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Aufbau der 4-Linsen Säule von TESCAN

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Aufgabe der Säule in einem Elektronenmikroskop ist es, den Strahl so zu formen, dass eine Abbildung der Probenoberfläche gelingt. Zu diesem Zweck wird der Elektronenstrahl von mehreren elektromagnetischen Linsen, Ablenkspulen und Blenden beeinflusst. Die Abbildungsqualität des Mikroskops ist von verschiedenen Parametern des Elektronenstrahls abhängig, wie z.B. Strahldurchmesser, Strahlstrom und Blendenwinkel. Read more

BrightBeam Elektronensäule (TESCAN CLARA, AMBER & AMBER X):

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Die BrightBeam-Elektronensäulen für universelle höchstauflösende analytische Fragestellungen basieren auf der aberrationsminimierenden Energiefilterungstechnologie von TESCAN.Viele verschiedene analytische Fragestellungen in der Elektronenmikroskopie benötigt man immer häufiger höchste und allerhöchste Auflösungen. Dies betrifft Proben aus dem Bereich Materialien, Mineralien, Werkstoffe, Polymere, biologische Proben u.w., welche bei Raum- und Cryotemperaturen höchstauflösend abbildbar sein sollen. Read more

Elektronenstrahlparameter

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Als Emissionsstrom bezeichnet man die Menge der aus der Kathode austretenden Elektronen in Abhängigkeit von der Austrittsfläche... Read more

IFIB+TM – TESCAN Xe Plasma Ionensäule

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Die Ionensäule (FIB-Säule) erzeugt und fokussiert den Ionenstrahl. Sie befindet sich oben in der Kammer neben der Elektronensäule (SEM-Säule). Zwischen der FIB- und der REM-Säule liegen 55 Grad Kippwinkel.

TESCAN Xe Plasma Ionensäule

 

Die iFIB+(tm) FIB-Säule besteht unter anderem aus den folgenden Teilen:

Ionenkanone (Ionenquelle) – Hier werden Xenonatome aus der Quelle beschleunigt. Die positiv-geladenen Xe-Ionen werden durch eine Beschleunigung durch ein Potential von 3 kV bis 30 kV in diesem Bereich der Säule auf ihre endgültige kinetische Energie, also Geschwindigkeit, gebracht. Das verwendete Xenon befindet sich innerhalb einer externen Gasdruckflasche und sehr einfach durch einen Flaschentausch schnell durch den Nutzer ausgetauscht werden. Für die iFIB+ verwendet TESCAN 5.1 Xe-Gas für eine stabile Ionenemission.

Kondensor – ist eine starke elektrostatische Linse, die den Ionenstrahl in die Apertur fokussiert. Die Hochspannung der Kondensorlinse kann in der TESCAN ESSENCE Software eingestellt werden. Zusammen mit der Apertur (Stromwahlblende) steuert der Kondensor den Ionenstrahlstrom und beeinflusst die Spotgröße des Ionenstrahls.

Säulenventil – ein Trennventil zwischen der Ionenkanone und dem unteren Teil der Ionensäule.

Piezo-Aperturen – ein Satz von 30 resistenten Aperturen in unterschiedlichen Größen. Die Aperturen werden mit Hilfe von zwei schnellen Hochpräzisionsmotoren (Piezomotoren) in der Steuerungssoftware optimiert.

Strahlenabblender (Beamblanker) und Faradaykäfig – der elektrostatische Beamblanker lenkt den Ionenstrahl mit Hilfe von Elektroden in den Faradaykäfig ab und verhindert so ein unerwünschtes Auftreffen des Ionenstrahls auf die Probe. Der Faraday-Cup befindet sich direkt unter den Aperturen und misst den genauen Wert des Strahlstroms. Die Ausblendungszeiten sind sehr kurz, was für eine schnelle Bildgebung und Lithographie notwendig ist.

Raster- und Stigmatisierungs-Oktupole – steuern die Ionenstrahlrasterung. Der Oktupol scannt über die Probenoberfläche, kann eine elektronische Drehung um einen beliebigen Winkel ohne Bildverzerrung durchführen (FIB Image Rotation in ESSENCE Software) und kann eine Bildverschiebung durchführen (FIB Image Shift). Der Stigmations-Oktupol dient auch zur Korrektur des Astigmatismus des Strahls (FIB-Stigmatoren).

