-
-
Korpuskularstrahigerät mit einem in zwei Koordinaten verstellbaren
-
Objekthalter Die Erfindung betrifft ein Korpuskularstrahigerät, insbesondere
ein Elektronenstrahlmikroskop, mit einem im Hochvakuum liegenden, mindestens in
zwei Koordinatenrichtungen verstellbaren Objekthalter, von dem das untersuchende
Objekt mittel-oder unmittelbar gehalten wird, und der durch mechanische Vorrichtungen
von außen her in mindestens zwei Kbordi-atenrichtungen verstellbar ist. Die Effindung-bezieht
sich beispielsweise auf Elektronen- und Ionenmikroskope, sowie auch auf Elektronenstrahllithographiegeräte,
wie sie z.B. zur Halbleiterbelichtungstechnik verwendet werden und auf Geräte, bei
denen der Objekttisch mäanderförmig bewegt wird, um Daten für statistische Auswertungen
zu erhalten, wie das z.B. bei der sogenannten Linearanalyse der Fall ist.
-
Bei Korpuskularstrahlgeräten werden für die Bewegung des Objekthalters
bzw. Objekttisches im allgemeinen mechanische Verstelleinrichtungen benutzt, die
von außen her durch die Vakuumwand hindurch bedient werden. In den meisten Fällen
handelt es sich dabei um eine Objektbewegung,die kreuztischartig in einer Ebene
quer zur Strahlenachse erfolgen soll. Diese Querbewegungen werden mit Hilfe von
Kniehebeln in ihrer Bewegungsrichtung umgelenkt. Zugleich dienen die Kniehebel zu
einer Untersetzung der Verstellbewegungen. Die Kniehebel werden über Spindeln bewegt,
welche über Verlängerungsstangen gedreht werden. Durch diesen Aufbau kann die Bedienungsperson
den in unbequemer Entfernung angeordneten Objekthalter bequem und genügend fein
verschieben. Die DE-PS
1 035 811 beschreibt eine derartige Vorrichtung,
bei der die Kniehebel und die gegen sie arbeitenden Teile im Bereich der gegenseitigen
Berührungspunkte so ausgebildet sind, daß eine proportionale übertragung der Bewegungen
der parallel zur Strahlenachse liegenden Verstellschrauben durch die Kniehebel auf
die Druckstangen erfolgt, die mit dem verstellbaren Objekttisch verbunden sind.
-
Es liegt nahe, die Verstellschrauben mit Mikrometerspindeln oder Zählwerkes
zu kombinieren bzw. zu verbinden, so daß die Tischposition unmittelbar an den Antriebselementen
angezeigt wird.
-
In der DE-AS 1 564 657 sind die Verstellschrauben mit Stellmotoren
verbunden, die über eine Programmsteuereinrichtung die Abtastung aller Objektstellen
in einer vorprogrammierten Reihenfolge ermöglichen. In der Zusatzanmeldung DE-AS
1 614 528 ist die Verstellung mit Schrittmotoren beschrieben, wobei die je Ansteuerimpuls
erfolgende Verstellung der Schrittmotoren die kleinste Objektverstellung bewirkt.
-
Alle diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß di- Genauigkeit der
Anzeige bzw. Einstellung von der Linearität zwischen Antriebselementen und Tischbewegung
bestimmt wird. Bei hohen Ansprüchen an die Genauigkeit bis in den 100 bis 10 nm-Bereich
ist diese Linearität vor allem durch elastische Formveränderungen in Verbindung
mit unterschiedLichem Reibungskoeffizienten (Ruhe und Bewegung) nicht mehr gegeben.
-
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Korpuskularstrahlgerät
zu schaffen, mit dem die Koordinaten des Objektes exakt und ohne den Einfluß von
mechanischen übertragungsmitteln gemessen werden können.
-
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß Meßelemente
zum berührungslosen Messen der Objekthalterkoordinaten vorgesehen sind, die mit
einer außerhalb des Gerätes angeordneten DigitaLanzeige in Verbindung stehen. Das
erfindungsgemäß ausgebildete Korpuskularstrahlgerät erlaubt ferner eine genaue Vermessung
von Objektstrukturen durch punktweise Aufnahme, indem der Objekthalter jeweils so
verstellt wird, bis ein Punkt der auszumessenden
Objektstruktur
auf einem ortsfesten Zietkreuz, z.B. einer Markierung auf dem Endbildleuchtschirm,
zu Liegen kommt und anschLießend die Tischkoordinaten bestimmt werden. Das erfindungsgemäß
ausgebildete Korpuskularstrahlgerät erlaubt-auBerdem in einer weiteren Ausgestaltung
die genaue Bewegung des Objekthalters bzw. des fest mit ihm verbundenen Präparates
in einer vorgegebenen Bahn. Derartige Lösungen haben insbesondere für die HalbLeiterbelichtungstechnik
und für die Linearanalyse Bedeutung.
