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Die
Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop mit einer Elektronenstrahlquelle
mit einer Einrichtung zum zerstörungsfreien Bestimmen von
Kristallstrukturen (EBSD).
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Es
ist bekannt, in Elektronenmikroskope, d. h. Rasterelektronenmikroskope
Systeme zur Anwendung des EBSD-Verfahrens (Electron Backscatter Diffraction)
zu integrieren, mit deren Hilfe die Kristallstruktur an der Probenoberfläche
bestimmt werden kann. Bei dem EBSD-Verfahren wird der Elektronenstrahl
in einem Winkel von 20° auf die Probenoberfläche
gerichtet (das entspricht einem Einfallswinkel von 70°).
Die reflektierte Strahlung erzeugt aufgrund von Streuung und Beugung
an der Probenoberfläche ein charakteristisches auswertbares
EBSD-Muster. Dies sind insbesondere Intensitätsvariationen
in Form Kikuchi-Linien und Beugungsreflexen. Das Muster der Kikuchi-Linien
erlaubt einen Rückschluss auf Art, Größe
und Orientierung der Kristallstruktur des bestrahlten Bereiches.
Zur Erfassung dieses Muster wird üblicherweise ein Detektorschirm
eingesetzt, auf welchen die reflektierte Strahlung trifft. Der Detektorschirm
ist mit einem Leuchtmaterial versehen bzw. beschichtet, welches
auftreffende Elektronenstrahlen in sichtbares Licht umwandelt. Der Schirm
wird mit einer Kamera beobachtet, die ein Bild des an dem Detektorschirm
erzeugten sichtbaren Lichtes abbildet, welches dann durch geeignete Computerprogramme
ausgewertet werden kann.
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Nachteilig
bei dem bekannten Systemen ist, dass die Probenoberfläche
im Winkel zu der Elektronenstrahlquelle ausgerichtet werden muss,
um den gewünschten Auftreffwinkel zu erreichen und die
Abbildung der reflektierten Strahlung auf den Detektorschirm zu
ermöglichen. Bei sehr großen Proben, wie sie in
Großkammerelektronenmikroskopen untersucht werden können,
und komplexen Probengeometrien ist es nicht möglich, die
Probe im gewünschten Winkel auszurichten, insbesondere
ohne das es zu Kollisionen mit dem Detektorschirm oder Elektronenstrahlquelle
kommt.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Elektronenmikroskop
mit einer Einrichtung zur zerstörungsfreien Bestimmung
von Kristallstrukturen zu schaffen, welches derart ausgebildet ist, dass
auch komplexe und große Proben auf ihre Kristallstruktur
hin untersucht werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Elektronenmikroskop mit den in Anspruch 1
abgegeben Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen,
der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Das
erfindungsgemäße Elektronenmikroskop ist ein Rasterelektronenmikroskop
und weist in bekannter Weise eine Elektronenstrahlquelle und Detektoreinrichtungen
für die klassische Rasterelektronenmikroskopie auf. Darüber
hinaus weist das erfindungsgemäße Elektronenmikroskop
ein EBSD-System, d. h. eine Einrichtung zum zerstörungsfreien
Bestimmen von Kristallstrukturen auf.
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Erfindungsgemäß ist
die Einrichtung zum Bestimmen von Kristallstrukturen derart ausgebildet, dass
nicht wie bei herkömmlichen Systemen, die Probenoberfläche
im Winkel zu dem aus der Elektronenstrahlquelle austretenden Elektronenstrahl
und damit zur optischen Achse der Elektronenstrahlquelle ausgerichtet
wird. Erfindungsgemäß ist im Strahlengang hinter
der Elektronenstrahlquelle eine Ablenkeinrichtung angeordnet, welche
den Elektronenstrahl derart ablenkt, dass er in einem spitzen Winkel
out die Probe auftrifft. D. h. durch diese Anordnung ist es im Extremfall
möglich, die zu untersuchende Probenoberfläche
in einem Winkel von 90° zu der optischen Achse der Elektronenstrahlquelle,
d. h. zu der Richtung des aus der Elektronenstrahlquelle austretenden Elektronenstrahls
auszurichten. Der gewünschte Auftreffwinkel, welcher für
die EBSD-Untersuchung erforderlich ist, wird dann nicht durch relatives
Verschwenken der Probe zu der Elektronenstrahlquelle, sondern durch
Ablenkung des Elektronenstrahls mittels der Ablenkeinrichtung realisiert.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass auch sehr große Proben einer
EBSD-Untersuchung unterzogen werden können, da eine spezielle,
insbesondere schräge Ausrichtung der Probenoberfläche
relativ zu der Elektronenstrahlquelle nicht mehr erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß ist
darüber hinaus eine Sensoreinrichtung in dem Elektronenmikroskop
vorgesehen, welche die von der Probe reflektierte Strahlung erfasst.
