DE1514595C - Korpuskularstrahlgerat, insbesondere Elektronenmikroskop mit axialer Bewegbar keit des Objektes - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Korpuskular- schleusbar ist, so daß auch beim Objektwechsel eine

strahlgerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit Aufhebung des Vakuums vermieden wird,

einer Objektivlinse, einer Objektpatrone und An- Die Antriebsmittel können — in an sich bekannter

triebsmitteln, durch die das Objekt relativ zu einem Weise — eine in Achsrichtung der Linse verlaufende

die Objektpatrone haltenden Teil des Gerätes, ins- 5 Zahnreihe auf dem Außenmantel der Objektpatrone

besondere einem Objekttisch, in Richtung der Achse sowie ein mit der Zahnreihe zusammenwirkendes

der Objektivlinse bewegbar ist. Eine axiale Beweg- Zahnrad oder Ritzel enthalten, das in den die Ob-

' barkeit der Objektpatrone hat man bisher zum jektpatrone haltenden Teilen des Gerätes, vorzugs-

Einschleusen des Objekts (deutsche Patentschrift weise einem Objekttisch, gelagert ist. Dabei wird man

898 502) oder zum Scharfstellen des Bildes io die in dem Objekttisch od. dgl., das heißt außerhalb

(deutsche Patentschriften 756 934 und 888 894) vor- der Objektpatrone, angeordneten Teile des Antriebes

gesehen. '. so anordnen, daß sie das Schleusen der Objektpatrone

Bei einem Gerät der genannten Art besteht die Er- nicht behindern.

findung in einer solchen Dimensionierung der An- Eine andere Lösungsvariante der Erfindung

triebsmittel, daß der Bewegungsbereich des Objekts 15 zeichnet sich dadurch aus, daß die Objektpatrone

die Strecke zwischen der vorderen und der hinteren zwei konzentrische, in die Bohrung der Objektivlinse

Brennebene der Objektivlinse einschließt. Die axiale in Achsrichtung hineinragende Hohlzylinder aufweist,

Bewegung des Objekts kann dadurch bewirkt wer- die aus magnetisch unwirksamem Material bestehen

den, daß die Objektpatrone als Ganzes gegenüber und von denen der innere das Objekt hält, und daß

einem Objekttisch verstellbar ist, oder dadurch, daß 20 der innere Hohlzylinder auf seinem Außenmantel

Teile der Objektpatrone gegeneinander verstellbar eine in Achsrichtung verlaufende Zahnreihe trägt, die

sind. mit einem in dem äußeren Hohlzylinder in Achsrich-

An Hand der F i g. 1 bis 3 wird im folgenden zu- tung gelagerten Ritzel zusammenwirkt, das mit einem

nächst das der Erfindung zugrunde liegende Problem Getriebe in Verbindung steht, von dem zumindest

erläutert. 25 ein Teil in den die Objektpatrone haltenden Teilen

In Korpuskularstrahlgeräten, beispielsweise Elek- des Gerätes, insbesondere einem Objekttisch, geleert tronenmikroskopen, mit einer Objektivlinse und einer ist. Während bei der erstgenannten Ausführungsfümi Objektpatrone läßt sich eine hoch auflösende Ver- der Erfindung also die gesamte Patrone innerhalb größerung von Objekten erzielen, die in der Nähe der Linsenbohrung bewegbar angeordnet ist, sich der vorderen Brennebene der Objektivlinse angeord- 30 also fahrstuhlartig innerhalb der Objektivliiise benet sind. F i g. 1 zeigt den an sich bekannten Strahlen- wegt, erfolgt die Objektbewegung im Falle der letztgang eines zweistufigen Elektronenmikroskops. Der genannten Ausführungsform der Erfindung innerhalb von einer Strahlquelle β emittierte Elektronenstrahl eines dabei feststehenden Teiles der Objektpatrone, fällt auf das in der vorderen Gegenstandsebene GI Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung befindliche Objekt O, von dem die Objektivlinse OL 35 ist darin zu sehen, daß sie die Durchführung einer deren objektseitige Brennebene mit FI und deren Objektraumkühlung, wie sie zur Verhinderung der bildseitige Brennebene mit FII bezeichnet ist, das Objektverschmutzung bei Vermeidung eines unererste Bild (Zwischenbild) BI erzeugt. Dieses Zwi- wünschten Objektabbaues immer mehr Anwendung schenbild wird mittels der Projektivlinse vergrößert findet, durchzuführen gestattet, und zwar bei den als Endbild E beispielsweise auf einem Aufsichts- 40 verschiedenen durch unterschiedliche Stellungen des leuchtschirm abgebildet. Objektes bezüglich der Brennpunkte der Linse er-