-
Es ist vorteilhaft für die Meßelemente Spulen zu verwenden, die fest
mit dem Außengehäuse verbunden sind, und in denen ferromagnetische Kerne, die fest
mit dem Objekthalter verbunden sind, berührungslos bewegt werden. In den Spulen
werden Spannungen induziert, die der relativen Lage der Kerne zu den Spulen entsprechen.
Die elektronische Auswertung dieser Spannungen ergibt eine digitale Anzeige der
Tischkoordinaten.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unterahsprüt'hen 2-14.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1-5 der beigefügten
Zeichnungen näher erLäutert. Im einzelnen zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel
zur berührungslosen Messung der Koordinaten bei einem Objekttisch mit Kreuzkopflager;
Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel zur berührungslosen Messung der Koordinaten
bei einem stabförmigen ObjekthaLter; Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Elektronenmikroskopes
mit Koordinateneinstellung und der neuen Koordinatenanzeige; Fig. 4 ein Blockschaltbild
für die Bewegung des Objekthalters nach einem vorgegebenen Programm; Fig. S eine
Ausführungsvariante für das Kreuzkopflager.
-
In Fig. 1 ist mit 1 der Objekttisch bezeichnet, der in der einen Achsrichtung
ein Kreuzkopflager 2 hat und in dieser Richtung über die Druckstange 3 bewegt wird.
In der dazu senkrechten Richtung wird der Tisch über die Druckstange 4 bewegt. Dabei
beschreibt der Tischmittelpunkt einen Kreis um den Mittelpunkt des Kreuzkopflagers
2. Durch die Feder 19 wird der Objekttisch immer gegen die Druckstangen 3 und 4
gezogen. Zur berührungslosen Tischkoordinatenmessung dienen die Meßwertgeber 5 und
6. Diese bestehen aus den Spulen 7 und 8, die fest mit dem Außengehäuse des Gerätes
verbunden sind. In den Spulen bewegen sich berührungslos ferromagnetische Kerne
9 und 10, die fest mit dem Objekttisch verbunden sind. Derartige handeLsübLiche
Meßwertgeber haben drei Wicklungen: eine Primärspule und zwei gegeneinander geschaltete
Sekundärspulen. In Abhängigkeit von der Stellung des Kernes im Spulenkörper ist
die transformierte Spannung in der ersten Sekundärspule größer als in der zweiten
Sekundärspule oder umgekehrt. Bei Mittelstellung des Kernes sind die Spannungen
an beiden Sekundärspulen gleich groß, die Ausgangsspannung ist dann Null, da die
Spulen gegeneinander geschaltet slnd.
-
Für eine möglichst einfache Umsetzung der Spannungen der Meßwertgeber
in die Tischkoordinaten ist es vorteilhaft die Meßwertgeber so anzuordnen, daß sie
in der Mittelstellung des Objekttisches symmetrisch auf einer Linie liegen, die
durch den Drehpunkt des Kreuzkopf Lagers 2 geht und in der Verschiebe- bzw. Zeichenebene
senkrecht auf der Verbindungs-Linie zwischen dem Präparat 11 und dem Drehpunkt 2
liegt. In diesem Fall ergeben sich die Tischkoordinaten aus folgenden Gleichungen:
X = A (m1 + m2) Y = 8 (m1 - m2) wobei m1 das von dem Meßwertgeber 5 erzeugtes Signal
und m2 das von dem Meßwertgeber 6 erzeugte Signal ist. A und B sind Proportionalitätskonstanten,
die von dem Abstand der beiden Meßwertgeber voneinander abhängen. Es ist zweckmäßig,
diesen Abstand so zu wählen, daß er zwischen dem 1/2 bis 2-fachen des Abstandes
zwischen dem Präparat 11 und dem Drehpunkt des Kreuzkopflagers 2 liegt.
-
In Fig. 5 ist eine vorteilhafte Abänderung des Kreuzkopflager gezeich-
net.
Hier bewegt sich ein zylinderförmiger Stift 51 an der ebenen Fläche eines unter
dem Objekttisch 1 angeordneten Teiles 52, das fest mit der Tischauflage verbunden
ist.
