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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur räumlichen bzw.
3D-Darstellung in Echtzeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
wobei sich diese Vorrichtung besonders für die Manipulation
von kleinen Objekten eignet.
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Um
ein 3D-Bild zu erzeugen, muss ein Bilderpaar erstellt werden, wobei
die Bilder unter verschiedenen Betrachtungswinkeln gewonnen wurden. Ein
Bild ist für das rechte Auge und das andere Bild für
das linke Auge bestimmt. In Molekül-Mikroskopen wurden
für die Gewinnung dieser beiden Bilder unterschiedliche
Methoden entworfen. Zu den häufiger angewendeten Methoden
zählt das Kippen des Mikroskoptubus gegen die Probeebene,
was schwer umsetzbar ist, oder das Anordnen mehrerer zueinander winkelversetzter
Detektoren oberhalb der Probe. Dadurch erhöhen sich die
Kosten, und der Raum in der Präparatenkammer wird eingeschränkt.
In der Regel wird das einfache Kippen des Probehalters angewendet,
das relativ langsam und noch dazu aufgrund der mechanischen Ungenauigkeiten
kompliziert ist, oder das Kippen der Achse eines Partikelbündels, was
bei Rastermikroskopen am vorteilhaftesten erscheint.
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Im
letztgenannten Fall wird die Probe zuerst durch das Bündel
mit einer Achse durchrastert, die gegenüber dem senkrechten
Einfall zur Seite geneigt ist. Danach wird die Probe durch das Bündel
durchrastert, dessen Achse zur entgegen gesetzten Seite geneigt
ist, wodurch die beiden notwendigen Bilder gewonnen werden. Die
Neigung der Bündelachse kann elektrostatisch (s. z. B.
US 6 930 308 ) oder häufiger
elektromagnetisch (s. z. B.
US
6 963 067 ) erzielt werden. Im Falle der elektromagnetischen
Neigung kommt zu der Standard-Mikroskopkonfiguration ein Satz Neigungsspulen
hinzu.
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Das
rechte und das linke Bild werden anschließend mittels spezieller
Vorrichtungen beobachtet, die ein dreidimensionales Bild der Probe
erzeugen. Es kann sich beispielsweise um eine so genannte stereoskopische
Brille zur Beobachtung des rechten und des linken Bilds, von denen
jeweils ein Bild auf eine Hälfte des Monitors (s.
US 3 986 027 ) projiziert
wird, oder um eine mit dem Bildschirm synchronisierte LCD-Brille
u. ä. handeln. Einige der verwendeten Darstellungsmethoden
ermöglichen jedoch keine Beobachtung durch mehrere Personen
gleichzeitig.
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Die
Gewinnung von zwei Ausgangsbildern der Probe, die den beiden unter
verschiedenen Winkeln einfallenden Bündeln entsprechen,
ist mit einer Reihe von Problemen verbunden, die insbesondere bei
hoher Vergrößerung oder Auflösung auftreten.
Es handelt sich um Probleme, die mit der Verschiebung der Bündel-Einfallsstelle
bei der linken und der rechten Neigung zusammenhängen,
sowie mit der Schärfentiefe, mit Linsenfehlern, unzureichender
Einstellungsgenauigkeit der Bündelneigung u. ä.
Die bisher vorhandenen Methoden der 3D-Darstellung können diese
Probleme nur durch den Einsatz von zeitaufwändigen Verfahren
lösen.
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Dieser
Zeitaufwand macht eine Verwendung von bisher bekannten 3D-Darstellungsmethoden
für manche Anwendungen unmöglich, wie z. B. für
die Manipulation von kleinen Objekten, bei der ein Bild der zu manipulierenden
Probe gewonnen werden muss, sowie dem Live-in-Echtzeit-Betrieb der
Manipulationsvorrichtung, d. h. in dem Moment, in dem die Manipulation
erfolgt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile
zu beseitigen und eine 3D-Beobachtung und Manipulation der Probe
in Echtzeit zu ermöglichen.
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Die
gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es wurde eine Vorrichtung entworfen, welche eine Grundeinrichtung
umfasst, die z. B. ein Elektronen- oder Ionenmikroskop sein kann.
