die Oberflächenionisations- Meßeinrichtung und Detektoren des Elektronenkollisions-Typs besitzen Öffnungen lediglich in der Richtung des einfallenden molekularen Strahls, ionisieren Gasmoleküle, die durch die Öffnungen hindurchtreten, und messen das Moment des molekularen Strahls aus dem Gleichgewichts-Druck von Gas im Detektor, das durch Messung das während der Ionisierung der Gasmoleküle fließenden Ionisationsstroms erhalten wird. Im Fall einer Oberflächenionisations-Meßeinrichtung und eines Detektors des Elektronenkollisions-Typs ist es aber zur Erfassung des Ionenstroms erforderlich, daß die Öffnung, durch die der Molekularstrahl eintritt, einen Durchmesser von zumindest 10 mm besitzt. Hierdurch wird die Auflösung, mit der der Detektor die Stärkenverteilung erfassen kann, relativ niedrig. Es ist daher schwierig, die Stärkenverteilung des Molekularstrahls im Rauin zu messen. Weiterhin ist der durch die Ionen-Meßeinrichtung gemessene Druck des molekularen Strahls gegenüber Einflüssen durch verbleibendes Gas mit Ausnahme des molekularen Strahls anfällig.
• Eine Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung, die zur Messung der Dicke eines Dünnfilms im Stande ist, während der Film erzeugt wird, und die weiterhin zum Messen der Dicke eines recht dünnen Films mit hoher Genauigkeit befähigt ist.
• Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Schaffung einer regionalen Vakuum-Meßeinrichtung mit höherer Auflösung und höherer Druckempfindlichkeit bei kleinerer Größe.
• Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Sensor geschaffen, der in Übereinstimmung mit jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12 steht.
• EP-A-0 262 253 offenbart einen Sensor mit einem dünnen Auslegerarm, der an einem Ende befestigt ist und einen freien Endabschnitt mit einer daßauf befindlichen Detektionsregion besitzt. Eine Verlagerungs-Erfassungseinrichtung erfaßt eine Verlagerung des Auslegers durch Ermittlung der Stärke des zwischen Elektroden fließenden Tunnelstroms, wobei eine der Elektroden am Auslegerarm befestigt und die andere stationär angeordnet ist. Die Verlagerung des Auslegers wird durch Atomkräfte hervorgerufen, die zwischen einer am freien Ende des Auslegers montierten Sondenspitze und einer abgetasteten Oberfläche wirken. Der bekannte Sensor ist weder für die Messung der Dicke eines dünnen Films während dessen Herstellung gedacht noch dafür ausgelegt.
• Die Erfindung ist aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch besser verständlich. Es zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer in Übereinstimmung mit vorliegender Erfindung stehenden Meßeinrichtung zur Filmdicken- Messung, die mit einem Sensor mit einem Ausleger bzw. Auslegearm versehen ist,
• Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Einrichtung zur Erläuterung der grundsätzlichen Arbeitsweise der Einrichtung,
• Fig. 2A eine entlang einer Linie A - A in Fig. 1 aufgenommene Schnittansicht,
• Fig. 3 eine schematische Schnittansicht der Anordnung eines in Übereinstimmung mit vorliegender Erfindung stehenden weiteren Ausführungsbeispiels der lokalen Vakuum-Meßeinrichtung,
• Fig. 4 eine teilweise ausgebrochene perspektivische Ansicht einer Einrichtung mit mehreren lokalen Vakuum-Meßeinrichtungen, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, wobei die mehreren lokalen Vakuum-Meßeinrichtungen Seite an Seite mit einem Teilungsabstand von 0,2 mm angeordnet sind,
• Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke eines Films und der Zeit zur Herstellung des Films,
• Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kraftmikroskop (AFM = Atomic Force Microscope) zum Erfassen einer Verlagerung des Auslegers, und
• Fig. 7 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kraftmikroskop zum Erfassen einer Verlagerung des Auslegers.
• Unter Bezugnahme auf die Figuren 1, 2 und 2A wird ein Ausführungsbeispiel der Filmdicken-Meßeinrichtung beschrieben, die mit dem Sensor gemäß vorliegender Erfindung arbeitet.
• Die Filmdicken-Meßeinrichtung weist eine Basis 10, ein die Basis 10 umschließendes Gehäuse 12 mit vier Seitenwänden, einen Ausleger bzw. Auslegerarm l4, der horizontal mit Hilfe eines piezoelektrischen, an der Basis 10 angebrachten Elements 11 gehalten ist, und eine Oberseite 16 mit einer Öffnung 20 auf, die denjenigen Bereich des Auslegers 14 definiert, auf dem ein dünner Film ausgebildet wird. Genauer gesagt ist die Filmdicken-Meßeinrichtung eine hohle Box bzw. Kiste, die den sich horizontal erstreckenden Ausleger 14 enthält und bei der die Öffnung 20 oberhalb des freien Endabschnitts des Auslegers 14 angeordnet ist. Der Ausleger 14 ist ein langgestrecktes, dünnes, rechtwinkliges Stück mit einer Sonde 18, die von der Unterseite seines freien Endes nach unten vorsteht. Diese Sonde 18 ist derart angeordnet, daß ihre Spitze gegenüber der Oberseite der Basis 10 um wenige Zehntel nm (Å) versetzt bzw. beabstandet ist. Die Basis 10 ist elektrisch gegenüber der Sonde 18 beispielsweise dadurch isoliert, daß der Hebel 14 aus isolierendem Materi&l hergestellt ist oder daß ein (nicht gezeigter) Isolator zwischen dem Ausleger l4 und der Sonde 18, zwischen dem piezoelektrischen Element 11 und dem Ausleger 14 oder zwischen dem piezaelektrischen Element 11 und der Basis 10 eingefügt wird. Die Basis 10 und die Sonde 18 sind mit einer Spannungsquelle 19 verbunden, die eine Vorspannung von einigen wenigen Volt zwischen ihnen anlegt. Ein Tunnelstrom- Detektor 21 ist im Pfad der Spannungsversorgungsleitung zur Erfassung eines Tunnelstroms angeordnet, der zwischen der Basis 10 und der Sonde 18 fliegt. Der Detektor 21 umfaßt zwei Widerstände, die in Reihe zwischen die Sonde 18 und die Spannungsquelle 19 geschaltet sind, und einen Verstärker 17, der mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen verbunden ist. Eine Berechnungseinrichtung 15 berechnet eine Dicke des auf dem Ausleger 14 ausgebildeten dünnen Films auf der Basis der Versetzung des Auslegers 14, die durch den Detektor 21 erfaßt wurde.
• Diese Filmdicken-Meßeinrichtung ist benachbart zu einer Probe derart angeordnet, daß die Oberseite des Auslegers 14 sich auf derselben Höhe wie die zu bearbeitende Oberfläche der Probe zu demjenigen Zeitpunkt befindet, zu dem ein dünner Film auf der Probe auszubilden ist. Das Dünnfilm-Material, das durch die Öffnung 20 der Einrichtung hindurchgetreten ist, wird daher auf der Oberseite des freien Endabschnitts des Auslegers 14 abgeschieden, so daß ein dünner Film mit derselben Stärke wie diejenige des auf der zu bearbeitenden Oberfläche der Probe ausgebildeten Films in dem vorbestimmten Bereich auf der Oberseite des freien Endabschnitts des Auslegers 14 hergestellt werden kann. Der Ausleger 14 wird durch das Gewicht des auf der Oberseite seines freien Endes abgeschiedenen Films nach unten gekrümmt, wodurch die Sonde l8 sich der Basis 10 annähert. Als Ergebnis erhöht sich der Wert des Tunnelstroms, der zwischen der Sonde 18 und der Bodenbasis 10 fliegt.
