DE10256718B4 - Vorrichtung zur Probenuntersuchung mittels eines atmosphärischen oder druckvariablen Rasterelektronenmikroskops - Google Patents

Vorrichtung zur Probenuntersuchung mittels eines atmosphärischen oder druckvariablen Rasterelektronenmikroskops Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Probenuntersuchung mittels eines atmosphärischen oder druckvariablen Rasterelektronenmikroskops, die über einen Probenraum (3) sowie eine Elektronenstrahlkammer verfügt, in der gegenüber dem Probenraum (3) für die Ausbildung und Ausbreitung eines Elektronenstrahls Unterdruckbedingungen herrschen und die einen Probenträger (8) im Probenraum (3) vorsieht, der relativ zum Elektronenstrahl positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger (8) höhenverstellbar innerhalb einer im Probenraum (3) positionierbar angeordneten Kammer (11) angeordnet ist, die wenigstens eine gasdicht abschließbare Öffnung (4) aufweist, durch die der Elektronenstrahl auf den Probenträger (8) trifft.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Probenuntersuchung mittels eines atmosphärischen oder druckvariablen Rasterelektronenmikroskops, das über einen Probenraum sowie eine Elektronenstrahlkammer verfügt, in der gegenüber dem Probenraum für die Ausbildung und Ausbreitung eines Elektronenstrahls Unterdruckbedingungen herrschen und das einen Probenträger im Probenraum vorsieht, der relativ zum Elektronenstrahl positionierbar ist.
  • Elektronenmikroskope stellen Geräte zur Abbildung und starken Vergrößerung kleinster Objekte mit Hilfe von gebündelten, durch elektrische Hochspannungen stark beschleunigten Elektronen in Hochvakuum dar. Gegenüber herkömmlichen Lichtmikroskopen verfügen Elektronenmikroskope über eine bis zu 1000fach bessere Auflösung und vermögen Objekte mit einer Auflösungsgrenze von bis zu 1 nm abzubilden. Um derartig hochauflösende Abbildungen zu erhalten, sind jedoch die zu untersuchenden Objekte und Proben in einen für Hochvakuumbedingungen geeigneten Zustand zu überführen, d.h. die entsprechenden Proben müssen trocken und ggf. mit einer Hochvakuumbeschichtung versehen sein. Dies lässt jedoch die Untersuchung an feuchten oder nicht-leitenden Proben, wie bspw. biologische Materialien, Kunststoffe, Keramik, etc. nicht zu. Erst mit der Entwicklung sogenannter Umgebungs- oder atmosphärischer Rasterelektronenmikroskope eröffnete sich die Möglichkeit derartige nicht Vakuum resistente Proben zu untersuchen. So verfügt ein atmosphärisches Rasterelektronenmikroskop, wie es bspw. aus der amerikanischen Patentschrift US 4,897,545 hervorgeht, über einen Probenraum, der gegenüber einem nahezu unter Vakuumbedingungen herrschenden Raumbereich, innerhalb dem der Elektronenstrahl erzeugt und fokussiert wird, durch eine druckbegrenzende Apertur mit einem Aperturdurchmesser von ca. 500 μm getrennt ist und in dem zumindest nahezu Umgebungsdruckbedingungen herrschen. Dies ermöglicht grundsätzlich die Untersuchung von Proben, die der klassischen Elektronenstrahlbeobachtungstechnik bisher nicht zugänglich waren.
  • Die zu untersuchende Probe wird üblicherweise auf einen innerhalb des Probenraumes vorgesehenen Probenträger gelegt, der samt Probe derart gegenüber der druckbegrenzenden Apertur positionierbar ist, dass die zu untersuchende Probe möglichst nahe an der Aperturöffnung zu liegen kommt, durch die der zu untersuchende Elektronenstrahl hindurch tritt.
