WO2010085948A1 - Flexibel verschiebbare kopplungseinrichtung für die akustisch angeregte rasterkraftmikroskopie mit akustischer anregung der probe - Google Patents

Flexibel verschiebbare kopplungseinrichtung für die akustisch angeregte rasterkraftmikroskopie mit akustischer anregung der probe Download PDF

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WO2010085948A1
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coupling device
liquid reservoir
liquid
sample
sample body
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PCT/DE2010/000110
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André STRIEGLER
Sascha Naumann
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
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    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/32—AC mode

Definitions

  • the present invention relates to a coupling device for an atomic force microscope with acoustic sample excitation according to the preamble of claim 1, to a corresponding atomic force microscope and to a corresponding method for sound coupling to such atomic force microscope with acoustic sample excitation.
  • the coupling device according to the invention can be used in particular within the framework of the so-called AFAM technique (AFAM of Atomic Force Acoustic Microscopy), as well as for other atomic force microscopy-based devices or methods in which the acoustic excitation takes place via the sample ,
  • AFAM technique AFAM of Atomic Force Acoustic Microscopy
  • the present invention can also be used in particular in the UFM technique (Ultrasonic Force Microscopy UFM).
  • the invention is based on The AFAM technique, a major representative of atomic force microscopy with acoustic sample excitation explained.
  • the AFAM technique is already known to those skilled in the art (U.S. Patent 5,675,075). This technique is used for the high-resolution imaging of qualitative elastic differences or for the quantitative measurement of elastic properties of specimens or samples.
  • a sample is acoustically coupled to an ultrasonic generator (ultrasonic probe) in this technique.
  • the specimen is located on the sonicator with a thin layer of coupling agent (e.g., viscous glycerin, hardened silver conductive paint, or the like) between the specimen and the probe.
  • This design makes it possible to couple longitudinal sound waves into the sample and to excite the sample surface to produce continuous vertical oscillations (so-called out-of-plane oscillations).
  • the sample is fixedly secured to the ultrasound generator or probe by a viscous or cured acoustic coupling agent.
  • the acoustic excitation of surface vibrations is therefore strongly localized.
  • a coupling device initially comprises a sound generator (in particular: ultrasonic test head), which is designed for coupling the sound waves generated with it into the sample.
  • the coupling device also has a liquid reservoir which is filled in its interior with a liquid used for acoustic coupling (in particular: water). This liquid reservoir is designed such that the sample to be measured can be laterally displaceably mounted and / or arranged on it or above it.
  • the sound generator may also be arranged outside (eg below) the liquid reservoir and be connected to the liquid reservoir (eg with the aid of a membrane) such that the sound waves are connected to said end of the sound generator can be coupled into the interior of the liquid reservoir and subsequently into the sample body.
  • the liquid reservoir is formed so that between it and the underside of the sample body, a liquid film can be formed.
  • the liquid reservoir is an upwardly open and horizontally terminating liquid reservoir, on the upper edge or above the upper edge of the sample body then arranged (horizontally aligned) and / or stored can be.
  • the upper edge of the reservoir can then be designed such that a thin liquid film is formed between it and the underside of the sample body.
  • the upper edge of the liquid reservoir (which can be in the form of a trough or the like) has a broadening seen in the horizontal plane.
  • a broadening can be, for example, a flat, annular element which is located on the upper edge of a cylindrical one Liquid container is placed with the same diameter and sealingly connected to this upper edge.
  • the sample body can then be placed slidably on the annular element from above in such a way that said thin liquid film is formed between its underside and the upper surface of the annular element.
  • the advantageous embodiment of the liquid film between the surface of the liquid container at the top and the underside of a sample body can be realized in particular by providing a storage unit which, seen in the vertical direction and from bottom to top, extends slightly over the liquid reservoir (in particular its upper edge or its upper edge), so that this height difference between the upper end of the storage unit and the liquid reservoir corresponds to the desired liquid film thickness.
  • the specimen is then stored flat on this storage unit.
  • such a storage unit can be a three or four vertically aligned, equally long, columnar elements (legs) comprehensive storage unit, on which the sample body is then attached and / or placed can.
  • Sound generator and liquid reservoir can then be arranged in the center or between the individual elements of the storage unit so that a lateral (horizontal) displacement of the sound generator together with the liquid reservoir relative to the sample body and the storage unit is possible.
  • the above-described spatial configuration of the individual elements is such that a liquid film with a thickness between 20 and 1000 .mu.m, more preferably between 100 and 500 .mu.m results.
  • the liquid reservoir may be a reservoir which surrounds only the end (top end) of the sound generator designed for sound coupling (formation of the liquid reservoir as a circumferential, liquid-filled trench).
  • the liquid reservoir as a container whose height is greater than that of the entire sound generator, so that the sound generator can be completely introduced into such, upwardly open container (the spaces between the inner wall of this housing and the External wall of the sound generator and the area between the upper edge of the sound generator and the upper end of the housing is then filled with the liquid).
  • the liquid reservoir can be connected via a hose with a reservoir filled with the liquid.
  • a control device can then be provided so that the liquid level and the pressure in the interior region of the liquid reservoir is kept constant (this also prevents, for example, air bubble formation in the intermediate space between the end of the sound generator designed for coupling in the sound waves and the surface section of the sound source provided for coupling in Specimen).
  • the surge tank can also be easily formed and arranged (eg by arranging the container at a suitable height above the liquid reservoir) that alone by this arrangement and training (ie without control device) sufficient pressure in the interior of the liquid reservoir can be ensured ,
  • water preferably ultrapure water can be used as the coupling liquid.
  • any water can be used. However, it should be at least lime-free in order to avoid limescale deposits due to evaporation of water. For use under clean room conditions in particular the use of higher quality water is necessary.
  • the present invention thus avoids the previous solid connection between sound generator and sample body and the associated disadvantages.
  • a large-scale sample is now laterally displaceable relative to the coupling unit with a fixed sound generator or ultrasonic probe (alternatively, the ultrasonic probe can be moved below the sample with a fixed sample).
  • Both parts are advantageously only by low adhesion forces of a thin film of water (for example, 100 to 500 microns thick) connected.
  • ultrapure water is used as the acoustic coupling agent, no residues remain on the sample after drying. This eliminates the hitherto necessary complicated cleaning of the sample. A use of the acoustic excitation under clean room conditions is possible.
  • the main advantage of the present invention is thus the possibility of any lateral displacement of a large-area sample without changing the acoustic coupling.
  • Another advantage, in particular by using ultrapure water as the coupling liquid, is the elimination of a cleaning step after the examination of the sample: Previously, it was necessary to remove the used acoustic coupling agent, such as glycerol or silver conductive paint, consuming. It is thus possible to use a measuring system of atomic force microscopy with acoustic excitation of the sample under clean room conditions.