• Der Tunnelstrom-Detektor 21 erfaßt diese Erhöhung des Tunnelstroms und gibt eifl ,Signal ab, das diese Erhöhung repräsentiert. Das Signal wird an eine nicht gezeigte Operations- bzw. Rechenschaltung angelegt, die die Verlagerung des Auslegers 14 aus dem eingegebenen Signal berechnet. Aus der hierdurch berechneten Verlagerung wird die Dicke des Films gemessen, der auf dem vorbestimmten Bereich auf dem freien Endabschnitt des Auslegers 14, d. h. auf der zu bearbeitenden Oberfläche der Probe, ausgebildet ist.
• Genauer gesagt speist der Tunnelstrom-Detektor 21, wie in Fig. 2A gezeigt ist, die Servoschaltung 13 mit einem Signal, das die Erhöhung des Tunnelstroms repräsentiert, die aus der Abscheidung des Films auf der zu bearbeitenden Oberfläche der Probe resultiert und aktuell erf alt wurde. Die Servoschaltung 13 führt das Signal zum piezoelektrischen Element 11 zurück, wodurch das Element 11 sich ausdehnt, so daß der Ausleger 14 von der Basis 10 wegbewegt wird und in den vorbestimmten Abstand von dieser gebracht wird. Dieses Servosystem ist gleichartig mit demjenigen, wie es bei den meisten Rastertunnel-Mikroskopen eingesetzt wird. Da der Abstand zwischen daß Basis 10 und der Sonde 18 konstant gehalten wird, kann der Tunnelstrom wiederholt mit hoher Effizienz erfaßt werden. Das Gewicht des auf der zu bearbeitenden Oberfläche der Probe abgeschiedenen Films wird aus den integrierten Veränderungen des Tunnelstroms berechnet.
• Die Verlagerung w des Auslegers 14 kann wie folgt bestimmt werden: w = pl³/3EI, wobei E den Elastizitätsmodul des Auslegers 14, I das sektionale sekundäre Moment (sectional secondaßy moment) des Auslegers 14, b die auf das freie Ende des Auslegers 14 ausgeübte Belastung und l die Länge des Auslegers 14 bezeichnen. Unter der Voraussetzung, daß die Breite des Auslegers 14 mit b und dessen Dicke mit h bezeichnet werden, ergibt sich E = bh³/12. Daher ist w = (4/E) x (l/h)³ x (p/b). Wenn der Ausleger 14 aus Al mit einer Dicke (h) von 1 µm, einer Breite (b) von 0,1 mm und einer Länge (l) von 0,5 mm hergestellt ist und Chrom mit einer Dichte von 7,20 (g/cm³) und einer Schwerkraftbeschleunigung von 9,8 (m/sec²) auf dem Ausleger 14 derart abgeschieden wird, daß es eine Dicke von 1 nm (10 Å) nach Durchgang durch die Öffnung 20, die 0,1 mm breit und 0,1 mm lang ist, besitzt, wird der Ausleger 14 lediglich um 0,05 nm (0,5 A0) gekrümmt oder nach unten verlagert, da der Elastizitätsmodul von Al 7,03 x 10¹&sup0; (N/m) ist. Als Ergebnis verändert sich der Wert des zwischen der Basis 10 und der Probe 18 fliegenden Tunnelstroms von 1 nA auf 3 nA. Da er sich in Abhängigkeit vom Abstand der Sonde 18 relativ zur Oberseite der Basis 10 verändert, kann die Last bzw. Belastung des auf dem Ausleger 14 dampfabgeschiedenen Chroms aus ihm berechnet werden. Es wird natürlich angenommen, daß Chrom gleichmäßig auf dem Ausleger 14 mit einer der Öffnung 20 entsprechenden Größe dampfabgeschieden wird. Daher kann die Dicke des Films aus der Last bzw. dem Gewicht des abgeschiedenen Chroms erhalten werden.
• Bei der Filmdicken-Meßeinrichtung mit dem erf indungsgemäßen Sensor kann die Dicke des ausgebildeten Films durch Erfassung des Tunnelstroms gemessen werden. Genauer gesagt kann, wie in Fig. 5 gezeigt ist, in Echtzeit überwacht werden, wie die Filmdicke anwächst, während das Speisegas in den Kasten durch die Öffnung 20 eingeführt wird, wobei die Gaszuführung zum Zeitpunkt t&sub1; beim Öffnen des Verschlusses begonnen wurde. Zusätzlich ist die Meßgenauigkeit recht hoch, da die Dicke des Films durch Erfassung des zwischen der Bodenbasis 10 und der Sonde 18 fliegenden Tunnelstroms erfaßt wird. Dies ermöglicht die Steuerung der Dicke eines recht dünnen Films in der Größenordnung eines Atoms oder Moleküls. Weiterhin kann die Filmdicken-Meßeinrichtung recht klein ausgebildet werden. Dies ermöglicht eine Anordnung einer Vielzahl von Filmdicken-Meßeinrichtungen um die Probe herum, um die Dicke des Films, der auf der Probe hergestellt wird, im gesamten Bereich zu messen.
• Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 ein weiteres Beispiel einer Vakuum-Meßeinrichtung beschrieben, die mit dem Sensor gemäß vorliegender Erfindung ausgestattet ist. Ein Ausleger 22 ist eine Folie aus SiO&sub2; mit einer Länge von 0,5 mm, einer Breite von 0,1 mm und einer Dicke von 1 µm. Der Elastizitätsmodul von SiO&sub2; beträgt 5 x 10¹&sup0;N/m², so daß sich die Federkonstante k des Auslegers 22 wie folgt ausdrücken läßt:
• k = (h/l)³/4 x W E = 1 x 10&supmin;²n/m
• Eine konische Sonde 24 mit einem Durchmesser von 10 µm und einer Länge von 10 µm steht von der Unterseite des freien Endes des Auslegers 22 vor. Das vorderste Ende der Sonde 24 ist mit einem Krümmungsradius von ungefähr 1 nm so scharf ausgebildet, daß es auf die Oberseite einer Basis 26 mit einem Teil bzw. einer Fläche wirkt, die einer Einheit beispielsweise eines Platin-Atoms entspricht. Das andere Ende des Auslegers 22 ist an der Oberseite eines Piezo-Betätigungselements 28 befestigt, das an der aus Si bestehenden Basis 26 angebracht ist. Der Ausleger 22 wird somit parallel zur Oberseite der Si-Basis 26 gehalten, wobei sich ein vorbestimmter Abstand zwischen ihnen befindet. Das Piezo-Betätigungselement 28 besitzt mehrere nicht gezeigte Elektroden und seine Höhe verändert sich in Abhängigkeit von an diese Elektroden angelegten Spannungen. Wenn die an die Elektroden angelegte Spannung eingestellt wird, lädt sich folglich der Abstand zwischen der Sonde 24 und der Basis 26 nach Wunsch verändern. Die Kombination aus der Basis 26, dem Piezo-Betätigungselement 28 und dem Ausleger 22 ist in einem Kasten 30 untergebracht, der mit einer Öffnung 32 versehen ist, die oberhalb des freien Endabschnitts des Auslegers 22 angeordnet ist und eine Größe von 10 µm x 10 µm besitzt. Lediglich diejenigen Molekularstrahlen, die sich im wesentlichen rechtwinklig zur Oberseite des Auslegers 22 bewegende Komponenten besitzen, werden daher auf den vorbestimmten Bereich auf der Oberseite des freien Endabschnitts des Auslegers 22 aufgebracht.
• Eine vorbestimmte Vorspannung wird von der nicht gezeigten Spannungsquelle zwischen die Sonde 24 und die Si-Basis 26 in einem Vakuum von ungefähr 10&supmin;&sup9; bis 10&supmin;¹&sup0; mmHg angelegt. Die zwischen die Elektroden des Piezo-Betätigungselements 28 angelegte Spannung wird so eingestellt, daß der Abstand zwischen der Sonde 24 und der Si-Basis 26 so groß wird, daß ein Tunnelstrom von ungefähr 0,1 bis 0,2 nA zwischen der Sonde 24 und Si-Basis 26 fliegen kann.
• Wenn Molekularstrahlen mit einem Druck von beispielsweise ungefähr 0,013P (1 x 10&supmin;&sup4;mmHg) auf die lokale oder regionale Vakuum-Meßeinrichtung gerichtet werden, werden sie durch die Wand des Kastens 30 abgeschirmt, wobei lediglich diejenigen, die im wesentlichen rechtwinklig zum Ausleger 22 orientierte Bewegungskomponenten besitzen, durch die Öffnung 32 des Kastens 30 hindurchtreten können, um auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Auslegers 22 einen rechteckigen Molekularstrahl zu formen, dessen Größe 10 µm x 10 iim beträgt. Dieser rechteckige Strahl wird auf die Fläche von 10 µm x 10 µm rund um die Position der Sonde auf der