Dabei handelt es sich um eine Sensoreinrichtung, welche die charakteristischen
Kikuchi-Linien und Beugungsreflexe, welche für die EBSD-Untersuchung
genutzt werden, erfassen bzw. abbilden kann. Das erfasst Muster
kann dann in herkömmlicher Weise zur Bestimmung der Kristallstrukturen ausgewertet
werden.
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Die
Ablenkeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie
eine derartige Ablenkung des Elektronenstrahls bewirkt, dass dieser
in einem Winkel zwischen 15° und 25° und vorzugsweise
in einem Winkel von 20° auf die zu untersuchende Probenoberfläche
auftrifft. D. h. der abgelenkte Elektronenstrahl trifft in einem
sehr spitzen Winkel streifend auf die zu untersuchende Probenoberfläche
auf, wobei die reflektierte Strahlung dann die zu untersuchenden
Kikuchi-Linien und Beugungsmuster aufweist. Wenn die zu untersuchende
Probenoberfläche in einem Winkel von 90° zur optischen
Achse der Elektronenstrahlquelle ausgerichtet ist, erfolgt in der Ablenkeinrichtung
somit vorzugsweise eine Ablenkung um 65° bis 75°,
weiter bevorzugt um 70°.
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Die
Ablenkeinrichtung ist vorzugsweise als elektromagnetische Ablenkeinrichtung
ausgebildet. D. h. der Elektronenstrahl wird in der Ablenkeinrichtung
durch ein elektromagnetisches Feld um den gewünschten Winkel
abgelenkt.
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Dazu
weist die Ablenkeinrichtung zweckmäßigerweise
zwei voneinander beabstandete Polschuhe auf, zwischen denen der
Elektronenstrahl hindurch läuft und welche über
zumindest eine elektrische Spule magnetisierbar sind. Zur Ablenkung
wird zwischen den beiden Polschuhen vorzugsweise ein weitgehend
homogenes Magnetfeld erzeugt. Die Ablenkung erfolgt in einer Ebene
normal zu der Ausrichtung des magnetischen Felds. Die beiden Polschuhe sind
vorzugsweise aus weichmagnetischem Material und erstrecken sich
parallel und beabstandet zueinander, sodass der Elektronenstrahl
zwischen ihnen hindurchlaufen kann. Außerhalb des Bereiches, durch
welchen der Elektronenstrahl verläuft, sind die beiden
Polschuhe durch einen ebenfalls weichmagnetischen Kern miteinander
verbunden. Um diesen Kern ist bevorzugt die zumindest eine Spule
gewickelt, welche so die beiden Polschuhe magnetisiert. Es sind
jedoch auch andere Anordnungen denkbar, beispielsweise könnten
ein oder mehrere Spulen direkt um einen der Polschuhe gewickelt
sein. Auch könnten die Spulen in Nuten in der Oberfläche
der Polschuhe eingelegt sein. In dem Bereich, in welchem der Elektronenstrahl
zwischen den Polschuhen verläuft, werden diese vorzugsweise
durch ein nichtmagnetisches Bauteil im definierten Abstand zueinander
gehalten. Dies kann beispielsweise ein Verbindungselement aus nichtmagnetisierbarem
Stahl sein. In dieses Verbindungselement kann ein gekrümmter Kanal
für die Elektronenbahn eingearbeitet, beispielsweise eingefräst
sein.