  • Wie in der US-amerikanischen Patentschrift 4,992,662, beschrieben, bestand das ursprüngliche Konzept eines atmosphärischen Rasterelektronenmikroskops, wie es in der US 4,596,928 vorgeschlagen ist, darin, die Probenkammer in einer gasförmigen Umgebung zu halten, so dass die gasförmige Umgebung als Konditionierungsmedium dient, um die Probe in einem flüssigen oder natürlichen Zustand zu halten. Darüber hinaus wird in der US-amerikanischen Patentschrift 4,785,182 die Nutzung der gasförmigen Umgebung der Probenkammer als Medium für die Verstärkung von Sekundärelektronensignale beschrieben. Alle bisher bekannten Konzepte für eine elektronenmikroskopische Untersuchung insbesondere von vitalen Materialien, wie bspw. lebende Zellkulturen scheitern jedoch an der hohen Drucksensibilität derartiger Proben, zumal auch mit den bisher bekannten atmosphärischen Rasterelektronenmikroskopen innerhalb des Probenraumes lediglich Druckbedingungen von bis zu 1,33 kPa (10 Torr) herstellbar sind um letztlich das Abbildungsvermögen (Signal-Rausch-Verhältnis) derartiger Analysegeräte nicht zu sehr zu beeinträchtigen. Vitale Materialien, die derartigen Unterdruckbedingungen ausgesetzt werden, die zwar durchaus aus dem Blickwinkel der Elektronenstrahlmikroskoptechnik als nahezu Umgebungsbedingungen angesehen werden können, überdauern jedoch nur kurze Expositionszeiten unbeschadet. Hinzu kommt, dass die Untersuchung an lebenden Zellkulturen eine ständige Versorgung mit den zur Lebenserhaltung erforderlichen Flüssigkeiten und Gasen erfordert, was bis dahin bereits aufgrund der hermetischen Abgeschlossenheit des Probenraumes scheiterte.
  • Eine vergleichbare Probenkammer ist der US 2002/0070345 A1 zu entnehmen, in der eine Probenträgeranordnung für die Aufnahme einer zu untersuchenden Probe beschrieben ist. Eine ähnliche Anordnung ist der DE 695 12 410 T2 zu entnehmen. In beiden Fällen befindet sich jedoch der Probenträger direkt im Probenraum, in dem die für die Elektronenstrahluntersuchung erforderlichen Druckbedingungen vorherrschen.
  • Aus der DE 25 13 832 A1 ist eine Probenkammer für elektronenoptische Untersuchungen entnehmbar, die eine nicht verschließbare Öffnung für den Eintritt des Elektronenstrahls vorsieht, bei der ein Druckausgleich über ein mit der Probenkammer verbundenen Puffersystems vorgenommen wird.
  • Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Probenuntersuchung mittels eines atmosphärischen bzw. druckvariablen Rasterelektronenmikroskops der vorstehend genannten Gattung derart anzugeben, dass eine in-situ-Untersuchung an lebenden Zellkulturen durchzuführen möglich wird, ohne dass dabei die Zellkulturen selbst Schaden nehmen. Die hierbei zu treffenden Maßnahmen sollen insbesondere das Auflösungsvermögen bestehender gattungsgemäßer Rasterelektronenmikroskope nicht beeinträchtigen und keine bzw. möglichst geringe technischen Änderungen an bestehenden Rasterelektronenmikroskopen hervorrufen. So soll es insbesondere möglich sein, durch entsprechendes Nachrüsten an bereits bestehenden atmosphärischen Rasterelektronenmikroskopen eine Untersuchung an vitalen sensiblen Proben durchführen zu können.
  • Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sieht eine hermetisch gasdicht abschließbare Kammer vor, die innerhalb des Probenraumes des Rasterelektronenmikroskops positionierbar ist. Innerhalb der Kammer ist der Probenträger vorgesehen, auf dem die zu untersuchende Probe aufbringbar ist. Die Kammer selbst verfügt über wenigstens eine gasdicht abschließbare Öffnung, die bei geeigneter Positionierung innerhalb des Probenraumes vom Elektronenstrahl durchsetzbar ist, der durch die Öffnung hindurch auf die zu untersuchende Probe, die auf dem Probenträger aufliegt, trifft.
  • Mit Hilfe der hermetisch gasdicht abschließbaren Kammer, die als Modul in den Probenraum eines atmosphärischen Rasterelektronenmikroskops einbringbar ist, können die zur Lebenserhaltung notwendigen Umgebungsbedingungen für die zu untersuchenden Vitalmaterialien, in Form bspw. lebender Zellkulturen, langzeitstabil aufrecht erhalten werden. So bedarf es hierzu der Schaffung eines auf die jeweiligen zu untersuchenden Zellkulturen abgestimmtes Mikroklima, das sich zum einen durch die stofflichen Zusammensetzungen, wie bspw. Nährmedium, Feuchtigkeitsgehalt oder Gaszusammensetzung sowie zum anderen durch ein definiertes Temperatur- sowie Druckniveau auszeichnet. Diese für die zu untersuchenden vitalen Proben für ihre Lebenserhaltung notwendigen Umgebungsbedingungen sind durch entsprechende Zuleitungen und bauliche Maßnahmen an und innerhalb der Kammer, wie im weiteren noch im einzelnen auszuführen ist, gezielt einstellbar.