Oberseite des freien Endes des Auslegers 22 aufgebracht. Eine Kraft von ungefähr 1 x 10&supmin;¹²N wird zu diesem Zeitpunkt auf den Ausleger 22 ausgeübt, da der Molekularstrahl mit dem Ausleger 22 kollidiert. Die Federkonstante des Auslegers 22 ist 1 x 10&supmin;²N, so daß das freie Ende des Auslegers 22 lediglich um 0,1 nm (1 A0) nach unten gekrümmt oder verlagert wird. Kurz gesagt nähert sich die Sonde 24 um 0,1 nm (1Å) an die Si-Basis 26 an. Als Ergebnis verändert sich der Wert des zwischen der Sonde 24 und der Si-Basis 26 fliegenden Tunnelstroms um ungefähr 2 nA. Wenn diese Veränderung des Tunnelstroms erfaßt wird, kann die auf den freien Endabschnitt des Auslegers 22 aufgrund der Kollision des Molekularstrahls mit dem Ausleger 22 ausgeübte Kraft ermittelt werden, so daß die Stärke des Molekularstrahls gemessen werden kann.
• Fig. 4 zeigt die vorstehend beschriebenen regionalen Vakuum-Meßeinrichtungen, die Seite an Seite mit einem Teilungsabstand von 0,2 mm angeordnet sind. Die Schachtel 30 besitzt mehrere Öffnungen 32, die in einer Richtung (B) mit einem Teilungsabstand von 0,2 mm angeordnet und an denjenigen Stellen positioniert sind, die den freien Endabschnitten der in der Box bzw. im Gehäuse 30 untergebrachten Auslegern 22 entsprechen. Wie vorstehend beschrieben, wird jeder der rechteckigen Molekularstrahlen, die durch die Öffnungen 32 der Box 30 geformt wurden, auf jeden der freien Endabschnitte der Ausleger 22 aufgestrahlt. Der Wert des Tunnelstroms verändert sich folglich in Abhängigkeit von der Verlagerung jedes der freien Endabschnitte der Ausleger 22, so daß die Stärke des Molekularstrahls aus dieser Veränderung des Tunnelstroms um bzw. bei jeder regionalen Vakuum-Meßeinrichtung, die Seite an Seite mit einem Teilungsabstand von 0,2 mm angeordnet sind, gemessen werden kann. Kurz gesagt, lädt sich mit einem Teilungsabstand von 0,2 mm klarstellen bzw. ermitteln, wie die Stärken der Molekularstrahlen auf dem dünnen Film verteilt sind, der auf der zu bearbeitenden Oberfläche der Probe ausgebildet wird. Die Verteilung der Stärken der Molekularstrahlen wird in einer Richtung in einer Ebene erhalten, die rechtwinklig zur Strahlrichtung der Molekularstrahlen orientiert ist. Diese Messung in einer Richtung ist ausreichend, da die Verteilung der Stärken der Molekularstrahlen gaussförmig bezüglich derjenigen Richtung ist, die durch die Mitte des Molekularstrahlenflusses verläuft. Selbstverständlich kann eine noch genauere Verteilung der Stärken der Molekularstrahlen erhalten werden, wenn die Messung in zwei Richtungen in der Ebene ausgeführt wird.
• Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung der regionalen Vakuum-Meßeinrichtungen können die Stärken von mehreren molekularen Strahlen mit einem Intervall von 0,2 mm gemessen werden. Daher kann die Verteilung der Stärken der Molekularstrahlen mit einer Auflösung von 0,2 mm erhalten werden.
• Auch wenn die Federkonstante des Auslegers 22 bei der vorstehend beschrieben regionalen Vakuum-Meßeinrichtung 1 x 10&supmin;²N/m beträgt, lädt sich der Bereich der gemessenen Molekularstrahlen-Stärken verändern, wenn die Federkonstante des Auslegers, d. h. die Gestalt des Auslegers und das Material, aus dem der Ausleger hergestellt ist, geändert werden. Weiterhin wird die Meßauflösung für die Verteilung der Stärken der Molekularstrahlen durch den Teilungsabstand bestimmt, mit dem die Ausleger Seite an Seite angeordnet sind. Wenn die Breite jedes Auslegers kleiner und der Teilungsabstand, mit dem die Ausleger Seite an Seite angeordnet sind, geringer gemacht wird, lädt sich folglich die Auflösung bei der Verteilung der Stärken der Molekularstrahlen verbessern.