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Weiter
bevorzugt ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, über welche
die Stärke der Ablenkung des Elektronenstrahls in der Ablenkeinrichtung derart regelbar
ist, dass ein vorbestimmter Winkel des Elektronenstrahls zur Oberfläche
der Probe einhaltbar ist. Auf diese Weise kann die EBSD-Untersuchung
optimiert werden, da der optimale Auftreffwinkel des Elektronenstrahls
auf die Probenoberfläche eingestellt werden kann. Für
eine solche Regelung kann beispielsweise der übliche im
Rasterelektronenmikroskop vorhandene Sekundärelektronendetektor
verwendet werden. Mit diesem kann der Auftreffpunkt des abgelenkten
Elektronenstrahls auf der Werkstückoberfläche
bestimmt werden. Die Position des Auftreffpunktes ist dabei von
dem Ablenkwinkel abhängig. Bei gewünschten Ablenkwinkel
muss der Elektronenstrahl an einem vorbestimmten Punkt auf die Probenoberfläche
auftreffen. Dieser Punkt kann durch Regelung des Magnetfeldes und
damit der Regelung der Stärke der Ablenkung somit gezielt
eingestellt werden, sodass auch der Winkel, in welchem der Elektronenstrahl
auf der Werkstückoberfläche auftrifft, genau eingerichtet
werden kann. Die Stärke des Magnetfelds kann durch Variation
des Stromes in der elektrischen Spule verändert werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform kann im Strahlengang
des Elektronenstrahls vor der Ablenkeinrichtung eine Linse angeordnet
sein. Diese Linse wird bevorzugt durch ein elektrisches Feld gebildet,
welches von hinter dem Austritt der Elektronenstrahlquelle gelegenen
Linsen-Elektroden erzeugt wird. Eine solche Linse kann die Bildfehler
der Ablenkeinheit vermindern, indem Rand- und Streufelder kompensiert
werden. Diese Aufgabe kann auch durch magnetische Quadrupole übernommen
werden, wie durch einen Stigmator vor der Endlinse. Als größter
Bildfehler verbleibt der chromatische Fehler aufgrund des Sektor-Magnetfeldes.
Je nach Energie des Elektronenstrahls könnte sich die Auflösung
störend verschlechtern. Dieses kann bei Bedarf vermieden
werden durch eine zusätzliche elektrostatische Ablenkung
oder durch eine Aufteilung der Polschuhe in mehrere Segmente mit positiven
und negativen Ablenkungen. Dafür bietet sich die Variante
an, die felderzeugenden Spulen in Nute im Polschuh unterzubringen.
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Zur
Verringerung der chromatischen Abberation könnte im Strahlengang
auch ein Monochromator angeordnet werden, wodurch gleichzeitig die
Genauigkeit des EBSD-Musters gesteigert werden kann.
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Die
Sensoreinrichtung zum Erfassen der reflektierten Strahlung ist erfindungsgemäß vorzugsweise
derart angeordnet, dass sich die Sensoroberfläche im Wesentlichen
parallel zu dem abgelenkten Elektronenstrahl erstreckt. Dabei ist
es erfindungsgemäß vorgesehen, die Sensoreinrichtung
derart klein auszubilden, dass sie wie die Elektronenstrahlquelle oberhalb
der Probenoberfläche angeordnet werden kann. D. h. die
Sensoreinrichtung wird bevorzugt in dem Raum zwischen Elektronenstrahlquelle
und Probenoberfläche etwas seitlich versetzt zum Austritt des
Elektronenstrahls aus der Elektronenstrahlquelle angeordnet. somit
wird eine sehr kompakte Anordnung geschaffen, welche auch die Untersuchung komplexer
Oberflächengeometrien und sehr großer Werkstücke
ermöglicht, da Elektronenstrahlquelle und Sensoreinrichtung
beide oberhalb bzw. gegenüberliegend zu der zu untersuchenden
Probenoberfläche platziert werden können. Die
Elektronenstrahlquelle und die Sensoreinrichtung können
dabei nah beieinander angeordnet werden. Ferner können
beide gemeinsam relativ zur Probenoberfläche positioniert
werden, z. B. durch Bewegen der Probe. Es kann somit verhindert
werden, dass die Probe entweder mit der Elektronenstrahlquelle oder
der Sensoreinrichtung kollidiert oder den Strahlengang zwischen
diesen Elementen aufgrund ihrer Geometrie abschattet. Insbesondere
bei Großkammer-Elektronenmikroskopen, wie Sie aus
DE 3 802 598 C1 bekannt
sind, kann so die Einrichtung zur EBSD-Untersuchung gemeinsam mit
der Elektronenstrahlquelle in der Kammer positioniert werden.