  • the present invention can be used in particular for measurements with the atomic force microscopy with acoustic excitation of the sample (eg AFAM technique) on very large samples or on several small samples that are acoustically coupled to a support plate.
  • very large samples on which a large number of measuring points are to be measured
  • silicon wafers or photomasks are silicon wafers or photomasks. These samples can be measured with considerable reduction of the measuring times.
  • the back or bottom of the samples to be examined usually has to be flat.
  • FIG. 2 shows a first coupling device according to the invention for an atomic force microscope with acoustic sample excitation.
  • FIG. 3 shows a second coupling device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a side view in the horizontal plane perpendicular to the vertical V of a cross section through a first inventive coupling device for an atomic force microscope (the components of the atomic force microscope itself are not shown here for reasons of clarity, the sample shown is scanned by the cantilever of the microscope at its top O. ).
  • a holder 13 for the ultrasonic probe 1 On a horizontally arranged measuring plate 12 of the system, a holder 13 for the ultrasonic probe 1 is fixed.
  • the ultrasonic probe 1 is also fixed in the holder 13, so that it is not movable relative to the holder 13 and plate 12.
  • the ultrasonic probe 1 here consists of two superimposed cylindrical elements, wherein the uppermost cover surface area of the upper cylinder is formed as the end 4 of the sound generator 1 for coupling sound waves in the sample body P.
  • the sound generator 1 is surrounded by a ring Forming spacer ring 3, which forms (together with the below-described element 5) a liquid reservoir, radially symmetrically surrounded:
  • the cross-sectionally L-shaped spacer ring is sealingly arranged on the outer periphery of the upper end 4 of the sound generator so that between the cylinder outer wall of the upper End 4 and arranged vertically. Wall portion of the liquid reservoir ring element 3 results in a gap with over the circumference of the sound generator constant expansion.
  • This space hereinafter also referred to as the interior I, then serves as the interior of the liquid reservoir 3, which is filled with a liquid 2 (here, ultrapure water).
  • the horizontally disposed bottom portion of the L-shaped ring member 3 is sealingly connected to the vertical outer wall (cylinder jacket surface) of the upper end 4 of the sound generator 1.
  • the annular ring section 3 On its end terminating at the top, the annular ring section 3 has a flat, horizontally arranged annular element 5, which is sealingly connected to the L-shaped ring element of the liquid reservoir 3.
  • the (viewed in relation to the end 4 and the L-shaped portion) centrally mounted horizontal ring member 5 protrudes in the vertical direction V upwardly slightly beyond the upper edge of the end 4, so that when completely filling the interior of the liquid reservoir I 3 with liquid 2, a liquid-filled Rau ⁇ i Scheme above the end 4 results.
  • the overhead flat ring portion 5 of the liquid reservoir 3 is thus in the present case as (seen in the horizontal plane) broadening 6 of vertical outer wall of the liquid reservoir 3 is formed.
  • the liquid reservoir 3 is thus a housing section 8 sealingly connected to the end 4 of the sound generator 1 and extending around this end 4.
  • the coupling device has a bearing unit 7 on a concentric circle around the arrangement of the elements 1 to 8 and spaced from this arrangement. This consists of three individual, aligned in the vertical direction V, the same length columnar support members 7a to 7c (visible only the two elements 7a and 7b), which are placed on the plate 12. The upper ends of these columnar elements 7 are formed as surfaces lying in the horizontal.
  • these upper end surfaces of the pillar legs 7 are slightly above the upper surface of the flat ring member 5, so that when placing the sample body P on the legs 7 and alignment thereof in the horizontal between the bottom U of the sample body P and the top surface of the flat ring portion 5 a small gap with a height in the range between 100 microns and 500 microns results (distance of the bottom U of the sample body P from the upper edge of the liquid reservoir 3).
  • this slight gap can be adjusted with respect to its height in the vertical direction V exactly to a desired water film thickness.
  • the reservoir 3 (or ring element 5) and the bottom U of the sample P are then only by low adhesion forces of a thin water film formed between these elements, so that (for example, by a suitably formed lateral displacement membrane) mechanism for the columnar legs 7 with the sample P fixedly arranged thereon, not shown here), the sample can be laterally displaced laterally when the test head 1 is stationary. In this way, by lateral movement of the sample P while keeping constant the acoustic excitation conditions, the sample P can be scanned over a large area.
  • the interior I of the liquid reservoir 3 via a hose 10 with a surge tank 11, which is e- also filled with the liquid 2, connected.
  • This surge tank 11 is provided with a control device (not shown), with a constant holding of the pressure and a constant liquid level in the liquid reservoir 3 and the interior I can be effected.
  • the ultrasonic probe 1 In lateral movement of the sample P, the ultrasonic probe 1 is fixed just below the sensor tip of the atomic force microscope (not shown). In the upper region of the test head 1, an adapter 3 is thus fastened, in the interior of which the coupling fluid 2 is located. Since the risk of air bubble formation possibly exists due to the evaporation of coupling liquid 2, evaporated water is replaced by a thin tube 10 from the expansion tank 11. Due to the above level control In the container 11 a constant pressure in the reservoir and thus a constant acoustic excitation over a nearly arbitrarily long period is realized even with lateral movement.
  • the sound field over the ultrasound probe 1 ie between the bottom U of the sample P and the top 4 of the probe 1 thus does not change when the sample P is displaced in the lateral direction.
  • the backside smooth sample P is guided here plane-parallel to the measuring plate 12 of the measuring system (for example granite table of an AFM atomic force microscope).
  • the guide can be conventionally realized by manual or motorized displacement.
  • the sample should only be displaced in the x-y plane with respect to the fixed coupling device.
  • the given plane parallelism of the underside of the sample to the edge of the housing and to the active test head surface ensures a constant circulating water film thickness between the edge of the housing and the underside of the sample during sample displacement.
  • a flat measuring plate is usually only required for manual guidance (see FIGS. 1 and 2).
  • the outer edge 5 of the adapter is widened 6.
  • a resonant behavior of the surface oscillation may occur in the given measuring arrangement. This is caused by the coupling of longitudinal sound waves through vertical standing waves in the water layer and in the sample body. Such resonance peaks are very narrowband and can be easily moved by varying the water layer thickness (ie, the thickness between the top of the end 4 and bottom U) and / or the sample thickness in uncritical frequency ranges outside the measurement frequencies.
  • a variation of the sample thickness is for example readily possible by coupling additional flat intermediate body: In such a case, such an intermediate body is used as the body P shown in Figure 2, on this intermediate body then the sample body actually to be measured is arranged.
  • sample body P e.g., glass plate as body P
  • the sample body P is thus possibly in two parts. It is arranged vertically above the actual sample and below a so-called thicker additional intermediate body (not shown in FIGS. 2 and 3). Both parts must be acoustically coupled, for example with water.
