DE1254779B - An der Pumpe arbeitender Korpuskularstrahlapparat, insbesondere Elektronenmikroskop,mit einer einen Objekttraeger aufnehmenden und mit einer Tiefkuehlvorrichtung in Verbindung stehenden Objektpatrone - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOlj

DeutscheKI.: 21g-37/10

Nummer: 1254 779

Aktenzeichen: S 94316 VIII c/21 g

Anmeldetag: 25. November 1964

Auslegetag: 23. November 1967

In der Erkenntnis, daß es zur Vermeidung einer Objektverschrnutzung durch Niederschlagen von Atomen und/oder Molekülen der im Vakuumraum eines Korpuskularstrahlapparates, wie eines Elektronenmikroskops, noch vorhandenen Restgase und -dämpfe darauf ankommt, die Objektumgebung so zu kühlen, daß das Objekt nie den kältesten Punkt bildet, hat man bereits eine Objektpatrone geschaffen, die aus zwei Patronenteilen besteht. Von diesen hält der erste den Objektträger, der bekanntlich üblicherweise als Objektblende ausgebildet ist, und wird im Bereich des Objektträgers von dem zweiten Patronenteil umgeben, der mit einer Tiefkühlvorrichtung in gut wärmeleitender Verbindung steht. Bei dem bekannten Korpuskularstrahlapparat ist dafür Sorge getragen, daß die beiden Patronenteile gegeneinander wärmeisoliert sind und darüber hinaus der den Objektträger haltende erste Patronenteil in gut wärmeleitender Verbindung mit solchen Teilen des Korpuskularstrahlapparates steht, die sich zumindest ungefähr auf Raumtemperatur befinden.

Durch eine derartige Konstruktion ist zwar sichergestellt, daß im wesentlichen nur die Objektumgebung gekühlt und dadurch das Auftreten störender Objektverschmutzungen verhindert wird, aber es kann keine Kühlung des Objektes selbst vorgenommen werden, wie sie beispielsweise zur elektronenmikroskopischen Untersuchung von Objekten häufig erforderlich ist.

Daher ist diese bekannte Konstruktion unter Wahrung eines Temperaturgefälles zwischen dem Objekt und der Objektumgebung bereits dadurch zur Objektkühlung verwendbar gemacht worden, daß zwischen den beiden Patronenteilen, die im übrigen gegeneinander wärmeisoliert sind, ein wärmeleitender Bauteil in Gestalt einer Spiralfeder aus Kupfer vorgesehen ist. Diese Konstruktion bietet jedoch Schwierigkeiten insofern, als der Wärmekontakt an den Enden der Kupferfeder unsicher und infolge der Ausbildung der Kupferfeder als Spiralfeder eine nicht rotationssymmetrische Kraftwirkung zwischen den beiden Patronenteilen vorhanden ist, die zu Unsicherheiten hinsichtlich der Lage des Objektes führen kann.

Die Erfindung betrifft einen an der Pumpe arbeitenden Korpuskularstrahlapparat, insbesondere ein Elektronenmikroskop, mit einer einen Objektträger aufnehmenden und mit einer Tiefkühlvorrichtung in Verbindung stehenden Objektpatrone, die ebenfalls aus zwei Patronenteilen besteht, von denen der erste den Objektträger hält und im Bereich des Objektträgers von dem zweiten Patronenteil umgeben ist, der mit der Tiefkühlvorrichtung in gut wärmeleitender Verbindung Steht_i sowie mit wärmeleitenden

An der Pumpe arbeitender
Korpuskularstrahlapparat, insbesondere
Elektronenmikroskop, mit einer einen
Objektträger aufnehmenden und mit einer
Tiefkühlvorrichtung in Verbindung stehenden
Objektpatrone

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Math. Wolfram Loebe, Berlin

Bauteilen zwischen den im übrigen gegeneinander wärmeisolierten beiden Patronenteilen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktive Ausgestaltung eines derartigen Korpuskularstrahlapparates anzugeben, die es gestattet, unter Beibehaltung der vorteilhaften Vermeidung des Auftretens störender Objektverschmutzungen zugleich eine Kühlung des zu untersuchenden Objektes herbeizuführen, ohne daß Unsicherheiten bezüglich der Wärmeübergänge und der Objektlage in Kauf genommen werden müssen. Zu diesem Zweck ist ein an der Pumpe arbeitender Korpuskularstrahlapparat erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeleitende Bauteile Metallfedern in rotationssymmetrischer Anordnung bezüglich des Korpuskularstrahles und/oder Metallbänder und/oder Metallgeflechte vorgesehen sind.