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Ein
geeignet kleiner Aufbau der Sensoreinrichtung wird dadurch erreicht,
dass auf den bislang üblichen Detektorschirm verzichtet
wird.
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Stattdessen
ist erfindungsgemäß vorgesehen, das zu erfassende
EBSD-Muster direkt auf einer Sensoroberfläche der Sensoreinrichtung
abzubilden. Auf diese Weise kann der vergleichsweise große
Abstand zwischen Detektorschirm und Kamera zu Erfassung des Bildes
entfallen.
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Vorzugsweise
weist die Sensoreinrichtung einen Bildsensor und eine Schicht von
Leuchtmaterial auf, welche beim Auftreffen der von der Probe reflektierten
Strahlung Licht aussendet, welches von dem Bildsensor erfassbar
ist. Vorzugsweise handelt sich dabei um sichtbares Licht. Gemäß dieser
erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Sensoreinrichtung
wird auf einen Schirm, welcher aus einem gewissen Abstand mit einer
Kamera betrachtet wird, verzichtet. Stattdessen wird das Bild direkt
auf der Sensoroberfläche eines Bildsensors erzeugt. Hierzu ist
das Leuchtmaterial vorzugsweise an der Oberfläche des Bildsensors
angeordnet. Diese Oberfläche bildet die Sensoroberfläche,
welche die Lichtsignale in elektrische Signale umwandelt, welche
dann durch nachgeschaltete elektronische Schaltungen in bekannter
Weise ausgewertet werden können. Bei dem Bildsensor handelt
es sich vorzugsweise um einen CMOS-Bildsensor. Diese Bildsensoren
sind am Markt kostengünstig in der gewünschten
Auflösung und im gewünschten Bildformat erhältlich.
So kann hier auf Standardkomponenten zum Aufbau der Sensoreinrichtung
zurückgegriffen werden.
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Bevorzugt
ist das Leuchtmaterial nicht direkt auf die Sensoroberfläche
des Bildsensors aufgebracht, sondern auf der Oberfläche
des Bildsensors eine lichtleitende Schicht angeordnet, welche an
einer dem Bildsensor abgewandten Oberfläche mit dem Leuchtmaterial
beschichtet ist. D. h. die lichtleitende Schicht verbindet den Bildsensor
und das Leuchtmaterial. Dabei hat die lichtleitende Schicht den
Vorteil, dass das Leuchtmaterial leicht aufgebracht werden kann,
ohne die empfindliche Sensorfläche des Bildsensors zu beschädigen.
Auch während des Betriebes gelangen so keine Teilchenstrahlen
direkt auf den Bildsen sor. Dieser kann somit in normaler kommerzieller
Qualität gefertigt sein und muss keine spezielle strahlenresistente
Qualität aufweisen. Darüber hinaus kann die lichtleitende Schicht
in ihrer Geometrie so angepasst werden, dass die reflektierte Strahlung
möglichst verzerrungsfrei aufgenommen werden kann.
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Die
lichtleitende Schicht ist vorzugsweise eine Anordnung einer Vielzahl
von Lichtleitfasern, an deren ersten Axialende das Leuchtmaterial
angeordnet ist und deren entgegengesetztes zweites Axialende an
der Oberfläche des Bildsensors gelegen ist. So kann die
lichtleitende Schicht aus einem Bündel von Lichtleitfasern
bzw. Glasfasern gebildet sein. Die eine Oberfläche des
Bündels ist plan ausgebildet, um an der Sensoroberfläche
des Bildsensors zur Anlage zu kommen und Licht auf diese Sensoroberfläche
zu übertragen. Die entgegengesetzte Oberfläche
ist mit dem Leuchtmaterial versehen bzw. beschichtet. Dort wird
dann auftreffende reflektierte Elektronenstrahlung in Licht, vorzugsweise
sichtbares Licht umgewandelt, welches von den Lichtleitfasern zu
der Sensoroberfläche des Bildsensors übertragen
wird. Bei der Ausgestaltung der lichtleitenden Schicht ist zu verstehen,
dass diese vorzugsweise möglichst dünn, d. h.