  • a plurality of small samples can be arranged on the aforementioned intermediate body by means of suitable acoustic coupling.
  • the coupling can be advantageously realized with ultrapure water.
  • the ultrasound probe 1 used can be a DNA naming head V 106-RM from Olympus NDT with a center frequency of 2.25 MHz.
  • a test head has an advantageous geometry with an outer diameter of about 18 mm, a diameter of the active surface of 15 mm (top of the end 4) and a height (in the vertical direction V) of about 16 mm.
  • Such transducers are often used with comparably compact dimensions.
  • the width of the housing edge 5 (ring width in the horizontal direction) for realizing the thin film of water can be reduced, for example, to 5 mm.
  • the measuring time is reduced by at least the factor
  • FIG. 3 shows a further variant of the present invention.
  • This variant is basically constructed like the coupling device shown in FIG. 2, so that only the differences will be described below.
  • the variant shown in Figure 3 is particularly advantageous in limited space on the edge of the housing:
  • the ultrasonic test head 1 is completely in a formed as a water tank 9 liquid reservoir
  • the housing body 9 designed as a unilaterally (upwardly) open hollow cylinder thus completely absorbs or encloses the sound generator 1 immersed in the liquid 2.
  • the underside of the housing body then serves for attachment to the plate 12, so that the element 13 is omitted here.
  • an automatic level control for the expansion tank 11 to compensate for water evaporation is readily possible.
  • the coupling device according to the invention can also be used in an ultrasound technique in which a test specimen is sounded and a reflected or transmitted signal is received and evaluated.
  • the coupling device can be used in special applications in which the entire sample can not or will not be wetted with the coupling agent (immersion technique).

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kopplungseinrichtung für ein Rasterkraftmikroskop mit akustischer Probenanregung umfassend einen Schallerzeuger (1), insbesondere einen Ultraschall-Prüfkopf, und ausgebildet zum Einkoppeln von mit dem Schallerzeuger erzeugten Schallwellen in einen Probenkörper (P) zur akustischen Anregung des Probenkörpers, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kopplungseinrichtung ein in seinem Innenraum (I) mit einer Flüssigkeit (2) füllbares und/oder gefülltes Flüssigkeitsreservoir (3) aufweist, dass der Probenkörper mit seiner Unterseite (U) auf dem Flüssigkeitsreservoir lateral verschieblich lagerbar ist und/oder gelagert ist, dass das zur Einkopplung der Schallwellen in den Probenkörper ausgebildete Ende (4) des Schallerzeugers in dem Innenraum des Flüssigkeitsreservoirs angeordnet ist und/oder dass mit diesem Ende Schallwellen in den Innenraum einkoppelbar sind, und dass der zwischen diesem Ende und der Unterseite des Probenkörpers liegende Raumabschnitt des Innenraums des Flüssigkeitsreservoirs vollständig mit der Flüssigkeit füllbar ist und/oder gefüllt ist.

Description

Flexibel verschiebbare Kopplungseinrichtung für die akustisch angeregte Rasterkraftmikroskopie mit akustischer Anregung der Probe
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kopplungseinrichtung für ein Rasterkraftmikroskop mit akustischer Probenanregung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, auf ein entsprechendes Rasterkraftmikroskop sowie auf ein entsprechendes Verfahren zur Schalleinkopplung an einem solchen Rasterkraftmikroskop mit akustischer Probenanregung. Die erfindungs- gemäße Kopplungseinrichtung lässt sich dabei insbesondere im Rahmen der sog. AFAM-Technik (AFAM von engl. Atomic Force Acoustic Microscopy) einsetzen, wie auch für andere Rasterkraftmikroskopie-basierte Vorrichtungen bzw. Verfahren, bei denen die akustische Anregung über die Probe erfolgt. Die vorliegende Erfindung kann insbesondere auch bei der UFM-Technik (UFM von engl. Ultrasonic Force Microscopy) eingesetzt werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der AFAM-Technik, einem bedeutenden Vertreter der Rasterkraftmikroskopie mit akustischer Probenanregung erläutert .
Die AFAM-Technik ist dem Fachmann aus dem Stand der Technik bereits bekannt (US-Patent 5,675,075). Diese Technik wird zur hochauflösenden Abbildung qualitativer elastischer Unterschiede oder zur quantitativen Messung elastischer Eigenschaften von Probenkörpern bzw. Proben eingesetzt. Eine Probe wird bei dieser Technik akustisch an einen Ultraschallerzeuger (Ultraschall-Prüfkopf) angekoppelt. Dabei befindet sich der Probenkörper auf dem Schallerzeuger, wobei sich eine dünne Schicht eines Koppelmittels (z.B. viskoses Glycerin, ausgehärteter Silberleitlack o.a.) zwischen Probe und Prüfköpf befindet. Dieser Aufbau ermöglicht es, longitudinale Schallwellen in die Probe einzukop- peln und die Probenoberfläche zu kontinuierlichen Vertikalschwingungen (sog. Out-of-Plane-Schwingungen) anzuregen. Diese Schwingungen werden dann über die aufliegende Sensorspitze in den AFM-Federbalken des Rasterkraftmikroskops eingekoppelt. Das Resonanzverhalten der resultierenden Federbalkenschwingungen wird ausgewertet (z.B. Lage von Kontaktresonanzfrequenzen) , um elastische Eigenschaften der Probe zu bestimmen. Figur 1 zeigt hierzu das aus dem Stand der Technik bekannte Prinzip der AFAM-Technik (B ist die Blattfeder bzw. der Cantilever mit der daran befestigten Nadel zur Abrasterung der Probe) .
Bei der vorbeschriebenen wie bei den anderen aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren wird die Probe fest auf dem Ultraschallerzeuger bzw. dem Ultraschall-Prüfköpf durch ein viskoses oder ausgehärtetes akustisches Koppelmittel fixiert. Dadurch ergibt sich ein wesentlicher Nachteil dahinge- hend, dass die Probe und der Schallerzeuger nicht lateral gegeneinander verschiebbar sind. Die akustische Anregung von Oberflächenschwingungen ist daher stark lokal begrenzt. Messorte auf Proben mit großer Fläche, wie beispielsweise Siliziumwafer oder Photomasken, sind daher nur mit erhöhtem Zeitaufwand (aufgrund des notwendigen Lösens und Neubefestigens des Ultraschall-Prüfkopfes) und/oder Materialaufwand (Einsatz mehrerer Ultraschallköpfe) untersuchbar.