Objektivlinse – ist eine elektrostatische Linse, welche den Ionenstrahl auf die Probenoberfläche fokussiert. Die Hochspannung dieser Linse wird ebenfalls über die TESCAN ESSENCE Software optimiert und eingestellt. Zusammen mit der Kondensorlinse und anderen Säulenbestandteilen trägt die Objektivlinse dazu bei, den Ionenstrahl auf einen kleinen Punkt der Probenoberfläche zu fokussieren. Sogenannte Streustrahlung (Halo) kann dabei minimiert werden. Der Ionenstrahl sollte beim Schneiden auch möglichst senkrecht zur Oberfläche auftreffen, um perfekte Schnittergebnisse zu erzeugen.

Wenn Sie mehr zum Thema FIB-REM erfahren wollen, buchen bei uns gerne eine FIB-Intensivschulung an Ihrem TESCAN FIB REM.

Die iFIB+(tm) Säule ist enthalten in den TESCAN Produkten: AMBER X, SOLARIS X

ORAGE(tm) – TESCAN Ga Ionensäule

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Die Ionensäule (FIB-Säule) erzeugt und fokussiert den Ionenstrahl. Sie befindet sich oben in der Kammer neben der Elektronensäule (SEM-Säule). Zwischen der FIB- und der SEM-Säule liegen 55 Grad Kippwinkel.

 

Aufbau ORAGE(tm) – TESCAN Ga Ionensäule

Die ORAGE(tm) FIB-Säule besteht unter anderem aus folgenden Teilen:

Ionenkanone (Ionenquelle) – Hier werden Galliumatome aus der Quelle beschleunigt. Die positiv-geladenen Ga-Ionen werden durch eine Beschleunigung durch ein Potential von 500 V bis 30 kV in diesem Bereich der Säule auf ihre endgültige kinetische Energie, also Geschwindigkeit, gebracht. Das verwendete Gallium befindet sich innerhalb der Galliumquelle und muss nach etwa 1500 FIB-Arbeitstunden ausgetauscht werden. Außerdem verwendet TESCAN monoisotopische Ga-Ionenquellen für eine bessere Ionenstrahlauflösung.

Kondensor – ist eine starke elektrostatische Linse, die den Ionenstrahl in die Apertur fokussiert. Die Hochspannung der Kondensorlinse kann in der TESCAN ESSENCE Software eingestellt werden. Zusammen mit der Apertur (Stromwahlblende) steuert der Kondensor den Ionenstrahlstrom und beeinflusst die Spotgröße des Ionenstrahls.

Säulenventil – ein Trennventil zwischen der Ionenkanone und dem unteren Teil der Ionensäule.

Piezo-Aperturen – ein Satz von 30 resistenten Aperturen in unterschiedlichen Größen. Die Aperturen werden mit Hilfe von zwei schnellen Hochpräzisionsmotoren (Piezomotoren) in der Steuerungssoftware optimiert.

Strahlenabblender (Beamblanker) und Faradaykäfig – der elektrostatische Beamblanker lenkt den Ionenstrahl mit Hilfe von Elektroden in den Faradaykäfig ab und verhindert so ein unerwünschtes Auftreffen des Ionenstrahls auf die Probe. Der Faraday-Cup befindet sich direkt unter den Aperturen und misst den genauen Wert des Strahlstroms. Die Ausblendungszeiten sind sehr kurz, was für eine schnelle Bildgebung und Lithographie notwendig ist.

Raster- und Stigmatisierungs-Oktupole – steuern die Ionenstrahlrasterung. Der Oktupol scannt über die Probenoberfläche, kann eine elektronische Drehung um einen beliebigen Winkel ohne Bildverzerrung durchführen (FIB Image Rotation in ESSENCE Software) und kann eine Bildverschiebung durchführen (FIB Image Shift). Der Stigmations-Oktupol dient auch zur Korrektur des Astigmatismus des Strahls (FIB-Stigmatoren).