• Die Dicken-Meßeinrichtung und die regionale Vakuum-Meßeinrichtung, die beide vorstehend beschrieben wurden, sind zur Messung der Dicke eines in der Ausbildung befindlichen dünnen Films unter Auswertung der Verlagerung eines Auslegers ausgelegt, die stattfindet, wenn das Förder- bzw. Speisegas oder ein Molekularstrahl auf den freien Endabschnitt des Auslegers über eine Öffnung einwirkt und die aus dem Tunnelstrom eines Rastertunnelmikroskops berechnet wird. Die Verlagerung des Auslegers kann bei vorliegender Erfindung aber auch aus anderen Werten als dem Tunnelstrom berechnet werden.
• Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das für den Einsatz bei einem Kraftmikroskop (AFM = Atomic Force Microscope) ausgelegt ist und bei dem der Abstand zwischen einem Ausleger und einer Sonde erfaßt wird. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wird der Ausleger 14 mit seiner Eigenfrequenz ω O mit Hilfe bimorpher piezoelektrischer Elemente 40 vibriert, die ihrerseits durch eine Vibrations- bzw. Schwingungsschaltung 41 angesteuert werden. Ein Kapazitätssensor 42, der eine Elektrode bildet, erstreckt sich parallel zum Ausleger 14. Dieser Sensor 42 erfaßt, daß sich die Frequenz ω O auf ω O +Δω erhöht, und zwar aufgrund nicht nur der Erhöhung des Gewichts des auf dem Ausleger 14 gebildeten Films, sondern auch aufgrund der Kraft der auf den Ausleger 14 einwirkenden Molekularstrahlen. Der Sensor 42 speist einen Frequenzdetektor 43 mit einem Signal, das den Wert ω O + Δω repräsentiert. Die Schaltung 43 erfaßt den Wert Δω (d. h. die Zunahme der charakteristischen Frequenz bzw. Eigenf requenz des Auslegers 14) durch Vergleich der Eigenfrequenz und der erhöhten Frequenz. Aus diesem Wert Δω wird die Menge der Abscheidung auf dem Ausleger 14 bestimmt. Da die Veränderungen sowie das Gewicht des Films die Frequenz, mit der der Ausleger 14 vibriert, in starkem Masse beinf lussen, kann die (in Fig. 6 nicht gezeigte) Sonde ihre Funktion mit hoher Wirksamkeit ausüben. Veränderungen in der Frequenz des Auslegers 14 können durch die umgekehrte elektromotorische Kraft der bimorphen piezoelektrischen Elemente 40 bestimmt werden.
• Weiterhin ist es durch Dampfabscheidung von Ni auf der Kraftmikroskop-Probe bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel möglich, Veränderungen in der Magnetkraf t < d. h. Anziehung) zwischen der Sonde und dem Ausleger aufgrund des Prinzips eines Magnetkraftmikroskops erfassen.
• Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das für die Erfassung der Verlagerung des in einem Kraftmikroskop eingesetzten Auslegers 14 ausgelegt ist und eine optische Faser 44 und ein Interferometer 45 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind keine Komponenten zum Erfassen einer Atomkraft zwischen dem Ausleger 14 und der nicht gezeigten Sonde erforderlich. Das Interferometer 45 gibt einen Laserstrahl ab, der durch die optische Faser 44 auf eine Reflektionsschicht 46 gerichtet wird, die auf dem freien Endabschnitt des Auslegers 14 gebildet ist. Der von der Schicht 46 reflektierte Laserstrahl wird über die optische Faser 44 zum Interferometer 45 zurückgeleitet. Das Interferometer 45 erfaßt Veränderungen der Länge des Laserstrahlpfads, die proportional zur Verlagerung des Auslegers 14 sind. Das piezoelektrische Element 11 verbindet den Ausleger 14 mit der Basis und wird zur Kompensation der Verlagerung des Auslegers 14 angesteuert.