Durch das Vorsehen derartiger wärmeleitender Bauteile wird sichergestellt, daß bei jeder Kühlung des Objektträgers mit dem Objekt infolge des Wärmewiderstandes dieses Bauteiles stets ein Temperaturgefälle zwischen dem gekühlten zweiten Patronenteil einerseits und dem Objekt andererseits vorhanden ist, so daß die Temperatur des Objektes auch bei Kühlung desselben stets zumindest etwas höher ist als diejenige des umgebenden zweiten Patronenteiles. Das Objekt ist also nie die kälteste Stelle im Vakuumraum des Apparates, so daß sich die Atome und Moleküle der Restgase und Restdämpfe nicht auf ihm niederschlagen. Durch die Art der verwendeten wärmeleitenden Bauteile ist ferner sichergestellt, daß in jedem Fall ein gut wärmeleitender Kontakt zwi-

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sehen diesen Bauteilen einerseits und den beiden Patronenteilen andererseits besteht und daß durch die wärmeleitenden Bauteile nur bezüglich der Achse des Korpuskularstrahles rotationssymmetrische Kraftwirkungen zwischen den beiden Patronenteilen ausgeübt werden.

Besonders zweckmäßig ist es, dem ersten Patronenteil in seinem mit dem Objektträger und den wärmeleitenden Bauteilen in Verbindung stehenden Bereich eine Heizwirkung zuzuordnen, mit der eine Regelung der Temperatur des Objektes vorgenommen werden kann. Dabei wird man an geeigneter Stelle Thermoelemente zur Temperaturmessung in erforderlicher Anzahl anordnen.

Um einen guten Wirkungsgrad der Kühlung zu erzielen, ist es zweckmäßig, daß der mit dem Objektträger und den wärmeleitenden Bauteilen in Berührung stehende Bereich des ersten Patronenteiles gegen die übrigen Teile des Korpuskularstrahlmikroskops wärmeisoliert ist. Während also bei der eingangs geschilderten bekannten Konstruktion gerade auf einen guten Wärmekontakt zwischen diesen auf Raumtemperatur befindlichen Teilen des Korpuskularstrahlapparates einerseits und dem den Objektträger haltenden ersten Patronenteil andererseits Wert gelegt wurde, ist es bei der erfindungsgemäßen Konstruktion zweckmäßig, diese Teile gegeneinander wärmeisoliert anzuordnen.

Den zweiten Patronenteil wird man vorteilhafterweise an der Objektivlinse des Korpuskularstrahlapparates befestigen, während der erste Patronenteil in einen Objekttisch schleusbar derart einsetzbar ist, daß er mit seinem den Objektträger haltenden Bereich in den zweiten Patronenteil hineinragt; als wärmeleitende Bauteile dienen bei in den Objekttisch eingesetztem ersten Patronenteil belastete Federn aus wärmeleitendem Material. Diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, daß beide Patronenteile für sich konstruktive Einheiten bilden und der Objektwechsel oder das Ausschleusen von Blenden zum Reinigen od. dgl. in einfacher Weise allein durch Ausschleusen des ersten, mit der Tiefkühlvorrichtung nicht unmittelbar in Verbindung stehenden Patronenteiles erfolgen kann, ohne daß hierbei irgendwelche zusätzlichen Handgriffe oder Maßnahmen erforderlich sind, um nach dem Einsetzen des Objektes in den Korpuskularstrahlapparat wieder die zur Objektkühlung erforderliche wärmeleitende Verbindung zwischen dem ersten Patronenteil einerseits und dem zweiten Patronenteil andererseits herzustellen.

Verständlicherweise lassen sich die Federn aus wärmeleitendem Material bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an parallel zur Bewegungsrichtung des ersten Patronenteiles beim Schleusvorgang liegenden Flächen der beiden Patronenteile so anordnen, daß das erste Patronenteil bei seiner Bewegung von den Federn praktisch geführt wird. Da hierbei aber möglicherweise gewisse unerwünschte Einflüsse auf die Zentrierung des Objektes bezüglich des Korpuskularstrahles durch die Federn auftreten können, wird es zweckmäßig sein, den beiden Patronenteilen einander bei eingesetztem ersten Patronenteil gegenüberstehende, quer zur Richtung der Schleusbewegung verlaufende Flächen als Auflageflächen für die Federn zuzuordnen. In diesem Fall bilden die Federn also praktisch Endanschläge für den eingesetzten ersten Patronenteil. Die Federn sind vorteilhafterweise durch Zungen an einem ringscheibenförmigen Teil gebildet, die durch zumindest ungefähr radiale Schlitze an dem ringscheibenförmigen Teil gebildet und zweckmäßigerweise in abwechselnder Folge in entgegengesetzten Richtungen gewölbt sind. Dieser Ring braucht lediglich eingelegt zu werden.