bevorzugt maximal einige Millimeter dick, ausgebildet wird, um insgesamt
einen kompakten Aufbau der Sensoreinrichtung zu erreichen. Insbesondere
die dem Bildsensor zugewandte Oberfläche der lichtleitenden
Schicht ist besonders bevorzugt poliert, um eine plane Anlage an
der Sensoroberfläche des Bildsensors zu erreichen. Dabei
wird die lichtleitende Schicht zweckmäßigerweise
mit einem geeigneten Klebstoff auf die Sensoroberfläche
aufgeklebt, wobei hier darauf geachtet werden sollte, eine homogene, blasenfreie
Klebstoffschicht zu gewährleisten, welche die Lichtübertragung
auf den Bildsensor nicht beeinträchtig.
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Weiter
ist es bevorzugt, dass die dem Bildsensor abgewandte Oberfläche
der lichtleitenden Schicht gekrümmt ausgebildet ist. Insbesondere ist diese
Oberfläche vorzugsweise in ein oder zwei Richtungen konkav
gekrümmt, um die von der Probe reflektierte Elektronenstrahlung
möglichst verzerrungsfrei aufnehmen zu können.
So kann erreicht werden, dass für jeden Ablenk- bzw. Streuwinkel
der reflektierten Strahlung der Abstand von der Probe zur Oberfläche
der lichtleitenden Schicht des Bildsensors gleich ist. Die Oberfläche
des Bildsensors kann z. B. als Abschnitt einer Zylinder- oder Kugeloberfläche
ausgebildet sein. Im Falle einer Zylinderoberfläche sollte
die Zylinderachse vorzugsweise mit dem primären Elektronenstrahl,
welcher auf die Probenoberfläche auftrifft, zusammenfallen.
Im Falle einer Kugeloberfläche sollte der Kugelmittelpunkt
vorzugsweise an der Stelle liegen, an welcher der Elektronenstrahl
auf die Probe auftrifft.
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Um
den Bildsensor bzw. die Sensoreinrichtung besonders genau positionieren
zu können, können vorzugsweise Stellelemente vorgesehen
sein, an welchen die Sensoreinrichtung oder bevorzugt deren Bildsensor
angebracht ist. Dies können beispielsweise Piezo-Stellelemente
sein, welche eine sehr genaue Einstellung und damit Ausrichtung
des Bildsensors ermöglichen.
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Die
Sensoreinrichtung kann neben dem beschriebenen Bildsensor noch weitere
Detektorflächen, beispielsweise in Form von Lichtdetektoren
wir Photomultiplern aufweisen. Diese können beispielsweise
vorwärts und rückwärts gestreute Elektronen seitlich
des vorangehend beschriebenen Bildsensors erfassen. So kann beispielsweise
der Orientierungskontrast und der z-Kontrast durch solche zusätzliche Detektorflächen
erfasst werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten
Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
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1 eine
Seitenansicht einer Einrichtung zum Bestimmen von Kristallstrukturen
eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops,
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2 die
Ansicht gemäß 1 im geschnittenen
Zustand,
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3 eine
perspektivische, geschnittene Ansicht der Einrichtung gemäß 1 und 2,
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4 eine
perspektivische Ansicht der Einrichtung gemäß 1 bis 3 und
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5 eine
Detailansicht einer Sensoreinrichtung 4 mit gekrümmter
Oberfläche
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung zum Bestimmen von
Kristallstrukturen ist vorgesehen, um in ein herkömmliches
Rasterelektronenmikroskop integriert werden zu können.