Während bei diesem üblichen Strahlengang, wie er möglichten Untersuchungsverfahren. Zur Durch in Fig. 1 angegeben ist, das Objekt nahe der vor- führung dieser Objektraumkühlung ist es lediglich deren Brennebene FI der Objektivlinse OL liegt, ist erforderlich, daß in die Linsenbohrung ein mit einem es im Falle der F i g. 2 relativ weit von dieser Brenn- 45 Kühlmittel in wärmeleitender Verbindung stehender ebene entfernt. Die einzelnen Linsen und Ebenen Zylinder eingesetzt ist, der sich zumindest zwischen sind mit denselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 ver- den beiden Brennebenen der Objektivlinse erstreckl. sehen. Mit einem solchen Strahlengang läßt sich die Diese einfache Konstruktion zur Durchführung der Wirkung der Objektivlinse OL gegenüber dem Strah- Objektraumkühlung läßt sich deshalb anwenden, weil lengang nach Fig. 1 umkehren, d. h., es lassen sich 50 die erfindungsgemäße Lösung praktisch keine VerVerkleinerungen des Objektes O erzielen. größerung des von der Objektpatrone eingenomme-

Im Gegensatz zum Strahlengang nach Fig. 1 be- nen Raumes innerhalb der Linsenbohrung erfordert,

findet sich im Falle des Strahlenganges für Beugung In diese Linsenbohrung braucht also lediglich in den

im konvergenten Bündel gemäß Fig. 3 das zu unter- Zwischenraum zwischen den Polschuhen bzw.

suchende Objekt in Strahlrichtung unterhalb der Ob- 55 Elektroden der Linse einerseits und dem Außen-

jektivlinse. mantel des in die Linsenbohrung hineinragenden

Die Erfindung ermöglicht es, nacheinander Unter- Teiles der Objektpatrone andererseits ein gekühlter

suchungen eines Objekts mit den an Hand der Fig. 1 topf- oder rohrförmiger Einsatz eingebracht zu

bis 3 erläuterten Methoden durchzuführen, ohne beim werden, der mit einem innerhalb oder außerhalb des

Übergang von der einen zur anderen Methode das 60 Korpuskularstrahlgerätes in an sich bekannter Weise

Vakuum des Korpuskularstrahlgerätes zu unterbre- angeordneten Tiefkühlmittel, beispielsweise flüssiger

chen, und zwar durch eine entsprechend dimensio- Luft, in wärmeleitender Verbindung steht,

nierte Bewegungsmöglichkeit des Objektes innerhalb Es kann ferner erwünscht sein, nicht nur den

der Objektivlinsenbohrung. Mit Vorteil wird man fer- Objektraum, d. h. die Objektumgebung, zu kühlen,

ner die Konstruktion so treffen, daß die Objekt- 65 sondern auch eine definierte Kühlung des Objektes

patrone ungeachtet ihrer im Hinblick auf Verschieb- vorzunehmen, beispielsweise um das Verhalten des

barkeit des Objektes in Richtung der Achse des Gefüges desselben bei verschiedenen Temperaturen

Korpuskularstrahlapparates getroffenen Konstruktion studieren oder einen Abbau von Schichten vornehmen

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zu können. Auch diese Möglichkeit bietet die Erfin- über nicht dargestellte, in an sich bekannter Weise dung, und zwar ebenfalls für alle bei unterschiedlichen durch das Vakuumgehäuse des Korpuskularstrahl-Lagen des Objektes im Strahlengang durchgeführten gerätes hindurchgeführte Antriebsmittel bewirkt über Untersuchungen, ohne großen konstruktiven Auf- das weitere Zahnrad 13 eine Drehung der Schnecke wand. Es genügt nämlich, daß der gekühlte Zylinder 5 10 und damit über die Zähne 11 eine Verschiebung wärmeleitende, vorzugsweise federnde Kontakte in des auf dem Objektträger 8 befindlichen Objektes in solcher Anordnung trägt, daß sich diese bei Lage des Achsrichtung der Objektivlinse 5, In dem dargestellten Objektes in der hinteren Brennebene auf den inneren Ausführungsbeispiel ist die Dimensionierung dieses Zylinder der Objektpatrone oder eine Objektträger- Antriebes sowie der einzelnen Teile der Objektblende auflegen. Bei dieser Lösungsvariante dient io patrone 1 so getroffen, daß das Objekt alle Lagen also der gekühlte Zylinder nicht nur zur Bestimmung zwischen den beiden Brennebenen FI und FII der der Temperatur der Objektumgebung zum Zwecke Objektivlinse 5 einschließlich der Brennebenen selbst der Verringerung oder Verhinderung der Objektver- einnehmen kann. Besonders günstig ist es, wenn man schmutzung, sondern auch zur Kühlung des Objektes das Objekt etwas über die Brennebenen hinaus beselber. Dabei kann die wärmeleitende Verbindung 15 wegen kann. Damit gestattet die figürlich dargestellte zwischen diesem Zylinder einerseits und den das Konstruktion also alle in den F i g. 1 bis 3 darge-Objekt tragenden Teilen, beispielsweise einer Objekt- stellten Untersuchungsverfahren durchzuführen,
blende, andererseits über einen begrenzten Quer- Die aus F i g. 5 ersichtliche Formgebung der einschnitt aufweisende federnde Mittel insofern günstig zelnen Teile verhindert eine Objektdrehung bei der sein, als ein Temperaturgefälle zwischen dem ge- 20 Objektverschiebung.

