DE102009046211B4 - Detektionsvorrichtung und Teilchenstrahlgerät mit Detektionsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Detektionsvorrichtung (22), mit – mindestens einem Detektor (14) zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung und/oder Wechselwirkungsteilchen, – mindestens einem Filterelement (13), durch das die elektromagnetische Strahlung transmittiert und das zur Verhinderung eines Auftreffens der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor (14) ausgebildet ist, wobei – das Filterelement (13) zwischen einer ersten Position (A) und einer zweiten Position (B) beweglich angeordnet ist, – das Filterelement (13) in der ersten Position (A) derart relativ zum Detektor (14) angeordnet ist, dass das Filterelement (13) ein Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor (14) verhindert, und wobei – das Filterelement (13) in der zweiten Position (B) derart relativ zum Detektor (14) angeordnet ist, dass das Filterelement (13) ein Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor (14) zulässt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung sowie ein Teilchenstrahlgerät mit einer Detektionsvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Rasterelektronenmikroskop oder ein Transmissionselektronenmikroskop, das mit einer Detektionsvorrichtung ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung und das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät werden insbesondere dazu eingesetzt, lichtdurchlässige Objekte, insbesondere biologische Objekte zu untersuchen. Hierunter zählen insbesondere biologische Dünnschnitte und biologische Proben, die mittels Immuno-Labeling oder Quantum Dots markiert wurden.
  • Elektronenstrahlgeräte, insbesondere ein Rasterelektronenmikroskop (nachfolgend auch SEM genannt) und/oder ein Transmissionselektronenmikroskop (nachfolgend auch TEM genannt), werden zur Untersuchung von Objekten (Proben) verwendet, um Kenntnisse hinsichtlich der Eigenschaften und Verhalten dieser Objekte unter bestimmten Bedingungen zu erhalten.
  • Bei einem SEM wird ein Elektronenstrahl (nachfolgend auch Primärelektronenstrahl genannt) mittels eines Strahlerzeugers erzeugt und durch ein Strahlführungssystem auf ein zu untersuchendes Objekt fokussiert. Mittels einer Ablenkeinrichtung wird der Primärelektronenstrahl rasterförmig über eine Oberfläche des zu untersuchenden Objekts geführt. Die Elektronen des Primärelektronenstrahls treten dabei in Wechselwirkung mit dem Material des zu untersuchenden Objekts. Als Folge der Wechselwirkung werden insbesondere Elektronen aus der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts emittiert (so genannte Sekundärelektronen) und Elektronen des Primärelektronenstrahls zurückgestreut (so genannte Rückstreuelektronen). Die Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen werden detektiert und zur Bilderzeugung verwendet. Man erhält somit eine Abbildung der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts.
  • Bei einem TEM wird ebenfalls ein Primärelektronenstrahl mittels eines Strahlerzeugers erzeugt und mittels eines Strahlführungssystems auf ein zu untersuchendes Objekt fokussiert. Der Primärelektronenstrahl durchstrahlt das zu untersuchende Objekt. Beim Durchtritt des Primärelektronenstrahls durch das zu untersuchende Objekt treten die Elektronen des Primärelektronenstrahls mit dem Material des zu untersuchenden Objekts in Wechselwirkung. Die durch das zu untersuchende Objekt hindurchtretenden Elektronen werden durch ein System bestehend aus einem Objektiv und einem Projektiv auf einen Leuchtschirm oder auf einen Detektor (beispielsweise eine Kamera) abgebildet. Zusätzlich kann es hierzu vorgesehen sein, an dem zu untersuchenden Objekt zurückgestreute Elektronen und/oder von dem zu untersuchenden Objekt emittierte Sekundärelektronen mittels eines weiteren Detektors zu detektieren, um ein zu untersuchendes Objekt abzubilden. Die Abbildung erfolgt dabei im Scanning-Modus eines TEM. Ein derartiges TEM wird in der Regel als STEM bezeichnet.
  • Die bei einem TEM durch das Objekt tretenden Elektronen werden mit einem Detektor detektiert, welcher – ausgehend vom Strahlerzeuger in Richtung des Objekts entlang der optischen Achse des TEM – dem Objekt nachgeschaltet ist.
  • Bei einem SEM werden die Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen beispielsweise mit einem Detektor nachgewiesen, der innerhalb der Objektivlinse oder in einem Bereich zwischen der Objektivlinse und dem Strahlerzeuger angeordnet ist. Beispielsweise ist ein SEM mit den bereits oben bekannten Merkmalen bekannt, bei dem ein erster Detektor und ein zweiter Detektor zur Detektion der Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen entlang der optischen Achse des SEM zueinander versetzt angeordnet sind. Sowohl der erste Detektor als auch der zweite Detektor weisen eine Öffnung auf. Der in der Nähe des zu untersuchenden Objekts angeordnete erste Detektor dient dabei zur Detektion der Elektronen, die unter einem relativ großen Raumwinkel aus dem zu untersuchenden Objekt austreten, während der im Bereich des Strahlerzeugers angeordnete zweite Detektor zur Detektion der Elektronen dient, die unter einem relativ geringen Raumwinkel aus dem zu untersuchenden Objekt austreten. Um zu dem zweiten Detektor zu gelangen, treten diese Elektronen durch die für den Durchtritt des Primärelektronenstrahls vorgesehene Öffnung des ersten Detektors hindurch.
  • Ferner ist aus dem Stand der Technik ein SEM bekannt, das ebenfalls die bereits weiter oben genannten Merkmale aufweist. Auch dieses bekannte SEM ist zusätzlich mit einem ersten Detektor sowie mit einem zweiten Detektor versehen. Der erste Detektor und der zweite Detektor sind entlang einer optischen Achse des SEM versetzt zueinander angeordnet. Der erste Detektor ist mit einer einstellbaren Blende versehen, um Sekundärelektronen auszublenden, so dass diese nicht auf den ersten Detektor treffen.
  • Hinsichtlich des oben genannten Standes der Technik wird beispielhaft auf die DE 198 28 476 A1 sowie die DE 103 01 579 A1 verwiesen.
  • Ein auf ein Objekt geführter Teilchenstrahl, beispielsweise ein Elektronenstrahl, kann zusätzlich zu den bereits oben genannten Wechselwirkungsteilchen auch derart mit dem Objekt wechselwirken, dass elektromagnetische Strahlung in Form von Kathodolumineszenz entsteht. Durch Detektion und Auswertung der Kathodolumineszenz (beispielsweise durch eine Intensitäts- und Spektralanalyse) lassen sich Eigenschaften des Materials des Objekts bestimmen, beispielsweise die Bestimmung von Rekombinationszentren, Gitterdefekten, Verunreinigungen sowie Phasenbildungen. Die vorstehende Aufzählung ist beispielhaft und nicht abschließend zu verstehen.