Ein weiterer Nachteil der Verfahren aus dem Stand der Technik besteht darin, dass die rückstandsfreie Entfernung des Koppelmittels nach der Messung einen erheblichen Aufwand erfordert. Unter Reinraumbedingungen und unter der Annahme einer erwünschten Weiterverwendung der Probe ist der Einsatz von typischen Koppelmitteln, wie beispielsweise Glycerin oder Silberleitlack, nur sehr eingeschränkt möglich.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher die Aufgabe, die bekannten Kopplungseinrichtungen so weiterzubilden, dass insbesondere auch großflächige Proben rasterkraftmikroskopisch mittels akustischer Anregung der Probe mit geringem Zeitaufwand vermessbar sind. Aufgabe ist es darüberhinaus , die bekannten Kopplungseinrichtungen so weiterzuentwickeln, dass die vermessenen Proben uneingeschränkt weiterverwendbar sind. Schließlich ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, entsprechende Verfahren zur Schalleinkopplung zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kopplungseinrichtung gemäß Anspruch 1, ein Rasterkraftmikroskop gemäß Anspruch 14 sowie ein Verfahren zu Schalleinkopplung gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen ergeben sich dabei aus den jeweils abhän- gigen Ansprüchen. Erfindungsgemäße Verwendungen sind in Anspruch 17 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend zunächst allgemein, dann anhand zweier Ausführungsbeispiele beschrieben. Mehrere einzelne Merkmale oder Elemente der vorliegenden Erfindung, die in der nachfolgenden Beschreibung in Kombination miteinander beschrieben werden, müssen dabei nicht in der gezeigten Kombination miteinander auftreten, sondern können auch unabhängig voneinander im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die durch die anhängenden Patentansprüche definiert ist, realisiert werden. Insbesondere können somit einzelne der gezeigten Merkmale im Rahmen der Erfindung auch realisiert werden, ohne auch die anderen in der jeweiligen Kombination beschriebenen Einzel- merkmale realisieren zu müssen.
Nachfolgend wird nun die erfindungsgemäß realisierte, flexibel verschiebbare Ankopplung von Schallerzeugern (insbesondere: Ultraschall-Prüfköpfen) für Raster- kraftmikroskope, bei denen eine akustische Anregung der Probe erfolgt, beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Kopplungseinrichtung umfasst zunächst einen Schallerzeuger (insbesondere: Ultraschall-Prüfkopf) , der zur Einkopplung der mit ihm erzeugten Schallwellen in die Probe ausgebildet ist. Die Kopplungseinrichtung weist darüberhinaus ein Flüssigkeitsreservoir auf, das in seinem Innenraum mit einer zur akustischen Ankopplung verwendeten Flüssigkeit (insbesondere: Wasser) gefüllt ist. Dieses Flüssigkeitsreservoir ist so ausgebildet, dass die zu vermessende Probe auf ihm oder oberhalb desselben lateral verschiebbar gelagert und/oder angeordnet werden kann. Das zur Einkopplung der Schall- wellen in den Probenkörper ausgebildete Ende des Schallerzeugers ist dann in dem Innenraum des Flüssigkeitsreservoirs angeordnet, wobei das Flüssigkeitsreservoir und dieses Ende so angeordnet und ausgerichtet sind, dass der zwischen diesem Ende und dem Probenkörper liegende Raumabschnitt des Innenraums des Flüssigkeitsreservoirs vollständig mit der akustischen Kopplungsflüssigkeit gefüllt ist. Durch die entsprechende vollständige Füllung dieses Raumabschnitts wird ein Verschlechtern des Einkoppeins der Schallwellen vom Einkoppelende des Schallerzeugers in den Probenkörper verhindert .
Alternativ zur Anordnung des vorbeschriebenen Endes des Schallerzeugers im Innenraum des Flüssigkeitsreservoirs kann der Schallerzeuger jedoch auch außerhalb (z.B. unterhalb) des Flüssigkeitsreservoirs angeordnet sein und mit dem Flüssigkeitsreservoir (z.B. mit Hilfe einer Membran) so verbunden sein, dass mit dem besagten Ende des Schallerzeugers die Schallwellen in den Innenraum des Flüssigkeitsreservoirs und darauffolgend in den Probenkörper eingekoppelt werden können.
Besonders bevorzugt ist (z.B. durch geeignete Gestaltung des oberen Randes des Flüssigkeitsreservoirs) das Flüssigkeitsreservoir so ausgebildet, dass zwischen ihm und der Unterseite des Probenkörpers ein Flüssigkeitsfilm ausbildbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform handelt es sich bei dem Flüssigkeitsreservoir um ein nach oben offenes und horizontal abschließendes Flüssigkeitsreservoir, auf dessen oberem Rand oder oberhalb des oberen Randes der Probenkörper dann (horizontal ausgerichtet) angeordnet und/oder gelagert werden kann. Der obere Rand des Reservoirs kann dann so ausgebildet sein, dass zwischen ihm und der Unterseite des Probenkörpers ein dünner Flüssigkeitsfilm ausgebildet wird. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass der obere Rand des Flüssigkeitsreservoirs (das in Form einer Wanne oder ähnlichem ausgebildet sein kann) in der Horizontalebene gesehen eine Verbreiterung aufweist: Eine solche Verbreiterung kann beispielsweise ein flaches, ringförmiges Element sein, das auf die Oberkante eines zylinderförmigen Flüssigkeitsbehälters mit demselben Durchmesser aufgesetzt ist und mit dieser Oberkante abdichtend verbunden wird. Auf das ringförmige Element kann dann von oben der Probenkörper verschiebbar so aufgesetzt werden, dass zwischen seiner Unterseite und der oben liegenden Fläche des ringförmigen Elements besagter dünner Flüssigkeitsfilm entsteht.
Die vorteilhafte Ausbildung des Flüssigkeitsfilms zwischen der den Flüssigkeitsbehälter nach oben hin abschließenden Fläche und der Unterseite eines Probenkörpers kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass eine Lagerungseinheit vorgesehen ist, die in Richtung der Vertikalen und von unten nach oben gesehen geringfügig über das Flüssigkeitsreservoir (insbesondere dessen Oberkante oder dessen oberen Rand) hinausreicht, so dass dieser Höhenunterschied zwischen dem oberen Abschluss der Lagerungseinheit und dem Flüssigkeitsreservoir der gewünschten Flüssigkeitsfilmdicke entspricht. Auf dieser Lagerungs- einheit wird der Probenkörper dann eben gelagert. Bei einer solchen Lagerungseinheit kann es sich im einfachsten Fall um eine drei oder vier vertikal ausgerichtete, gleich lange, säulenförmige Elemente (Beine) umfassende Lagerungseinheit handeln, auf die der Probenkörper dann befestigt und/oder aufgelegt werden kann. Schallerzeuger und Flüssigkeitsreservoir können dann im Zentrum bzw. zwischen den einzelnen Elementen der Lagerungseinheit so angeordnet werden, dass eine laterale (horizontale) Verschiebung des Schallerzeugers samt Flüssigkeitsreservoirs relativ zum Probenkörper und zur Lagerungseinheit möglich ist.
Besonders bevorzugt ist die vorbeschriebene räumliche Ausgestaltung der einzelnen Elemente so, dass sich ein Flüssigkeitsfilm mit einer Dicke zwischen 20 und 1000 μm, besonders bevorzugt zwischen 100 und 500 μm ergibt .
Wie nachfolgend in den Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben, kann es sich bei dem Flüssigkeitsreservoir um ein Reservoir handeln, das lediglich das zur Schalleinkopplung ausgebildete Ende (oben liegendes Ende) des Schallerzeugers abdichtend umgibt (Ausbildung des Flüssigkeitsreservoirs als umlaufender, flüssigkeitsgefüllter Graben) .
Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, das Flüssigkeitsreservoir als Behältnis auszubilden, dessen Höhe größer ist als die des gesamten Schallerzeugers, so dass der Schallerzeuger vollständig in ein solches, nach oben offenes Behältnis eingebracht werden kann (die Zwischenräume zwischen der Innenwand dieses Gehäuses und der Außenwand des Schallerzeugers sowie der Bereich zwischen Oberkante des Schallerzeugers und oberem Abschluss des Gehäuses wird dann mit der Flüssigkeit gefüllt) .
Um eine konstante akustische Anregung des Probenkörpers sicherzustellen, kann das Flüssigkeitsreservoir über einen Schlauch mit einem mit der Flüssigkeit gefüllten Ausgleichsbehälter verbunden werden. Am Aus- gleichsbehälter kann dann eine Regelvorrichtung so vorgesehen sein, dass der Flüssigkeitspegel und der Druck im Innenraumbereich des Flüssigkeitsreservoirs konstant gehalten wird (dies verhindert z.B. auch eine Luftblasenbildung im Zwischenraumbereich zwischen dem zum Einkoppeln der Schallwellen ausgebildeten Ende des Schallerzeugers und dem zur Einkopplung zur Schallwellen vorgesehenen Flächenabschnitt des Probenkörpers) . Alternativ dazu kann der Ausgleichsbehälter jedoch auch einfach so ausgebildet und angeordnet werden (z.B. durch eine Anordnung des Behälters in geeigneter Höhe oberhalb des Flüssigkeitsreservoirs) , dass allein durch diese Anordnung und Ausbildung (d.h. ohne Regelvorrichtung) ein ausreichender Druck im Innenraum des Flüssigkeitsreservoirs sichergestellt werden kann.
Als Kopplungsflüssigkeit kann insbesondere Wasser, bevorzugt Reinstwasser eingesetzt werden.
Prinzipiell kann jedes Wasser verwendet werden. Es sollte jedoch mindestens kalkfrei sein, um Kalkablagerungen durch Wasserverdunstung zu vermeiden. Für den Einsatz unter Reinraumbedingungen ist insbesondere der Einsatz hochwertigerer Wasser notwendig.
Die vorliegende Erfindung vermeidet somit die bisherige feste Verbindung zwischen Schallerzeuger und Probenkörper und die damit verbundenen Nachteile. Eine großflächige Probe ist nun bei feststehendem Schallerzeuger bzw. Ultraschall-Prüfköpf relativ zur Kopplungseinheit beliebig lateral verschiebbar (alternativ dazu kann auch der Ultraschall-Prüfkopf unterhalb der Probe bei feststehender Probe verschoben werden) . Beide Teile (Kopplungseinheit bzw. deren o- berer Rand und/oder Flüssigkeitsreservoir einerseits und Probenkörper andererseits) sind vorteilhafterweise nur noch durch geringe Adhäsionskräfte eines dünnen Wasserfilms (beispielsweise 100 bis 500 μm dick) verbunden. Beim Einsatz von Reinstwasser als akustischem Koppelmittel verbleiben nach dem Trocknen keinerlei Rückstände an der Probe. Eine bisher notwendige aufwendige Reinigung der Probe entfällt hierdurch. Ein Einsatz der akustischen Anregung unter Reinraumbedingungen ist damit möglich.
Der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung liegt somit in der Möglichkeit einer beliebigen lateralen Verschiebung einer großflächigen Probe ohne Veränderung der akustischen Ankopplung. Ein weiterer Vorteil, insbesondere durch Einsatz von Reinstwasser als Kopplungsflüssigkeit, ist der Wegfall eines Reinigungsschrittes nach der Untersuchung der Probe: Bisher war es erforderlich, die eingesetzten akustischen Koppelmittel, wie beispielsweise Glycerin oder Silberleitlack, aufwendig zu entfernen. Ein Einsatz eines Messsystems der Rasterkraftmikroskopie mit akustischer Anregung der Probe unter Reinraumbedingungen ist damit möglich.
Die vorliegende Erfindung kann insbesondere bei Messungen mit der Rasterkraftmikroskopie mit akustischer Anregung der Probe (z.B. AFAM-Technik) an sehr großflächigen Proben oder an mehreren kleinen Proben, die auf einer Trägerplatte akustisch angekoppelt sind, eingesetzt werden. Beispiele für sehr großflächige Proben (auf denen dann eine große Anzahl von Mess- stellen vermessen werden soll) sind Siliziumwafer o- der Photomasken. Diese Proben können mit erheblicher Reduzierung der Messzeiten vermessen werden. Die Rück- oder Unterseite der zu untersuchenden Proben muss dazu in der Regel eben sein.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen hierzu:
Figur 2 eine erste erfindungsgemäße Kopplungseinrichtung für ein Rasterkraftmikroskop mit akustischer Probenanregung.
Figur 3 eine zweite erfindungsgemäße Kopplungs- einrichtung.
Figur 2 zeigt in Seitenansicht in der horizontalen Ebene senkrecht zur Vertikalen V einen Querschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Kopplungseinrichtung für ein Rasterkraftmikroskop (die Komponenten des Rasterkraftmikroskops selbst sind hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt; die gezeigte Probe wird durch den Cantilever des Mikroskops an ihrer Oberseite O abgetastet) .
Auf einer horizontal angeordneten Messplatte 12 des Systems ist eine Halterung 13 für den Ultraschall- Prüfkopf 1 fixiert. Der Ultraschall-Prüfköpf 1 ist in der Halterung 13 ebenfalls fixiert, so dass er relativ zur Halterung 13 und Platte 12 nicht beweglich ist. Der Ultraschall-Prüfköpf 1 besteht hier aus zwei übereinander angeordneten zylinderförmigen Elementen, wobei der oben liegende Deckelflächenbereich des oberen Zylinders als Ende 4 des Schallerzeugers 1 zur Einkopplung von Schallwellen in den Probenkörper P ausgebildet ist.
