DE1614694C

DE1614694C - Corpuscular beam device, in particular an electron microscope, with an axially displaceable object

Info

Publication number: DE1614694C
Application number: DE19671614694
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 1000 Berlin. HOIs 3-06 Sehomburg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-12-27
Filing date: 1967-12-27
Publication date: 1973-03-22

Description

Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Korpuskularstrahlgerät 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, wobei die Antriebsmittel so dimensioniert sind, daß der Bewegungsbereich des Objektes die Strecke zwischen der vorderen und der hinteren Brennebene der Objektivlinse einschließt.The subject of the main patent is a particle beam device with an objective lens, an object cartridge and drive means by means of which the object relative to a part of the object holding the object cartridge Device, in particular an object table, is movable in the direction of the axis of the objective lens, the Drive means are dimensioned so that the range of motion of the object is the distance between the front and back focal plane of the objective lens.

Eine derartige Einstellung der axialen Objektlage ist in erster Linie bei Elektronenmikroskopen, aber auch bei anderen Korpuskularstrahlgeräten, wie lonenmikroskopen oder Beugungsgeräten, häufig erwünscht. Die axiale Bewegbarkeit des Objektes kann beispielsweise dazu dienen, daß Objekt bewußt in verschiedenen Ebenen zu bringen, um unterschiedliche Untersuchungen durchzuführen; man kann in dieser Form aber auch eine Justierung der Ebene des Objektes relativ zu der Fokussierungsebene einer Linse vernehmen.Such an adjustment of the axial object position is primarily with electron microscopes, however also often desirable for other particle beam devices, such as ion microscopes or diffraction devices. The axial mobility of the object can be used, for example, to consciously move the object in different ways To bring levels to conduct different investigations; one can in this Form but also an adjustment of the plane of the object relative to the focussing plane of a lens hear.

Nach einem im Hauptpatent angegebenen Ausführungsbeispiel weist die Objektpatrone zwei konzentrische, in die Bohrung der Objektivlinse in Achsrichtung hineinragende Hohlzylinder auf, die aus unmagnetischem Material bestehen und von denen der innere das Objekt hält, femer trägt der innere Hohlzylinder auf seinem Außenmantel eine in Achsrichtung verlaufende Zahnreihe, 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. Dieses äußere Teil wird also in der Regel der Patronenkonus sein, der zum Einsetzen der schleusbaren Patrone in einen Objektverstelltisch dient.According to an embodiment specified in the main patent, the object cartridge has two concentric, Hollow cylinders protruding into the bore of the objective lens in the axial direction and made of non-magnetic Material consist and of which the inner one holds the object, furthermore the inner hollow cylinder carries on its outer surface a row of teeth running in the axial direction, which with one in the outer Hollow cylinder in the axial direction mounted pinion or a spindle interacts with a Gear is in connection, of which at least a part in the parts of the object cartridge holding Device, in particular an object table, is stored. So this outer part usually becomes the cartridge cone be, which is used to insert the lockable cartridge in an object adjustment table.

Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Antriebsmittel des Korpuskularstrahlgerätes nach dem Hauptpatent.The invention relates to the improvement of the drive means of the corpuscular beam device according to the Main patent.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß im äußeren Teil ein gabelartiger Hebel um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, die in einer zur Objektivlinsenachse senkrechten Ebene liegt, und daß der Hebel mit seinem gabelartigen Bereich das innere Teil teilweise umgreifend mit Stiften auf dem Umfang des inneren Teiles in Eingriff. Dabei wird der Vorteil des Vorsehens von zumindest zwei ring- oder zylinderartigen Teilen, nämlich die Möglichkeit des Vermeidens von über den Umfang der Objekpatrone hinausragenden und den Schleusvorgang behindernden Bauelementen, beibehalten.For this purpose it is provided according to the invention that a fork-like lever around the outer part a pivot axis is pivotably mounted in a plane perpendicular to the objective lens axis lies, and that the lever with its fork-like area partially encompasses the inner part with pins engaged on the circumference of the inner part. This has the advantage of providing at least two ring- or cylinder-like parts, namely the possibility of avoiding over the circumference of the Objekpatrone protruding and the locking process hindering components retained.

Der Hebel kann auch die «enannten Stifte durchThe lever can also use the named pins

gabelartige Ausbildung der beiden Enden seines gabelartigen Bereiches umgreifen. Man hat dann also praktisch eine doppelt gabelartige Ausbildung dieses in den Innenraum des inneren Teiles hineinragenden Bereiches des Hebels.grip around fork-like design of the two ends of its fork-like area. So then you have practically a double fork-like construction of this protruding into the interior of the inner part Range of the lever.

Es sei an dieser Stelle eingefügt, daß die ring- oder zylinderartigen Teile auch nach Art von konzentrisch angeordneten Rohren ausgebildet und zusammengesetzt sein können, jedoch ist dies nicht unbedingt erforderlich. It should be added at this point that the ring-like or cylinder-like parts are also concentric in the manner of arranged tubes can be formed and assembled, but this is not absolutely necessary.

Zur Gewinnung einer definierten Ruhelage des Objektes in axialer Richtung ist es zweckmäßig, eine Druckfeder mit ihrem einen Ende auf eine Auflage an dem äußeren Teil und mit ihrem anderen Ende auf einer Auflage an dem Hebel oder dem inneren Teil aufliegend anzuordnen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient die Druckfeder zugleich als Gegenfeder für den Hebel während seiner Betätigung, so daß dieser auf das innere Teil nur während der Verschiebung desselben in einer Richtung eine bewegende Kraft ausübt, während die Bewegung des inneren Teiles in der anderen Richtung unter der Wirkung der Druckfeder erfolgt.To obtain a defined rest position of the object in the axial direction, it is advisable to use a Compression spring with its one end on a support on the outer part and with its other end to be arranged resting on a support on the lever or the inner part. In the preferred embodiment the invention, the compression spring also serves as a return spring for the lever during his Actuation, so that this is on the inner part only during the displacement of the same in one direction exerts a moving force while moving the inner part in the other direction takes place under the action of the compression spring.

Das im Bereich des äußeren Teiles liegende Ende des Hebels wird man eine bezüglich der Schwenkachse exzentrische Angriffsfläche für einen Betätigungsstößel bilden lassen, der in an sich bekannter Weise über vakuumdichte Durchführungen mit einem außerhalb des Gehäuses des Korpuskularstrahlgerätes befindlichen Drehknopf od. dgl. in Verbindung steht.The end of the lever located in the area of the outer part becomes one with respect to the pivot axis Let form eccentric contact surface for an actuating plunger, which is known in itself Way via vacuum-tight bushings with an outside of the housing of the corpuscular beam device Rotary knob located or the like. Connected.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist außer dem äußeren Teil und dem diesem gegenüber drehgesicherten inneren Teil ein drittes ring- oder zylinderartiges Teil in koaxialer Anordnung vorhanden, das ein mit einem Außengewinde auf dem inneren Teil zusammenwirkendes Innengewinde aufweist und einen äußeren Zahnkranz trägt, der mit einem parallel zur Objektivlinsenachse in dem äußeren Teil drehbar gelagerten Zahnrad in Eingriff steht. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird also die Drehbewegung eines Zahnrades durch das dritte ring- oder zylinderartige Teil umgesetzt in eine Verschiebebewegung des inneren Teiles.In another embodiment of the invention, apart from the outer part and the opposite thereof rotatably secured inner part a third ring or cylinder-like part in a coaxial arrangement present, which has an internal thread cooperating with an external thread on the inner part and carries an outer ring gear, which with one parallel to the objective lens axis in the outer Part of the rotatably mounted gear is in engagement. In this embodiment of the invention, so the rotary movement of a gear is converted into a sliding movement by the third ring-like or cylinder-like part of the inner part.

Man wird das Zahnrad drehfest auf einer Achse lagern, die ihrerseits in dem äußeren Bauteil gehalten ist und ein weiteres Zahnrad für den Angriff eines Drehtriebes in ebenfalls drehfester Anordnung trägt.The gear will be rotatably mounted on an axle, which in turn is held in the outer component is and carries another gear for the attack of a rotary drive in a non-rotatable arrangement as well.

In Fig. 1 und 2 ist in einem senkrecht und in einem horizontal gelegten Schnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegebenen, während In Fig. 1 and 2 is in a vertical and in a horizontally placed section reproduced a first embodiment of the invention, while

F i g. 3 eine Variante der Erfindung unter Verwendung von drei ring- oder zylinderartigen, koaxial angeordneten Teilen der Patrone darstellt.F i g. 3 using a variant of the invention represents of three ring or cylinder-like, coaxially arranged parts of the cartridge.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 enthält die allgemein mit 1 bezeichnete Objektpatrone zwei koaxial bezüglich der Achse 2 der Objektivlinse angeordnete etwa ring- oder zylinderartige Teile 3 und 4, von denen das zuletzt genannte Teil mittels einer rüsselartigen Fortsetzung bei 5 das zu Untersuchtende Objekt einklemmt. In den figürlich dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich um Objektpatronen zur Röntgenmikroanalyse, so daß das Objekt bei 5 unter einem von 90° abweichenden Winkel vom Elektronenstrahl beaufschlagt wird. Die Erfindung läßt sich aber verständlicherweise auch bei normaler Objektlage ohne Änderung anwenden.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2 contains the object cartridge, generally designated 1, two coaxially with respect to the axis 2 of the objective lens arranged approximately ring-like or cylinder-like parts 3 and 4, of which the last-mentioned part clamps the object to be examined by means of a trunk-like continuation at 5. In the figurative The illustrated embodiments are object cartridges for X-ray microanalysis, so that the object at 5 is acted upon by the electron beam at an angle other than 90 °. the However, the invention can understandably also be used with a normal object position without change.