  • Aus dem Stand der Technik sind Elektronenstrahlgeräte bekannt, bei denen auch Kathodolumineszenz ausgewertet wird. Beispielsweise ist ein Elektronenstrahlgerät bekannt, bei dem ein in einer Probenkammer angeordnetes Objekt mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird. Aufgrund einer Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit dem Material des Objekts emittiert das Objekt Licht aufgrund von Kathodolumineszenz (nachfolgend auch Kathodolumineszenzlicht genannt). Das Kathodolumineszenzlicht wird mittels eines Ellipsoidspiegels durch ein in einer Wand der Probenkammer angeordnetes Fenster zu einem Detektor führt. Der Detektor ist demnach außerhalb der Probenkammer angeordnet. Bei einem weiteren bekannten Elektronenstrahlgerät, bei dem ebenfalls Kathodolumineszenzlicht ausgewertet wird, wird ebenfalls ein in einer Probenkammer angeordnetes Objekt mit einem Elektronenstrahl bestrahlt. Das Objekt emittiert Kathodolumineszenzlicht, welches über Lichtleiter aus der Probenkammer und weiter zu einem Detektor geführt wird.
  • Bei dem bekannten Stand der Technik erfolgt daher die Detektion des Kathodolumineszenzlichts relativ weit entfernt von dem Objekt, welches das Kathodolumineszenzlicht emittiert. Dies führt zu einer schlechten Effizienz bei der Detektion des Kathodolumineszenzlichts. Denn zum einen erfolgt die Detektion des Kathodolumineszenzlichts nur in einem recht eingeschränkten Raumwinkel bezüglich des Objekts. Somit wird ein Teil der Photonen des Kathodolumineszenzlichts durch den Detektor nicht erfasst. Zum anderen ist der Weg von der Quelle des emittierten Kathodolumineszenzlichts (also dem Objekt) bis zum Detektor relativ weit. Alleine aufgrund dieses Wegs treten Intensitätsverluste auf, die durchaus das erfasste Signal des Detektors verschlechtern. Zudem treten in den verwendeten Lichtleitern ebenfalls Intensitätsverluste auf. Da bei dem bekannten Stand der Technik auch mehrere miteinander gekoppelte Lichtleitelemente verwendet werden, können an einer Kopplungsstelle zwischen zwei unterschiedlichen Lichtleitelementen ebenfalls Intensitätsverluste entstehen.
  • Die Verwendung von Lichtleitern und des Ellipsoidspiegels weist einen weiteren Nachteil auf. Aufgrund der verwendeten Lichtleiter oder des verwendeten Ellipsoidspiegels wird ein Teil der Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen derart abgeschattet, dass diese nicht mehr auf einen Detektor treffen können. Hierdurch kommt es zu einer schlechten Bildgebung.
  • Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Elektronenstrahlgeräten, bei denen das Kathodolumineszenzlicht ausgewertet wird, ist, dass jeder der in diesen Elektronenstrahlgeräten verwendete Detektor im Grunde nur zur Detektion von Wechselwirkungsteilchen oder nur zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist. Um sowohl Wechselwirkungsteilchen als auch elektromagnetische Strahlung detektieren zu können, sind daher bei den bekannten Elektronenstrahlgeräten immer mehrere Detektoren vorgesehen. Dies führt bei diesen Elektronenstrahlgeräten zu einem höheren Aufwand hinsichtlich ihrer Konstruktion und Montage, da für jeden Detektor Vakuumdurchführungen und Steuereinheiten vorgesehen werden müssen.
  • Hinsichtlich des vorgenannten Standes der Technik wird auf die DE 197 31 226 A1 , die EP 0 914 669 B1 sowie die GB 1 369 314 verwiesen.
  • Zusätzlich wird auf die US 4,117,323 A , die Veröffentlichung von P. Roberts et. al „A CCD-BASED IMAGE RECORDING SYSTEM FOR THE CTEM, Ultramicroscopy 8 (1982), 385–396 sowie die US 2003/00 53 048 A1 als Stand der Technik verwiesen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Detektionsvorrichtung und ein Teilchenstrahlgerät mit einer Detektionsvorrichtung anzugeben, bei dem eine gute Effizienz der Detektion von Wechselwirkungsteilchen und elektromagnetischer Strahlung sichergestellt ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Detektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 2 gegeben. Ein erfindungsgemäßes Teilchenstrahlgerät ist durch die Merkmale des Anspruchs 10 bestimmt. Eine erfindungsgemäße Verwendung des Teilchenstrahlgeräts ist durch die Merkmale des Anspruchs 13 beschrieben. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und/oder den beigefügten Figuren.
  • Gemäß der Erfindung ist nach Anspruch 1 eine Detektionsvorrichtung vorgesehen, die mindestens einen Detektor zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung und/oder von Wechselwirkungsteilchen aufweist. Beispielsweise entstehen die Wechselwirkungsteilchen bei einem Auftreffen eines Teilchenstrahls auf ein Objekt aufgrund von Wechselwirkungen des Teilchenstrahls mit dem Objekt (genauer gesagt mit dem Material des Objekts). Beispielsweise sind die Wechselwirkungsteilchen die bereits oben erwähnten Rückstreuelektronen und/oder Sekundärelektronen, aber auch Transmissionselektronen. Somit kann das Objekt auch derart dünn ausgebildet sein, dass Wechselwirkungsteilchen durch das Objekt transmittieren. Bei der elektromagnetischen Strahlung handelt es sich beispielsweise um Lumineszenz, beispielweise Kathodolumineszenz oder Fluoreszenz, welche durch Bestrahlung eines Objekts mit einem Teilchenstrahl oder einer Lichtquelle entsteht. Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung weist ferner mindestens ein Filterelement auf, das für die elektromagnetische Strahlung durchlässig ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Filterelement derart ausgebildet, dass die elektromagnetische Strahlung durch das Filterelement transmittiert. Das Filterelement ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich angeordnet. In der ersten Position ist das Filterelement derart relativ zum Detektor angeordnet, dass das Filterelement ein Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor verhindert. In der zweiten Position ist das Filterelement derart relativ zum Detektor angeordnet, dass das Filterelement ein Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor zulässt.
  • Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung weist den Vorteil auf, dass der Detektor zur Detektion der elektromagnetischen Strahlung nicht außerhalb einer Probenkammer eines Teilchenstrahlgeräts, sondern innerhalb der Probenkammer angeordnet sein kann. Aus diesem Grunde kann auf die Verwendung von Lichtleitern und Vakuumdurchführungen bei einem Teilchenstrahlgerät, in der die Detektionsvorrichtung beispielsweise eingesetzt wird, verzichtet werden, wodurch es – im Vergleich zum Stand der Technik – nicht zu den oben geschilderten Intensitätsverlusten kommt. Auf diese Weise ist die Effizienz der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung im Vergleich zum Stand der Technik erhöht.
  • Ferner ermöglicht es die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung, mittels des Detektors sowohl Wechselwirkungsteilchen als auch elektromagnetische Strahlung mit nur einem einzelnen Detektor zu detektieren. Es ist somit nicht zwingend erforderlich, einen weiteren Detektor zur Detektion von Wechselwirkungsteilchen oder elektromagnetischer Strahlung vorzusehen. Bei der Erfindung wird dies dadurch gewährleistet, dass das beweglich ausgebildete Filterelement zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich ist. In der ersten Position ist das Filterelement zwischen einem zu untersuchenden Objekt und dem Detektor derart angeordnet, dass das Filterelement ein Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor verhindert. Die Wechselwirkungsteilchen werden praktisch herausgefiltert. Beispielsweise werden sie im Filterelement abgebremst oder vom Filterelement zurückgestreut. In der zweiten Position hingegen ist das Filterelement nicht mehr zwischen einem Objekt und dem Detektor angeordnet, so dass das Filterelement ein Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor zulässt.
  • Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung ermöglicht auch eine genaue Unterscheidung, ob ein mittels des Detektors erfasstes Detektionssignal aufgrund von Wechselwirkungsteilchen oder elektromagnetischer Strahlung entstanden ist. Es ist möglich, ein erstes Detektionssignal, das durch die elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, von einem zweiten Detektionssignal, das durch Wechselwirkungsteilchen erzeugt wird, zu trennen. Hiezu wird das mit dem Detektor erzeugte erste Detektionssignal bei einer Messung, in welcher sich das Filterelement in der ersten Position befindet (also in der Position, in der nur die elektromagnetische Strahlung auf den Detektor auftrifft) von einem zweiten Detektionssignal bei einer Messung, in welcher sich das Filterelement in der zweiten Position befindet (also in der Position, in der die Wechselwirkungsteilchen und die elektromagnetische Strahlung auf den Detektor treffen), subtrahiert. Auf diese Weise erhält man eine eindeutige Bestimmung eines Signals, welches im Grunde nur auf den Wechselwirkungsteilchen beruht. Dieses kann zur Bildgebung verwendet werden.
  • Aufgrund der beschriebenen Anordnung des Detektors und des Filterelements ermöglicht es die Erfindung, den Detektor und das Filterelement recht nahe an einem Objekt anzuordnen, beispielsweise in einem Abstand von ca. 5 mm bis ca. 30 mm vom Objekt entfernt. Insbesondere ist es auch vorgesehen, ein zu untersuchendes Objekt, welches beispielsweise auf einem beweglich ausgebildeten Objekthalter angeordnet ist, relativ nahe an dem Filterelement anzuordnen, beispielsweise in einem Abstand von 0,2 mm bis 3 mm voneinander. Die Erfindung ist aber nicht auf den vorgenannten Bereich eingeschränkt. Vielmehr ist es insbesondere auch möglich, ein zu untersuchendes Objekt direkt auf dem Filterelement anzuordnen, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird. Aufgrund der vorgenannten Anordnungen ist es möglich, dass der Detektor der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung einen recht großen Raumwinkel erfasst. Hierunter wird hier insbesondere verstanden, dass der Detektor in der Lage ist, einen recht großen Teil der von einem Objekt stammenden Wechselwirkungsteilchen und der elektromagnetischen Strahlung zu erfassen. Beispielsweise sind sowohl das Filterelement als auch der Detektor wesentlich größer ausgebildet als ein Objekt, so dass es möglich ist, dass der Detektor den zu einem zu untersuchenden Objekt hin gerichteten Halbraum im Wesentlichen vollständig erfasst. Dies ist der Halbraum, in den die elektromagnetische Strahlung von einem Objekt emittiert wird oder die Wechselwirkungsteilchen von einem Objekt aus gelangen. Im Vergleich zu einem außerhalb der Probenkammer angeordneten Detektor des Standes der Technik kann der Detektor der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung eine höhere Anzahl an Photonen der elektromagnetischen Strahlung und/oder eine höhere Anzahl Wechselwirkungsteilchen detektieren. Die Effizienz des Detektors wird daher im Vergleich zum Stand der Technik erhöht.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Detektionsvorrichtung, die eines der vorstehenden Merkmale oder Merkmalskombinationen aufweisen kann und die nachfolgend nun näher erläutert wird. Auch bei dieser Detektionsvorrichtung ist mindestens ein Detektor vorgesehen, welcher der Detektion von elektromagnetischer Strahlung dient. Bei der elektromagnetischen Strahlung handelt es sich beispielsweise um Lumineszenz, beispielweise Kathodolumineszenz oder Fluoreszenz, welche durch Bestrahlung eines Objekts mit einem Teilchenstrahl oder einer Lichtquelle entsteht. Bei einer Bestrahlung eines Objekts mittels eines Teilchenstrahls entstehen Wechselwirkungsteilchen bei einem Auftreffen des Teilchenstrahls auf dem Objekt aufgrund von Wechselwirkungen des Teilchenstrahls mit dem Objekt (genauer gesagt mit dem Material des Objekts). Beispielsweise sind die Wechselwirkungsteilchen die bereits oben erwähnten Rückstreuelektronen und/oder Sekundärelektronen, aber auch Transmissionselektronen. Ferner weist die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung mindestens ein Filterelement auf, das derart ausgebildet ist, dass elektromagnetischen Strahlung durch das Filterelement transmittiert und Wechselwirkungsteilchen nicht durch das Filterelement transmittieren. Ferner ist es vorgesehen, dass das Filterelement als Objekthalter ausgebildet ist. Beispielsweise ist das Filterelement als Trägerplättchen ausgebildet. Dies ermöglicht, dass ein zu untersuchendes Objekt und der Detektor recht nah zueinander angeordnet sind. Dies führt wiederum zu einer Erhöhung der Effizienz des Detektors. Hinsichtlich der weiteren Vorteile wird auf weiter oben verwiesen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Filterelement aus einem nicht-lumineszierenden Material gebildet ist. Dabei wird vorstehend und auch nachstehend unter einem nicht-lumineszierenden Material ein Material verstanden, bei dem insbesondere unter Wechselwirkung mit einem Teilchenstrahl oder unter Wechselwirkung mit Licht einer Lichtquelle entweder überhaupt keine Lumineszenz oder nur eine derart geringe Lumineszenz auftritt, dass die Intensität der geringen Lumineszenz die von einem Objekt emittierte elektromagnetische Strahlung nicht überlagert und beeinflusst. Ob eine Beeinflussung aufgrund der geringen Lumineszenz zu erwarten ist, ist insbesondere von dem zu untersuchenden Objekt abhängig. Wenn die Intensität der vom Objekt emittierten elektromagnetischen Strahlung sehr viel größer als die Intensität der geringen Lumineszenz des Filterelements ist, wird eine Beeinflussung wohl nicht zu erwarten sein. Eine Beeinflussung wird wohl auch dann nicht zu erwarten sein, wenn die geringe Lumineszenz des Filterelements in einem Wellenlängenbereich erfolgt, der völlig unterschiedlich zu dem Wellenlängenbereich der von dem Objekt emittierten elektromagnetischen Strahlung ist. Eine mit dem Detektor durchgeführte Messung wird somit nicht gestört und erzielte Messergebnisse sind nicht mit großen Fehlern behaftet. Es ist somit sichergestellt, dass die elektromagnetische Strahlung bzw. zumindest der wesentliche Teil der elektromagnetische Strahlung, die bzw. der durch den Detektor erfasst wird, von dem zu untersuchenden Objekt emittiert wird.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Filterelement beispielsweise aus Siliziumdioxid gebildet. Bei Experimenten wurde festgestellt, dass Siliziumdioxid (auch Quarzglas genannt) überraschenderweise bei Zimmertemperatur (ca. 23°C) oder in einem von der Zimmertemperatur geringfügig abweichenden Bereich von ±5°C (also ca. 18°C bis 28°C) nicht-lumineszierend gemäß der oben gegeben Definition ist. Dies hat folgenden Hintergrund. Bei einem Auftreffen eines Teilchenstrahls in Form eines Elektronenstrahls auf einen Halbleiter werden Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband gehoben, so dass Elektron-Loch-Paare entstehen. Sobald ein Elektron und ein Loch rekombinieren, wird ein Photon emittiert und detektiert. Das vorgenannte gilt ohne weiteres für direkte Halbleiter (beispielsweise GaAs). Für indirekte Halbleiter (beispielsweise Silizium) gilt dass vorgenannte nicht ohne weiteres. Je höher die Reinheit des indirekten Halbleiters ist, umso geringer ist bei einem Auftreffen eines Elektronenstrahls auf den indirekten Halbleiter die Intensität der emittierten elektromagnetischen Strahlung. Ferner werden Defektzentren im indirekten Halbleiter aufgrund der Zuführung des Elektronenstrahls mit Elektronen gefüllt. Sie sind danach nicht mehr lumineszenzaktiv. Ferner ist die durch einen Elektronenstrahl induzierte Lumineszenz in sehr reinem Siliziumdioxid temperaturabhängig. Im Grunde ist eine wesentlich Lumineszenz nur bei Temperaturen unter 220°K (also unter –53,15°C) feststellbar. Beispielsweise eignet sich als nicht-lumineszierendes Material synthetisches Quarzglas des Unternehmens Schott, welches unter der Bezeichnung LITHOSIL Q1 vertrieben wird. Dieses Material zeichnet sich durch eine hohe Homogenität und eine Freiheit von Einschlüssen und Blasen aus.
