DE202006020868U1 - Acoustic scanning microscope - Google Patents
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Abstract
Akustisches Rastermikroskop, mit
– wenigsten zwei Transducern (50, 51, 60, 61, 62, 63), wobei das akustische Rastermikroskop ausgebildet ist, mit jedem der wenigstens zwei Transducer akustische Signale (40) auszusenden und zu empfangen,
– einer ersten Vorrichtung (70), die ausgebildet ist, um die wenigstens zwei Transducer (50, 51, 60, 61, 62, 63) zu verschiedenen Positionen entlang einer Ebene zum lateralen Abscannen einer Probe zu verschieben, und
– einer zweiten Vorrichtung (52), die zum Verschieben der wenigstens zwei Transducer entlang einer Richtung quer zu dieser Ebene ausgebildet ist,
wobei das akustische Rastermikroskop derart ausgebildet ist, bei mehr als einer der verschiedenen Positionen die wenigstens zwei Transducer jeweils abhängig von der Signalstärke des von dem jeweiligen Transducer empfangenen akustischen Signals entlang der Verschieberichtung der zweiten Vorrichtung zu verschieben.Acoustic scanning microscope, with
At least two transducers (50, 51, 60, 61, 62, 63), wherein the scanning acoustic microscope is adapted to emit and receive acoustic signals (40) with each of the at least two transducers,
A first device (70) adapted to displace the at least two transducers (50, 51, 60, 61, 62, 63) to different positions along a plane for laterally scanning a sample, and
A second device (52) adapted to displace the at least two transducers along a direction transverse to said plane,
wherein the scanning acoustic microscope is adapted, in more than one of the different positions, to displace the at least two transducers in each case in dependence on the signal strength of the acoustic signal received by the respective transducer along the direction of displacement of the second device.
Description
Die Erfindung betrifft ein akustisches Rastermikroskop. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur simultanen Erfassung von akustischen Bildern. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, simultan verschiedene Bereiche einer Probe zur erfassen, Bilder darzustellen und zu analysieren.The The invention relates to a scanning acoustic microscope. In particular The invention relates to a device for simultaneous detection of acoustic images. With the invention Device, it is possible to simultaneously different areas of a Sample to capture, display and analyze images.
Ultraschall-Mikroskope,
bei denen eine Probe 2-dimensional mittels Ultraschall abgerastert
wird und die hindurch gelassenen oder reflektierten Schallwellen
verarbeitet werden, um daraus ein Bild zu erzeugen, sind aus dem
Stand der Technik, wie z. B.
Die
internationale Patentanmeldung
Der oben beschriebene Stand der Technik ist jedoch nicht für eine schelle Datenaufnahme der zu untersuchenden Proben ausgelegt. Hinzu kommt, dass ebenfalls der Durchsatz mit den Vorrichtungen des Standes der Technik begrenzt ist.Of the However, the prior art described above is not for designed a fast data acquisition of the samples to be examined. In addition, also the throughput with the devices of The prior art is limited.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur akustischen Rastermikroskopie zu schaffen, die die Messzeit pro Probe reduziert und dabei eine sichere Detektion ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a device for acoustic Scanning microscopy, which reduces the measurement time per sample while allowing a safe detection.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.The Task is solved by a device that has the features of claim 1.
Die Vorrichtung zur akustischen Rastermikroskopie ist von Vorteil, wenn mindestens zeitlich parallel eine doppelte Abrasterung von unterschiedlichen Probenstellen einer Probe erfolgt, wobei die unterschiedlichen Probenstellen von jeweils einem Transducer oder akustischen Objektiv mit akustischen Signalen bestrahlt werden. Die von einem Element in der Probe an den unterschiedlichen Probenstellen hindurch gelassenen und/oder reflektierten akustischen Signale werden durch eine piezoelektrische Wandlerschicht des jeweiligen Transducers detektiert. Durch einen AD-Wandler werden die akustischen Signale demoduliert. Die jeweiligen Transducer werden derart verstellt, dass die Transducer ein Signalmaximum der von dem Element reflektierten akustischen Signale registrieren. Die so erhaltenen Daten werden bezüglich des zu detektierenden Elements simultan aufgezeichnet.The Acoustic scanning microscopy apparatus is advantageous when at least parallel in time a double scanning of different Sample sites of a sample takes place, with the different sample sites each of a transducer or acoustic lens with acoustic Signals are irradiated. The from an item in the sample let pass the different sample points and / or reflected acoustic signals are transmitted through a piezoelectric Transducer layer of the respective transducer detected. Through a AD converters demodulate the acoustic signals. The respective ones Transducers are adjusted so that the transducers have a signal maximum register the acoustic signals reflected from the element. The data thus obtained will be relative to the one to be detected Elements recorded simultaneously.