  • Durch dauerhaftes Einbringen der hermetisch gasdicht abschließbaren Kammer während der Probenuntersuchung in dem Probenraum des atmosphärischen Rasterelektronenmikroskops bleiben die zu untersuchenden vitalen Proben vor und nach der Elektronenstrahlmikroskopaufnahme, d.h. jener Mesphase, in der die Probe dem Elektronenstrahl ausgesetzt wird, in einer für die Probe lebensfreundlichen Umgebung. Dies bedeutet, dass im Gegensatz zu konventionellen Beobachtungstechniken mit Hilfe eines atmosphärischen Rasterelektronenmikroskops die vitalen Probenmaterialien auch nach einer Beobachtung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kammer zu einem wesentlich höheren Prozentsatz vital erhalten bleiben. Für die eigentliche Messphase, bei der die Probe dem Elektronenstrahl gegenüber zu exponieren ist, wird eine innerhalb der Kammer mittels eines Deckels gasdicht abschließbare Öffnung, durch die der Elektronenstrahl in das Innere der Kammer eintritt oder durch die die Probe mittels des Probenträgers in eine geeignete Messposition emporgehoben wird, geöffnet.
  • Je nach Ausführung des Probenträgers und einer für die Probenaufnahme der Probe vorgesehene Aufnahmestruktur ist es darüber hinaus auch möglich die für die Probe vorteilhaften Umgebungsbedingungen, wie bspw. Temperatur, Flüssigkeits- sowie Gaszusammensetzung auch während der Elektronenstrahlaufnahme definiert einstellen, wodurch mit geringstem Aufwand das Verhalten und die Reaktion der Probe auf unterschiedlichste Einflüsse in-situ elektronenmikroskopisch untersucht werden können. Durch das zeitlich sehr kurz zu wählende Zeitfenster, innerhalb dem die Probe dem Elektronenstrahl frei ausgesetzt ist, kann der auf die Probe einwirkende Stress sehr stark eingeschränkt werden, wodurch auch auf unterschiedliche Umgebungen äußerst sensibel reagierende Zellkulturen ohne weitgehende Schädigungen untersucht werden können.
  • Die gasdicht abschließbare Kammer ist vorzugsweise dauerhaft innerhalb des Probenraumes des Rasterelektronenmikroskops integriert und gegenüber der Elektronenstrahlachse positioniert. Alternativ bietet sich an, die gasdicht abschließbare Kammer modulartig als eine aus dem Probenraum entnehmbare bzw. in den Probenraum implementierbare Einheit auszuführen. Dies ermöglicht insbesondere eine einfache Nachrüstung an bereits bestehenden atmosphärischen Rasterelektronenmikroskopen.
  • Die hermetisch gasdicht abschließbare Kammer, die auch als "Überlebenskammer" (Habitation Chamber) genannt und als solche verstanden werden kann, weist neben der wenigstens einen gasdicht abschließbaren Öffnung entsprechende Zu- und Ableitungen zur Versorgung der vitalen Proben mit entsprechenden Nährflüssigkeiten und/oder Gasen auf, durch die entsprechende Stoffströme dosiert in die Kammer einspeisbar sind. Das für die zu untersuchende Probe geeignete Temperaturniveau kann entweder über eine gezielte Einflussnahme der über die Stoffströme in die Kammer zu- bzw. abgeführte Wärme geregelt werden, überdies eignet sich hierzu auch eine innerhalb oder außerhalb der Kammer vorzusehende Temperiereinheit.
  • Zur eigentlichen Probenuntersuchung, bei der der Elektronenstrahl auf die Probenoberfläche unmittelbar auftrifft, ist es erforderlich, den Abstand zwischen der Probe und einer innerhalb des Probenraumes vorgesehenen Detektoreinrichtung möglichst gering zu halten, so dass die Probe vermittels des Probenträgers aus einer innerhalb der Kammer abgesenkten Position gezielt angehoben werden muss. Hierzu bedarf es eines geeigneten Antriebsmittels, durch das der Probenträger längs zur Elektronenstrahlrichtung höhenverstellbar ist. In gleicher Weise ist es erforderlich, einen die Öffnung innerhalb der Kammer gasdicht abschließenden Deckmechanismus zu betätigen, der die Öffnung für den Durchtritt des Elektronenstrahls auf die Probe freigibt. Für diese Positionier- und Betätigungsvorgänge eignen sich grundsätzlich alle Antriebsmittel, wie bspw. elektromotorische oder pneumatische Antriebe. Ein pneumatischer Antrieb erlaubt überdies eine gezielte Positionierung in selbstregulierender Weise vorzunehmen, wie die weiteren Ausführungen unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele im Einzelnen zeigen werden. Insbesondere wird hierbei der Druckunterschied zwischen dem Inneren der Kammer und dem die Kammer umgebenden Druckniveau innerhalb des Probenraumes des Rasterelektronenmikroskopes gezielt genutzt.
  • Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich gegenüber Unterdruckbedingungen sensible Proben, wie bspw. lebende Zellkulturen in-situ und in-vivo schadlos mit einem atmosphärischen oder druckvariablen Rasterelektronenmikroskops untersuchen, wobei zum einen dafür gesorgt wird, dass die zu untersuchende Probe innerhalb eines hermetisch gasdicht gegenüber dem Elektronenstrahl abschließbaren Volumen einbringbar ist und andererseits das Volumen lokal kurzzeitig geöffnet werden kann, um die Probe dem Elektronenstrahl ausschließlich für eine Zeitdauer auszusetzen bzw. zu exponieren, die für die Probenuntersuchung mit dem Elektronenstrahl erforderlich ist. Hierbei gilt es, die Expositionszeit, die die Probe den innerhalb der Probenkammer vorherrschenden Atmosphärenbedingungen ausgesetzt ist, möglichst kurz zu halten. Insbesondere ist der Positionier- und Justagevorgang, während dem die Probe gegenüber dem Elektronenstrahl und insbesondere der innerhalb der Probenkammer vorgesehenen Detektorvorrichtung ausgerichtet wird, möglichst kurz zu halten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, indem die zu untersuchende Probe innerhalb der hermetisch gasdicht abgeschlossenen Kammer relativ zur Elektronenstrahlrichtung durch die Anordnung der Kammer innerhalb der Probenkammer exakt vorpositioniert wird, so dass zum Erreichen der eigentlichen Messposition lediglich ein vertikaler Hubvorgang durch den Probenträger erforderlich ist. Der Hubvorgang bzw. ein nach Abschluss der Messung folgender Absenkvorgang durch den Probenträger ist mit dem Öffnen bzw. dem Schließen der Öffnung synchronisiert, so dass die Expositionszeit der auf die Probe einwirkenden Druckbedingungen innerhalb der Probenkammer des Rasterelektronenmikroskops auf ein Minimum begrenzt werden kann.
  • Die erfindungsgemäß ausgebildete "Überlebenskammer" eignet sich grundsätzlich, wie bereits kurz erwähnt, zum Nachrüsten in Form einer modulartigen Implementierung in bereits im Betrieb befindliche atmosphärische oder druckgeregelte Rasterelektronenmikroskope. So lässt sich in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Überlebenskammer als eine kompakte selbstregulierende Baueinheit ohne jegliche nach außen zu führende Versorgungsleitungen innerhalb der Probenkammer eines Rasterelektronenmikroskops ausführen. Jegliche, für die Lebenserhaltung der zu untersuchenden Proben erforderlichen Stoffströme können durch geeignete innerhalb oder an der Kammer vorgesehene Reservoirspeicher zur Verfügung gestellt werden. Die für den kinematischen Antrieb erforderlichen Antriebsmittel für die Betätigung des die Öffnung gasdicht abschließenden Deckels sowie des Probenträgers lassen sich, wie das nachstehende Ausführungsbeispiel zeigt, als selbstregulierende Mechanismen ausführen.
  • Eine weitere Ausführungsvariante der Überlebenskammer sieht innerhalb der druckstabil ausgeführten Kammerwand geeignete Verbindungsstrukturen vor, bspw. in Form von die Kammerwand durchragende Flanschverbindungen, die gas- sowie fluiddicht an externe Versorgungsleitungen anschließbar sind. Die Versorgungsleitungen können über entsprechende Durchführungen nach außen aus der Rasterelektronenmikroskopanordnung geführt werden, und mit geeigneten Versorgungseinheiten verbunden werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
  • 1 schematische Darstellung einer hermetisch gasdicht abschließbaren Kammer,
  • 2a, b Probenträger in Art eines Scherenmechanismus,
  • 3a, b Schließmechanismus für die Kammeröffnung,
  • 4a, b alternative Ausführungsform für einen Probenträger sowie
  • 5 Verbindungsflansch.
  • In 1 ist eine schematische Komponentenanordnung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Überlebenskammer dargestellt, die im Inneren eines nicht weiter dargestellten Probenraumes eines atmosphärischen bzw. druckvariablen Rasterelektronenmikroskop einbringbar bzw. eingebracht ist. Die Kammer 1 weist ein druckstabiles Kammergehäuse 2 auf, das ein inneres Volumen 3 umgibt. In der oberen Wandung des Kammergehäuses 2 ist eine Öffnung 4 vorgesehen, die von einem Deckel 5 gasdicht verschließbar ist. Der Deckel 5 ist mit einem Linearantrieb 6 verbunden, der den Deckel 5 im Inneren der Kammer 1 horizontal unterhalb der Öffnung 4 verschiebt und je nach Messsituation die Öffnung 4 freigibt oder diese gasdicht verschließt. Der Linearantrieb 6 ist als Pneumatikantrieb ausgebildet und mit einem an der linken Gehäusewand der Kammer 1 vorgesehenen Verbindungsflansch 7 verbunden, an den eine externe Druckleitung anschließbar ist, um den pneumatischen Linearantrieb 6 mit entsprechender Druckluft zu versorgen.
