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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 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.
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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;
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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
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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 Partkelbündel 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 Hegt 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 Zusatzlinse 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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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6930308 [0003]
- US 6963067 [0003]
- US 3986027 [0004]