kühlten Zylinder und dem Objekt sich auch bei Die Linsenbohrung 4 der im wesentlichen aus den gekühltem Objekt hinsichtlich der Verringerung der beiden Polschuhen 14 und 15 einschließlich einer Verschmutzung desselben günstig auswirkt. Die ver- nicht dargestellten Wicklung und einem magnetischen schmutzungshemmende Wirkung der Objektraum- Rückschluß bestehenden Objektivlinse 5 nimmt in kühlung hat nämlich ihre Ursache darin, daß das 25 dem dargestellten Ausführungsbeispiel ferner den Objekt nicht den kältesten Teil der Anordnung dar- zylinderförmigen Einsatz 16 auf, der in an sich bestellt, so daß die Verweilzeit der Moleküle und Atome kannter und nicht dargestellter Weise in seinem der zur Verschmutzung beitragenden Gase und außerhalb der Linse 5 befindlichen Bereich beispiels-Dämpfe an dem gekühlten Zylinder größer ist als an weise über eine Kühlstange in wärmeleitender Verdem gekühlten Objekt. 30 bindung mit einem Tiefkühlmittel steht. Dieser ge-

Daß man im Rahmen der Objektkühlung noch kühlte Zylinder 16 ist wärmeisoliert mittels des aus

zusätzliche Maßnahmen, beispielsweise das Vorsehen wärmeisolierendem Material bestehenden Ringes 17

eines Thermoelementes zur Erfassung der Objekt- gehalten. Er dient zur Objektraumkühlung und ist so

temperatur, treffen kann, ist dem Fachmann auf bemessen, daß er bei allen durch die Konstruktion

diesem Gebiet bekannt und braucht im einzelnen 35 ermöglichten Stellungen der Objektträgerblende 8 eine

nicht ausgeführt zu werden. zuverlässige Objektraumkühlung bewirkt.

Die Konstruktion wird im folgenden an Hand des Für den Fall, daß auch eine Kühlung des Objektes

in den F i g. 4 und 5 dargestellten Ausf ührungs- selber erwünscht ist, sind mittels des Schraubeinsatzes

beispiels beschrieben. Dabei stellt 18 wärmeleitende Federn 19 innerhalb des von dem

F i g. 4 einen Querschnitt, 4° gekühlten Zylinder 16 umschlossenen Raumes ange-

F i g. 5 einen Längschnitt durch diejenigen Teile ordnet. Diese Federn 19 legen sich bei einer durch

eines Elektronenmikroskops einschließlich der die Stellung des Teiles 18 gegebenen Lage der

Objektpatrone dar, die im Bereich der Objektivlinse Objektträgerblende 8 gegen diese oder gegen das

liegen und für die Erfindung von Bedeutung sind. Teil 9 und stellen damit eine wärmeleitende Verbin-

Die Objektpatrone ist allgemein mit 1 bezeichnet. 45 dung zwischen dem Objekt über die Teile 8, 9,19

Sie besteht im wesentlichen aus dem Patronenkonus 2, und 16 sowie beispielsweise die Kühlstange zu dem

der das zum Einsetzen der Objektpatrone 1 in den Kühlmittel her.

