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Die Erfindung betrifft ein Rasterelektronenmikroskop mit einer Elektronenstrahlquelle mit einer Einrichtung zum zerstörungsfreien Bestimmen von Kristallstrukturen (EBSD).
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Es ist bekannt, in 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 von 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 der Elektronenstrahlquelle kommt.
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US 2008/0048116 A1 offenbart ein Elektronenstrahlmikroskop mit einer Strahlablenkung um 90° um auch Kanten von Werkstücken betrachten zu können.
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US 2004/0065844 A1 offenbart ein Elektronenstrahlbeugungssystem für die RHEED-Messung.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Rasterelektronenmikroskop 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 Rasterelektronenmikroskop 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 auf 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 dem 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. 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 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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Die Sensoreinrichtung weist 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 ist 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 Bildsensor. 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 wie Photomultipliern 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 zusätzlichen 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 α auf die Oberfläche einer Probe 6 auftrifft. Für die EBSD-Untersuchung liegt der Winkel α bevorzugt bei etwa 20°. Die Sensoreinrichtung 4 ist so ausgerichtet, dass ihre optische Mittelachse 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 α 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 α am Punkt P auf die Oberfläche der Probe 6 auf.
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Die von der Probe 6 reflektierte 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 auszuwerfen. 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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Bezugszeichenliste
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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
- α
- Auftreffwinkel
- β
- Ablenkwinkel