Objektivlinse – ist eine elektrostatische Linse, welche den Ionenstrahl auf die Probenoberfläche fokussiert. Die Hochspannung dieser Linse wird ebenfalls über die TESCAN ESSENCE Software optimiert und eingestellt. Zusammen mit der Kondensorlinse und anderen Säulenbestandteilen trägt die Objektivlinse dazu bei, den Ionenstrahl auf einen kleinen Punkt der Probenoberfläche zu fokussieren. Sogenannte Streustrahlung (Halo) kann dabei minimiert werden. Der Ionenstrahl sollte beim Schneiden auch möglichst senkrecht zur Oberfläche auftreffen, um perfekte Schnittergebnisse zu erzeugen.

 

Wenn Sie mehr zum Thema FIB-REM erfahren wollen, buchen bei uns gerne eine FIB-Intensivschulung an Ihrem TESCAN FIB REM.
Die ORAGE(tm) Säule ist enthalten in den TESCAN Produkten: AMBER, SOLARIS

Triglav Elektronensäule (TESCAN MAGNA, SOLARIS & SOLARIS X):

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Die Triglav-Elektronensäule basiert auf dem Konzept und dem Zusammenspiel einer „Triade“ von elektronenoptischen Linsen und Detektoren zur Erreichung der höchstmöglichen SEM Probenauflösung.

In der Halbleiterindustrie sind höchste Auflösungen zur Abbildung von Kleinststrukturen nötig, was die jährliche steigende Halbleiterstrukturpackungsdichte nötig macht. Auch biologische Proben, Polymere Materialien, Mineralien und weitere, ausgenommen magnetisierbare Proben, sind bei Raum- oder Cryotemperaturen mit einen Triglav-System höchstauflösend untersuchbar.

Die Triglav-Elektronensäule ist ein sog. magnetisches Immersionssystem. Die Elektronensäule und die Probe bilden zusammen ein elektronenoptisches System. Dabei beeinflussen sich die Elektronensäule und die Probe gegenseitig.

Das Charakteristikum eines Immersionssystem ist, dass der erzeugte Elektronenstrahl so perfekt und so gerichtet wie möglich bis zur Probe hingeführt wird. Mithilfe eines in der Elektronensäule produzierten zusätzlichen magnetischen Feldes, welches von der Elektronensäule bis zur Probe reicht, werden die aus der Säule austretenden Elektronen bis zur Probe „geführt“.

So werden Aberrationen minimiert und der Elektronenstrahl wird bis zur Probe hin perfekt fokussiert.

Das TESCAN Triglav-System besteht dabei aus mehreren magnetischen Linsen (magnetische Spulen), wie auch in der Abb. 1 zu ersehen ist. Das TriLens-Objective-System, das Zusammenspiel aus den drei Linsen Zwischenlinse („IML“), analytische Linse und Ultra-Hochauflösungsline, welche ein gemeinsames elektronenoptisches System bilden, ist für die Erreichung der entsprechenden Auflösung von Wichtigkeit.

In der Elektronenquelle („Electron Source“) werden zunächst die Elektronen erzeugt. TESCAN verwendet ein einzigartiges Elektronenquellensystem auf Basis der Feldemission, welches einen sehr feinen Elektronenstrahl schon von Beginn an im Bereich von wenigen Nanometern erzeugt.

In der Elektronenquelle werden die Elektronen beschleunigt. Es können dazu Beschleunigungsspannungen zwischen 1 kV bis 30 kV per Menü ausgewählt werden, oder die Beschleunigungsspannung als eigener gewählter Wert direkt eingegeben werden. Die Beschleunigungsspannung ist auf 30 kV beschränkt (wegen Röntgenstrahlschutzvorschriften).

Abb. 1: Aufbau des TESCAN Triglav Elektronensäule, ein elektronenoptisches Immersionssystem.

 

Der austretende Elektronenstrahl wird im weiteren Verlauf vom Magnetfeld der ersten magnetischen Linse, dem „Kondensor“, wieder fokussiert.

Der fokussierte Elektronenstrahl tritt dann durch die mechanische Öffnung des axialen Detektorsystems und wird schließlich durch die zweite magnetische Linse, der intermediären Linse (Zwischenlinse), erneut fokussiert.