Objekttisch 3 dienende Teil der Patrone bildet, sowie Die Erfindung gestattet, das Objekt ohne Aufzwei in die Bohrung 4 der Objektivlinse 5 hinein- hebung des Vakuums des Korpuskularstrahlgerätes ragenden, einander konzentrisch umgebenden Hohl- 50 in durch die gewünschten Untersuchungsmethoden zylindern 6 und 7. Von diesen Hohlzylindern trägt gegebene Stellungen längs der Korpuskularstrahlachse der mit 6 bezeichnete innere an seinem unteren Ende zu bewegen. Dabei sind die durch die Erfindung erdie Objektblende 8 mit dem Objekt. Die Objekt- möglichten Untersuchungen nicht auf die an Hand blende 8 ist mittels des Teiles 9 an dem inneren Hohl- der Strahlengänge nach den F i g. 1 bis 3 erläuterten zylinder 6 durch Verschrauben gehalten. Dieses 55 beschränkt. Beispielsweise läßt sich auch ein Teil 9 kann dabei so ausgebildet sein, daß das Objekt schattenmikroskopisches Bild von Objekten hermöglichst frei in seiner Umgebung schwebt. Zu stellen. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf das diesem Zweck kann das Teil 9 Streben zur Halterung bisher in den Vordergrund gestellte Anwendungsder Objektblende 8 aufweisen, wie dies bereits vor- beispiel einer elektronenmikroskopischen Untergeschlagen worden ist. Der innere Hohlzylinder 6 ist 60 suchung beschränkt, vielmehr kann die neue Koninnerhalb des äußeren Hohlzylinders 7 in Achs- struktion beispielsweise auch in Beugungsgeräten oder richtung durch die Spindel 10 gehalten, die innerhalb in Geräten zur Ladungsträgerstrahlbearbeitung eingeeiner Ausnehmung in dem äußeren Hohlzylinder 7 setzt werden. Dabei ist beispielsweise an die Verum eine parallel zur Korpuskularstrahlachse verlau- wendung der an Hand in F i g. 2 beschriebenen verf ende Achse drehbar gelagert ist und mit Zahnstangen- 65 kleinerten Abbildung eines Objektes, z. B. einer ähnlich angeordneten Zähnen 11 auf dem Außen- Blende, zur Herstellung einer kleineren Blende bemantel des inneren Hohlzylinders 6 im Eingriff steht. stimmten Durchlässigkeitsverhaltens, beispielsweise Eine Drehung des Zahnrades 12 in dem Objekttisch 3 einer sogenannten Hoppeschen Zonenplatte, gedacht.

Die herzustellende Blende befindet sich dann in der Ebene BII. Auch in Geräten zur Röntgenmikroanalyse durchstrahlbarer und massiver Präparate läßt sich die Erfindung mit Erfolg einsetzen. Sie läßt sich auch zur Scharfstellung des Endbildes verwenden, wenn man diese nicht mit Linsenstrom- oder Hochspannungsänderung erreichen kann.

Des weiteren sind Abänderungen des figürlich dargestellten Ausführungsbeispieles möglich. Die Länge des gekühlten Zylinders wird man dem Abstand zwischen der jeweils höchsten und tiefsten Stellung des Objektes anpassen; wird das Objekt in dem betreffenden Gerät nicht bis in die untere Brennebene der Objektivlinse bewegt, so kann der gekühlte Zylinder auch kürzer sein. Die Zahnräder sowie die Schnecken lassen sich gegebenenfalls auch durch andere bewegungsübertragende Elemente ersetzen, beispielsweise durch Reibräder. Die als 'Wärmekontakte dienenden Federn können auch an einer anderen Stelle angeordnet sein, falls nur bei einer bestimmten Stellung des Objektes dessen Kühlung erwünscht ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Korpuskularstrahlgerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer Objektivlinse, einer Objektpatrone und Antriebsmitteln, durch die das Objekt relativ zu einem die Objektpatrone haltenden Teil des Gerätes, insbesondere einem Objekttisch, in Richtung der Achse der Objektivlinse bewegbar ist, gekennzeichnet durch eine solche Dimensionierung der Antriebsmittel, daß der Bewegungsbereich des Objekts die Strecke zwischen der vorderen und der hinteren Brennebene der Objektivlinse einschließt.

2. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel eine in Achsrichtung verlaufende Zahnreihe auf dem Außenmantel der Objektpatrone sowie ein mit der Zahnreihe zusammenwirkendes Zahnrad oder Ritzel enthalten, das in den die Objektpatrone haltenden Teilen des Gerätes, vorzugsweise einem Objekttisch, gelagert ist.

3. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektpatrone zwei konzentrische, in die Bohrung der Objektivlinse in Achsrichtung hineinragende Hohlzylinder aufweist, die aus magnetisch unwirksamem Material bestehen und von denen der innere das Objekt hält, und daß der innere Hohlzylinder auf seinem Außenmantel eine in Achsrichtung ver^ laufende Zahnreihe trägt, die mit einem in dem äußeren Hohlzylinder in Achsrichtung gelagerten Ritzel oder einer Spindel zusammenwirkt, das bzw. die mit einem Getriebe in Verbindung steht, von dem zumindest ein Teil in den die Objektpatrone haltenden Teilen des Gerätes, insbesondere einem Objekttisch, gelagert ist.

4. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Linsenbohrung ein mit einem Kühlmittel in wärmeleitender Verbindung stehender Zylinder eingesetzt ist, der sich zumindest zwischen den beiden Brennebenen der Objektivlinse erstreckt.

5. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gekühlte Zylinder wärmeleitende, vorzugsweise federnde Kontakte in solcher Anordnung trägt, daß sich diese bei Lage des Objektes in der hinteren Brennebene auf den inneren Zylinder der Objektpatrone und/ oder eine Objektträgerblende auflegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen