<Desc/Clms Page number 1>
Mit mindestens zwei Beschleunigungsstufen versehener Strahlerzenger eines Korpuskularstrahlapparates. Wenn man den Strahlerzeuger eines gorpuskularstrahlapparates, beispielsweise eines Elektronenmikroskops, mit sehr hohen Beschleunigungsspannungen betreiben will, wählt man meist eine Unterteilung des Beschleunigungssystems in zwei oder gegebenenfalls sogar mehr Stufen.
Die Erfindung betrifft einen solchen mehrstufigen Strahl- erzeuger eines gorpuskularstrahlapparates, insbesondere eines Elektronenmikroskopes, und zielt darauf ab, einen möglichst einfachen, kurzen und leichten Strahlerzeuger für sehr hohe Spannungen zu schaffen.
Insbesondere die Kürze ist von besonderer Bedeutung, weil die bisher bekannten mehrstufigen Strahlerzeugungssysteme eine verhältnismässig grosse Bauhöhe benötigen, was zur Folge hat, dass diese Strahlerzeuger bei mechanischen Erschütterungen des Korpuskularstrahlapparates verhältnismässig empfindlich sind, dass sich also bei Erschütterungen die Strahllage relativ zur Apparatachse ändert.
Der erfindungsgemässe Strahlerzeuger ist dadurch gekennzeichnet, da.ss mindestens eine der Beschleunigungselektroden von einem zwischen zwei Isolatoren angeordneten, leitenden Tragring getragen wird, der aussen mit dem Hochspannungsanschluss für diese Beschleunigungselektrode versehen ist. Bei geeigneter Ausgestaltung des bezw. der Tragringe und der Isolatoren lässt sich der Zusammenbau und auch der gelegentlich erforderliche Ausbau der Einzelteile sehr leicht durchführen und die Konstruktion auch so wählen, dass man zu einer verhältnismässig kurzen Baulänge kommt.
Man wird vorzugsweise die Isolatoren nach beiden Seiten hin mit konischen Passflächen versehen, die im Zusammenwirken mit entsprechenden konischen Passflächen der Beschleunigungselek- trodenhalter und des Kathodenhalters die Abdichtung des Vakuumraumes und die Zentrierung der Einzelteile des Strahlerzeu- gers bewirken. Beim Zusammensetzen der Einzelteile des mehrstufigen Strahlerzeugers
<Desc/Clms Page number 2>
wird mit diesem technischen Mittel zwangsläufig eine einwandfreie Zentrierung und gute Abdichtung erreicht.
Man wird, um zu einer möglichst kurzen Länge des Strahl- weges zwischen Kathode und Objekt zu kommen, den Strahlerzeuger ferner vorzugsweise so durchbilden, dass die Kathode innerhalb einer topfförmigen ersten Beschleunigungselektrode bis in den Bereich des Barunterliegenden zweiten Isolators herabreicht. Die beiden ersten Beschleunigungselektroden können sich im Innern des zweiten Isolators beispielsweise kalot- tenförmig gegenüberstehen.
Einen sehr kurzen Strahlenweg zwischen Kathode und Kondensorlinse oder Objekt kann man auch dann erzielen, wenn die letzte Beschleunigungselektrode des Strahlerzeugers als ebene Scheibe ausgebildet wird. Zur Einstellung des gesamten Strahles kann man den gesamten Strahlerzeuger auf Kugellagern gegenüber den übrigen Mikroskopteilen lagern. Diese Lagerung wird man in an sich bekannter Weise vorzugsweise so durchbilden, dass der Strahl parallel zu sich selbst in beliebiger Richtung quer verschoben und auch um kleine Winkel in beliebiger Richtung genei;t -werden kann.
Die erwünschte kurze Baulände des Strahlerzeugers lässt sich fernerhin beispielsweise dadurch erzielen, dass die erwähnten Isolatoren eine besondere Form erhalten, die bei minimalster axialer Länge eine hohe äussere Überschlagsspannung aufweist, und die an Hand der Figur näher erläutert wird.
Die Figur zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Querschnitt durch den Strahlerzeuger eines Elektronenmikroskops. Es handelt sich in vorliegendem Fall um einen Strahlerzeuger mit einem zweistufigen Beschleunigungssystem. Mit 1 ist die Kon- densatorspule des Elektronenmikroskops bezeichnet. Diese Spule ist mit einer Kapsel 2 umgeben, deren oberer Teil 3 als Träger des Strahlerzeugers dient. Der Teil 3 besitzt zu diesem Zweck eine konische Passfläche 4, in die ein Isolator 5 mit einer entsprechenden untern konischen Passfläche eingesetzt ist.