Leichte Inhomogenitäten im Magnetfeld der ersten zwei Linsen, welche technisch bedingt sind, führen zu kleinen Abweichungen in der Fokus-Strahlform, die durch die nachfolgenden Stigmationsspulen ausgeglichen werden können.

Im gleichen Bereich finden sich ebenfalls die Ablenkspulen („Scanning coils“), welche den Elektronenstrahl lateral in X und Y Richtung, auf Befehl des Operators, über die einfach zu bedienende und intuitive TESCAN Essence Software ablenken können und dabei auch die Schnelligkeit des sog. Rasterns („Scanning Speed“) über die Probe beeinflussen.

Schließlich wird der Elektronenstrahl durch das Magnetfeld der sog. Objektivlinse bis auf die Probenoberfläche hin fein fokussiert. In den meisten Elektronenmikroskopen ist die Objektivlinse die letzte magnetische Linse bevor der Elektronenstrahl auf der Probe auftrifft.

In TESCAN Geräten wird das Zusammenspiel bis zur Objektivlinse als „Analysis“-Modus bezeichnet und ist intuitiv einstellbar. TESCAN Säulen der 4. Generation erreichen bereits hier hohe Auflösungen und können feine Strukturen mit lateralen Bildausschnittsdimensionen (Vergrößerungen) im oberen Nanometerbereich (500 – 1000 nm) kontrastreich abbilden.

Schaltet man noch zusätzlich TESCAN „UH-Resolution“-Modus die 4. magnetische Linse an, welches ein (Immersion)-Magnetfeld um den Polschuh herum bis zur Probe hin aufbaut, welches den Elektronenstrahl (Primärstrahl) nach Austritt aus dem Elektronensäulenpolschuh nochmals fokussiert und bis zur Probe gerichtet weiterführt. Dies ermöglicht Bildausschnittsdimensionen bis in den unteren Nanometerbereich für die Abbildung von feinsten Strukturen (70 – 500nm).

Die sekundären (SE) oder rückgestreuten (BSE) Elektronen, welche durch den primären Elektronenstrahl in der jeweiligen Probe erzeugt werden, können durch Detektoren in der Kammer oder Detektoren in der Elektronensäule analytisch erfasst werden.

Der Vorteil eines ultrahochauflösenden Immersionssystem ist dabei, dass im eingeschalteten UH-Resolution-Modus, sowohl die SE und BSE- Elektronen nahezu vollständig von den Säulendetektoren erfasst werden können.

Die erzeugten Elektronen werden, genauso wie der Primärelektronenstrahl auf die Probe hin geleitet wird, durch das äußere Immersionsmagnetfeld vollständig in die Säule zurückgeleitet. Dadurch kann eine hohe Anzahl von Elektronen jeglicher Art in der Säule detektiert werden, was mit einer ultrahochauflösenden brillanten, und vor allem schnelleren, Bildausnahme einhergeht und ein Vorteil gegenüber anderen Säulen darstellt.

Dazu wurden drei optimierte Detektortypen zusätzlich in die Säule eingebaut, der sogenannte „In-Lens SE“-Detektor, der „Mid-Angle BSE“-Detektor und der „In-Beam f-BSE“-Detektor.

Abhängig von der Energie der einzelnen Elektronen (SE oder BSE- Elektronen) können diese weite Strecken zurücklegen und sogar den In-Beam-f-BSE-Detektor erreichen (je höher die Energie, desto weiter die zurücklegbare Strecke).

Selbstverständlich muss nicht unbedingt der UH-Resolutionsmodus eingeschaltet sein, damit mit den empfindlichen Säulendetektoren entsprechend detektiert werden kann. Dies ist auch in anderen Modi möglich, allerdings erhält man dem Immersionsmodus die höchste Auflösung und die höchste Ausbeute.

Der hochauflösende Analysis Modus bietet dabei den weiteren Vorteil, dass nicht nur die Säulendetektoren verwendet werden können, sondern auch der externe und motorisierte BSE Detektor und auch der Kammer SE Detektor. Dies ist dem Immersionsmodus nicht möglich.

Die Triglav-Säule bietet brillante und maximale hochauflösende und ultrahochauflösende Abbildungsperformance in TESCAN SOLARIS-Geräten.