  • Ferner ist im Inneren der Kammer 1 ein als Scherenmechanismus ausgebildeter Probenträger 8 vorgesehen, der gemäß Pfeildarstellung vertikal höhenverstellbar ist und unmittelbar fluchtend unterhalb der Öffnung 4, die zentrisch vom Elektronenstrahl e des Rasterelektronenmikroskops durchsetzbar ist positioniert. Der Scherenmechanismus 8 ist ebenso wie der Deckel 5 von einem pneumatischen Antrieb 9 antreibbar, der in Art einer selbstregulierenden Antriebseinheit die Druckdifferenz zwischen dem innerhalb der Kammer 1 herrschenden Druckes und dem Druck innerhalb des Probenraumes nutzt. – Genauere Details hierzu gehen aus 2 im Weiteren hervor. – Schließlich ist zur Aufrechterhaltung von bestimmten, innerhalb der Kammer 1 für die zu untersuchende Probe P notwendigen Umgebungsbedingungen wenigstens ein weiterer Verbindungsflansch 10 innerhalb des Kammergehäuses 2 vorgesehen, über den eine Zuleitung für die Zufuhr probenspezifischer Stoffströme anschließbar ist. Je nach Art der zu untersuchenden Probe sind weitere Verbindungsflansche 10 an der Kammerwand 2 vorzusehen, über die getrennte gasförmige und/oder flüssige Stoffströme in oder aus der Kammer zuführbar oder ausleitbar sind. Über die Zufuhr gasförmiger Stoffströme in das Kammerinnere lässt sich der Kammerinnendruck aktiv einstellen.
  • Ferner sieht die in 1 dargestellte Überlebenskammer 1 eine innere Kammerstruktur 11 vor, in der innerhalb des Kammergehäuses 2 räumlich begrenzte Umgebungsbedingungen für die auf dem Probenträger 8 aufliegende Probe P eingestellt werden können. Bspw. lässt sich die Kammerstruktur 11 mit einer Nährflüssigkeit befüllen.
  • Die in 1 dargestellte Überlebenskammer kann in vorteilhafterweise durch weitere Komponenten ergänzt werden, wie bspw. eine innerhalb der Kammer vorgesehene Temperiereinheit, die die zu untersuchende Probe P auf einem konstant regulierten Temperaturniveau gehalten werden kann. Die ebenso nicht in der Bilddarstellung gemäß 1 dargestellten Versorgungsleitungen, die an die Verbindungsflansche 7 und 10 können im einfachsten Fall extern außerhalb der Probenkammer des Rasterelektronenmikroskops geführt werden und dort mit geeigneten Versorgungsreservoirs für Druckluft zur Ansteuerung des Linearantriebes 6 oder für andere Versorgungsmedien, wie gasförmige oder flüssige Medien, verbunden werden.
  • Zur Durchführung eines Messvorganges zur Vermessung einer Probe P ist diese auf den Probenträger 8 vorzugsweise bei probenspezifischen Umgebungsbedingungen aufbringbar. Der Deckel 5 wird nach Einbringen der Probe P in die Kammer in eine die Öffnung 4 gasdicht abschließende Position verschoben. Anschließend werden die im Inneren der Kammer 1 für die Probe P zuträglichen Umgebungsbedingungen eingestellt und stabilisiert, während die für den Betrieb eines Rasterelektronenmikroskops erforderlichen Betriebsbedingungen eingestellt werden, ein Vorgang, der sich durchaus über mehrere Minuten erstrecken kann. Diese Verweilzeit, ist jedoch für die Probe unschädlich, zumal sie unter für sie günstigen Umgebungsbedingungen innerhalb der Kammer aufbewahrt wird. Sind die für eine Elektronenmikroskopaufnahme erforderlichen Betriebsbedingungen hergestellt, so wird der Deckel 5 seitlich von der Öffnung 4 wegbewegt und der Probenträger 8 in eine für die Elektronenstrahlaufnahme vorgegebene vertikale obere Position verfahren. Zum genaueren Verständnis der Funktionsweise des Scherenmechanismus 8 und seine Höhenverstellbarkeit wird nun Bezug genommen auf 2.
  • Die 2a und b zeigen den Scherenmechanismus 8 in einer vertikal ausgefahrenen Position (2a) und in einer vertikal abgesenkten Position ( 2b). Der Scherenmechanismus 8 weist zwei am Boden angelenkte Scherenschenkel 81 und 82 auf, wovon der Scherenschenkel 81 drehbeweglich um das Scherengelenk 81' aber ansonsten ortsfest relativ zum Boden angelenkt ist. Demgegenüber ist der Scherenschenkel 82 ebenso drehbeweglich an einem Scherengelenk 82', jedoch relativ zum Boden horizontal beweglich, gelagert. Der horizontal bewegliche Scherenschenkel 82 ist über eine Achsschenkeleinheit 83 mit einer Membran 12 verbunden, die Teil des pneumatischen Antriebs ist 9 und das innere Volumen 3 der Kammer 1 gegenüber dem die Kammer 1 umgebenden Probenraum gasdicht abdichtet. Herrscht aufgrund des durch die Öffnung 4 erfolgenden Druckausgleichs zwischen dem inneren Volumen 3 der Kammer 1 und dem Probenraum keine Druckdifferenz, so nimmt der Scherenmechanismus 8 automatisch, d.h. selbsttätig die vertikal nach oben ausgefahrene Position gemäß 2a ein. Ist hingegen die Öffnung 4 mit Hilfe des Deckels 5 gasdicht verschlossen und bildet sich überdies durch entsprechende Stoffstromzugabe im inneren Volumen 3 der Kammer 1 ein Überdruck in Bezug zum Druckniveau, das innerhalb des Probenraumes herrscht, aus, so wölbt sich die Membran 12 gemäß 2b in Richtung des die Kammer 1 umgebenden Probenraumes, wodurch der horizontal bewegliche Achsschenkel 82 einen größten Abstand zu seinem räumlich fixierten Achsschenkel 81 einnimmt.
  • Durch den in 2 dargestellten pneumatischen Antrieb zur Vertikalverstellung des Probenträgers 8 ist eine intelligente, autonome ohne jegliche weitere Energieversorgung auskommende Antriebseinheit gefunden worden, die sich ausschließlich die Druckdifferenz zwischen dem inneren Volumen 3 und dem Druckniveau innerhalb des Probenraumes zu Nutze macht.
  • Zur Erzeugung eines im Kammerinneren herrschenden Unterdrucks gegenüber dem Druckniveau im Probenraum, ist es erforderlich, dass der Deckel 5 die Öffnung 4 gasdicht abdeckt. Wie bereits unter Bezugnahme auf 1 ausgeführt, sorgt ein pneumatisch angetriebener Linearantrieb 6 für eine entsprechende Horizontalverschiebung des Deckels relativ zur Öffnung 4. Geht man von einer Situation aus, in der zwischen dem Probenraum und dem inneren Volumen 3 der Kammer 1 gleiche Druckverhältnisse vorherrschen, wie es bei geöffneter Öffnung 4 der Fall ist, so lässt sich der Deckel 5 vermittels des Linearantriebs 6 unter Aufbringung horizontal wirkender Schubkräfte in eine Stellung verfahren, in der die Öffnung 4 durch den Deckel verdeckt wird. Diese Situation ist in 3a dargestellt. Ein zwischen dem Deckel 5 und der Öffnung 4 vorgesehener elastischer O-Ring 13 sorgt für eine gasdichte Abdichtung zwischen dem Deckel 5 und der die Öffnung 4 umgebenden Kammerwand 2. Wird nun im weiteren ein gezielter Stoffstrom, bspw. in Form von Druckluft in das innere Volumen 3 der Kammer 1 eingespeist, so stellt sich innerhalb der Kammer 1 in Bezug zum Probenraum ein Überdruck ein, der den Deckel 5 von innen gegen die Kammerwand 2 drückt, siehe 3b. Der sich im inneren Volumen 3 der Kammer 1 aufbauende Überdruck führt dazu, dass der horizontal verschiebbare Deckel geklemmt wird und dadurch ein selbsttätiges Öffnen der Kammer bei laufenden Experimenten verhindert wird. Ebenfalls können weder Flüssigkeiten noch Gase aus dem Innenraum der Kammer 1 in den Probenraum gelangen.
  • Zum Öffnen des Deckels 5 gilt es den im Inneren herrschenden Überdruck gezielt abzubauen, bspw. durch dosierten Gasauslass über eine Ableitung, die über einen Verbindungsflansch mit der Kammer verbunden ist, wodurch die Anpresskraft, mit der der Deckel gegen die Öffnung gepresst wird, reduziert wird, so dass ein seitliches Verschieben des Deckels durch den Linearantrieb 6 möglich wird.
  • Eine alternative Ausführungsform zu dem in 2 dargestellten Probenträger ist in 4a und b gezeigt. Hierbei sieht der Probenträger eine um eine Horizontalachse 14 schwenkbare Auflageplatte 15 vor, auf der haftend die zu untersuchende Probe P angebracht ist. Die Auflageplatte 15 ist vergleichsweise der Achsschenkeleinheit 83 in 2a über ein Verbindungselement 16 mit der Membran 12 verbunden.
  • Herrscht im inneren Volumen 3 der Kammer 1 in Bezug auf den Probenraum des Elektronenmikroskops ein Überdruck, so wölbt sich die Membran 12 in Richtung des Probenraumes (siehe hierzu 4b), wodurch der Probenträger 15 eine nach unten geschwenkte Position einnimmt. Bspw. ist es möglich, innerhalb der in 4 dargestellten inneren Kammereinheit 11 eine Nährflüssigkeit 17 einzufüllen, in die die Probe P in der abgesenkten Stellung eintaucht. Unter Messbedingungen, d.h. die Öffnung 4 ist offen und der Elektronenstrahl trifft auf die Probe P, verharrt die Auflageplatte 15 in der oberen Stellung (gemäß 4a), zumal Druckausgleich zwischen beiden Seiten der Membran 12 herrscht. Hierdurch nimmt die Membran 12 selbständig die in 4a entspannte Stellung ein, wodurch das Verbindungselement 16 die Auflageplatte 15 in die angehobene Stellung überführt.
  • Um die Probe im Inneren der Kammer 1 mit entsprechenden Flüssigkeiten und/oder Gasen zu versorgen und probenspezifische Umgebungsbedingungen zu schaffen, ist dafür Sorge zu tragen, dass die Stoffstromzuführungen durch das Kammergehäuse hindurch gas- bzw. fluiddicht gegenüber dem die Kammer umgebenden Probenraum des Rasterelektronenmikroskops abgedichtet sind. Hierzu ist ein Verbindungsflansch 7, 10, wie in 1 ersichtlich, in einer gemäß 5 dargestellten Ausführungsform ausgebildet.
  • Der Verbindungsflansch weist hierzu eine über ein Schraubgewinde mit der Kammergehäusewand 2 verbindbare Überwurfmutter 18 auf, in deren Inneres ein Durchführungsröhrchen 19 mit Flanschstruktur eingebracht ist. Durch Verpressen einer elastischen Dichtung 20 wird das Röhrchen 19 vermittels der Überwurfmutter 18 sowohl gegenüber der Gehäusekammerwand 2 als auch gegenüber der Überwurfmutter 18 zentriert und gasdicht mit der Gehäusekammerwand 2 verbunden. Die Quetschung der Dichtung 20 gewährleistet überdies einen sicheren Schutz gegen Herausrutschen des Röhrchens 19.
  • Das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel, insbesondere unter Bezugnahme auf 1, zeigt einen modulartigen Aufbau mit einem ein inneres Volumen 3 umgebenden Kammergehäuse 2 innerhalb dem ein inneres Kammerelement 11 eingebracht ist. Je nach Art, Form und Größe der zu untersuchenden Probe können verschieden vorgefertigte und angepasste innere Kammern 11 vorgesehen werden, die modular in das Kammergehäuse 2 der Kammer 1 implementierbar sind. Somit ist es möglich, in effizienter Weise unterschiedlichste sensible Proben nacheinander mit einem atmosphärischen Rasterelektronenmikroskop zu untersuchen.