Dieses sendet aus einer primären Quelle Partikelbündel,
die nach dem Durchgang durch einen Tubus mit einem Teilchenoptiksystem
auf die dargestellte Probe fallen. Das Wesen der Erfindung besteht
darin, dass das Partikelbündel der primären Quelle
in eine sekundäre Quelle geleitet ist und dass im Bewegungspfad
des ausgehenden Partikelbündels eine neigbare Rastereinheit
oberhalb des Objektivs im unteren Teil des Tubus angeordnet ist.
Diese neigbare Rastereinheit besteht in Bezug auf die Probe aus
einem Untergeschoss und einem Obergeschoss, wobei das Untergeschoss
und das Obergeschoss aus mindestens zwei neigbaren Rastermitteln so
bestehen, dass sie senkrecht zueinander verlaufende Felder bilden.
An das erste neigbare Rastermittel sind zum einen der Ausgang der
ersten einstellbaren Quelle mit gleichmäßigem
Neigungssignal und zum anderen der Ausgang der ersten einstellbaren
Quelle mit Wechsel-Rastersignal angeschlossen. An das zweite neigbare
Rastermittel sind zum einen der Ausgang der zweiten einstellbaren
Quelle mit gleichmäßigem Neigungssignal und zum
anderen der Ausgang der zweiten einstellbaren Quelle mit Wechsel-Rastersignal
angeschlossen.
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In
einer möglichen Ausführung sind die neigbaren
Rastermittel als Rasterspulen ausgebildet. An den Eingang der ersten
Spule sind Ausgänge der ersten einstellbaren Quelle mit
gleichmäßigem Neigungssignal und der ersten einstellbaren
Quelle mit Wechsel-Rastersignal angeschlossen, wobei diese Quellen
parallel angeschlossen sind. An den Eingang der zweiten Spule sind
Ausgänge der zweiten einstellbaren Quelle mit gleichmäßigem
Neigungssignal und der zweiten einstellbaren Quelle mit Wechsel-Rastersignal
angeschlossen, wobei diese Quellen parallel angeschlossen sind.
Alle diese genannten Quellen sind Stromquellen.
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In
einer weiteren möglichen Ausführung sind die neigbaren
Rastermittel als Rasterelektroden ausgebildet. In jedem Geschoss
befinden sich zwei Paare von Rasterelektroden. Das erste Paar der
Rasterelektroden ist parallel an die Serienschaltung der ersten
einstellbaren Quelle mit gleichmäßigem Neigungssignal
und der zweiten einstellbaren Quelle mit Wechsel-Rastersignal angeschlossen. Ähnlich
ist das zweite Paar der Rasterelektroden parallel an die Serienschaltung
der zweiten einstellbaren Quelle mit gleichmäßigem
Neigungssignal und der zweiten einstellbaren Quelle mit Wechsel-Rastersignal
angeschlossen. In diesem Fall sind alle diese Quellen Spannungsquellen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann zwischen dem
Obergeschoss der neigbaren Rastereinheit und der letzten Kondensorlinse
des Teilchenoptiksystems eine Zusatzlinse mit einstellbarem Fokusabstand
angeordnet werden, der für die Korrektur von sphärischen
Abweichungen bzw. Fehlern des Objektivs und die Erhöhung
der Schärfentiefe bestimmt ist.
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Die
sekundäre Quelle der Partikel kann auf verschiedene Weise
gebildet werden. Eine der Möglichkeiten ist die Bildung
einer realen Quelle. Diese reale Quelle ist meistens der nächstliegende
Schnittpunkt, der durch das optische System der Grundeinrichtung
oberhalb des Obergeschosses der neigbaren Rastereinheit gebildet
ist. Der Ausgang dieses Schnittpunkts ist ein in Richtung der Probe
auseinander laufendes Partikelbündel mit einer Achse. Eine weitere
Möglichkeit ist, dass die Quelle der Partikel eine virtuelle
Quelle ist, bestehend aus einem Schnittpunkt, der durch eine Zusatzlinse
unterhalb des Untergeschosses der neigbaren Rastereinheit gebildet
ist. Der Ausgang dieses Schnittpunkts ist ein in Richtung der Probe
verjüngend verlaufendes Partikelbündel. Eine weitere Möglichkeit
ist, dass die Quelle der Partikel eine im Unendlichen liegende Quelle
ist, die aus einer Zusatzlinse besteht und deren Ausgang ein parallel
laufendes Partikelbündel ist.