Mit mindestens zwei Transducern wird die Probe in X-Y-Richtung abgescannt. Die Probe wird dabei Pixel für Pixel und Zeile für Zeile abgescannt, so dass die gesamte Fläche der Probe erfasst wird.With At least two transducers are scanned in the X-Y direction. The sample becomes pixel by pixel and row by Scanned line, leaving the entire surface of the sample is detected.
Zum Einstellen des Signalmaximums der vom Element hindurch gelassenen und/oder reflektierten akustischen Signale werden die mindestens zwei Transducer in Z-Richtung verstellt. Die Verstellung der mindestens zwei Transducer erfolgt unabhängig voneinander über einen motorischen Antrieb in Z-Richtung.To the Set the maximum signal of the element passed through and / or reflected acoustic signals become the at least two Adjusted transducer in Z-direction. The adjustment of at least Two transducers are independent of each other a motor drive in the Z direction.
Die Vorrichtung zur akustischen Rastermikroskopie ist von Vorteil, da mindestens zwei Transducer auf einer Verfahreinheit in Wirkstellung zu einer Probe angeordnet sind. Die Verfahreinheit verfährt die mindestens zwei Transducer in einer Ebene. Ferner sind Mittel vorgesehen, die die mindestens zwei Transducer unabhängig voneinander in einer Richtung senkrecht zu der Ebene verstellen.The Apparatus for acoustic scanning microscopy is advantageous in that at least two transducers on one moving part in operative position are arranged to a sample. The track moves the at least two transducers in one plane. In addition, funds are provided for the at least two transducers independently adjust in a direction perpendicular to the plane.
Die Verfahreinheit verfährt die mindestens zwei Transducer in X-Y-Richtung. Das Mittel zum Verstellen verstellt die mindestens zwei Transducer unabhängig voneinander in Z-Richtung. Das Mittel zum Verstellen der mindestens zwei Transducer umfasst unabhängig voneinander einen motorischen Antrieb.The Track moves the at least two transducers in X-Y direction. The means for adjusting the adjusted at least two transducers independently in the Z direction. The Means for adjusting the at least two transducers comprises independently from each other a motor drive.
Ein Transducer ist ein Master-Transducer und die anderen Transducer sind Slave-Transducer.One Transducer is a master transducer and the other transducers are slave transducers.
Das akustische Rastermikroskop enthält erfindungsgemäß zwei oder mehrere Transducer, die so angeordnet sind, dass sie gleichzeitig verschiedene Stellen oder Punkte einer Probe abrastern können. Die von den verschiedenen Probenstellen der Probe detektierten Signale werden simultan aufgenommen und daraus werden für die Bilddarstellung simultan Daten erzeugt. Es ist möglich, solche Arrays mit mehreren Transducern aufzubauen. Die Vorrichtung enthält weiterhin eine X-Y-Abtastvorrichtung, die gleichzeitig die zwei oder mehreren Transducer im Fokus behalten kann, um diese unabhängig voneinander in die erforderliche Fokuslage zu steuern und zu regeln.The Acoustic scanning microscope according to the invention contains two or multiple transducers that are arranged to be simultaneously various locations or points of a sample can scan. The signals detected by the various sample sites of the sample are recorded simultaneously and from this become simultaneous for the image display Data generated. It is possible to use such arrays with several Build transducers. The device still contains an X-Y scanner which simultaneously has the two or more Keep the focus on the transducers to make them independent to control and regulate each other in the required focus position.