Dabei kann die Einrichtung in dem Elektronenmikroskop derart bewegbar
sein, dass sie in den Strahlengang des Elektronenmikroskops hinein
und aus diesem wieder heraus bewegt werden kann, je nachdem ob eine
Bestimmung von Kristallstrukturen gerade erforderlich ist oder das Elektronenmikroskop
zur Abbildung der Probe verwendet werden soll.
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Die
Einrichtung zum Bestimmen von Kristallstrukturen besteht im Wesentlichen
aus zwei Komponenten, nämlich einer Ablenkeinrichtung 2 und
einer Sensoreinrichtung 4. Die Ablenkeinrichtung 2 dient dazu,
einen entlang der optischen Achse X der Elektronenstrahlquelle (hier
nicht gezeigt) aus dieser austretenden Elektronenstrahl derart abzulenken,
dass er unter einem Winkel a auf die Oberfläche einer Probe 6 auftrifft.
Für die EBSD-Untersuchung liegt der Winkel a bevorzugt
bei etwa 20°. Die Sensoreinrichtung 4 ist so ausgerichtet,
dass ihre optische Mittelach se Y im rechten Winkel zu dem auf die
Oberfläche der Probe 6 auftreffenden Elektronenstrahl
ausgerichtet ist. D. h. diese zentrale optische Achse Y ist im Winkel β von
entsprechend 70° zur Oberfläche der Probe 6 ausgerichtet.
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Der
Elektronenstrahl tritt entlang der optischen Achse X aus der Elektronenstrahlquelle
aus und durchläuft die magnetische Endlinse 8,
in der er zur Konvergenz im Punkt P gebracht wird. Anschließend
durchläuft der Elektronenstrahl die elektrostatische Linse 9,
in der Streufelder und Fehler der folgenden Ablenkeinrichtung 2 kompensiert
werden können. Durch die Ablenkeinrichtung 2 wird
der Elektronenstrahl dann um den Winkel β (hier 70°)
abgelenkt, sodass er in dem Winkel a am Punkt P auf die Oberfläche
der Probe 6 auftrifft. Die Ablenkung in der Ablenkeinrichtung
erfolgt elektromagnetisch.
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Die
Ablenkeinrichtung 2 weist zwei parallel voneinander beabstandete
Polschuhe 10 aus einem weichmagnetischen Material auf.
Zwischen diesen Polschuhen verbleibt ein Spalt, durch den Elektronenstrahl
verläuft. In dem Bereich, durch welchen der Elektronenstrahl
verläuft, werden die beiden Polschuhe 10 durch
ein Verbindungselement in Form einer Abstandsplatte 12 parallel
beabstandet zueinander gehalten. Die Abstandsplatte 12 ist
aus einem nichtmagnetischen Material, vorzugsweise nicht magnetisierbaren
Stahl gefertigt. In der Abstandsplatte 12 ist ein bogenförmiger
Kanal 14 eingefräst, welcher entlang der Krümmung
verläuft, in welcher der Elektronenstrahl durch das Magnetfeld
der Ablenkeinrichtung 2 abgelenkt wird. D. h. der Elektronenstrahl
verläuft durch den Kanal 14 hindurch.
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An
dem der Abstandsplatte 12 abgewandten Ende der länglichen
Polschuhe 10 sind diese durch einen weichmagnetischen Kern 16 miteinander
verbunden, um welchen zwischen den beiden Polschuhen 10 eine
Spule 18 gewickelt ist. Bei Bestromung der Spule 18 magnetisiert diese
die beiden Polschuhe 10 so, dass zwischen diesen im Bereich
der Abstandsplatte 12 ein magnetisches Feld erzeugt wird, welches
den Elektronenstrahl im gewünschten Winkel β entlang
dem Kanal 14 ablenkt. So trifft der Elektronenstrahl dann
im Winkel a am Punkt P auf die Oberfläche der Probe 6 auf.
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Die
von der Probe 6 reflektierten Strahlung, welche das charakteristische
EBSD-Muster, insbesondere die Kikuchi-Linien und Beugungsreflexe
aufweist, wird von der Sensoreinrichtung 4 aufgenommen.