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In
allen Ausführungen der Erfindung wird die gesamte Probe
zuerst durch das Bündel durchrastert, dessen Achse gegenüber
dem senkrechten Einfall um den Winkel +Φ geneigt ist. Mittels
einer Vorrichtung zur Erfassung von sekundären Partikeln,
die aus der Probe kommen, wird dann das Bild der Probe „von
links” gewonnen. Im zweiten Schritt wird das gleiche für
das Bündel wiederholt, das in die entgegen gesetzte Richtung
geneigt ist, meistens – aber nicht notwendigerweise – symmetrisch
unter dem Winkel –Φ. Auf diese Weise wird das
Bild der Probe „von rechts” gewonnen.
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Als
Vorrichtung zur Erfassung von sekundären Partikeln können
z. B. SE-, BSE-Detektoren, RTG-Strahlung, Katodolumineszenz u. ä.
dienen.
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Für
die Verarbeitung und Beobachtung der gewonnenen beiden Bilder kann
eine Reihe verschiedener Methoden gewählt werden, die mit
der vorliegenden Erfindung voll kompatibel sind. Diese Methoden
können die unterschiedlichsten Kombinationen von üblichen
oder speziellen Bildschirmen und Spezialbrillen umfassen. Beispielsweise
können Spezialbildschirme in Kombination mit Polarisationsfilter-Brillen, übliche
Fernsehbildschirme in Kombination mit LCD-Brillen mit synchronisiertem
Verschluss sowie eine mit Farbfilterbrillen beobachtete Anaglyphe
verwendet werden.
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Die
Vorrichtung ist für räumliche Darstellungen und
Vermessungen von Flächen geeignet sowie für die
Verwendung bei der Manipulation von kleinen Objekten, wobei das
Endbild in Echtzeit als Anaglyphe beobachtet wird. Die Vorrichtung
ermöglicht es, mindestens vier 3D-Aufnahmen pro Sekunde
zu gewinnen, was den Nanomanipulations-Anwendungen im vollen Maße
entspricht. Die gewählte Art der Darstellung ermöglicht
zudem die Beobachtung von mehreren Personen gleichzeitig, ohne dabei
die Kosten zu erhöhen.
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Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird
nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht der Grundanordnung der Vorrichtung und zwar
ohne Kennzeichnung der einstellbaren Quelle des Neigungs- und Rastersignals;
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2 eine
schematische Form des geneigten und des ungeneigten Partikelbündels;
-
3 u. 4 einen
konkreten Anschluss der Quellen für verschiedene neigbare
Rastermittel;
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5 einen
waagerechten Schnitt einer Anordnung, bei der als neigbare Rastermittel
Rasterspulen verwendet werden und
-
6 eine
schematische Form des geneigten Partikelbündels und des
ungeneigten Partikelbündels bei Verwendung einer Zusatzlinse.
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Die
vorliegende Erfindung kann bei einem beliebigen Gerät mit
korpuskularem Bündel verwendet werden. Zwecks einer besseren Übersichtlichkeit wird
eine Vorrichtung beschrieben, deren Grundlage ein Rasterelektronenmikroskop
bildet. Teile des Gerätes, die nicht direkt mit dem Prinzip
der vorliegenden Erfindung zusammenhängen, also Bestandteile wie
etwa die Kathode, Anode, Kondensorlinsen, Aperturen (Linsenöffnungen),
Detektoren u. ä., werden zwecks einer besseren Übersichtlichkeit
in den Zeichnungen nicht dargestellt.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht der gegenständlichen Grundeinrichtung
im senkrechten Schnitt. Die primäre Partikelbündel-Quelle
wird zwecks einer besseren Übersichtlichkeit in der Zeichnung
nicht dargestellt. Gezeigt ist die sekundäre Quelle 1,
in die das Partikelbündel aus der primären Quelle
geleitet wird und aus der das Partikelbündel als ausgehendes
Partikelbündel mit einer Achse 5 hervortritt.