Im Bereich dieses oben liegenden Endes 4 des Schallerzeugers 1 ist der Schallerzeuger 1 von einem ring- formigen Abstandsring 3, der (zusammen mit dem nachfolgend noch beschriebenen Element 5) ein Flüssigkeitsreservoir ausbildet, radialsymmetrisch umgeben: Der im Querschnitt L-förmige Abstandsring ist dabei am Außenumfang des oberen Endes 4 des Schallerzeugers abdichtend so angeordnet, dass sich zwischen der Zylinderaußenwand des oberen Endes 4 und dem vertikal angeordneten. Wandabschnitt des Flüssigkeitsreservoir- Ringelements 3 ein Zwischenraum mit über den Umfang des Schallerzeugers konstanter Ausdehnung ergibt . Dieser Zwischenraum, nachfolgend auch als Innenraum I bezeichnet, dient dann als Inneres des Flüssigkeitsreservoirs 3, das mit einer Flüssigkeit 2 (hier-, Reinstwasser) gefüllt ist. Der horizontal angeordnete Bodenabschnitt des L- förmigen Ringelements 3 ist abdichtend mit der vertikalen Außenwand (Zylindermantelfläche) des oberen Endes 4 des Schallerzeugers 1 verbunden .
Auf seinem nach oben abschließenden Ende weist der L- fσrmige Ringabschnitt 3 ein flaches, in der Horizontalen angeordnetes ringförmiges Element 5 auf , das abdichtend mit dem L-förmigen Ringelement des Flüssigkeitsreservoirs 3 verbunden ist. Das (in Bezug auf das Ende 4 und den L-förmigen Abschnitt gesehen) zentrisch aufgesetzte horizontale Ringelement 5 ragt dabei in der Vertikalrichtung V gesehen nach oben geringfügig über die Oberkante des Endes 4 hinaus, so dass sich bei vollständigem Auffüllen des Innenraums I des Flüssigkeitsreservoirs 3 mit Flüssigkeit 2 ein flüssigkeitsgefüllter Rauπibereich oberhalb des Endes 4 ergibt .
Der oben liegende flache Ringabschnitt 5 des Flüssigkeitsreservoirs 3 ist im vorliegenden Fall somit als (in der Horizontalebene gesehen) Verbreiterung 6 der vertikalen Außenwandung des Flüssigkeitsreservoirs 3 ausgebildet. Im vorliegenden Fall ist das Flüssigkeitsreservoir 3 somit ein mit dem Ende 4 des Schallerzeugers 1 abdichtend verbundener, um dieses Ende 4 herum verlaufender Gehäuseabschnitt 8.
Auf einem konzentrischen Kreis um die Anordnung der Elemente 1 bis 8 herum und beabstandet von dieser Anordnung weist die Kopplungseinrichtung eine Lagerungseinheit 7 auf. Diese besteht hier aus drei einzelnen, in Vertikalrichtung V ausgerichteten, gleich langen säulenförmigen Trageelementen 7a bis 7c (sichtbar sind nur die beiden Elemente 7a und 7b) , die auf der Platte 12 aufgestellt sind. Die oberen Enden dieser säulenförmigen Elemente 7 sind als in der Horizontalen liegende Flächen ausgebildet. In der Vertikalen V gesehen liegen diese oberen Endflächen der Säulenbeine 7 geringfügig oberhalb der oben liegenden Oberfläche des flachen Ringelementes 5 , so dass sich bei Auflegen des Probenkörpers P auf die Beine 7 und Ausrichtung desselben in der Horizontalen zwischen der Unterseite U des Probenkörpers P und der oben liegenden Oberfläche des flachen Ringabschnitts 5 ein geringer Zwischenraum mit einer Höhe im Bereich zwischen 100 μm und 500 μm ergibt (Abstand der Unterseite U des Probenkörpers P von dem oberen Rand des Flüssigkeitsreservoirs 3) . Durch eine Höhenverstellung der Säulenbeine 7 (nicht gezeigt) kann dieser geringfügige Zwischenraum bezüglich seiner Höhe in Vertikalrichtung V genau auf eine gewünschte Wasserfilmdicke eingestellt werden.- Das Reservoir 3 (bzw. Ringelement 5) und die Unterseite U der Probe P sind dann nur noch durch geringe Adhäsionskräfte eines zwischen diesen Elementen ausgebildeten dünnen Wasserfilms verbunden, so dass (beispielsweise durch einen geeignet ausgebildeten lateralen Verschiebungsme- chanismus für die Säulenbeine 7 bei fest auf diesen angeordneter Probe P, hier nicht gezeigt) die Probe bei feststehendem Prüfkopf 1 lateral leicht verschoben werden kann. Auf diese Weise kann durch laterale Bewegung der Probe P unter Konstanthaltung der akustischen Anregungsbedingungen die Probe P großflächig abgetastet werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, die Säulenbeine 7 und die darauf angeordnete Probe P feststehend auf der Messplatte 12 anzuordnen und die Halterung 13 samt der darauf angeordneten E- lemente 1 bis 8 lateral verschiebbar auszubilden.
Um die akustischen Anregungsbedingungen (bzw. den Druck) , den Flüssigkeitsstand im Innenraumbereich I des Flüssigkeitsreservoirs 3 und den Flüssigkeitsfilm zwischen der Unterseite U der Probe und der Oberseite des Ringelements 5 konstant zu halten, ist der Innenraum I des Flüssigkeitsreservoirs 3 über einen Schlauch 10 mit einem Ausgleichsbehälter 11, der e- benfalls mit der Flüssigkeit 2 gefüllt ist, verbunden. Dieser Ausgleichsbehälter 11 ist mit einer Regelvorrichtung versehen (nicht gezeigt) , mit der ein Konstanthalten des Drucks und ein konstanter Flüssigkeitsstand im Flüssigkeitsreservoir 3 bzw. Innenraum I bewirkt werden kann.
Bei lateraler Bewegung der Probe P wird der Ultraschall-Prüfkopf 1 genau unter der Sensorspitze des Rasterkraftmikroskops (nicht gezeigt) fixiert. Im o- beren Bereich des Prüfkopfes 1 wird somit ein Adapter 3 befestigt, in dessen Innenraum sich die Kopplungsflüssigkeit 2 befindet. Da durch Verdunsten von Kopplungsflüssigkeit 2 ggf. die Gefahr von Luftblasenbildungen besteht, wird verdunstetes Wasser durch einen dünnen Schlauch 10 aus dem Ausgleichsbehälter 11 ersetzt. Durch die vorbeschriebene Füllstandsregelung im Behälter 11 wird ein konstanter Druck im Reservoir und damit eine konstante akustische Anregung über einen nahezu beliebig langen Zeitraum auch bei Lateral- bewegung realisiert.
Das Schallfeld über dem Ultraschall-Prüfköpf 1 (also zwischen Unterseite U der Probe P und dem oberen Ende 4 des Prüfköpfes 1) ändert sich somit nicht, wenn die Probe P in lateraler Richtung verschoben wird. Die rückseitig glatte Probe P wird hier planparallel zur Messplatte 12 des Messsystems (beispielsweise Granittisch eines AFM-Rasterkraftmikroskops) geführt.
