DE1614688C3 - Korpuskularstrahlgerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer Doppelkondensoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Korpuskularstrahlgerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer Doppelkondensoranordnung, bestehend aus einer in Strahlrichtung ersten kurzbrennweitigen Linse und einer zweiten langbrennweitigen Linse, bei dem das den Linsenspalt der ersten Linse bildende Polschuhsystem Teil einer Baueinheit ist, die als solche in eine Linsenbohrung einschiebbar ist.

Ein Elektronenmikroskop mit einer Doppelkondensoranordnung dieser Art ist aus der deutschen Auslegcschrift T 018 564 bekannt. Die Erfiiuluiv.:

kann jedoch nicht nur bei Elektronenmikroskopen, sondern auch bei anderen Korpuskularstrahlgeräten, z.B. Ionenmikroskopen, Beugungseinrichtungen, Geräten zur Mikroanalyse oder zur Ladungsträger-Strahlbearbeitung, mit Vorteil Anwendung finden.

Bei allen diesen Geräten ist es erforderlich, eine genaue Justierung der Achse des Korpuskularstrahls und der Achse der Kondensoranordnung sowie weiterer Linsen relativ zueinander vorzunehmen. Es ist

ίο bekannt, zu diesem Zweck die Kondensoranordnung mechanisch querverschiebbar in der Säule beispielsweise eines Elektronenmikroskops anzuordnen.

Weiterhin ist für bestimmte Untersuchungen eine rasterförmige Abtastung eines zu untersuchenden Präparates erwünscht. Hierzu müssen elektromagnetische und/oder elektrostatische Ablenksysteme im Gerät vorgesehen sein, die es gestatten, den Korpuskularstrahl in zwei zueinander senkrechten Richtungen abzulenken. Bekannte Geräte, die diese Möglichkeit bieten, sind beispielsweise von v. Ardenne in Gestalt seines Rastermikroskops angegeben worden; auch bei Einrichtungen zur Röntgenmikroanalyse, die gegebenenfalls als Zusatzeinrichtungen für Elektronenmikroskope ausgebildet sind, hat sich diese

=5 Bestrahlungsart als Scanning eingebürgert. Ein Mikroanalysator dieser Art ist aus der britischen Patentschrift 1 019 581 bekannt. Hier ist das Ablenksystem in Höhe der Wicklung der zweiten Kondensorlinse, jedoch in Strahlrichtung weit vor dem Linsenspalt dieser Linse angeordnet, so daß der abgelenkte Strahl den Linsenspalt exzentrisch durchsetzt.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei einem Korpuskularstrahlgerät der eingangs genannten Art ein Ablenksystem so anzuordnen, daß es keinen zusätzlichen Raum beansprucht und die Abbildungseigenschaften des Kondensors nicht beeinträchtigt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als weiteres Teil der Baueinheit im Linsenspalt der zweiten Linse ein elektromagnetisches oder elektrostatisches Ablenksystem zur Beeinflussung der Lage des Korpuskularstrahls angeordnet ist. Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Ablenkung des Strahls auf seine Lage in der zweiten Linse keinen oder nur einen sehr geringen Einfluß hat, so daß Abbildungsfehler infolge eines bezüglich dieser Linse exzentrischen Strahlverlaufs nicht auftreten. Die Erfindung berücksichtigt die Tatsache, daß die zweite Kondensorlinse langbrennweitig ist, so daß ihr Linsenspalt nicht in unmittelbarer Umgebung des Korpuskularstrahls zu liegen braucht. Es steht daher in der Linsenbohrung der zweiten Linse genügend Raum für das Ablenksystem zur Verfügung.

Bei der Doppelkondensoranordnung nach der deutschen Patentschrift 1018 564 umfaßt die Baueinheit die Polschuhsysteme beider Linsen der Doppelkondensoranordnung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung braucht die Baueinheit jedoch nur ein Polschuhsystem zu enthalten.

Es ist bekannt, bei Elektronenlinsen einen Stigmator in Höhe des Linsenspaltes anzuordnen (USA.-Patentschrift 2 976 457 und 3 150 258). Ein Stigmator lenkt jedoch den Strahl gegenüber der Geräteachse nicht ab. so daß hierbei das Problem, daß infolge exzentrischen Strahldurchgangs zusätzliche Abbildungsfehler auftreten können, nicht besteht.