  • Im Gegensatz zu dem Vorgenannten wurde bei Experimenten festgestellt, dass eine Vielzahl optisch transparenter Materialien, die in dem Gebiet der Optik eingesetzt werden, beispielsweise Calciumfluorid (CaF2) oder Saphir (Al2O3) lumineszierend sind und daher für die Erfindung nicht geeignet sind.
  • Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Filterelement als Gegenfeldgitter ausgebildet sein. Durch Anlegen einer geeigneten Spannung ist es möglich, Wechselwirkungsteilchen derart abzulenken, das diese nicht auf den Detektor treffen.
  • Bei einer noch weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Detektionsvorrichtung eine Reflektionseinheit aufweist, welche beweglich angeordnet ist. Die Reflektionseinheit ist zwischen mindestens einer Reflektionsstellung und mindestens einer Ruhestellung bewegbar. In der Reflektionsstellung reflektiert die Reflektionseinheit einen Teil der elektromagnetischen Strahlung in Richtung des Detektors. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere zur Untersuchung eines Objekts, das für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist. Beispielsweise kann das Objekt für elektromagnetische Strahlung eines Wellenlängenbereichs durchlässig sein, in der auch die Wellenlänge der von dem Objekt emittierten elektromagnetischen Strahlung liegt. Die elektromagnetische Strahlung, die von dem Objekt nicht in Richtung des Detektors, sondern in eine andere Richtung emittiert wird, beispielsweise in die zum Detektor entgegengesetzte Richtung, wird durch die Reflektionseinheit auf den Detektor reflektiert, wobei die elektromagnetische Strahlung beispielsweise auch durch das Objekt transmittiert und dann auf den Detektor trifft. Somit ist es beispielsweise möglich, nicht nur die elektromagnetische Strahlung, die in einen zum Detektor gerichteten ersten Halbraum emittiert wird, sondern auch die elektromagnetische Strahlung zu erfassen, die in einen zum ersten Halbraum entgegensetzten zweiten Halbraum emittiert wird. Auf diese Weise ist im Grunde eine Detektion der elektromagnetischen Strahlung über den gesamten Raumwinkel (4π-Detektion) möglich. Bei einer Ausführungsform ist die Reflektionseinheit beispielsweise als in sich geschlossenes Element ausgebildet, beispielsweise als eine Halbkugel, welche allerdings eine erste Öffnung für den Eintritt eines Teilchenstrahls aufweist. Ferner kann die Reflektionseinheit mit einer zweiten Öffnung versehen sein, durch die das Filterelement bei einer Bewegung von der ersten Position in die zweite Position (und umgekehrt) geführt wird.
  • Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass der Detektor mindestens ein erstes Detektorsegment und mindestens ein zweites Detektorsegment aufweist. Das erste Detektorsegment dient der Detektion von Wechselwirkungsteilchen und elektromagnetischer Strahlung, welche unter einem ersten Einfallswinkel auf den Detektor einfallen. Hingegen dient das zweite Detektorsegment der Detektion von Wechselwirkungsteilchen und elektromagnetischer Strahlung, welche unter einem zweiten Einfallswinkel auf den Detektor einfallen. Es ist somit möglich, Aussagen über die Winkelabhängigkeit der Wechselwirkungsteilchen und der elektromagnetischen Strahlung zu machen. Diese Detektorsegmente können beliebig geformt und angeordnet sein. Sie können beispielsweise als Kreissegmente oder Ringsegmente ausgebildet sein und die Wechselwirkungsteilchen oder die elektromagnetische Strahlung in dem entsprechenden Raumwinkel detektieren.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Detektionsvorrichtung eine Bewegungsvorrichtung zur Bewegung des Filterelements aufweist. Die Bewegungsvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass ein Hin- und Herbewegen des Filterelements zwischen der ersten Position und der zweiten Position erfolgen kann. Beispielsweise erfolgen die vorgenannten Bewegungen in einem Zeitintervall im Bereich von 100 ms bis 2 s. Auf diese Weise ist es möglich, insbesondere zeitaufgelöste Messungen für einen vorgebbaren Ort auf einem zu untersuchenden Objekt durchzuführen.
  • Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass der Detektor als Halbleiterdetektor ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Detektor als Photodiode, insbesondere als Avalanche-Photodiode ausgebildet. Auch wenn es oben bereits erwähnt ist, wird an dieser Stelle explizit darauf hingewiesen, dass der Detektor insbesondere zur Detektion von Kathodolumineszenz ausgebildet ist. Wiederum alternativ oder zusätzlich hierzu kann der Detektor auch als STEM-Detektor ausgebildet sein.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Teilchenstrahlgerät mit einer Detektionsvorrichtung, welche mindestens eines der oben genannten Merkmale oder eine Kombination von mindestens zwei der oben genannten Merkmale aufweist. Demnach weist das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät dieselben Vorteile auf, die weiter oben genannt wurden. Das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät weist eine Probenkammer auf. In der Probenkammer ist ein Objekt angeordnet, das mit dem Teilchenstrahlgerät untersucht wird. Ferner weist das Teilchenstrahlgerät einen Strahlerzeuger auf, der einen Teilchenstrahl erzeugt, beispielsweise einen Elektronenstrahl. Der Teilchenstrahl wird mit einer an dem Teilchenstrahlgerät angeordneten Objektivlinse auf das Objekt fokussiert. Bei einem Auftreffen des Teilchenstrahls auf dem Objekt entstehen aufgrund von Wechselwirkungen des Teilchenstrahls mit dem Objekt (genauer gesagt mit dem Material des Objekts) Wechselwirkungsteilchen und elektromagnetische Strahlung. Beispielsweise sind die Wechselwirkungsteilchen die bereits oben erwähnten Rückstreuelektronen und/oder Sekundärelektronen, aber auch Transmissionselektronen. Somit kann das Objekt auch derart dünn ausgebildet sein, dass Wechselwirkungsteilchen durch das Objekt transmittieren. Bei der elektromagnetischen Strahlung handelt es sich beispielsweise um Kathodolumineszenz. Die elektromagnetische Strahlung kann zusätzlich oder alternativ hierzu auch durch Bestrahlung des zu untersuchenden Objekts mit einer weiteren Lichtquelle erzeugt werden. Wie oben erwähnt, ist das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät mit der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung versehen. Der Detektor der Detektionsvorrichtung ist in der Probenkammer angeordnet. Zusätzlich hierzu ist es beispielsweise auch vorgesehen, dass das Filterelement, die Reflektionseinheit und/oder die Bewegungsvorrichtung ebenfalls in der Probenkammer angeordnet sind.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts dient der Detektor einer Detektion der elektromagnetischen Strahlung und der Wechselwirkungsteilchen. Darüber hinaus ist das Filterelement vorgesehen, das für die elektromagnetische Strahlung durchlässig ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Filterelement derart ausgebildet, dass die elektromagnetische Strahlung durch das Filterelement transmittiert. Das Filterelement ist zwischen der ersten Position und der zweiten Position beweglich angeordnet. In der ersten Position ist das Filterelement derart relativ zum Detektor angeordnet, dass das Filterelement ein Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor verhindert. In der zweiten Position ist das Filterelement derart relativ zum Detektor angeordnet, dass das Filterelement ein Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor zulässt.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es vorgesehen, dass der Detektor einer Detektion der elektromagnetischen Strahlung dient. Darüber hinaus ist das Filterelement derart ausgebildet ist, dass die elektromagnetischen Strahlung durch das Filterelement transmittiert und die Wechselwirkungsteilchen nicht durch das Filterelement transmittieren. Ferner ist es vorgesehen, dass das Filterelement als Objekthalter ausgebildet ist. Beispielsweise ist das Filterelement als Trägerplättchen ausgebildet. Dies ermöglicht, dass das zu untersuchende Objekt und der Detektor recht nah zueinander angeordnet sind. Dies führ wiederum zu einer Erhöhung der Effizienz des Detektors. Hinsichtlich der weiteren Vorteile wird auf weiter oben verwiesen.
  • Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Teilchenstrahlgerät eine optische Achse aufweist und dass – ausgehend von dem Strahlerzeuger – zunächst das Objekt und dann der Detektor entlang der optischen Achse angeordnet sind. In der ersten Position, in der das Filterelement das Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor verhindert, ist das Filterelement zwischen dem Detektor und dem Objekt auf der optischen Achse angeordnet. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere bei der Untersuchung recht dünn ausgebildeter Objekte, da auf diese Weise entweder die von dem dünn ausgebildeten Objekt emittierte elektromagnetische Strahlung oder die durch das dünn ausgebildete Objekt transmittierten Teilchen detektiert werden. Beispielsweise werden Objekte untersucht, welche eine Dicke von einigen nm bis wenigen μm aufweisen, beispielsweise 10 nm bis 5 μm.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung eines Teilchenstrahlgeräts oder einer Detektionsvorrichtung mit einem der vorgenannten Merkmale oder mit einem der vorgenannten Merkmalskombinationen zur Untersuchung eines lichtdurchlässigen Objekts, insbesondere ein biologisches Objekt. Beispielsweise eignet sich das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät insbesondere zur Untersuchung biologischer Dünnschnitte und/oder biologischer Proben, die beispielsweise mittels Fluoreszenzmarker, Immuno-Labeling oder Quantum Dots markiert wurden. Bei der Untersuchung wird Lumineszenz von dem Objekt, beispielsweise in Form von Kathodolumineszenz oder Fluoreszenz, in einem vorgebbaren Raumwinkel detektiert, beispielsweise in einem Raumwinkel von 4π.
  • Die Erfindung betrifft auch ein weiteres Teilchenstrahlgerät, welches mindestens eines der oben genannten Merkmale oder Merkmalskombinationen aufweisen kann und nachfolgend näher erläutert wird. Das Teilchenstrahlgerät weist ebenfalls eine Probenkammer auf. In der Probenkammer ist ein Objekt angeordnet, welches mit dem Teilchenstrahlgerät untersucht wird. Ferner weist das Teilchenstrahlgerät einen Strahlerzeuger auf, welcher einen Teilchenstrahl erzeugt, beispielsweise einen Elektronenstrahl. Der Teilchenstrahl wird mit einer an dem Teilchenstrahlgerät angeordneten Objektivlinse auf das Objekt fokussiert. Bei einem Auftreffen des Teilchenstrahls auf dem Objekt entstehen aufgrund von Wechselwirkungen des Teilchenstrahls mit dem Objekt Wechselwirkungsteilchen und elektromagnetische Strahlung. Beispielsweise sind die Wechselwirkungsteilchen die bereits oben erwähnten Rückstreuelektronen, Sekundärelektronen und/oder Transmissionselektronen. Bei der elektromagnetischen Strahlung handelt es sich beispielsweise um Kathodolumineszenz. Bei dem Teilchenstrahlgerät ist ferner mindestens ein Detektor vorgesehen, der in der Probenkammer angeordnet ist. Der Detektor dient einer Detektion der Wechselwirkungsteilchen. Darüber hinaus weist das Teilchenstrahlgerät mindestens ein Filterelement auf, das für die Wechselwirkungsteilchen durchlässig ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Filterelement derart ausgebildet, dass die Wechselwirkungsteilchen durch das Filterelement transmittieren. Das Filterelement ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich angeordnet. In der ersten Position ist das Filterelement derart relativ zum Detektor angeordnet, dass das Filterelement ein Auftreffen der elektromagnetischen Strahlung auf den Detektor verhindert. In der zweiten Position ist das Filterelement derart relativ zum Detektor angeordnet, dass das Filterelement ein Auftreffen der elektromagnetischen Strahlung auf den Detektor zulässt. Das vorgenannte weitere erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät weist dieselben Vorteile wie weiter oben genannt auf, mit dem einen Unterschied, dass das Filterelement bei dem weiteren erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgerät zur Filterung der elektromagnetischen Strahlung dient. Als Filterelement eignet sich beispielsweise eine Folie aus Aluminium, welche eine Foliendicke von beispielsweise im Bereich von 10 nm bis 20 nm aufweist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mittels Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts gemäß der Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts gemäß der Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts gemäß der Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts gemäß der Erfindung;
  • 5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts gemäß der Erfindung; sowie
  • 6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts gemäß der Erfindung.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts 1 gemäß der Erfindung. Das Teilchenstrahlgerät 1 weist eine Teilchenstrahlsäule 2 auf, die an einer Probenkammer 3 angeordnet ist. Die Teilchenstrahlsäule 2 ist als Elektronenstrahlssäule ausgebildet.
  • Die Teilchenstrahlsäule 2 weist einen Strahlerzeuger 4 in Form einer Elektronenquelle (Kathode) und ein System bestehend aus einer ersten Elektrode 5 und einer zweiten Elektrode 6 auf. Die zweite Elektrode 6 bildet ein Ende eines Strahlführungsrohrs (nicht dargestellt). Beispielsweise ist der Strahlerzeuger 4 als thermischer Feldemitter ausgebildet. Elektronen, die aus dem Strahlerzeuger 4 austreten, werden aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen dem Strahlerzeuger 4 und der zweiten Elektrode 6 auf ein vorgebbares Potential beschleunigt (beispielsweise auf eine Energie im Bereich von 1 keV bis 300 keV) und bilden einen Primärelektronenstrahl, welcher mit einem Strahlführungssystem 16 geführt wird. Das Strahlführungsrohr ist durch eine Öffnung einer als Objektiv 7 wirkenden Magnetlinse geführt. Das Objektiv 7 ist mit Polschuhen (nicht dargestellt) versehen, in denen Spulen (nicht dargestellt) angeordnet sind. Ferner sind Rastermittel 8 vorgesehen, durch die der Primärelektronenstrahl abgelenkt und über ein in der Probenkammer 3 angeordnetes Objekt 9 gerastert werden kann.
  • Zur Bildgebung werden Sekundärelektronen und/oder Rückstreuelektronen, die aufgrund der Wechselwirkung des Primärelektronenstrahls mit dem Objekt 9 entstehen, durch eine erste Detektoranordnung des Teilchenstrahlgeräts 1 detektiert. Hierzu ist ein erster Detektor 10 objektseitig entlang der optischen Achse 11 der Teilchenstrahlsäule 2 vorgesehen, während ein zweiter Detektor 12 entlang der optischen Achse 11 quellenseitig (also in Richtung des Strahlerzeugers 4) angeordnet ist. Ferner sind der erste Detektor 10 und der zweite Detektor 12 versetzt zueinander angeordnet. Wie oben bereits erläutert, ist die vorgenannte erste Detektoranordnung bestehend aus dem ersten Detektor 10 und dem zweiten Detektor 12 für die Erfindung nicht zwingend notwendig. Sie kann aber, wie hier dargestellt, durchaus vorgesehen sein.
  • Bei dem Teilchenstrahlgerät 1 ist eine zweite Detektoranordnung vorgesehen. So sind – ausgehend von dem Strahlerzeuger 4 in Richtung des Objekts 9 gesehen – entlang der optischen Achse 11 zunächst das Objekt 9, dann ein Filterelement 13 und schließlich ein dritter Detektor 14 angeordnet. Das Filterelement 13 und der dritte Detektor 14 sind Teil einer erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung 22, welche in dem Teilchenstrahlgerät 1 vorgesehen ist.
  • Der dritte Detektor 14 weist folgende Funktion auf. Bei dem Auftreffen des Primärelektronenstrahls auf das Objekt 9 entstehen aufgrund der Wechselwirkungen des Primärelektronenstrahls mit dem Objekt 9 nicht nur die oben genannten Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen, sondern auch elektromagnetische Strahlung in Form von Kathodolumineszenzlicht. Wenn das Objekt 9 ausreichend dünn ausgebildet ist, treten auch einige Elektronen des Primärelektronenstrahls durch das Objekt 9 durch (Transmissionselektronen). Der dritte Detektor 14 dient nun zur Detektion der elektromagnetischen Strahlung und der Transmissionselektronen.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) wird die elektromagnetische Strahlung durch Anregung des Objekts 9 mittels einer Lichtquelle erzeugt.
  • Das Filterelement 13, das eine Dicke von ca. 0,5 mm aufweist, ist für die elektromagnetische Strahlung durchlässig (beispielsweise in einem Wellenlängenbereich von 185 nm bis 2,5 μm). Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Filterelement 13 derart ausgebildet, dass die elektromagnetischen Strahlung durch das Filterelement 13 transmittiert. Allerdings ist das Filterelement 13 für die Transmissionselektronen nicht durchlässig. Das Filterelement 13 ist zwischen einer ersten Position A und einer zweiten Position B beweglich angeordnet. Hierzu ist eine Bewegungsvorrichtung 15 vorgesehen, die Teil der Detektionsvorrichtung 22 ist und außerhalb der Probenkammer 3 angeordnet ist. Die Bewegungsvorrichtung 15 ist mit dem Filterelement 13 verbunden. Sie kann das Filterelement 13 von der ersten Position A in die zweite Position B (und umgekehrt) bringen. Das Filterelement 13 ist in der zweiten Position B gestrichelt dargestellt.
  • In der ersten Position A ist das Filterelement 13 zwischen dem Objekt 9 und dem dritten Detektor 14 angeordnet. In dieser Position verhindert das Filterelement 13 ein Auftreffen der Transmissionselektronen auf den dritten Detektor 14. Somit trifft nur die elektromagnetische Strahlung auf den dritten Detektor 14 und wird von diesem detektiert. In der zweiten Position B befindet sich das Filterelement 13 nicht mehr zwischen dem Objekt 9 und dem dritten Detektor 14. In dieser Position treffen nun sowohl die elektromagnetische Strahlung als auch die Transmissionselektronen auf den dritten Detektor 14. Um ein Detektionssignal zu erhalten, das im Wesentlichen nur auf den Transmissionselektronen beruht, wird ein erstes Detektionssignal, das mit dem dritten Detektor 14 in der ersten Position A ermittelt wurde und auf der detektierten elektromagnetischen Strahlung beruht, von einem zweiten Detektionssignal, das mit dem dritten Detektor 14 in der zweiten Position B ermittelt wurde und ein Summensignal basierend auf der elektromagnetischen Strahlung und den Transmissionselektronen ist, subtrahiert. Hierdurch erhält man ein von der elektromagnetischen Strahlung bereinigtes Detektionssignal, das im Grunde nur auf den Transmissionselektronen beruht.
  • Das Filterelement 13 ist aus einem nicht-lumineszierenden Material gebildet, wobei hierzu auf die oben gemachte Definition verwiesen wird. Als Material wurde bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sehr reines Siliziumdioxid verwendet, welches unter der Bezeichnung LITHOSIL Q1 des Unternehmens Schott vertrieben wird. Dieses Material hat sich als besonders nicht-lumineszierend erwiesen. Somit wird ermöglicht, dass nur die von dem Objekt 9 emittierte elektromagnetische Strahlung von dem dritten Detektor 14 erfasst wird. Die erzielten Messergebnisse sind somit nicht mit großen Fehlern behaftet.
  • Der dritte Detektor 14 ist segmentiert und weist mehrere Detektorsegmente auf, nämlich ein erstes Detektorsegment S1, ein zweites Detektorsegment S2, ein drittes Detektorsegment S3, ein viertes Detektorsegment S4, ein fünftes Detektorsegment S5, ein sechstes Detektorsegment S6, ein siebtes Detektorsegment S7 sowie ein achtes Detektorsegment S8. Die vorgenannten Detektorsegmente S1 bis S8 dienen der Detektion der Transmissionselektronen und der elektromagnetischen Strahlung, welche unter verschiedenen Einfallswinkeln auf den dritten Detektor 14 einfallen. Diese Detektorsegmente können beispielsweise als Kreissegmente oder Ringsegmente gebildet sein. Alternativ hierzu können sie aber auch jede andere Gestalt aufweisen. Es ist somit möglich, Aussagen über die Winkelabhängigkeit der Transmissionselektronen und der elektromagnetischen Strahlung zu machen.