Claims (12)

1. Sensor mit:

einem aus einem dünnen Film hergestellten Ausleger (14), der an einem Ende befestigt ist und einen freien Endabschnitt besitzt,

einer am freien Endabschnitt des Auslegers (14) angeordneten Erfassungsregion,

einer Verlagerungserfassungs-Einrichtung (21, 43, 45) zum Erfassen einer Verlagerung des Auslegers (14) aufgrund eines auf die Erfassungsregion einwirkenden Materials, und

einer Berechnungseinrichtung (15) zum Berechnen einer Menge des auf die Erfassungsregion einwirkenden Materials auf der Grundlage der Verlagerung des Auslegers (14), die durch die Verlagerungserfassungs-Einrichtung (21, 43, 45) erfaßt wurde, um hierdurch die Intensität eines auf die Erfassungsregion einwirkenden Partikelstroms oder die dicke eines auf der Erfassungsregion ausgebildeten dünnen Films zu messen.

2. Sensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerungserfassungs-Einrichtung (21) eine elektrisch leitende Sonde (18) aufweist, die am freien Endabschnitt des Auslegers (14) angebracht ist und einem leitenden Referenzelement (10) zugewandt ist sowie zur Erfassung der Verlagerung des Auslegers (14) aus den Veränderungen eines Tunnelstroms ausgelegt ist, der erzeugt wird, wenn eine Vorspannung zwischen die Sonde (18) und das Referenzelement (10) angelegt ist.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerungserfassungs-Einrichtung (43) eine Ausleger- Antriebseinrichtung (40, 41) für die Vibration des Auslegers mit einer für den Ausleger (14) spezifischen Eigenfrequenz und eine Frequenzerfassungs-Einrichtung (43) zur Erfassung von aus dem auf den Ausleger (14) einwirkenden Material herrührenden Veränderungen der Frequenz aufweist, mit der der Ausleger (14) vibriert, wodurch die Verlagerung des Auslegers (14) aus den Veränderungen der Frequenz bestimmt wird.

4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerungserfassungs-Einrichtung eine Sonde (18), die am freien Endabschnitt des Auslegers angebracht ist, eine Servosteuer-Einrichtung (13) zum Verbiegen des Auslegers in einer derartigen Richtung, daß zwischen der Sonde (18) und einem der Sonde zugewandten Referenzelement (10) auftretende Veränderungen einer physikalischen Menge bzw. Größe kompensiert werden, und eine Servogrößen-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Servomenge bzw. Servogröße aufweist, die die Servosteuer-Einrichtung an die Sonde anlegt bzw. angelegt hat.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe ein zwischen der Sonde (18) und dem Referenzelement (10) fließender Tunnelstrom ist.

6. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe eine zwischen der Sonde (18) und dem Referenzelement (10) erzeugte Atomkraft ist.

7. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe eine zwischen der Sonde (18) und dem Referenzelement (10) erzeugte Magnetkraft ist.

8. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsregion durch eine Öffnung (20) definiert ist, die in einer Wand eines den Ausleger (14) enthaltenden Gehäuses (12) ausgebildet und oberhalb des freien Endabschnitts des Auslegers (14) angeordnet ist.

9. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt des Auslegers (14) durch einen piezoelektrisches Element gehalten ist.

10. Sensor mit:

einer Mehrzahl von kleinen Auslegern (22), die aus einem dünnen Film hergestellt sind, an einem Ende befestigt sind und ein freies Ende besitzen, 15 einer Mehrzahl von Erfassungsregionen, die jeweils auf denjenigen Abschnitten der Ausleger (22) ausgebildet sind, die sich nahe bei den freien Endabschnitten der Ausleger (22) befinden,

einer Verlagerungserfassungs-Einrichtung (21, 43, 45) zur Erfassung einer Verlagerung jedes Auslegers (22), die durch Material hervorgerufen wird, das auf die auf dem Ausleger gebildete Erfassungsregion einwirkt, und einer Berechnuffgseinrichtung (15) zum Berechnen einer Menge des auf die Erfassungsregionen einwirkenden Materials auf der Grundlage der durch die Verlagerungserfassungs-Einrichtung (21, 43, 45) erfalten Verlagerungen der Ausleger (22), um hierdurch die Intensitäten von auf die Erfassungsregionen einwirkenden Partikelströmen oder die Dicken von auf den Erfassungsregionen ausgebildeten dünnen Filmen zu messen.

11. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsregionen durch Öffnungen (32) definiert sind, die in derjenigen Wand eines die Ausleger (22) aufnehmenden Gehäuses (30) ausgebildet sind, die den freien Endabschnitten der Ausleger (22) gegenüberliegt.

12. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausleger (22) parallel zueinander erstrecken, wobei das besagte eine Ende jedes Auslegers (22) durch ein piezoelektrisches Element (28) gehalten wird und die freien Enden der Ausleger (22) in derselben Ebene ausgerichtet sind