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Die
Erfindung betrifft ein Objektiv für ein Mikroskop zur Dunkelfeldmikroskopie
mit alternierender Beleuchtung bei streifendem Einfall.
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Ein
Objektiv zur Dunkelfeldmikroskopie ist nach
DE 199 03 486 C2 bekannt.
Bei dem bekannten Objektiv wird ein ringförmiges Strahlenbündel um das
Objektivlinsensystem vorbeigeführt
und im Bereich des probenseitigen Endes des Objektivlinsensystem
unter einem Winkel konzentrisch auf die Probe umgelenkt.
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Eine
Beleuchtung zur Dunkelfeldmikroskopie mit alternierender Beleuchtung
bei streifendem Einfall nach dem sogenannten AGID-Verfahren (Alternating
grazing incidence) ist nach B. Brodermann et.al.: „Alternating
grazing incidence dark field scanning optical microscopy for dimensional
measurements", Proc.
of SPIE 4277:352-361 (2002) bekannt. Bei diesem Verfahren wird die
Probe bei streifendem Einfall wechselseitig aus zwei gegenüberliegenden
Richtungen senkrecht zu einer Probenstruktur beleuchtet. Die Beleuchtung
erfolgt dabei seitlich vom Objektiv.
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Das
AGID-Verfahren setzt eine Hauptstrukturrichtung auf der Probe voraus,
so etwa Leiterbahnen eines Wafers. Die Probe wird senkrecht mit
Ihrer Hauptstrukturrichtung zu den Beleuchtungsrichtungen orientiert.
Die zu untersuchenden Bahnen werden nacheinander von der einen und
von der gegenüber
liegenden Seite senkrecht zur Hauptstrukturrichtung beleuchtet,
wobei für
jeden Beleuchtungsvorgang ein eigenes Bild aufgenommen wird. Es
entstehen jeweils zwei Bilder des gleichen Aufnahmebereichs. Die
eine Beleuchtungsrichtung betont dabei eine Kantenseite, die andere
Beleuchtungsrichtung betont die andere Kantenseite. Die beiden Bilder werden
einzeln auf die Lage der entsprechenden Kanten hin analysiert und
anschließend
die analysierten Bilder überlagert.
So gelingt es, Strukturbreiten kleiner als die halbe Lichtwellenlänge aufzulösen. Vorzugsweise
ist dabei das Beleuchtungslicht so polarisiert, dass das E-Feld
parallel zur Kante der Struktur ausgerichtet ist.
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Nachteilig
ist dem bekannten Stand der Technik, dass er entweder für das AGID-Verfahren nicht
geeignet ist oder einen komplizierten Aufbau benötigt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung
für ein
Mikroskop zur Dunkelfeldmikroskopie mit alternierender Beleuchtung
bei streifendem Einfall anzugeben, die einfach und kompakt ist.
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Diese
Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 bestimmte Dunkelfeldobjektiv
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist die
Aufgabe bei einem Dunkelfeldobjektiv für ein Mikroskop mit einer Frontlinse
zur Aufnahme von Licht von einer Probe und mit einer Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung
zur Führung
von Beleuchtungslicht auf die Probe dadurch gelöst, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung mindestens
ein Paar Lichtauskoppelelemente umfasst, die jeweils gegenüber der
optischen Achse um die Frontlinse angeordnet sind zur abwechselnden, gegenparallelen
Beleuchtung der Probe. Die Zusammenführung von Objektiv und gegenparalleler
Beleuchtung lässt
die Ausführung
der Beleuchtung einfach und kompakt gestalten.
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Zweckmäßigerweise
ist vorgesehen, dass die Lichtauskoppelelemente paarweise um 180° versetzt
sind. Dies realisiert den beim AGID-Verfahren bezweckten Effekt
am günstigten.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Einkoppelelemente Prismen sind. Diese sind
einfacher anzuordnen als Spiegel und lassen das Objektiv mit ihrer
abschließenden
Fläche
gekapselt gestalten.
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Günstigerweise
ist vorgesehen, dass die Prismen und die Frontlinse probenseitig
im Bereich einer gemeinsamen Ebene enden. Dies ergibt eine besonders
kompakte Bauform.
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Idealerweise
ist vorgesehen, dass die Prismen und die Frontlinse probenseitig
in einer gemeinsamen Ebene enden zur Auflage auf einen Immersionsflüssigkeitsfilm.
Damit wird das AGID-Verfahren mit einem einfachen Objektiv für die Mikroskopie
mit Immersionsflüssigkeit
zugänglich.