Die Führung kann konventionell über manuelle oder motorisierte Verschiebung realisiert werden. Die Probe soll in der Regel nur in x-y-Ebene gegenüber der fixierten Kopplungseinrichtung verschoben werden. Die gegebene Planparallelität der Probenunterseite zum Gehäuserand sowie zur aktiven Prüfkopffläche stellt bei der Probenverschiebung eine konstante umlaufende Wasserfilmdicke zwischen Gehäuserand und Probenunterseite sicher. Eine ebene Messplatte ist in der Regel nur bei der manuellen Führung (siehe Figur 1 und 2) erforderlich.
Um Luftblasenbildung im Inneren des Wasserreservoirs bei sich bewegender Probe P zu vermeiden, ist der o- bere Rand 5 des Adapters verbreitert 6 ausgebildet.
Aufgrund von parallelen Grenzflächen im Schallfeld über dem Prüfkopf 1 kann es bei der gegebenen Messanordnung zu einem Resonanzverhalten der Oberflächenschwingung kommen. Dieses wird bei Einkopplung von longitudinalen Schallwellen durch vertikale stehende Wellen in der Wasserschicht und im Probenkörper verursacht. Solche Resonanzüberhöhungen sind sehr schmalbandig und können ohne weiteres durch Variation der Wasserschichtdicke (also der Dicke zwischen Oberkante des Endes 4 und Unterseite U) und/oder der Probendicke in unkritische Frequenzbereiche außerhalb der Messfrequenzen verschoben werden. Eine Variation der Probendicke ist beispielsweise ohne weiteres durch Ankopplung zusätzlicher flacher Zwischenkörper möglich: In einem solchen Fall wird als der in Figur 2 gezeigte Körper P ein solcher Zwischenkörper eingesetzt, auf diesem Zwischenkörper wird dann der eigentlich zu vermessende Probenkörper angeordnet.
Ebenso ist bei großflächigen dünnen Probenkörpern (z.B. Siliziumwafer mit Durchmesser 300 mm) der Einsatz eines dickeren Zwischenkörpers (z.B. Glasplatte als Körper P) zur Vermeidung von Durchbiegung des eigentlich zu vermessenden Körpers erforderlich. Bei dünnen Proben (z.B. Siliziumwafer mit Durchmesser 300 mm bei einer Dicke von nur 500 μm) ist der Probenkörper P somit ggf. zweiteilig. Es ist oberhalb die eigentliche Probe und unterhalb ein sog. dickerer zusätzlicher Zwischenkörper vertikal angeordnet (nicht in Figuren 2 und 3 abgebildet) . Beide Teile müssen akustisch gekoppelt sein, beispielsweise mit Wasser. Weiterhin können mehrere kleine Proben auf dem vorstehend genannten Zwischenkörper mittels geeigneter akustischer Ankopplung angeordnet werden.
In jedem dieser Fälle kann die Ankopplung vorteilhaft mit Reinstwasser realisiert werden.
Als Ultraschall- .Prüfköpf 1 kann ein Kopf vom Typ Pa- nametrics V 106-RM der Fa. Olympus NDT mit einer Mittenfrequenz von 2,25 MHz eingesetzt werden. Ein solcher Prüfkopf besitzt eine vorteilhafte Geometrie mit einem Außendurchmesser von ca. 18 mm, einem Durchmes- ser der aktiven Fläche von 15 mm (Oberseite des Endes 4) und einer Höhe (in Vertikalrichtung V) von etwa 16 mm. Gerade bei AFAM-Messungen werden häufig solche Schallköpfe mit vergleichbar kompakten Abmessungen eingesetzt. Die Breite des Gehäuserandes 5 (Ringbreite in Horizontalrichtung) zur Realisierung des dünnen Wasserfilms kann beispielsweise auf 5 mm herabgesetzt werden.
Ein in diesem Ausführungsbeispiel beschriebener Prototyp wurde während langer AFAM-Untersuchungen an Photomasken erfolgreich eingesetzt. Die entsprechenden Messzeiten konnten im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verringert werden.
Die Messzeit verringert sich mindestens um den Faktor
2, da der Ultraschall-Prüfkopf nicht vor jeder Einzelmessung gereinigt und der Ultraschall-Prüfkopf fest lokal angekoppelt werden muss . Der letzte Schritt ist in der Regel sehr aufwendig.
Eine weitere Variante der vorliegenden Erfindung zeigt Figur 3. Diese Variante ist grundsätzlich wie die in Figur 2 gezeigte Kopplungseinrichtung aufgebaut, so dass nachfolgend nur die Unterschiede beschrieben werden. Die in Figur 3 gezeigte Variante ist insbesondere bei begrenzten Platzverhältnissen am Gehäuserand vorteilhaft: Bei dieser Variante steht der Ultraschall-Prüfköpf 1 vollständig in einem als Wasserbehälter 9 ausgebildeten Flüssigkeitsreservoir
3. Der als einseitig (nach oben) offener Hohlzylinder ausgebildete Gehäusekörper 9 nimmt somit den in die Flüssigkeit 2 getauchten Schallerzeuger 1 vollständig auf bzw. umschließt ihn. Die Unterseite des Gehäusekörpers dient dann zur Befestigung auf der Platte 12, so dass das Element 13 hier entfällt. Auch in dieser Variante ist eine automatische Füllstandsregelung für den Ausgleichsbehälter 11 zur Kompensation von Wasserverdunstungen ohne weiteres möglich.
Die erfindungsgemäße Kopplungseinrichtung kann auch bei einer Ultraschalltechnik, bei der in einen Prüfkörper eingeschallt wird und ein reflektiertes oder transmittiertes Signal empfangen und ausgewertet wird, eingesetzt werden. Hier kann die Kopplungseinrichtung bei Spezialanwendungen, bei der die gesamte Probe nicht mit dem Koppelmittel benetzt (Immersionstechnik) werden kann oder darf, zum Einsatz kommen.

Claims

Patentansprüche
1. Kopplungseinrichtung für ein Rasterkraftmikroskop mit akustischer Probenanregung umfassend einen Schallerzeuger (1) , insbesondere einen Ultraschall-Prüfköpf , und ausgebildet zum Ein- koppeln von mit dem Schallerzeuger erzeugten Schallwellen in einen Probenkörper (P) zur akustischen Anregung des Probenkörpers,
wobei die Kopplungseinrichtung ein in seinem Innenraum (I) mit einer Flüssigkeit (2) füllbares und/oder gefülltes Flüssigkeitsreservoir (3) aufweist,
wobei der Probenkörper mit seiner Unterseite (U) auf dem Flüssigkeitsreservoir und/oder oberhalb desselben lateral verschiebbar angeordnet werden kann und/oder angeordnet ist,
wobei das zur Einkopplung der Schallwellen in den Probenkörper ausgebildete Ende (4) des Schallerzeugers in dem Innenraum des Flüssigkeitsreservoirs angeordnet ist und/oder dass mit diesem Ende Schallwellen in den Innenraum ein- koppelbar sind, und
wobei der zwischen diesem Ende und der Unterseite des Probenkörpers liegende Raumabschnitt des Innenraums des Flüssigkeitsreservoirs vollständig mit der Flüssigkeit füllbar ist und/oder gefüllt ist.
2. Kopplungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch
dadurch gekennzeichnet, dass
das Flüssigkeitsreservoir (3) , insbesondere der obere Rand (5) des Flüssigkeitsreservoirs, so ausgebildet ist, dass zwischen ihm und der Unterseite des Probenkörpers ein Flüssigkeitsfilm ausbildbar ist und/oder ausgebildet ist .
3. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
gekennzeichnet durch
ein nach oben offenes und horizontal abschließendes Flüssigkeitsreservoir, auf dem, insbesondere auf dessen oberem Rand (5) , und/oder oberhalb dessen, insbesondere oberhalb dessen oberen Randes (5) , die Unterseite (U) des Probenkörpers horizontal angeordnet werden kann und/oder angeordnet ist.
4. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Flüssigkeitsreservoir (3), insbesondere vermittels seines oberen Randes (5) , nach oben hin durch einen horizontal angeordneten, ebenen Flächenabschnitt abgeschlossen ist,
und/oder
dass das Flüssigkeitsreservoir (3) , insbesondere dessen oberes Ende und/oder dessen oberer Rand (5), eine Verbreiterung (6) und/oder eine ebene Plattform, insbesondere eine ringförmige Plattform, aufweist.
5. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kopplungseinrichtung eine Lagerungseinheit, insbesondere eine mindestens drei vertikal ausgerichtete, säulenförmige Elemente umfassende Lagerungseinheit (7) und/oder einen xy-Verschie- betisch, aufweist, auf der der Probenkörper in der Horizontalen ablegbar ist und/oder abgelegt ist und/oder mit der der Probenkörper in der Horizontalen verschiebbar ist und deren oberes Ende in der Vertikalen so über das Flüssigkeitsreservoir, insbesondere dessen oberen Rand (5) hinaus ragt, dass zwischen dem Flüssigkeitsreservoir, insbesondere dessen Rand, und der Unterseite des Probenkörpers ein Flüssigkeitsfilm ausbildbar ist und/oder ausgebildet ist.
6. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Flüssigkeitsfilm mit einer Dicke von zwischen 20 μm und 1000 .μm, insbesondere von zwischen 100 μm und 500 μm, Grenzwerte inklusive, ausbildbar ist und/oder ausgebildet ist.
7. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
gekennzeichnet durch einen abdichtend mit dem zur Einkopplung der Schallwellen in den Probenkörper ausgebildeten Ende (4) des Schallerzeugers verbundenen, um dieses Ende in der Horizontalen gesehen herum verlaufenden Gehäuseabschnitt (8) als Flüssigkeitsreservoir, wobei der Gehäuseabschnitt bevorzugt ringförmig, elliptisch oder rechteckig ausgebildet ist und/oder so ausgebildet ist, dass das Einkoppeln von mit dem Schallerzeuger erzeugten Schwingungen in den Probenkörper durch den Gehäuseabschnitt nicht behindert wird.
8. Kopplungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gehäuseabschnitt (8) als ein konzentrisch um ein bevorzugt zylinderförmiges, mit seiner oberen Zylinderdeckelfläche in der Horizontalen angeordnetes Ende (4) des Schallerzeugers herum verlaufender, mit der Flüssigkeit (2) füllbarer und/oder gefüllter Ringabschnitt ausgebildet ist.
9. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Ausnahme der beiden vorhergehenden Ansprüche
gekennzeichnet durch
ein den Schallerzeuger vollständig aufnehmendes und abdichtend umschließendes Gehäuse (9) als Flüssigkeitsreservoir .
10. Kopplungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) einen bevorzugt senkrecht zur Horizontalen angeordneten Wandab.schnitt aufweist, der den um eine vertikale Achse radial- symmetrisch ausgebildeten Schallerzeuger (1) konzentrisch umläuft.
11. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
gekennzeichnet durch
einen mit dem Innenraum (I) des Flüssigkeitsreservoirs (3) zum Flüssigkeitsaustausch, bevorzugt über einen Schlauch (10), verbundenen, mit der Flüssigkeit füllbaren und/oder gefüllten Ausgleichsbehälter (11) .
12. Kopplungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausgleichsbehälter (11) so ausgebildet und/oder angeordnet ist und/oder dass eine Regelvorrichtung, insbesondere eine Regelvorrichtung für den Flüssigkeitsfüllstand im Ausgleichsbehälter, so vorgesehen ist, dass mittels des Ausgleichsbehälters der Flüssigkeitspegel und/oder der Druck im Innenraumbereich des Flüssigkeitsreservoirs konstant haltbar ist.
13. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flüssigkeit (2) Wasser, insbesondere Reinstwasser, enthält oder daraus besteht.
14. Rasterkraftmikroskop umfassend eine Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche .
15. Verfahren zur Schalleinkopplung an einem Raster- kraftmikroskop mit akustischer Probenanregung,
wobei mit einem Schallerzeuger (1), insbesondere einem Ultraschall-Prüfkopf, der zum Einkoppeln von erzeugten Schallwellen in einen Probenkörper (P) ausgebildet ist, in den Probekörper zu dessen akustischer Anregung Schallwellen eingekoppelt werden,
wobei ein Flüssigkeitsreservoir (3) in seinem Innenraum (I) mit einer Flüssigkeit (2) gefüllt wird,
wobei der Probenkörper mit seiner Unterseite (U) auf dem Flüssigkeitsreservoir oder oberhalb desselben lateral verschiebbar angeordnet wird,
wobei das zur Einkopplung der Schallwellen in den Probenkörper ausgebildete Ende (4) des Schallerzeugers in dem Innenraum des Flüssigkeitsreservoirs angeordnet wird und/oder dass mit diesem Ende Schallwellen in den Innenraum eingekoppelt werden, und
wobei der zwischen diesem Ende und der Unterseite des Probenkörpers liegende Raumabschnitt des Innenraums des Flüssigkeitsreservoirs vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt wird.
lβ. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schall mit einer Kopplungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Kopplungseinrichtungs- ansprüche erzeugt und eingekoppelt wird.
17. Verwendung einer Kopplungseinrichtung und/oder eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur akustisch angeregten Rasterkraft- mikroskopie an großflächigen und/oder flachen Probenkörpern, insbesondere an Halbleiterwafern oder Photomasken, und/oder an mehreren bevorzugt kleinen Probenkörpern, die auf einem bevorzugt großflächigen Zwischenkörper fixiert sind.
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