DE202008018179U1 - Device for the spatial representation of samples in real time - Google Patents
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Abstract
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 eine dargestellte Probe fallen, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikelbündel der primären Quelle in eine sekundäre Quelle (1) geleitet ist, dass im Bewegungspfad des ausgehenden Partikelbündels mit einer Achse (5) eine neigbare Rastereinheit (2) oberhalb des Objektivs (3) angeordnet ist, die in Bezug auf die Probe (4) aus einem Untergeschoss (2.2) und einem Obergeschoss (2.1) besteht, dass das Untergeschoss (2.2) und das Obergeschoss (2.1) aus mindestens zwei neigbaren Rastermitteln (6, 7) so bestehen, dass sie im Durchgangsbereich der Partikelbündel mit der Achse (5) senkrecht zueinander verlaufende Felder bilden, dass an das erste neigbare Rastermittel (6) zum einen der Ausgang der ersten einstellbaren Quelle (6.1) mit gleichmäßigem Neigungssignal und zum anderen der Ausgang der...Apparatus for the spatial representation of samples in real time with a basic device which has a primary particle bundle source, the particles falling onto a displayed sample after passing through a tube using a particle optics system and an objective, characterized in that the particle bundle of the primary source is in a secondary source (1) is directed that in the path of movement of the outgoing particle bundle with an axis (5) a tiltable raster unit (2) is arranged above the objective (3), which in relation to the sample (4) consists of a basement (2.2 ) and an upper floor (2.1) that the lower floor (2.2) and the upper floor (2.1) consist of at least two inclinable grid means (6, 7) so that in the passage area of the particle bundles with the axis (5) they are perpendicular to each other form that on the first inclinable grid means (6) on the one hand the output of the first adjustable source (6.1) with glei inclination signal and on the other hand the output of the ...
Description
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.The invention relates to a device for real-time spatial or 3D display according to the preamble of
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.To create a 3D image, a pair of images must be created, with the images taken at different viewing angles. One image is intended for the right eye and the other image for the left eye. In molecular microscopes, different methods were designed to obtain these two images. One of the more commonly used methods is tilting the microscope tube against the sample plane, which is difficult to implement, or arranging multiple detectors offset from each other at an angle above the sample. This increases the cost and limits the space in the specimen chamber. In general, the simple tilting of the sample holder is used, which is relatively slow and complicated in addition because of the mechanical inaccuracies, or the tilting of the axis of a particle beam, which appears most advantageous in scanning microscopes.
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.
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.
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.Obtaining two samples of the sample corresponding to the two bundles incident at different angles is associated with a number of problems, especially at high magnification or resolution. These are problems associated with shifting the bundle incidence at the left and right inclinations, as well as the depth of field, lens aberrations, insufficient adjustment accuracy of the bundle inclination, and the like. Ä. The existing methods of 3D representation can solve these problems only by the use of time-consuming procedures.
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.This expenditure of time makes it impossible to use previously known 3D presentation methods for some applications, such as eg. B. for the manipulation of small objects, in which an image of the sample to be manipulated must be obtained, as well as the live-in-real-time operation of the manipulation device, d. H. the moment the manipulation occurs.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zu beseitigen und eine 3D-Beobachtung und Manipulation der Probe in Echtzeit zu ermöglichen.It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned disadvantages and to enable a 3D observation and manipulation of the sample in real time.
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.The stated object is solved by the features of
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.In one possible embodiment, the tiltable screen means are designed as raster coils. At the input of the first coil are outputs of the first adjustable source with uniform slope signal and the first adjustable source with Alternating raster signal connected, these sources are connected in parallel. Connected to the input of the second coil are outputs of the second adjustable source with uniform slope signal and the second adjustable source of alternating raster signal, these sources being connected in parallel. All of these sources are sources of power.
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.In a further possible embodiment, the tiltable screen means are formed as raster electrodes. Each floor contains two pairs of scanning electrodes. The first pair of raster electrodes are connected in parallel to the series connection of the first adjustable source with uniform slope signal and the second adjustable source with alternating raster signal. Similarly, the second pair of raster electrodes are connected in parallel to the series connection of the second adjustable source with uniform slope signal and the second adjustable source with alternating raster signal. in this case, all these sources are voltage sources.
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.In a further advantageous embodiment, an additional lens with adjustable focus distance can be arranged between the upper floor of the tiltable grid unit and the last condenser lens of the particle optical system, which is intended for the correction of spherical aberrations or errors of the objective and the increase of the depth of field.