Im Bewegungspfad des ausgehenden Partikelbündels mit der
Achse 5 ist eine neigbare Rastereinheit 2 oberhalb
eines Objektivs 3 angeordnet. Die neigbare Rastereinheit 2 besteht
in Bezug auf eine Probe 4 aus einem Untergeschoss 2.2 und einem
Obergeschoss 2.1.
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Das
Untergeschoss 2.2 und das Obergeschoss 2.1 bestehen
aus mindestens zwei neigbaren Rastermitteln, die in den folgenden
Zeichnungen der konkreten Ausführungsbeispiele der Erfindung
mit 6 und 7 gekennzeichnet sind, wobei sie senkrecht
zueinander verlaufende Felder bilden. Mögliche Anschlüsse
und ein waagerechter Schnitt eines Ausführungsbeispiels
dieser Rastermittel werden in den 3, 4 und 5 dargestellt.
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Die
Rastermittel 6 und 7 können als Rasterspulen
oder Rasterelektroden ausgebildet sein. Abhängig davon,
welche von diesen verwendet werden, wird auch der Anschluss der
einzelnen Quellen gewählt (siehe auch die nachfolgenden 3 und 4).
Die sekundäre Quelle 1 kann ebenfalls auf verschiedene
Weise gebildet werden. In dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel wird die sekundäre Quelle 1 als
Schnittpunkt präsentiert, der unterhalb der letzten, nicht
gezeigten Kondensorlinse und gleichzeitig oberhalb des Untergeschosses 2.2 und
des Obergeschosses 2.1 und oberhalb des Objektivs 3 angeordnet
ist.
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1 zeigt
auch das Prinzip der Neigung der Achse 5 der Partikelbündel
in Richtung +Φ und –Φ gegenüber
dem senkrechten Einfall, der sicherstellt, dass die ausgelenkten
Bündel im gleichen Punkt 8 der Probe 4 als
nicht ausgelenktes Bündel einfallen. Zur besseren Anschaulichkeit
wird nur die Achse 5 des nicht geneigten Partikelbündels
gezeigt, senkrecht zur Oberfläche der Probe 4 und
der Achse 5.1 des ersten geneigten Partikelbündels
der Achse 5.2 des zweiten geneigten Partikelbündels
ausgerichtet. Die ununterbrochene Linie zeigt eine Situation, in
der der Offset an den Rastermitteln nicht eingestellt ist. In diesem
Fall ist das aus der sekundären Quelle 1 ausgehende,
senkrecht einfallende Partikelbündel mit einer Achse 5 mit
dem Objektiv 3 auf den Punkt 8 der Probe 4 fokussiert.
Durch eine angemessene Einstellung des Offsets an den Rastermitteln
im ersten Geschoss 2.1 und im zweiten Geschoss 2.2 ist
es möglich, die Achse 5 der Partikelbündel
stufenweise in die hier von der ersten und zweiten Achse 5.1 und 5.2 des
ersten und zweiten geneigten Partikelbündels gegebene Richtung
zu neigen (siehe die Strichpunktlinie). Die Richtungen der ersten
Achse 5.1 und der zweiten Achse 5.2 des ersten
bzw. zweiten geneigten Partikelbündels sind spiegelsymmetrisch
zur Ebene eingezeichnet, die durch die optische Achse des Geräts
hindurchgeht. Dies ist jedoch für die Funktionsfähigkeit
der Erfindung nicht notwendig. Nach der Fokussierung durch das Objektiv 3 fällt
in diesem Fall das erste bzw. zweite geneigte Partikelbündel
mit den Achsen 5.1 bzw. 5.2 auf die Probe 4,
und zwar unter den Winkeln –Φ bzw. +Φ in
Bezug auf die Oberfläche der Probe 4. Der Einfallspunkt 8 auf
die Oberfläche der Probe 4 bleibt dabei gegenüber
dem senkrechten Einfall unverändert und ist für
das erste geneigte Partikelbündel mit der Achse 5.1 und
das zweite geneigte Partikelbündel mit der Achsen 5.2 gleich.
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Zwecks
besserer Anschaulichkeit zeigt 2 in einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung auch die Gesamtform des
nicht geneigten und geneigten Partikelbündels. Zum Zwecke
der besseren Übersichtlichkeit wird nur die Neigung in
Richtung +Φ dargestellt. Ununterbrochene Linien grenzen
wiederum das nicht ausgelenkte Partikelbündel mit einer Achse 5 ab.