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Entsprechend
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung das Beleuchtungslicht
in mindestens einem Strahlenpaar durch das Objektiv führt. Die
Oberseite des Objektivs kann so gleichzeitig zum Austritt des Abbildungsstrahles
und zum Eintritt der Beleuchtungsstrahlen dienen. Dadurch wird die
Bauform des Objektivs ebenso wie die des gesamten Mikroskops besonders
kompakt.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung das Beleuchtungslicht
mindestens teilweise parallel zur optischen Achse durch das Objektiv
führt.
Dies realisiert eine besonders einfache Strahlführung.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung das Beleuchtungslicht
senkrecht zur optischen Achse von einer Beleuchtungsquelle aufnimmt.
Damit kann die Einkopplung direkt von der Seite in das Objektiv
erfolgen. Damit kann ein Einkoppelspiegel über dem Objektiv eingespart
werden.
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Mit
besonderem Vorteil ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung
und die Frontlinse von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben sind. Dadurch wird
eine besonders kompakte und robuste Bauform erreicht. Die Anordnung
wird weniger anfällig
gegen Dejustage.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung
zwei Paar Lichtauskoppelelemente umfasst, die paarweise gekreuzt
angeordnet sind. Durch diese Anordnung ist es möglich das AGID-Verfahren auf
eine gekreuzt strukturiere Probe anzuwenden.
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Idealerweise
ist vorgesehen, dass die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung zur Auskopplung
des Beleuchtungslicht auf die Probe in einem Winkel von 65° bis 89°, insbesondere
von 75° bis
80° zur
optischen Achse vorgesehen ist. Es zeigte sich, dass die angegebenen
Winkelbereiche eine besonders gute Abbildung ergeben.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Darstellungen
zu einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Gleiche
Bezugszeichen in den einzelnen Figuren beizeichnen dabei gleiche Elemente.
Es zeigen
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1 ein
Objektiv mit Auskoppel-Prismen
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2 ein
Objektiv mit Auskoppel-Spiegel
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3 ein
Immersionsobjektiv mit Auskoppel-Prismen
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4 ein
erfindungsgemäßes Objektiv
von der Unterseite
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5 eine
zugeordnete Beleuchtungseinrichtung
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6 Prinzipskizze
des zugeordneten Mikroskops
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Die 1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Objektiv 20 über einer
Probe 10 auf einer Probenauflage 11. Das Objektiv
umfasst eine Frontlinse 30 und eine linkes Auskoppelprisma 43 und
ein rechtes Auskoppelprisma 44. Die Frontlinse 30 und
die Prismen 43 und 44 schließen mit einer gemeinsamen Ebene 32 ab.
Die Frontlinse und die Prismen sind teilweise von dem Gehäuse 22 des
Objektivs umgeben. Die Prismen 43 und 44 bilden
einen Teil der Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung 40. Die
abwechselnd einfallenden linken und rechten Beleuchtungsstrahlen 41 und 42 sind
zur Vereinfachung in sämtlichen
Figuren gleichzeitig sichtbar gezeichnet. Die Beleuchtungsstrahlen 41 und 42 fallen
parallel zur optischen Achse 21 innerhalb des Gehäuses 22 auf
die Prismen 43 und 44. Diese lenken die Beleuchtungsstrahlen
streifend auf die Probe 10. Die Abbildungsstrahlen 31 werden
von der Frontlinse 31 von der Probe 10 aufgenommen.
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Die 2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Objektiv 20 analog
dem Objektiv der 1. Statt der Prismen sind hier
ein linker und ein rechter Auskoppelspiegel 45 und 46 vorgesehen.
Die Auskoppelspiegel befinden sich im Bereich der Ebene 32 des probenseitigen
Endes der Frontlinse. Sie können auch
leicht darüber
oder auch darunter angeordnet sein.
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Die 3 zeigt
ein erfindungsgemäßes Objektiv 20 zur
Verwendung mit Immersionsmedien wiederum analog dem Objektiv der 1.
Die Probe ist hier mit einer Probenabdeckung 12 fixiert.
Zwischen der Probenabdeckung und dem probenseitigen Endes der Frontlinse
und dem probenseitigen Endes der Prismen 43 und 44 befindet
sich die Immersionsflüssigkeit 13.
Dies ist eine Flüssigkeit
mit einem Brechungsindex im Bereich der Frontlinse 30.
Die parallel zur optischen Achse auf die Prismen 43 und 47 fallenden
Beleuchtungsstrahlen 41 und 42 werden hier innerhalb
der Prismen 43 und 44 in Richtung der Probe 10 gespiegelt
und treten weitgehend ungebrochen aus den Prismen in die Immersionsflüssigkeit
aus. Die Prismen sind dazu hier als Parallelogramme ausgebildet.