Dieser Isolator besitzt in seinem obern rohr- förmigen Teil eine konische Passfläche 6, auf der ein Tragring 7 sitzt. Der Tragring 7 dient als Träger der ersten Beschleunigungselektrode 8 des Strahlerzeugers. Der Ring 7 besteht aus leitendem Material. An seinem äussern Umfang ist der mit einem Isolierrohr 9 versehene Hochspannungsanschluss für die Elektrode 8 vorgesehen. Die zweite Beschleunigungselektrode 10 ist im geerdeten Mantel des Kondensors festgeschraubt.
Der Kathodenschaft 11 ist an einer Kappe 12 befestigt, die mit einer konischen Passfläche 13 oben auf einen Isolator 14 aufgesetzt ist, der seinerseits mit seiner untern konischen Pass- fläche 15 oben auf den Haltering 7 aufgesetzt ist.
Um die äussern Überschlagswege möglichst zu verlängern, sind die beiden innen rohrförmigen Isolatoren 5 und 14 je mit einer tellerförmigen Rippe 16 versehen, die sich an ihrem äussern Rand nach oben und unten hin zu angenähert zylindrischen Isolierteilen 17, 18 erweitert. Es entstehen somit nach den Isolatorenden offene Schalen, in welche die unter gegenseitiger Spannung stehenden Teile 3, 7, 12 hineinragen. Um-die Weglänge zwischen der Kathode und dem Kondensator möglichst kurz zu halten, taucht der Kathodenschaft in den Raum hinein, der durch den untern Isolator 5 umgeben wird.
Dementsprechend besitzt auch die Beschleunigungselektrode 8 die aus der Figur ersichtliche, nach oben hin offene Topfform: Die Beschleunigungselektrode 10 ist beim Ausführungsbeispiel der Elektrode 8 entgegengewölbt. Eine noch kürzere Weglänge zwischen Kathode und Kondensator lässt sich erreichen, wenn man an Stelle der topfförmi- gen Elektrode 10 eine ebene Elektrode für die letzte Beschleunigung anwendet und dann die Elektrode 8 und den Kathodenschaft 11 dieser Elektrode soweit wie möglich nähert.
Der ganze Strahlerzeuger kann beim Ausführungsbeispiel zusammen mit der Kondensorspule mit Hilfe der Verstellschrau- ben 19 und der Gegenfeder 20 um kleine Winkel nach beliebiger Richtung hin gekippt -werden. Hierbei bewegt sich der ganze
<Desc/Clms Page number 3>
Strahlerzeuger mit Hilfe der Lagerkugeln 21 auf der Gleitfläche 22; zur Querverstellung des Strahles gegenüber den untern Mikroskopteilen 23 dienen die Verstellschrauben 24 und diesen zugeordnete Gegenfedern 25. Hierbei bewegt sich der Strahlerzeuger mit Hilfe der Kugel 26 auf der Gleitfläche 27.
Um die obern, beweglichen Teile des Mikroskops gegenüber den untern Teilen 23 abzudichten, ist eine Gummidichtung 28 vorgesehen, deren unteres Ende am Teil 23 festgemacht ist, während das obere Ende an der Kondensorspulenkapselung festgeklemmt ist. Die Bewegung des Strahlerzeugers mit der Kondensorspule gegenüber dem untern Mikroskopteil erfolgt hier also unter Ausnutzung der Elastizität, der Dichtung 28.
<Desc / Clms Page number 1>
A corpuscular beam device with at least two acceleration levels. If one wishes to operate the beam generator of a gorpuscular beam apparatus, for example an electron microscope, with very high acceleration voltages, one usually selects a division of the acceleration system into two or possibly even more stages.
The invention relates to such a multi-stage beam generator of a gorpuscular beam apparatus, in particular an electron microscope, and aims to create a beam generator that is as simple, short and light as possible for very high voltages.
The brevity in particular is of particular importance because the previously known multi-stage beam generation systems require a relatively large overall height, with the result that these beam generators are relatively sensitive to mechanical vibrations of the corpuscular beam apparatus, i.e. the beam position changes relative to the apparatus axis when vibrations occur.
The beam generator according to the invention is characterized in that at least one of the acceleration electrodes is carried by a conductive support ring which is arranged between two insulators and which is provided on the outside with the high-voltage connection for this acceleration electrode. With a suitable design of the respectively. the support rings and the insulators, the assembly and the occasionally necessary removal of the individual parts can be carried out very easily and the construction can also be selected so that a relatively short overall length is achieved.
The insulators are preferably provided with conical fitting surfaces on both sides which, in cooperation with corresponding conical fitting surfaces of the acceleration electrode holder and the cathode holder, seal the vacuum space and center the individual parts of the source generator. When assembling the individual parts of the multi-stage jet generator
<Desc / Clms Page number 2>
this technical means inevitably achieves perfect centering and good sealing.
In order to achieve the shortest possible length of the beam path between the cathode and the object, the beam generator is also preferably designed in such a way that the cathode within a cup-shaped first acceleration electrode extends down into the area of the second insulator below the bar. The two first acceleration electrodes can face each other in the interior of the second insulator, for example in the shape of a cup.
A very short beam path between cathode and condenser lens or object can also be achieved if the last acceleration electrode of the beam generator is designed as a flat disk. To adjust the entire beam, the entire beam generator can be mounted on ball bearings opposite the other microscope parts. This mounting is preferably implemented in a manner known per se in such a way that the beam can be shifted transversely parallel to itself in any direction and can also be inclined at small angles in any direction.
The desired short construction area of the beam generator can also be achieved, for example, in that the insulators mentioned are given a special shape which has a high external flashover voltage with a minimal axial length and which is explained in more detail with reference to the figure.
As an embodiment of the invention, the figure shows a cross section through the beam generator of an electron microscope. In the present case, it is a beam generator with a two-stage acceleration system. The capacitor coil of the electron microscope is denoted by 1. This coil is surrounded by a capsule 2, the upper part 3 of which serves as a support for the beam generator. For this purpose, the part 3 has a conical fitting surface 4 into which an insulator 5 with a corresponding lower conical fitting surface is inserted.
In its upper tubular part, this insulator has a conical fitting surface 6 on which a support ring 7 is seated. The support ring 7 serves as a support for the first acceleration electrode 8 of the beam generator. The ring 7 is made of conductive material. The high-voltage connection provided with an insulating tube 9 for the electrode 8 is provided on its outer circumference. The second acceleration electrode 10 is screwed into the grounded jacket of the condenser.
The cathode shaft 11 is fastened to a cap 12, which is placed with a conical fitting surface 13 on top of an insulator 14, which in turn is placed with its lower conical fitting surface 15 on top of the retaining ring 7.
In order to lengthen the outer rollover paths as much as possible, the two inner tubular insulators 5 and 14 are each provided with a plate-shaped rib 16, which widens up and down at its outer edge to form approximately cylindrical insulating parts 17, 18. This creates open shells after the insulator ends into which the parts 3, 7, 12 which are under mutual tension protrude. In order to keep the path length between the cathode and the capacitor as short as possible, the cathode shaft dips into the space which is surrounded by the insulator 5 below.
Accordingly, the acceleration electrode 8 also has the cup shape that can be seen in the figure and is open at the top: In the exemplary embodiment, the acceleration electrode 10 is curved in the opposite direction to the electrode 8. An even shorter path length between cathode and capacitor can be achieved if, instead of the cup-shaped electrode 10, a flat electrode is used for the final acceleration and then the electrode 8 and the cathode shaft 11 come as close as possible to this electrode.
In the exemplary embodiment, the entire beam generator, together with the condenser coil, can be tilted in any direction by small angles with the aid of the adjusting screws 19 and the counter spring 20. Here the whole moves
<Desc / Clms Page number 3>
Jet generator with the help of the bearing balls 21 on the sliding surface 22; The adjusting screws 24 and counter springs 25 assigned to them serve to move the beam transversely with respect to the lower microscope parts 23. The beam generator moves with the aid of the ball 26 on the sliding surface 27.
In order to seal the upper, movable parts of the microscope from the lower parts 23, a rubber seal 28 is provided, the lower end of which is fastened to the part 23, while the upper end is clamped to the condenser coil encapsulation. The movement of the beam generator with the condenser coil in relation to the lower part of the microscope takes place here using the elasticity of the seal 28.