Strichpunktlinien grenzen das zweite geneigte Partikelbündel
mit der Achse 5.2 ab, das auf die Probe 4 unter
dem Winkel +Φ fällt. Es ist offensichtlich, dass
das Bündel nach der Neigung die gleiche Form hat, als wenn
es aus der sekundären Quelle 1 ausgehen würde.
Seine Achse jedoch ist nach dem Durchgang durch das Objektiv 3 nicht
mehr senkrecht zur Probe 4 ausgerichtet.
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In
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden als neigbare
Rastermittel 6 und 7 Spulen verwendet, und zwar
in beiden Geschossen 2.1 und 2.2 der neigbaren
Rastereinheit 2. 3 zeigt
den Anschluss der Quellen an diese Spulen. An den Eingang der ersten
Spule, die das erste neigbare Rastermittel 6 bildet, sind
die Ausgänge von zwei parallel geschalteten Quellen angeschlossen,
und zwar zum einen der Ausgang der ersten einstellbaren Quelle 6.1 mit
gleichmäßigem Neigungssignal und zum anderen der
Ausgang der ersten einstellbaren Quelle 6.2 mit Wechsel-Rastersignal.
An den Eingang der zweiten Spule, die das zweite neigbare Rastermittel 7 bildet,
sind die Ausgänge von zwei parallel geschalteten Quellen
angeschlossen, und zwar zum einen der Ausgang der zweiten einstellbaren
Quelle 7.1 mit gleichmäßigem Neigungssignal
und zum anderen der Ausgang der zweiten einstellbaren Quelle 7.2 mit Wechsel-Rastersignal,
wobei alle angeführten Quellen Stromquellen sind.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden
als neigbare Rastermittel 6 und 7 Elektroden verwendet,
und zwar in beiden Geschossen 2.1 und 2.2 der
neigbaren Rastereinheit 2. 4 zeigt
den Anschluss der Quellen an diese Elektroden. In jedem der Geschosse 2.1 und 2.2 befinden
sich gemäß dem angeführten Beispiel zwei
Paare von Rasterelektroden, und zwar das erste Paar 6A und 6B und
das zweite Paar 7A und 7B. Das erste Paar der
Rasterelektroden 6A, 6B ist parallel an die Serienschaltung
der ersten einstellbaren Quelle 6.1 mit gleichmäßigem
Neigungssignal und der zweiten einstellbaren Quelle 6.2 mit
Wechsel-Rastersignal angeschlossen. Das zweite Paar der Rasterelektroden 7A, 7B ist
parallel an die Serienschaltung der zweiten einstellbaren Quelle 7.1 mit
gleichmäßigem Neigungssignal und der zweiten einstellbaren
Quelle 7.2 mit Wechsel-Rastersignal angeschlossen, wobei
alle diese Quellen Spannungsquellen sind.
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Die
im unteren Teil des Tubus oberhalb des Objektivs 3 angeordneten
neigbaren Rastermittel 6 und 7 sind daher derart
entworfen, dass sie gleichzeitig mit dem dynamischen Rastern auch
die statische Neigung des Partikelbündels mit einer Achse 5 in
die linke und die rechte Richtung ermöglichen. Diese Neigung
nach rechts und nach links ist im Idealfall – jedoch nicht
notwendigerweise – spiegelsymmetrisch zur Ebene, die durch
die optische Achse des Geräts hindurchgeht. Die statische
Erregung der neigbaren Rastermittel 6 und 7 ist
kalibriert, so dass der Neigungswinkel ausgewählt werden
kann. Die Probe 4 wird zuerst durch das in eine Seite geneigte
Bündel und danach durch das in die zweite Seite geneigte Bündel
durchrastert. Mittels der Vorrichtung zur Erfassung von sekundären
Partikeln, die aus der Probe 4 kommen, werden dann das
linke Bild und das rechte Bild der Probe gewonnen. Im Rahmen der
vorgeschlagenen Erfindung können für die Verarbeitung und
Beobachtung der gewonnenen beiden Bilder verschiedene Methoden gewählt
werden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
ein Signal aus der Erfassungsvorrichtung verarbeitet, das einer Sichtanzeigevorrichtung,
z. B. einem Fernsehbildschirm, zugeführt wird. Die Sichtanzeigevorrichtung nimmt
verschobene Translationssignale auf, die dem linken Bündel
und dem rechten Bündel entsprechen. Diese sind voneinander
visuell getrennt. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung
handelt es sich um eine Trennung durch Farbe: ein Bild ist rot,
das andere Bild blaugrün, eine so genannte Anaglyphe. Der
Benutzer beobachtet den Bildschirm über eine spezielle
Brille mit einem roten Filter an einem Auge und einem blaugrünen
Filter am anderen Auge.
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Für
den Fall, dass als neigbare Rastermittel 6 und 7 Spulen
verwendet werden, ist ein konkretes Ausführungsbeispiel
der Anordnung dieser Spulen in 5 im waagerechten
Schnitt schematisch dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen
waagerechten Schnitt durch das Obergeschoss 2.1, wobei
das Untergeschoss 2.2 ähnlich angeordnet ist.
Der einzige Unterschied besteht nur in der Anzahl der Gewinde in den
Rasterspulen. In jedem Geschoss befinden sich zwei Spulen, die das
erste neigbare Rastermittel 6 und das zweite neigbare Rastermittel 7 bilden.
Jede Spule weist ein in vier Segmente 61, 62, 63, 64 und 71, 72, 73, 74 aufgeteiltes
Gewinde auf. Diese Segmente bilden gegenseitig senkrechte, magnetische Felder,
was durch die verschiedenen Gewinderichtungen der einzelnen Segmente
und deren Anordnung gesichert wird. Im gegebenen Beispiel betragen die
Winkel zwischen den reihenfolgegerechten Paaren der ersten und zweiten
Spule 30°. Die Winkel zwischen den Segmentpaaren, die der
gleichen Spule angehören, betragen 60° bzw. 120°,
siehe 5. Die Segmente 61, 62 sind
in entgegen gesetzter Richtung gewickelt wie die Segmente 63, 64. Ähnlich
sind auch die Segmente 71 und 74 in entgegen gesetzter Richtung
gewickelt wie die Segmente 72 und 73. Im Obergeschoss 2.1 weist
jedes der Segmente 8 Gewinde auf; im Untergeschoss 2.2 weist
jedes Segment jeweils 15 Gewinde auf. In beiden Fällen
sind die Spulen aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,4 mm,
gewickelt auf einem gemeinsamen Ferritkern. Die Höhe des
Ferritkerns beträgt 10 mm, der Innendurchmesser des vom
Kern gebildeten Kreises beträgt 16 mm, und der Außendurchmesser
des vom Kern gebildeten Kreises beträgt 24,8 mm. Die Mitten der
neigbaren Rasterspulen im Obergeschoss 2.1 sind von den
Mitten der neigbaren Rasterspulen im Untergeschoss 2.2 etwa
52 mm entfernt. Die Mitte der unteren Spulen befindet sich etwa
35 mm oberhalb des Objektivs 3. Der Ferritkern ist in beiden
Fällen rotationssymmetrisch zur optischen Achse. Der von
der letzten Kondensorlinse geformte Schnittpunkt oberhalb der neigbaren
Rastereinheit 2 ist in dieser beispielhaften Anordnung
etwa 180 mm oberhalb des Objektivs 3 angeordnet. Natürlich
handelt es sich hierbei um eine von vielen möglichen Ausführungsbeispielen
der Erfindung.
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt ist, ist es zwecks
einwandfreier Funktionsfähigkeit der Erfindung bei konkreter
Gerätekonfiguration notwendig, das Verhältnis
der Offsets von Neigungssignalen im Obergeschoss 2.1 und
Untergeschoss 2.2 festzulegen. Dieses Verhältnis
stellt sicher, dass sich bei der Neigung des Bündels das
Bild nicht bewegt. Die genauesten Ergebnisse werden durch das folgende
experimentelle Verfahren erreicht: das Partikelbündel mit
der Achse 5, das auf die neigbare Rastereinheit 2 fällt,
wird im Obergeschoss 2.1 mit einem relativen Offsetwert
von –1 ausgelenkt. Im Untergeschoss 2.2 wird dann
der Offset mit umgekehrten Vorzeichen so geändert, dass
das Bild auf seinen ursprünglichen Platz zurückkehrt.
Der relative Offsetwert, der die Zurückstellung des Bilds
auf seinen ursprünglichen Platz sichert, wird abgerechnet.
Auf diese Weise wird die Neigung der ursprünglichen Achse 5 des Partikelbündels,
z. B. in die Richtung 5.2, erreicht. Jedoch bewegt sich
der Punkt 8, in den das Bündel auf die Probe 4 fokussiert
ist, im Unterschied zur Situation, in der der Offset Null war, nicht.
Ein derart ermitteltes Offset-Verhältnis wird in die Software
eingegeben und vom Benutzer nicht mehr geändert. Dieser
Offset-Verhältniswert sichert, dass das geneigte Bündel die
gleiche Form aufweist, als wenn es von der sekundären Quelle 1 ausgehen
würde. Seine Achse ist aber nach dem Durchgang durch das
Objektiv 3 nicht mehr senkrecht zur Probe 4 ausgerichtet.
Das geneigte Bündel ist dabei auf die gleiche Stelle fokussiert,
auf die das nicht geneigte Bündel einfallen würde
(siehe die 1 und 2). Der
Benutzer kann die absolute Größe der Offsets,
die proportional zum Neigungswinkel ist, stoßfrei ändern.
Der Neigungswinkel kann daher auf die gleiche Weise stoßfrei
geändert werden.
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Das
Neigungs-Offset ist kalibriert, so dass die Neigungswinkel des Bündels
direkt gewählt werden können. Die Kalibrierung
erfolgt durch die Probe mit einem rechteckigen Stufenprofil.
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Bei
der Konfiguration der neigbaren Rastereinheit 2, die Spulen
verwendet (in 5 dargestellt und näher
im mit dieser Zeichnung zusammenhängenden Text beschrieben),
wurde auf experimentelle Weise festgestellt, dass der Neigungs-Offset-Strom in
den Rasterspulen im Obergeschoss 2.1 zum Neigungs-Offset-Strom
in den Rasterspulen im Untergeschoss 2.2 ungefähr
im Verhältnis (–1):(0,4) sein muss.
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6 zeigt
in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die
Form des nicht geneigten Bündels und des geneigten Bündels
bei der Verwendung einer Zusatzlinse 9 oberhalb der neigbaren Rastereinheit 2.
Die Zusatzlinse 9 ist zwischen dem Obergeschoss 2.1 der
neigbaren Rastereinheit 2 und der letzten Kondensorlinse
des Teilchenoptiksystems angeordnet. In der in 6 dargestellten
Situation bildet die Zusatzlinse 9 ein in Richtung zur
Probe 4 parallel laufendes Partikelbündel. In
diesem Fall liegt die sekundäre Partikelquelle 1 m
Unendlichen. Das nicht geneigte Partikelbündel mit der
Achse 5 ist mit ununterbrochenen Linien dargestellt. Das
geneigte Partikelbündel mit einer Achse 5.3 ist
mit Strichpunktlinien dargestellt. Da die Form des geneigten Partikelbündels
anders ist als in den vorigen Beispielen, wurde seiner Achse eine
neue Bezugsziffer zugeordnet. Zwecks der Übersichtlichkeit
ist nur die Neigung zu einer Seite gekennzeichnet. Das geneigte
Partikelbündel mit einer Achse 5.3 fällt
auf die Probe 4 unter dem Winkel Φ1.
Die Verwendung einer Zusatzlinse 9 ist bei Anwendungen
vorteilhaft, die eine höhere Schärfentiefe erfordern.
Diese Zusatzlinse 9 wird bei der Korrektur von sphärischen
Abweichungen bzw. Fehlern des Objektivs 3 angewendet. Das
parallel laufende Bündel, das auf das Objektiv 3 nach
dem Durchgang durch die Linse 9 fällt, ist nämlich
viel schmaler als das auseinander laufende Bündel, das ohne
die Verwendung dieser Zusatzlinse 9 auf das Objektiv 3 einfallen
würde. Durch die dynamische Erregung des Objektivs 3 kann
deshalb bei Anwendung einer Zusatzlinse 9 ein scharfes
Bild erzielt werden, und zwar auch für geneigte Bündel.