Die Baueinheit besteht mit Vorteil aus in Strahlrichlune federnd zusammengesetzten Teilen, die im eingeschobenen Zustand eine ihrer Stirnflächen üc-

gen einen Anschlag in der Linsenbohrung drücken. Diese federnde Verspannung bewirkt also eine Selbstzentrierung aller zu der Baueinheit zusammengefaßten Elemente, wobei es zweckmäßig ist, die Linsenbohrung nicht konisch, sondern mit zylindrischen Wandflächen auszuführen.

In der Regel wird man die Baueinheit in Strahlrichtung von unten her in die Linsenbohrung einführen, da unmittelbar oberhalb der Kondensoranordnung der Strahlerzeuger liegt.

Auf ihrem Umfang wird die Baueinheit mit Gegenkontakten in der Linsenbohrung zusammenwirkende Gleitkontakte für die Spannungszuführung zu den Ablenksystemen tragen.

Häufig sind Möglichkeiten zur Querverschiebung der beiden Kondensorlinsen relativ zueinander vorgesehen. Dann wird man die Baueinheit aus zwei Teilen oder Teilegruppen im Bereich einer Trennfuge zwischen den beiden Kondensorlinsen derart zusammensetzen, daß Relativbewegungen dieser beiden Teile bzw. Teilegruppen quer zur Strahlachse ermöglicht, aber Relativdrehungen unterbunden sind. Man wird überhaupt Verdrehungen der Baueinheit innerhalb der Linsenbohrung unterbinden.

Als besonders zweckmäßig hat es sich in diesem Zusammenhang erwiesen, zwischen den beiden Teilen bzw. Teilegruppen ein ringförmiges Teil vorzusehen, das auf seinen Stirnflächen um 90° gegeneinander versetzt je ein Paar sich diametral gegenüberliegender Ausnehmungen oder Fortsätze trägt, die mit Fortsätzen bzw. Ausnehmungen auf gegenüberstehehenden Stirnflächen benachbarter Teile der Baueinheit zusammenwirken. Es handelt sich also um ein Kupplungselement, daß ähnlich wie ein Kreuztisch Verschiebungen der verschiedenen Teile der Baueinheit relativ zueinander zuläßt, aber gleichzeitig eine Drehsicherung bildet.

Auch bei einer derartigen mechanischen Verschiebbarkeit der zweiten Kondensorlinse relativ zur erstens ist die Anordnung der Ablenksysteme im Bereich der zweiten Kondensorlinse günstig, da, sofern die Ablenksysteme ohne mechanische Verbindung mit der zweiten Kondensorlinse beispielsweise in der Präparatschleuse angeordnet wären, nach der Querverschiebung des zweiten Kondensors eine erneute Justierung der Ablenksysteme erforderlich wäre.

Dieser Vorteil ergibt sich auch bei einer relativ zu einem Präparat in ihrer Gesamtheit verschiebbaren oder schwenkbaren Kondensoranordnung. Es empfiehlt sich also, die Baueinheit in der Linsenbohrung so festzulegen, daß keine Bewegungen im Kondensorsystem störende Verbindungen zu anderen Baugruppen des Gerätes bestehen. Diese Festlegung kann in der Weise erfolgen, daß sich die Baueinheit auf eine Gleitfläche der benachbarten Baugruppe abstützt. Bei einem um einen Präparatpunkt schwenkbaren Kondensorsystem macht die Ausbildung einer entsprechenden Gleitfläche Schwierigkeiten, so daß es zweckmäßig ist, die Baueinheit in der Linsenbohrung beispielsweise durch Stifte oder Schrauben festzulegen.

F i g. 1 zeigt in einem senkrechten Schnitt die Kondensoranordnung eines Elektronenmikroskops mit der des Ablenksystems umfassenden Baueinheit, während

Fig. 2 eine wesentliche Einzelheit dieser Baueinheit bei dieser bevorzugten Ausführungsform wiedergibt.