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.The secondary source of the particles can be formed in various ways. One of the possibilities is the formation of a real source. This real source is usually the closest point of intersection formed by the optical system of the basic device above the upper floor of the tiltable grid unit. The exit of this point of intersection is a particle bundle diverging in the direction of the sample with an axis. Another possibility is that the source of the particles is a virtual source, consisting of an intersection formed by an auxiliary lens below the basement of the tiltable grid unit. The exit of this point of intersection is a particle bundle tapering in the direction of the sample. Another possibility is that the source of the particles is an infinite source consisting of an auxiliary lens and the output of which is a parallel particle bundle.
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.In all embodiments of the invention, the entire sample is first scanned through the bundle whose axis is inclined to the vertical incidence by the angle + Φ. By means of a device for detecting secondary particles coming from the sample, the image of the sample is then obtained "from the left". In the second step, the same is repeated for the bundle which is inclined in the opposite direction, usually - but not necessarily - symmetrically at the angle -φ. In this way, the image of the sample is obtained "from the right".
Als Vorrichtung zur Erfassung von sekundären Partikeln können z. B. SE-, BSE-Detektoren, RTG-Strahlung, Katodolumineszenz u. ä. dienen.As a device for detecting secondary particles z. B. SE, BSE detectors, RTG radiation, Katodolumineszenz u. Ä. Serve.
Für die Verarbeitung und Beobachtung der gewonnenen beiden Bilder kann eine Reihe verschiedener Methoden gewählt werden, die mit der vorlegenden 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.For the processing and observation of the obtained two images, a number of different methods can be chosen, which are fully compatible with the present invention. These methods can include a variety of combinations of common or special screens and special glasses. For example, special screens can be used in combination with polarizing filter goggles, common television screens in combination with synchronized shutter LCD goggles, and an anaglyph observed with color filter goggles.
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.The device is suitable for spatial representations and surveys of surfaces as well as for use in manipulating small objects, with the final image being observed in real time as an anaglyph. The device makes it possible to obtain at least four 3D images per second, which fully corresponds to the nanomanipulation applications. The chosen type of presentation also allows the observation of several people at the same time, without increasing the cost.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The device according to the present invention will now be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
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.The present invention can be used in any device with a corpuscular bundle. For the sake of clarity, a device based on a scanning electron microscope will be described. Parts of the device that are not directly related to the principle of the present invention, ie components such as the cathode, anode, condenser lenses, Apertures (lens openings), detectors u. Ä., For the sake of clarity in the drawings are not shown.
Das Untergeschoss
Die Rastermittel
Zwecks besserer Anschaulichkeit zeigt
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden als neigbare Rastermittel
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden als neigbare Rastermittel
Die im unteren Teil des Tubus oberhalb des Objektivs
Für den Fall, dass als neigbare Rastermittel
Wie in den
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.The tilt offset is calibrated so that the tilt angles of the bundle can be selected directly. Calibration is performed through the sample with a rectangular step profile.
Bei der Konfiguration der neigbaren Rastereinheit
Die Korrektur des Objektiv-Erregungsstroms für geneigte Bündel, z. B. für das Bündel mit der Achse
- I
der Objektivstrom 3 bei der Neigung des Partikelbündels mit der Achse5 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.
- I
- the lens current
3 at the inclination of the particle bundle with theaxis 5 around the angle Φ, - I 0
- the lens current
3 in the non-inclined bundle, when Φ = 0, - C s
- the coefficient of spherical deviation or error (m),
- Φ
- the inclination of the bundle (row),
- N
- the number of threads of the
lens 3 . - V
- the bundle energy (eV) and
- K
- a dimensionless constant that characterizes the given lens.
In einer weiteren Anordnung der Erfindung kann die Zusatzlinse
In allen Ausführungsbeispielen der Erfindung wählt der Benutzer zuerst den Neigungswinkel Φ des Bündels. Anschließend erfolgt das dynamische Rastern über die ganze Probe
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.The invention can be used in the field of scanning electron and ion microscopes, which are intended for spatial representations. It also allows a so-called nanomanipulation, d. H. a manipulation of small objects under the microscope in real time. The invention can also be used for a wide variety of spatial surveys of observed areas.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20120308 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20120202 |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20140428 |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
R071 | Expiry of right |