  • 1
    Kammer
    2
    Kammergehäuse
    3
    Inneres Volumen
    4
    Öffnung
    5
    Deckel
    6
    Linearantrieb
    7
    Verbindungsflansch
    8
    Probenträger
    9
    Membranhalter
    10
    Verbindungsflansch
    11
    innere Kammer, innere Kammereinheit
    12
    Membran
    13
    Dichtung
    14
    Schwenkachse
    15
    Auflageplatte
    16
    Verbindungselement
    17
    Nährmedium
    18
    Überwurfmutter
    19
    Röhrchen
    20
    Dichtung
    81, 82
    Scherenschenkel
    81', 82'
    Scherenschenkelgelenk
    83
    Achsschenkeleinheit

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Probenuntersuchung mittels eines atmosphärischen oder druckvariablen Rasterelektronenmikroskops, die über einen Probenraum (3) sowie eine Elektronenstrahlkammer verfügt, in der gegenüber dem Probenraum (3) für die Ausbildung und Ausbreitung eines Elektronenstrahls Unterdruckbedingungen herrschen und die einen Probenträger (8) im Probenraum (3) vorsieht, der relativ zum Elektronenstrahl positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger (8) höhenverstellbar innerhalb einer im Probenraum (3) positionierbar angeordneten Kammer (11) angeordnet ist, die wenigstens eine gasdicht abschließbare Öffnung (4) aufweist, durch die der Elektronenstrahl auf den Probenträger (8) trifft.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (11) wenigstens eine Versorgungsöffnung aufweist, an die eine Versorgungsleitung gasdicht anschließbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger (8) über wenigstens ein Antriebsmittel längs zur Elektronenstrahlrichtung höhenverstellbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (4) mit Hilfe eines Deckels (5) gasdicht abschließbar ist, und dass der Deckel (5) über wenigstens ein Antriebsmittel (6) von einer die Öffnung (4) gasdicht abschließenden Stellung in eine die Öffnung (4) freigebende Stellung und umgekehrt überführbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel (6) ein Elektromotor, vorzugsweise ein Schrittmotor ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel ein pneumatischer Antrieb ist, der durch eine steuerbare Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Kammer (11) und dem die Kammer (11) umgebenden Druckniveau antreibbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (11) von einer druckstabilen Kammerwand umgeben ist und an wenigstens einer Stelle der Kammerwand eine Membran-überspannte Öffnung vorsieht, und dass die Membran (12) an ihrer der Kammer (11) zugewandten Membranfläche mit wenigstens einem Verbindungselement (16) verbunden ist, das mit dem Probenträger (8) und/oder dem Deckel (5) in Wirkverbindung steht und eine druckbedingte Membranauslenkung auf den Probenträger (8) und/oder den Deckel (5) überträgt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger (8) als Hubtisch mit einem Scherenmechanismus ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger (8) als ein um eine Achse verschwenkbares Flächenelement (15) ausgebildet ist.
  10. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Untersuchung von gegenüber äußeren atmosphärischen Einflüssen sensiblen Proben, insbesondere vitalen Proben, wie lebenden Zellkulturen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2513832A1 (de) * 1974-03-28 1975-10-02 Novex Foreign Trade Co Probenkammer fuer elektronenoptische untersuchungen
US4596928A (en) * 1979-07-03 1986-06-24 Unisearch Limited Method and apparatus for an atmospheric scanning electron microscope
US4705949A (en) * 1985-11-25 1987-11-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Method and apparatus relating to specimen cells for scanning electron microscopes
US4785182A (en) * 1987-05-21 1988-11-15 Electroscan Corporation Secondary electron detector for use in a gaseous atmosphere
US4897545A (en) * 1987-05-21 1990-01-30 Electroscan Corporation Electron detector for use in a gaseous environment
US4992662A (en) * 1986-08-01 1991-02-12 Electroscan Corporation Multipurpose gaseous detector device for electron microscope
US5097134A (en) * 1989-11-24 1992-03-17 Jeol Technics Ltd. Scanning electron microscope
DE69512410T2 (de) * 1994-04-12 2000-05-04 Koninkl Philips Electronics Nv Partikel-optisches Gerät mit einem Sekundärelektrodendetektor
US20020070345A1 (en) * 2000-12-08 2002-06-13 Hitachi, Ltd. Evacuation use sample chamber and circuit pattern forming apparatus using the same

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2513832A1 (de) * 1974-03-28 1975-10-02 Novex Foreign Trade Co Probenkammer fuer elektronenoptische untersuchungen
US4596928A (en) * 1979-07-03 1986-06-24 Unisearch Limited Method and apparatus for an atmospheric scanning electron microscope
US4705949A (en) * 1985-11-25 1987-11-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Method and apparatus relating to specimen cells for scanning electron microscopes
US4992662A (en) * 1986-08-01 1991-02-12 Electroscan Corporation Multipurpose gaseous detector device for electron microscope
US4785182A (en) * 1987-05-21 1988-11-15 Electroscan Corporation Secondary electron detector for use in a gaseous atmosphere
US4897545A (en) * 1987-05-21 1990-01-30 Electroscan Corporation Electron detector for use in a gaseous environment
US5097134A (en) * 1989-11-24 1992-03-17 Jeol Technics Ltd. Scanning electron microscope
DE69512410T2 (de) * 1994-04-12 2000-05-04 Koninkl Philips Electronics Nv Partikel-optisches Gerät mit einem Sekundärelektrodendetektor
US20020070345A1 (en) * 2000-12-08 2002-06-13 Hitachi, Ltd. Evacuation use sample chamber and circuit pattern forming apparatus using the same

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