Zum Zweck des Absaugens etwa im Bereich des Objektträgers vorhandener Atome und/oder Moleküle von Restgasen und/oder Restdämpfen im Vakuumraum des Korpuskularstrahlapparates ist es, wie an sich bereits vorgeschlagen, zweckmäßig, daß der erste Patronenteil in seinem innerhalb des ihn umgebenden zweiten Patronenteiles liegenden Bereich Ausnehmungen aufweist, durch die der zweite Patronenteil die störenden Atome und/oder Moleküle absaugen kann. Diese Maßnahme läßt sich konstruktiv einfach in der Weise durchführen, daß der Objektträger mittels wärmeleitender Streben an dem ersten Patronenteil gehalten ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Korpuskularstrahlapparates an Hand eines Elektronenmikroskops dargestellt, wobei nur die für die Erfindung unmittelbar wichtigen Teile wiedergegeben sind.

Oberhalb der die Polschuhe 1 und 2 (s. F i g. 1) enthaltenden Objektivlinsenanordnung 3 ist die erfindungsgemäß ausgebildete Objektpatrone 4 angeordnet. Sie besteht aus den beiden PatronenteilenS und 6, von denen der erste Patronenteil 5 in dem im einzelnen nicht näher dargestellten Objekttisch 7 eingesetzt ist, während der zweite Patronenteil 6 in gut wärmeleitender Verbindung mit der Kühlstange 8 steht, die mit ihrem anderen Ende in ein in der Figur ebenfalls nicht dargestelltes — da an sich bekanntes — Kühlmittelgefäß hineinragt. Der zweite Patronenteil 6 ist unter Verwendung wärmeisolierender Zwischenlagen 9, die z. B. als Kunststoffringe ausgeführt sein können, an dem Linsensystem 3 befestigt Der erste Patronenteil 5 besteht im wesentlichen aus dem Patronenkonus 10, der zum lösbaren Einsetzen des ersten Patronenteiles 5 in die Aufnahme 11 des Objekttisches 7 dient, sowie zwei in diesem Ausführungsbeispiel an den Konus 10 angeschraubten Teilen 12 und 13, von denen der Teil 12 den eigentlichen Halter für den Objektträger 14 und der Teil 13 den als Einsatz ausgebildeten Halter für die Blende 15 darstellt.

Der erste Patronenteil 5 und der zweite Patronenteil 6 weisen einander zugekehrte, senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten Patronenteiles beim Schleusvorgang verlaufende Flächen auf, die die Auflageflächen für die in diesem Ausführungsbeispiel als Federn aus gut wärmeleitendem Material ausgebildeten leitenden Bauteile darstellen. Die Federn sind, wie F i g. 2 im Schnitt zeigt, durch gewölbte Zungen 16 a an dem ringscheibenförmigen Teil 16 gebildet. Wie aus der F i g. 1 ersichtlich, bewirken diese Federn, daß bei Einschalten der Tiefkühlvorrichtung¹ — angedeutet durch die Kühlstange 8 — der Objektträger 14 und damit das auf ihm befindliche Objekt auf eine Temperatur abgekühlt werden, die stets etwas höher als die Temperatur des das Objekt umgebenden zweiten Patronenteiles 6 ist. Ein derartiges Temperaturgefälle stellt sich auch dann ein, wenn, wie in der Figur dargestellt, zusätzliche Maßnahmen zur Schaffung einer Wärmeisolation zwischen dem mit dem Objektträger 14 und den wärmeleitenden

Claims (8)