Diese Sensoreinrichtung 4 besteht aus einem CMOS-Bildsensor 20,
auf dessen Sensoroberfläche ein Bündel von Lichtleitfasern 22 aufgeklebt
ist. Die Lichtleitfasern in dem Bündel 22 sind
dabei so gerichtet, dass sie sich parallel zu der zentralen optischen Achse
Y der Sensoreinrichtung 4, d. h. im Winkel von 90° zu
dem auf die Probe 6 im Punkt P auftreffenden Elektronenstrahl
erstrecken. Auf die der Probe 6 zugewandten Oberfläche 24 des
Bündels von Lichtleitfasern 22 ist ein Leuchtmaterial
aufgebracht, welches auftreffende Elektronenstrahlung in sichtbares
Licht umwandelt, welches dann von den Lichtleitfasern des Bündels 22 auf
die Sensoroberfläche des Bildsensors 20 übertragen
werden. Der Bildsensor 20 erfasst dann die Lichtsignale
und wandelt diese in elektrische Signale um, welche dann in bekannter Weise
weiterverarbeitet werden können, um das auf dem Bildsensor 20 aufgenommene
EBSD-Muster zur Bestimmung der Kristallstruktur auszuwerten. Die der
Probe 6 zugewandte Oberfläche 24 des
Bündels von Lichtleitfasern 22 ist vorzugsweise
konkav gewölbt ausgebildet (s. 5). Dabei
kann die Wölbung entweder kugelförmig sein, wobei
dann der Punkt P den Kugelmittelpunkt bildet. Alternativ ist es auch
denkbar, die Oberfläche 24 zylindrisch zu krümmen,
wobei dann die Zylindermittelachse sich entlang dem im Punkt P auftreffenden
Elektronenstrahl erstreckt.
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Der
CMOS-Bildsensor 20 ist an einer Leiterplatte 26 angebracht,
welche elektronische Bauteile zur Auswertung und Datenübertragung
der von dem Bildsensor ausgebenden Signale aufweist. Vorzugsweise
werden die Signale der Sensoreinrichtung 4 über
eine serielle Schnittstelle ausgegeben, sodass eine Auswertung durch
einen Computer möglich ist. Zur Auswertung und Analyse
der EBSD-Muster ist entsprechende Software am Markt verfügbar.
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Wie
in 2 gezeigt, kann die Sensoreinrichtung 4 zusätzlich
weitere Detektorflächen aufweisen. Bei der Ausführungsform
gemäß 2 sind seitlich des Bildsensors 20 zwei
weitere Leuchtschirmflächen 28 und 30 vorgesehen.
Diese Leuchtschirmflächen, welche lichtleitend, vorzugsweise ebenfalls
aus mehreren Lichtleitern, ausgebildet sind, führen jedoch
nicht auf viele kleine Einzelpixel des Bildsensors, sondern auf
zwei unabhängige Lichtdetektoren (in 2 nicht
gezeigt). Dies können beispielsweise Photomultipler sein.
Diese können extrem schnell auf verschiedene Helligkeiten
ansprechen und so einen schnellen Scan des Rasterelektronenmikroskops
ermöglichen, z. B. TV-Geschwindigkeit, Rastern mit zehn
Millionen Einzelpunkten pro Sekunde. Dabei detektiert die Leuchtschirmfläche 28 vorwärts
gestreute Elektronen und enthält den so genannten Orientierungskontrast.
Die Leuchtschirmfläche 30 detektiert rückwärts
gestreute Elektronen und enthält den z-Kontrast (Ordnungszahl
der Elemente in der Probe).
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- 2
- Ablenkeinrichtung
- 4
- Sensoreinrichtung
- 6
- Probe
- 8
- Linse
- 9
- Linse
- 10
- Polschuh
- 12
- Abstandsplatte
- 14
- Kanal
- 16
- Kern
- 18
- Spule
- 20
- Bildsensor
- 22
- Bündel
von Lichtleitfasern
- 24
- Oberfläche
- 26
- Leiterplatte
- 28,
30
- Leuchtschirmflächen
- X
- optische
Achse der Elektronenstrahlquelle
- Y
- zentrale
optische Achse der Sensoreinrichtung 4
- P
- Auftreffpunkt
- a
- Auftreffwinkel
- β
- Ablenkwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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