Das akustische Rastermikroskop enthält erfindungsgemäß des Weiteren ein spezielles Dual-Autofokus-System, welches für zwei oder mehrere Transducer die Signalamplitude der reflektierten akustischen Signale aus dem Probeninneren ermittelt, wobei zunächst mit einem Transducer, dem so genannten Master-Transducer fokussiert wird und dann die Daten auf die Slave-Transducer übertragen werden, wobei diese nach einem speziellen Algorithmus den Vorgang unabhängig voneinander durchführen.The Acoustic scanning microscope according to the invention contains the Furthermore, a special dual-autofocus system, which for two or more transducers the signal amplitude of the reflected acoustic Signals from the sample interior determined, where initially with a transducer, the so-called master transducer focused and then the data is transferred to the slave transducers, this being independent of the process according to a special algorithm from each other.
Die Master-Slave-Konfiguration für die simultane Datenaufnahme besteht aus einem Master Ultraschallmikroskop mit dem n Untermikroskope verbunden werden können. Die erfindungsgemäße X-Y-Z-Scan-Mechanik bewegt das Transducer-Array Zeile für Zeile, Pixel für Pixel über die Probenoberfläche und zeichnet dabei Daten simultan auf.The Master-slave configuration for simultaneous data acquisition consists of a master ultrasonic microscope with the n sub-microscopes can be connected. The inventive X-Y-Z-scan mechanism moves the transducer array line by line, pixels by Pixel over the sample surface and draws Data simultaneously.
Mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung können beispielsweise Wafer bis zu 300 mm Durchmesser und Proben bis 320 mm Breite, 200 mm Länge und 45 mm Höhe untersucht werden. Die Ultraschallfrequenz liegt im Bereich von bis zu 500 MHz mit Transducern von 3 MHz bis 400 MHz.With Help of the method and the device can, for example Wafers up to 300 mm in diameter and samples up to 320 mm in width, 200 mm length and 45 mm height are examined. The Ultrasonic frequency is in the range of up to 500 MHz with transducers from 3 MHz to 400 MHz.
In besonderer Ausführung kommen 2 × 500 MHz rf-Interfaces für Transducer bis 400 MHz zum Einsatz.In special execution come 2 × 500 MHz rf interfaces for transducers up to 400 MHz.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.Further advantageous embodiments of the invention can the subclaims be removed.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigt:In the drawing of the subject invention is shown schematically and will be described below with reference to the figures. More details, Aspects and advantages of the present invention will be apparent the following description with reference to the drawings. Showing:
Ein
Transducer
Bei
starren Proben, wie z. B. den meisten Metallen, Halbleitern und
Keramiken, können für den Kontrast die Rayleigh-Wellen
an der Oberfläche eine dominante Rolle spielen. Sind die
zu untersuchenden Proben anisotropisch, dann wird es von der Oberflächenorientierung
und der Richtung der Ausbreitung darin abhängig sein. Die
in oder auf der Probe vorhandenen Elemente können z. B.
Risse
Zur Bestimmung der Materialeigenschaften ist die Evaluierung der Amplitude (Grauwert) aus dem Echosignal erforderlich. Ein Impedanzwert ist jedem Grauwert zugeordnet. Ein Reflexionskoeffizient wird aus dem zugeordneten Impedanzwert und dem Impedanzwert des gekoppelten Mediums kalkuliert. Die korrespondierende akustische Impedanz kann kalkuliert werden.to Determination of material properties is the evaluation of the amplitude (Gray value) from the echo signal required. An impedance value is assigned to each gray value. A reflection coefficient is calculated from the associated impedance value and the impedance value of the coupled medium calculated. The corresponding acoustic impedance can be calculated become.
Eine
Ausführungsform des akustischen Scanningmikroskops umfasst
einen hochauflösenden Linear-Servo-Scanner, der in X-Richtung
X und in Y-Richtung Y eine Reichweite (travel range) von bis zu
400 mm bei der Verwendung von Luftlagern besitzt. Die Geschwindigkeit
des Scanvorgangs ist 1 m/sec. Die Beschleunigung der Verfahreinheit
Bei
dem erfindungsgemäßen Scan-System mit den zwei
Transducern (siehe
Der Computer ist eine PC-Workstation mit Windows 2000 Professional oder XP. Die erreichte Bildauflösung beträgt 4096×4096 Pixel.Of the Computer is a PC workstation with Windows 2000 Professional or XP. The achieved image resolution is 4096 × 4096 Pixel.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
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Effective date: 20140314 |
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