  • Die Bewegungsvorrichtung 15 der hier dargestellten Ausführungsform ist derart ausgestaltet, dass das Filterelement 13 zwischen der ersten Position A und der zweiten Position B relativ hin- und her bewegt werden kann. Beispielsweise ist es vorgesehen, das Filterelement 13 mit einem recht kurzen Intervall, insbesondere mit einem Intervall im Bereich von 100 ms bis 2 s, zwischen der ersten Position A und der zweiten Position B hin- und her zu bewegen. Auf diese Weise ist es möglich, insbesondere zeitaufgelöste Messungen für einen vorgebbaren Ort auf dem Objekt 9 durchzuführen.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts 1 gemäß der Erfindung. Das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 2 beruht auf dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 1. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der einzige Unterschied des Teilchenstrahlgeräts 1 gemäß der 2 zum Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 1 ist die Anordnung der Bewegungsvorrichtung 15, welche bei dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 2 in der Probenkammer 3 angeordnet ist. Auf diese Weise brauchen keine Vakuumdurchführungen für die Bewegungsvorrichtung 15 vorgesehen werden.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts 1 gemäß der Erfindung. Das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 3 beruht auf dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 1. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 3 weist zusätzlich eine zur Detektionsvorrichtung 22 gehörende Reflektionseinheit 17 auf, die als Halbkugel ausgebildet ist und einen maximalen Durchmesser im Bereich von 0,3 cm bis 30 cm aufweist. Die Reflektionseinheit 17 weist eine erste Durchtrittsöffnung 18 auf, durch die der Primärelektronenstrahl in Richtung des Objekts 9 treten kann. Ferner ist an der Reflektionseinheit 17 eine zweite Durchtrittsöffnung 19 vorgesehen, durch die das Filterelement 13 von der ersten Position A in die zweite Position B (und umgekehrt) gebracht werden kann. Die Reflektionseinheit 17 weist auf ihrer nach Innen gerichteten Seite eine Reflektionsschicht 20 auf, die beispielsweise durch Polieren von Aluminium hergestellt wurde. Es wird aber explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eine derartige Refiektionsschicht 20 eingeschränkt ist. Vielmehr kann jede geeignete Reflektionsschicht 20 verwendet werden, die mit geeigneten Mitteln und Verfahren herstellbar ist, beispielsweise durch Aufdampfen.
  • Die Reflektionseinheit 17 ist beweglich angeordnet. Die Reflektionseinheit 17 ist zwischen einer Reflektionsstellung und einer Ruhestellung bewegbar. In der Reflektionsstellung überdeckt die Reflektionseinheit 17 das Objekt 9, den dritten Detektor 14 und das Filterelement 13, falls es sich in der ersten Position A befindet. In die Ruhestellung wird die Reflektionseinheit 17 beispielsweise in einer zur optischen Achse 11 senkrechten Richtung, die in die Blattebene hinein verläuft, bewegt. In der Ruhestellung überdeckt die Reflektionseinheit 17 das Objekt 9 und den dritten Detektor 14 nicht mehr.
  • Mittels der Reflektionseinheit 17 wird ein Teil der elektromagnetischen Strahlung in Richtung des dritten Detektors 14 reflektiert. Das Objekt 9 dieses Ausführungsbeispiels ist dabei für die elektromagnetische Strahlung durchlässig. Das Objekt 9 ist hier für elektromagnetische Strahlung eines Wellenlängenbereichs durchlässig, in der auch die Wellenlänge der von dem Objekt 9 emittierten elektromagnetischen Strahlung liegt. Die elektromagnetische Strahlung, die von dem Objekt 9 nicht in Richtung des dritten Detektors 14, sondern in die zum dritten Detektor 14 entgegengesetzte Richtung emittiert wird, wird an der Reflektionsschicht 20 reflektiert, tritt durch das Objekt 9 sowie durch das Filterelement 13 und trifft anschließend auf den dritten Detektor 14. Somit ist es möglich, nicht nur die elektromagnetische Strahlung, die in den zum dritten Detektor 14 gerichteten ersten Halbraum emittiert wird, sondern auch die elektromagnetische Strahlung zu erfassen, die in dem zum ersten Halbraum entgegensetzten zweiten Halbraum emittiert wird. Auf diese Weise ist eine Detektion der elektromagnetischen Strahlung über den gesamten Raumwinkel (4π-Detektion) möglich.
  • Bei einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführungsform ist die Reflektionseinheit 17 derart ausgestaltet, dass das Objekt 9, das Filterelement 13, der Detektor 14 sowie die Bewegungsvorrichtung 15 von der Reflektionseinheit 17 überdeckt werden. Somit ist es bei dieser Ausführungsform nicht zwingend notwendig, die Reflektionseinheit 17 zu bewegen. Bei der vorgenannten Ausführungsform kann das Objekt 9 deutlich kleiner als der Detektor 14 ausgebildet sein. Ist zudem das Objekt 9 aufgrund seiner Dicke oder aufgrund seines Materials nicht für elektromagnetische Strahlung durchlässig, kann der Detektor 14 die aus der Oberfläche des Objekts 9 austretende und durch die Reflektionseinheit 17 reflektierte elektromagnetische Strahlung dennoch detektieren.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts 1 gemäß der Erfindung. Das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 4 beruht auf dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 1. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Insofern wird zunächst auf die obigen Ausführungen verwiesen. Das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 4 unterscheidet sich von dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 1 dadurch, dass der dritte Detektor 14 und das Filterelement 13 in einem Winkel von ungefähr 45° versetzt zur optischen Achse 11 in einem Bereich zwischen dem Objekt 9 und dem Objektiv 7 angeordnet sind. Auch hier ist wieder die Bewegungsvorrichtung 15 vorgesehen, so dass das Filterelement 13 zwischen der ersten Position A und der zweiten Position B hin- und her bewegt werden kann. Der dritte Detektor 14 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zur Detektion der elektromagnetischen Strahlung, der Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen ausgelegt. Das Filterelement 13 dient der Filterung der Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts 1 gemäß der Erfindung. Das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 5 beruht auf dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 1. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Insofern wird zunächst auf die obigen Ausführungen verwiesen. Das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 5 unterscheidet sich von dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß 1 nun dadurch, dass das Filterelement 13 als Objekthalter ausgebildet ist, in der das Objekt 9 eingebettet ist. Das Filterelement 13 weist dabei die Form eines Trägerplättchens auf. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der 1 ist das Filterelement 13 nicht beweglich ausgebildet. Es dient zur Filterung der Transmissionselektronen.
  • Die Ausführungsbeispiele gemäß der 1 bis 3 können auch als Variante der Erfindung ausgebildet sein. Bei dieser Variante ist es vorgesehen, dass das Filterelement 13 anstatt der Transmissionselektronen die elektromagnetische Strahlung filtert. Demnach transmittieren die Wechselwirkungsteilchen durch das Filterelement 13. In der ersten Position A des Filterelements 13 wird das Auftreffen der elektromagnetischen Strahlung auf den dritten Detektor 14 verhindert, wobei in der zweiten Position B das Filterelement 13 derart relativ zum dritten Detektor 14 angeordnet ist, dass das Filterelement 13 ein Auftreffen der elektromagnetischen Strahlung auf den dritten Detektor 14 zulässt. Auch das Ausführungsbeispiel gemäß der 4 kann wie vorgenannt ausgebildet sein, allerdings mit dem Unterscheid, dass das Filterelement 13 Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen durchlässt. Das Ausführungsbeispiel gemäß der 5 kann ebenfalls wie die Variante der 1 und 2 ausgebildet sein, jedoch mit dem Unterschied, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 das Filterelement 13 nicht beweglich ist.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Teilchenstrahlgeräts 1 gemäß der Erfindung. Das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 6 beruht auf dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 1. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es wird daher zunächst auf die bereits weiter oben gemachten Ausführungen verwiesen. Der einzige Unterschied des Teilchenstrahlgeräts 1 gemäß der 6 zum Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 1 ist die Verwendung eines Gegenfeldgitters 13A als Filterelement, welches an einer Haltevorrichtung 21 angeordnet ist und mittels der Bewegungsvorrichtung 15 von der ersten Position A in die zweite Position B (und umgekehrt) beweglich ist. Durch Anlegen einer geeigneten Spannung an das Gegenfeldgitter 13A ist es möglich, Transmissionselektronen derart abzulenken, das diese nicht auf den dritten Detektor 14 treffen. Jedoch trifft die von dem Objekt 9 emittierte elektromagnetische Strahlung auf den dritten Detektor 14 und wird detektiert. Wenn das Gegenfeldgitter 13A in der zweiten Position B ist, treffen auch durch das Objekt 9 hindurchtretende Transmissionselektronen auf den dritten Detektor 14.
  • Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele können die bereits weiter oben genannten Wirkungen und Vorteile aufweisen, so dass auf diese Ausführungen hier verwiesen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Teilchenstrahlgerät
    2
    Teilchenstrahlsäule
    3
    Probenkammer
    4
    Strahlerzeuger
    5
    erste Elektrode
    6
    zweite Elektrode
    7
    Objektiv
    8
    Rastermittel
    9
    Objekt
    10
    erster Detektor
    11
    optische Achse
    12
    zweiter Detektor
    13
    Filterelement
    13A
    Gegenfeldgitter
    14
    dritter Detektor
    15
    Bewegungsvorrichtung
    16
    Strahlführungssystem
    17
    Reflektionseinheit
    18
    erste Durchtrittsöffnung
    19
    zweite Durchtrittsöffnung
    20
    Reflektionsschicht
    21
    Haltevorrichtung
    22
    Detektionsvorrichtung
    A
    erste Position
    B
    zweite Position
    S1
    erstes Detektorsegment
    S2
    zweites Detektorsegment
    S3
    drittes Detektorsegment
    S4
    viertes Detektorsegment
    S5
    fünftes Detektorsegment
    S6
    sechstes Detektorsegment
    S7
    siebtes Detektorsegment
    S8
    achtes Detektorsegment

Claims (14)

  1. Detektionsvorrichtung (22), mit – mindestens einem Detektor (14) zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung und/oder Wechselwirkungsteilchen, – mindestens einem Filterelement (13), durch das die elektromagnetische Strahlung transmittiert und das zur Verhinderung eines Auftreffens der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor (14) ausgebildet ist, wobei – das Filterelement (13) zwischen einer ersten Position (A) und einer zweiten Position (B) beweglich angeordnet ist, – das Filterelement (13) in der ersten Position (A) derart relativ zum Detektor (14) angeordnet ist, dass das Filterelement (13) ein Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor (14) verhindert, und wobei – das Filterelement (13) in der zweiten Position (B) derart relativ zum Detektor (14) angeordnet ist, dass das Filterelement (13) ein Auftreffen der Wechselwirkungsteilchen auf den Detektor (14) zulässt.
  2. Detektionsvorrichtung (22), mit – mindestens einem Detektor (14) zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung und/oder Wechselwirkungsteilchen, – mindestens einem Filterelement (13), durch das die Wechselwirkungsteilchen transmittieren und das zur Verhinderung eines Auftreffens der elektromagnetischen Strahlung auf den Detektor (14) ausgebildet ist, wobei – das Filterelement (13) zwischen einer ersten Position (A) und einer zweiten Position (B) beweglich angeordnet ist, – das Filterelement (13) in der ersten Position (A) derart relativ zum Detektor (14) angeordnet ist, dass das Filterelement (13) ein Auftreffen der elektromagnetischen Strahlung auf den Detektor (14) verhindert, und wobei – das Filterelement (13) in der zweiten Position (B) derart relativ zum Detektor (14) angeordnet ist, dass das Filterelement (13) ein Auftreffen der elektromagnetischen Strahlung auf den Detektor (14) zulässt.
  3. Detektionsvorrichtung (22) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Filterelement (13) aus einem nicht-lumineszierenden Material gebildet ist.
  4. Detektionsvorrichtung (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Filterelement (13) aus Siliziumdioxid gebildet ist.
  5. Detektionsvorrichtung (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Detektionsvorrichtung (22) eine Reflektionseinheit (17) aufweist, welche zwischen mindestens einer Reflektionsstellung und mindestens einer Ruhestellung beweglich angeordnet ist, wobei die Reflektionseinheit (17) in der Reflektionsstellung einen Teil der elektromagnetischen Strahlung in Richtung des Detektors (14) reflektiert.
  6. Detektionsvorrichtung (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Detektor (14) mindestens ein erstes Detektorsegment (S1 bis S8) und mindestens ein zweites Detektorsegment (S1 bis S8) aufweist.
  7. Detektionsvorrichtung (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei – die Detektionsvorrichtung (22) eine Bewegungsvorrichtung (15) zur Bewegung des Filterelements (13) aufweist, und wobei – die Bewegungsvorrichtung (15) derart ausgestaltet ist, dass sie ein Hin- und Herbewegen des Filterelements (13) zwischen der ersten Position (A) und der zweiten Position (B) in einem vorgebbaren Zeitraum, insbesondere in einem Zeitraum im Bereich von 100 ms bis 2 s, ermöglicht.
  8. Detektionsvorrichtung (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Detektor (14) als Halbleiterdetektor ausgebildet ist.
  9. Detektionsvorrichtung (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Detektor (14) mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist: – der Detektor (14) ist zur Detektion von Lumineszenz, insbesondere in Form von Kathodolumineszenz oder Fluoreszenz, ausgebildet, oder – der Detektor (14) ist als STEM-Detektor ausgebildet.
  10. Teilchenstrahlgerät (1), mit – einer Probenkammer (3), – einem in der Probenkammer (3) angeordneten Objekt (9), – einem Strahlerzeuger (4, 16) zur Erzeugung eines Teilchenstrahls, – einer Objektivlinse (7) zur Fokussierung des Teilchenstrahls auf das Objekt (9), wobei bei einem Auftreffen des Teilchenstrahls auf dem Objekt (9) aufgrund von Wechselwirkungen des Teilchenstrahls mit dem Objekt (9) Wechselwirkungsteilchen und elektromagnetische Strahlung entstehen, sowie mit – mindestens einer Detektionsvorrichtung (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Detektor (14) in der Probenkammer (3) angeordnet ist.
  11. Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 10, wobei das Filterelement (13), die Reflektionseinheit (17) und/oder die Bewegungsvorrichtung (15) in der Probenkammer (3) angeordnet sind.
  12. Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) eine optische Achse (11) aufweist, wobei ausgehend von dem Strahlerzeuger (4) in Richtung des Objekts (9) entlang der optischen Achse (11) zunächst das Objekt (9) und dann der Detektor (14) angeordnet sind.
  13. Verwendung einer Detektionsvorrichtung (22) oder eines Teilchenstrahlgeräts (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Untersuchung eines lichtdurchlässigen Objekts (9), insbesondere einer biologischen Probe, wobei bei der Untersuchung Lumineszenz, insbesondere in Form von Kathodolumineszenz oder Fluoreszenz, in einem vorgebbaren Raumwinkel detektiert wird.
  14. Verwendung nach Anspruch 13, bei welcher der vorgebbare Raumwinkel bis zu 4π beträgt.
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