Federn 16 in Verbindung stehenden Bereich des ersten Patronenteiles 5 einerseits und den übrigen Teilen des Elektronenmikroskops, also dem Tisch Ί, andererseits getroffen sind. In dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt zu diesem Zweck der Konus 10 eine aus wärmeisolierendem Material bestehende Zone 17. Verständlicherweise könnte man auch den ganzen Konus aus schlecht wärmeleitendem Material herstellen. Dann müßte gegebenenfalls seine dem Strahl benachbarte Innenfläche metallisiert und elektrisch mit dem Gerät verbunden sein, um statische Aufladungen zu vermeiden. Damit etwa im Bereich des Objektträgers 14 innerhalb des ersten Patronenteiles 5 befindliche Atome und Moleküle von Restgasen und -dämpfen durch den umgebenden zweiten Patronenteil 6 abgesaugt werden können, ist der erste Patronenteil in seinem den Objektträger 14 haltenden Bereich strebenartig ausgebildet. In der Figur sind zwei mit 12 a und 12 b bezeichnete dieser Streben erkennbar. Die Blende 18 ist unter Zwischenfügung der wärmeisolierenden Zwischenlage 19 an dem zweiten Patronenteil 6 wärmeisoliert gehalten, da eine bei starker Kühlung dieser Blende möglicherweise auftretende Vereisung derselben infolge der Lage der Blende im Spalt der Objektivlinse 3 die Gefahr des Hervorrufens eines störenden Astigmatismus mit sich bringen kann. Mit 20 ist die ebenfalls zumindest ungefähr auf Raumtemperatur befindliche Aperturblende der Linse bezeichnet, die mittels des Schiebers 21 quer zum Strahlengang bewegbar ist. Wie an sich bereits vorgeschlagen, ist es möglich, auch den Raum um diese Blende zu kühlen oder aber eine etwas tiefer angeordnete Blende unter Verlangerung des zweiten Patronenteiles zu kühlen, um eine möglichst gute Annäherung des von dem zweiten Patronenteil 6 umgebende Raumes an eine durch gekühlte Teile abgeschlossene Kammer zu erzielen. Mittels der Heizwicklung 22 läßt sich die Temperatur des Objektes definiert regeln. Hierzu wird man an geeigneter Stelle ein Thermoelement vorsehen. Verständlicherweise ist die Erfindung nicht auf das figürlich dargestellte spezielle Konstruktionsbeispiel beschränkt. So ist es z. B. möglich, die beiden Patronenteile nicht konstruktiv in der dargestellten Weise als selbständige Einheiten auszubilden, sondern beispielsweise zum Zweck der Kühlung der mit 15 bezeichneten Blende den zweiten gekühlten Patronenteil in bekannter Weise den ersten Patronenteil nach oben umgreifen und von dort die Blende 15 mittels eines dann gekühlten Rohres halten zu lassen. Patentansprüche:

1. An der Pumpe arbeitender Korpuskularstrahlapparat, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer einen Objektträger aufnehmenden und mit einer Tiefkühlvorrichtung in Verbindung stehenden Objektpatrone, die aus zwei Patronenteilen besteht, von denen der erste den Objekt-

träger hält und im Bereich des Objektträgers von dem zweiten Patronenteil umgeben ist, der mit der Tiefkühlvorrichtung in gut wärmeleitender Verbindung steht, sowie mit wärmeleitenden Bauteilen zwischen den im übrigen gegeneinander wärmeisolierten beiden Patronenteilen, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeleitende Bauteile (16) Metallfedern in rotationssymmetrischer Anordnung bezüglich des Korpuskularstrahles und/oder Metallbänder und/oder Metallgeflechte vorgesehen sind.

2. Korpuskularstrahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Objektträger (14) und den wärmeleitenden Bauteilen (16) in Berührung stehende Bereich des ersten Patronenteiles gegen die übrigen Teile des Korpuskularstrahlapparates wärmeisoliert ist.

3. Korpuskularstrahlapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Patronenteil an der Objektivlinse des Korpuskularstrahlapparates befestigt, dagegen der erste Patronenteil in einen Objekttisch schleusbar derart einsetzbar ist, daß er mit seinem den Objektträger haltenden Bereich in den zweiten Patronenteil hineinragt, und daß als wärmeleitende Bauteile bei in den Objekttisch eingesetztem ersten Patronenteil belastete Federn aus wärmeleitendem Material dienen.

4. Korpuskularstrahlapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Patronenteile einander bei eingesetztem ersten Patronenteil gegenüberstehende, quer zur Richtung der Schleusbewegung verlaufende Flächen als Auflagefiächen für die Federn (16) aufweisen.

5. Korpuskularstrahlapparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (16) durch Zungen an einem ringscheibenförmigen Teil gebildet sind, die durch zumindest ungefähr radiale Schlitze an dem ringscheibenförmigen Teil erzeugt und zweckmäßigerweise in abwechselnder Folge in entgegengesetzten Richtungen gewölbt sind.

6. Korpuskularstrahlapparat nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Patronenteil in seinem innerhalb des ihn umgebenden zweiten Patronenteiles liegenden Bereich Ausnehmungen aufweist, durch die der zweite Patronenteil eventuell vorhandene Atome und/oder Moleküle von Gasen und/oder Dämpfen absaugt.

7. Korpuskularstrahlapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektträger (14) mittels wärmeleitender Streben (12 λ, 12 b) an dem ersten Patronenteil gehalten ist.

8. Korpuskularstrahlapparat nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem mit dem Objektträger (14) und den wärmeleitenden Bauteilen (16) in Berührung stehenden Bereich des ersten Patronenteiles eine Heizwicklung (22) zugeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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