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Die 4 zeigt
die Unterseite eines weiteren erfindungsgemäßen Objektivs analog dem Objektiv der 1.
Das Gehäuse 22 umfasst
hier 4 Paare an Auskoppelelementen 48. Das in den 1 oder 3 gezeigte
Prismenpaar 43, 44 ist gezeigt. Zusätzlich ist
ein dem Prismenpaar 43, 44 gekreuzt versetztes
Prismenpaar ebenso mit Volllinie gezeichnet. Durch dieses weitere
Prismenpaar ist die Analyse von 2 aufeinander senkrecht stehenden
Strukturen der Probe besonders gut möglich. Des weiteren sind noch
zwei weitere Prismenpaare um 45° gegenüber den
vorgenannten beiden Prismenpaaren versetzt mit gestrichelter Linie
gezeigt. Dadurch ist die Analyse von Proben mit Strukturen unterschiedlicher
Richtung gut möglich.
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Die 5 zeigt
eine Beleuchtungsquelle 50 der Beleuchtungseinrichtung 40.
Die Beleuchtungsquelle umfasst einen Laser 51 für linear
polarisiertes Licht einer Wellenlänge von etwa 500 nm. Der Laser strahlt
durch eine Pockelszelle 52 auf einen Polarisationsstrahlteiler 53.
Dieser teilt den Strahl in den linken Beleuchtungsstrahl 41 und über den
Spiegel 54 und eine Lambda/2-Platte in den rechten Beleuchtungsstrahl 42.
Die Pockelszelle ist dabei so angesteuert, dass sie die Polarisation
periodisch dreht und so zusammen mit dem Polarisationsstrahlteiler 53 einen
optischen Wechselschalter bildet. Die Lambda/2-Platte 42 dient
zur Ausrichtung der Polarisation des rechten Beleuchtungsstrahls 42.
Die Beleuchtungsstrahlen 41 und 42 werden idealerweise
so ausgerichtet, dass die E-Felder der Beleuchtungsstrahlen auf
der Probe 10 senkrecht zur Einfallsrichtung und parallel
zur Probenstruktur stehen. Die gezeigte Beleuchtungsquelle ist für ein Objektiv
nach den 1 bis 3 ausgelegt.
Für ein
Objektiv nach 4 ist die Beleuchtungsquelle
analog zu erweitern.
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Die 6 zeigt
das Prinzip eines Mikroskops 60 mit dem erfindungsgemäßen Objektiv 20 analog 1 bis 4.
Es sind hier 2 Paare an Auskoppelelementen 48 realisiert.
Eine Steuer- und Auswerteeinheit 62 steuert zum Einen über eine
Verbindung 65 die Beleuchtungsquelle 50 zur abwechselnden Beleuchtung
der Probe 10 über
jeweils ein Auskoppelelement 48 und zum Anderen über eine
Verbindung 64 die Aufnahme der Probe 10 durch
die Kamera 61. Dabei synchronisiert die Steuer- und Auswerteeinheit 62 die
Beleuchtung und die Aufnahme und führt die Analyse der Einzelbilder
und die Überlagerung
analysierten Einzelbilder durch.
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- 10
- Probe
- 11
- Probenauflage
- 12
- Probenabdeckung
- 13
- Immersionsflüssigkeit
- 20
- Objektiv
- 21
- optische
Achse
- 22
- Gehäuse
- 30
- Frontlinse
- 31
- Abbildungsstrahlen
- 32
- Ebene
des probenseitigen Endes der Frontlinse
- 40
- Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung
- 41
- linker
Beleuchtungsstrahl
- 42
- rechter
Beleuchtungsstrahl
- 43
- linkes
Auskoppel-Prisma
- 44
- rechtes
Auskoppel-Prisma
- 45
- linker
Auskoppel-Spiegel
- 46
- rechter
Auskoppel-Spiegel
- 47
- Umlenkspiegel
- 48
- Auskoppelelemente
- 50
- Beleuchtungsquelle
- 51
- Laser
- 52
- Pockelszelle
- 53
- Polarisations-Strahlteiler
- 54
- Umlenkspiegel
- 55
- Lamda/2-Platte
- 60
- Mikroskop
- 61
- Kamera
- 62
- Steuer-
und Auswerteeinrichtung
- 64
- Verbindung
zu Kamera
- 65
- Verbindung
zur Beleuchtungsquelle