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Die
Korrektur des Objektiv-Erregungsstroms für geneigte Bündel,
z. B. für das Bündel mit der Achse 5.3,
richtet sich nach der Relation: 1/I2 =
1/I0 2 + CsΦ2N2/KV,dabei ist:
- I
- der Objektivstrom 3 bei
der Neigung des Partikelbündels mit der Achse 5 um
den Winkel Φ,
- I0
- der Objektivstrom 3 bei
dem nicht geneigten Bündel, wenn Φ = 0 ist,
- Cs
- der Koeffizient der
sphärischen Abweichung bzw. Fehler (m),
- Φ
- die Neigung des Bündels
(Reihe),
- N
- die Anzahl der Gewinde
des Objektivs 3,
- V
- die Bündelenergie
(eV) und
- K
- eine dimensionslose
Konstante, die das gegebene Objektiv charakterisiert.
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In
einer weiteren Anordnung der Erfindung kann die Zusatzlinse 9 auch
ein in Richtung der Probe 4 verjüngend verlaufendes
Partikelbündel bilden. Der durch die Zu satzlinse 9 gebildete
Schnittpunkt befindet sich in diesem Fall oberhalb der neigbaren Rastereinheit 2 und
bildet eine virtuelle, sekundäre Partikelquelle 1.
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In
allen Ausführungsbeispielen der Erfindung wählt
der Benutzer zuerst den Neigungswinkel Φ des Bündels.
Anschließend erfolgt das dynamische Rastern über
die ganze Probe 4 durch das Bündel, dessen Achse
gegenüber dem senkrechten Einfall um den Winkel +Φ geneigt
ist. Im zweiten Schritt wird das Gleiche für das Bündel
wiederholt, das in die entgegen gesetzte Richtung geneigt ist, typisch
unter dem Winkel –Φ. Gute Ergebnisse der räumlichen Darstellung
können schon bei einem Neigungswinkel von 0,5° erreicht
werden; eine sphärische Abweichung bzw. ein Fehler kann
bis zu einer Neigung von etwa 15° erfolgreich korrigiert
werden.
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Die
Erfindung kann im Bereich der Rasterelektronen- und Ionenmikroskope,
die für räumliche Darstellungen bestimmt sind,
verwendet werden. Außerdem ermöglicht sie eine
so genannte Nanomanipulation, d. h. eine Manipulation kleiner Objekte
unter dem Mikroskop in Echtzeit. Die Erfindung kann auch für
die unterschiedlichsten räumlichen Vermessungen von beobachteten
Flächen verwendet werden.
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Zusammenfassung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur räumlichen Darstellung
von Proben in Echtzeit mit einer Grundeinrichtung, die eine primäre
Partikelbündelquelle aufweist, wobei die Partikel nach
dem Durchgang durch einen Tubus unter Verwendung eines Teilchenoptiksystems
und eines Objektivs auf die dargestellte Probe fallen. Das Partikelbündel
der primären Quelle ist in eine sekundäre Quelle
geleitet. Im Bewegungspfad des ausgehenden Partikelbündels mit
einer Achse ist eine neigbare Rastereinheit oberhalb des Objektivs
angeordnet. Die neigbare Rastereinheit besteht in Bezug auf die
Probe aus einem Untergeschoss und einem Obergeschoss. Das Untergeschoss
und das Obergeschoss bestehen aus mindestens zwei neigbaren Rastermitteln,
so dass sie im Durchgangsbereich der Partikelbündel mit
der Achse senkrecht zueinander verlaufende Felder bilden. An das
erste neigbare Rastermittel sind zum einen der Ausgang der ersten
einstellbaren Quelle mit gleichmäßigem Neigungssignal
und zum anderen der Ausgang der ersten einstellbaren Quelle mit
Wechsel-Rastersignal angeschlossen. An das zweite neigbare Rastermittel
sind zum einen der Ausgang der zweiten einstellbaren Quelle mit
gleichmäßigem Neigungssignal und zum anderen der
Ausgang der zweiten einstellbaren Quelle mit Wechsel-Rastersignal angeschlossen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6930308 [0003]
- - US 6963067 [0003]
- - US 3986027 [0004]