Bei der Kondensoranordnung nach F i g. 1 handelt es sich um einen Doppelkondensor für ein Elektronenmikroskop, dessen wesentliche Bestandteile die Wicklung 1 für den in Strahlrichtung ersten und die Wicklung 2 für den in Strahlrichtung zweiten Kondensor nebst Eisenkreisen 3 und 4 sind; in die allgemein mit 5 bezeichnete Linsenbohrung der Kondensoranordnung ist die Baueinheit 6 eingeschoben. Diese Baueinheit enthält in Strahlrichtung aufeinanderfolgend mehrere Elemente. Im Bereich ihrer in der Figur oberen Stirnfläche 7, die in noch zu beschreibender Weise gegen den Anschlag 8 der Linsenbohrung 5 federnd gedrückt wird, enthält die Baueinheit 6 die als einschraubbaren Einsatz ausgebildete Strahleintrittsblende 9. Die Blende 9 wird von dem Teil 10 aufgenommen, das den oberen Polschuh des den weiteren Polschuh 11 enthaltenden Polschuhsystems des ersten Kondensors bildet. Die beiden Polschuhe definieren den Linsenspalt 12 des erze sten Kondensors.

Das Teil 11 ist über die allgemein mit 13 bezeichnete und noch zu erläuternde Kupplung mit dem Teil 14 der Baueinheit 6 verbunden; und zwar so, daß die beiden Teile 11 und 14 gegeneinander querverschiebbar sind. Ehe auf den Sinn dieser Querverschiebbarkeit eingegangen wird, soll die weitere Zusammensetzung der Baueinheit 6 angegeben werden. Sie besitzt eine Aufnahme für die Schutzblende 15 in dem Teil 14, das in seinem unteren Bereich das kammerartige Teil 16 als Aufnahme für das Ablenksystem 17 trägt. Das Ablenksystem besteht in an sich bekannter Weise aus ein magnetisches Feld erzeugenden Spulen.

Der Abschlußring 18 der Baueinheit ist in diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Stiften 19, die mit Ausnehmungen in dem Ring 18 einen Bajonettverschluß bilden, fest in der Linsenbohrung 5 gehalten. Er drückt über die Feder 20 die gesamte Anordnung in F i g. 1 in Richtung nach oben gegen den Anschläge in der Linsenbohrung5. Die Feder 20 befindet sich in einer Aufnahmekammer des Teiles 21, das mit der Aufnahme 16 für die Ablenksysteme 17 verschraubt ist.

Im Teil 16 ist ferner die Ausnehmung 22 vorgesehen, die es ermöglicht, die Aperturblende 23 für den zweiten Kondensor mittels des an sich bekannten Aperturblendentriebes 24 in den Strahlengang einzuführen.

Während der ersten Kondensorlinse echte PoI-schuhe 10 und 11, die Bestandteile der Baueinheit 6 bilden, zugeordnet sind, wird der Spalt des zweiten Kondensors lediglich durch die Messingeinlage 25 zwischen den den magnetischen Fluß führenden Teilen 26 und 27 des Eisenkreises dieser Linse sowie durch Isolierteile gebildet. Man erkennt, daß die Baueinheit 6 die Ablenksysteme 17 in einem teilweise vom Linsenspalt der zweiten Kondensorlinse umgebenen Bereich trägt.

Bei der dargestellten Kondensoranordnung sind die beiden Kondensorlinsen relativ zueinander querverschiebbar gelagert. Zu diesem Zweck dient der Antrieb 28, der sich auf eine Rolle 29 im Eisenkreis 4 des zweiten Kondensors abstützt, in Kombination mit der federnden Gegenlage 30 auf der diametral gegenüberliegenden Seite des Eisenkreises 4. Eine entsprechende Anordnung ist um 90° versetzt vorgesehen. Diese Antriebsmittel gestatten es, die gesamte Linsenanordnung des zweiten Kondensors auf

dem Gleitring 31, der beispielsweise aus Bronze besteht, quer zur Strahlachse zu verschieben. Dabei enthält dieser Ring in jeweils einer Richtung verlaufende Ausnehmungen, in denen bei der Bewegung Stifte 33 und 34 gleiten, so daß sichergestellt ist, daß die Betätigung eines Antriebes, beispielsweise des mit 28 bezeichneten, nur eine geradlinige Bewegung des zweiten Kondensors in Richtung des Antriebes bewirkt.

Bei 35 befindet sich eine Trennfuge zur Aufnahme der Relativbewegungen. Es ist also erforderlich, die Baueinheit 6 so auszubilden, daß sie diese Relativbewegungen zuläßt. Hierzu dient die in F i g. 2 herausgezeichnete Kupplung 13. Sie verbindet also die Teile 14 und 11 miteinander. In das Teil 14 ist das Rohrteil 36 eingeschraubt; bei 37 trägt es einen Schlitz zur Aufnahme eines Werkzeuges, der sich auch beim Evakuieren günstig auswirkt. Gegen dieses Teil legt sich das Hütchen 38 unter der Wirkung der Druckfeder 39, die in einer Ausnehmung des Gewindeteiles 40 angeordnet ist. Die beiden Teile 38 und 40 sind durch in Langlöchern geführte Schrauben 41 miteinander verbunden. Der Überwurf 42 hält die genannten Teile im entspannten Zustand der Feder 39 in Verbindung miteinander.

Zwischen den Teilen 14 und 42 befindet sich das eigentliche Kupplungsteil. Es besteht aus dem Ring 43, der auf seinen Stirnflächen je ein Paar sich diametral gegenüberstehender Fortsätze trägt, von denen die in F i g. 2 erkennbaren mit 44, 45 und 46 bezeichnet sind. Diese Fortsätze greifen in entsprechende schienenartige Ausnehmungen in den einander zugekehrten Stirnflächen der Teile 14 und 42 ein, so daß sie die Querverschiebung der beiden an dieser Stelle aneinanderstoßenden Teilegruppen der Baueinheit in zwei zueinander senkrechten Richtungen gestatten, aber Relativdrehungen verhindern. Daher stört die Baueinheit 6 die Querverschiebung des

ίο zweiten Kondensors relativ zum ersten nicht.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Kondensoranordnung sind ferner beide Kondensorlinsen einschließlich des Bauteiles gemeinsam durch Betätigen des Antriebes 47 relativ zu dem nicht dargestellten Präparat kippbar, wobei als Trag- oder Gleitfläche die Kugelfläche 48 dient. Weiterhin sind Antriebsmittel 49 vorgesehen, die auf das Tragelement 50 im Sinne einer Querverschiebung einwirken und Querverschie-

• bungen der gesamten Kondensoranordnung einschließlich der Baueinheit 6 ermöglichen.

Damit ist die üblicherweise als selbständige Baueinheit ausgeführte Ablenkeinrichtung 17 zu einem Bestandteil der Kondensoranordnung geworden.
Selbstverständlich besteht die Baueinheit 6 — mit Ausnahme der Polschuhe 10 und 11 — ebenso wie der Ring 51 aus unmagnetischem Material. Bei 52 findet sich ein weiterer Anschlag in der Linsenbohrung zur Höhenfestlegung der Aufnahme 22 für die Aperturblende 23.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Korpuskularstrahlgerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer Doppelkondensoranordnung, bestehend aus einer in Strahlrichtung ersten kurzbrennweitigen Linse und einer zweiten langbrennweitigen Linse, bei dem das den Linsenspalt der ersten Linse bildende Polschuhsystem Teil einer Baueinheit ist, die als solche in eine Linsenbohrung einschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Teil der Baueinheit (6) im Linsenspalt der zweiten Linse ein elektromagnetisches oder elektrostatisches Ablenksystem (17) zur Beeinflussung der Lage des Korpuskularstrahls angeordnet ist.

2. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (6) auf ihrem Umfang mit Gegenkontakten in der Linsenbohrung (5) zusammenwirkende Gleitkontäkte für die Spannungszuführung zu den Ablenksystemen (17) trägt.

3. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mechanischer Querverschiebbarkeit der beiden Kondensorlinsen relativ zueinander die Baueinheit (6) aus zwei Teilen oder Teilegruppen im Bereich einer Trennfuge (35) zwischen den beiden Kondensorlinsen derart zusammengesetzt ist (13), daß Relativbewegungen der beiden Teile bzw. Teilegruppcn quer zur Strahlachse ermöglicht, aber Relativdrehungen unterbunden sind.

4. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (6) ein ringförmiges Teil (43) enthält, das auf seinen Stirnflächen um 90° gegeneinander versetzt je ein Paar sich diametral gegenüberliegender Ausnehmungen oder Fortsätze (44, 45, 46) trägt, die mit Fortsätzen bzw. Ausnehmungen auf gegenüberstehenden Stirnflächen benachbarter Teile (14, 42) der Baueinheit (6) zusammenwirken.

5. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (6) ferner im Bereich des Korpuskularstrahls Aufnahmen für Blenden (9,15, 23) besitzt.

6. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer relativ zu einem Präparat verschiebbaren Kondensoranordnung die Baueinheit (6) in der Linsenbohrung (5) beispielsweise durch Stifte (19) festgelegt ist.

7. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenbohrung (5) zylindrische Wandflächen besitzt.