-
In Fig. 2 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein stabförmiger Objekthalter
darg-- t Llt. Der Stab 12 ist verschiebbar in einer Kugel 13 ge-Lagert, die wiederum
drehbar in dem Gehäuse 14 gelagert ist. Die Dichtungen 15 trennen den Vakuumraum
vom Außenraum des Gerätes. Zur berührungsloscn Halterkoordinatenmessung dienen auch
hier die Meßwertgeber 5 und 6. Diese bestehen wieder aus den Spulen 7 und 8, die
fest mit dem Außengehäuse 14 verbunden sind. In den Spulen bewegen sich berührungslos
die ferromagnetischen Kerne 9 und 10, die fest mit dem Objekt ha lter verbunden
sind.
-
Für eine möglichst einfache Umsetzung der in den Spulen induzierten
Spannungen gelten die gleichen Bedindungen wie oben, wobei hier der Drehpunkt der
Mittelpunkt der Kugel 13 ist.
-
In Fig. 3 ist schematisch ein Elektronenstrahlmikroskop mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur berührungslosen Koordinatenmessung dargestellt. Die Mikroskopsäule
21 enthält im Innern den Objekthalter bzw.
-
-tisch der von außen durch die in 22 und 23 enthaltenen Druckstangen
und Kniehebel bewegt wird. Die gewünschte Objektverschiebung erfolgt mittels der
beiden Antriebsräder 28 und 29, die über die Verlängerungsstangen 24 und 25 auf
die in 22 und 23 enthaltenen Kniehebel und Druckstangen wirken. Die von den Meßwertgebern
am Objekthalter aufgenommenen MeßsignaLe werden nach entsprechender elektronischer
Aufarbeitung von den Digitalanzeigen 26 und 27 angezeigt, die unmittelbar im Beobachtungsfeld
der Bedienungsperson Liegen.
-
In einer spezieLLen Ausführungsform ist die ELektronik so ausgelegt,
daß ein einstellbarer Meßbereich von 40, 400 oder 4000 /um in je 4000 Schritte aufgelöst
wird. Eine NulLung der Anzeige ist an jeder beliebigen Stelle möglich. Durch einen
festen Zielpunkt am Endbildleuchtschirm, auf den ein zu vermessendes Objektdetail
mit Hilfe der Halterverstellung gebracht wird, können seine Koordinaten bestimmt
und zur
weiteren Verarbeitung auch Rechnern übergeben werden, wie
z.B..dem in Fig. 3 mit 29 bezeichneten bekannten Gerät zur Bildanalyse. Für die
Auslösung der uebergabe werden zweckmäßigerweise zwei verschiedene Methoden verwendet:
bei starker Vergrößerung ist die Einstellung eines bestimmten Objektdetails auf
den Zielpunkt schwierig; dauer erfolgt die uebergabe durch Betätigen eines Hand-
oder Fußschalters, wenn die Einstellung genügend genau erfolgt ist. Bei normaler
oder schwacher Vergrößerung ist die mechanische Nachführung sehr viel einfacher,
so daß es für die Bedienungsperson bequemer ist, wenn die übernahme jeweils nach
Ablauf eines wählbaren Zeitintervalles erfolgt, das sich regelmäßig wiederholt.
Die Wahl der übergabeart erfolgt mit dem in Fig. 3 mit 30 bezeichneten Schalter,
der sowohl auf Einzelauslosung als auch auf verschiedene Längen der sich wiederholenden
Zeitintervalle einstellbar ist.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird die Bewegung des Objekthalters
durch Elektromotoren bewirkt, die durch eine elektronische Einrichtung gesteuert
werden, welche ein Bewegungsprogramm für das Objekt enthält. Das Bewegungsprogramm
ist in dem Blockschaitild der Fig. 4 mit dem Kasten 40 bezeichnet. Es enthält den
zeitlichen Verlauf der Sollkoordinaten x und y. Mit 41 ist der Objekthalter einschließlich
der Meßwertaufnehmer bezeichnet. Aus den Signalen er Meßwertaufnehmer werden die
mit 42 und 43 bezeichneten Ist-Koordinaten gewonnen. Diese werden den Soll-Ist-Wertvergleichern
44 und 45 zugeführt und dort mit den Sollwerten verglichen. Die in den Vergleichern
ermittelten Spannungen werden über die Verstärker 46 und 47 den Motoren 48 und 49
zur Bewegung des Objekthalters zugeführt. Durch die Rückmeldung der tatsächlichen
Objekthalterposition, die Vergleiche der Soll- und Istwerte und die entsprechenden
Korrekturbewegungen wird erreicht, daß das vorgegebene Bewegungsprogramm mit höchster
Präzision d.h. unter Ausschluß alle mechanischen Fehler der mechanischen Antriebsmechanismen
ausgeführt wird.
-
Leerseite