Das äußere Teil 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel identisch mit dem Patronenkonus, mit dem die Patrone 1 in einen nicht dargestellten Objekttisch bekannten Aufbaues eingesetzt ist, der auf der Tischauf lagefläche 6 quer verschiebbar liegt. Die Tischauflagefläche 6 bildet einen Bestandteil des oberen Objektivlinsen-Polschuhes 7; der untere Polschuh dieser Linse ist nicht dargestellt. Man erkennt, daß das bei 5 befindliche Objekt im Spalt 8 der Objektivlinse gehalten ist.The outer part 3 is identical in this embodiment with the cartridge cone with which the Cartridge 1 is used in an object table, not shown, known structure, the support surface on the table 6 is transversely displaceable. The table support surface 6 forms part of the upper objective lens pole piece 7; the lower pole piece of this lens is not shown. You can see that at 5 located object is held in the gap 8 of the objective lens.

Im äußeren Teil 3 ist mittels der Schwenkachse 9 der in seinem linken Bereich gabelartig ausgebildete Schwenkhebel 10 gelagert, der, wie insbesondere F i g. 2 erkennen läßt, mit seinem gabelartigen Bereich 11, 11' das innere Teil 4 teilweise umgreift. Die Enden 11, 11' der Gabel sind ihrerseits gabelartig ausgebildet, so daß sie Stifte 12 und 13 mittels Ausnehmungen 14 und 14' aufnehmen.
, Bei Betätigung des gabelartigen Hebels 10 mittels des in an sich bekannter und daher nicht dargestellter Weise durch die Vakuumwand des Gerätes hindurchgeführten Betätigungsstößels 15 wird das innere Teil 4 relativ zum äußeren Teil 3 in Richtung nach unten verschoben. Dies geschieht gegen die Wirkung der Druckfeder 16, deren Enden einerseits auf der Auflagefläche 17 des inneren Teiles 4 und andererseits auf der Auflagefläche 18 des äußeren Teiles 3 aufliegen. Diese Druckfeder dient außer zur Rückstellung nach erfolgter Bewegung des inneren Teiles 4 mittels des Hebels 10 auch zur Sicherstellung der in F i g. 1 dargestellten Ruhelage des Objektes.In the outer part 3, by means of the pivot axis 9, the pivot lever 10, which is fork-like in its left area and which, as in particular FIG. 2 shows, with its fork-like area 11, 11 ', the inner part 4 partially engages. The ends 11, 11 'of the fork are in turn fork-like so that they receive pins 12 and 13 by means of recesses 14 and 14'.
Upon actuation of the fork-like lever 10 by means of the actuating plunger 15 passed through the vacuum wall of the device in a manner known per se and therefore not shown, the inner part 4 is displaced relative to the outer part 3 in the downward direction. This takes place against the effect of the compression spring 16, the ends of which rest on the one hand on the bearing surface 17 of the inner part 4 and, on the other hand, on the bearing surface 18 of the outer part 3. This compression spring serves not only to reset after the inner part 4 has moved by means of the lever 10, but also to ensure that the movement shown in FIG. 1 shown rest position of the object.

Die weitere Druckfeder 19 spielt in diesem Zusammenhang keine Rolle; sie verspannt lediglich- die Blende 20 mit den ihr zugeordneten Teilen, indem sie das plattenartige Teil 21 gegen eine Auflage an dem Einsatz 22 drückt; außerdem klemmt sie bei 5 einen Objektträger ein.The further compression spring 19 does not play a role in this context; it only tenses- them Aperture 20 with its associated parts by the plate-like part 21 against a support on the Insert 22 pushes; it also clamps a slide at 5.

Im oberen Teil der F i g. 1 besitzt die Patrone das Gewindeteil 23, das zum Angriff einer Schleuseneinrichtung dient.In the upper part of FIG. 1, the cartridge has the threaded part 23, which is used to engage a lock device serves.

Es sei bemerkt, daß gegebenenfalls die verschiedenen Bauteile aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein können, um Fertigungsschwierigkeiten zu vermeiden.It should be noted that the various components may be composed of several individual parts can be in order to avoid manufacturing difficulties.

Diente bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 als Antriebsmittel der hinsichtlich der Auflagefläche für den Betätigungsstößel 15 exzentrisch ausgebildete Hebel 10, so verwendet die Ausführungsform nach F i g. 3 als Antriebsmittel das Zahnrad 30, das drehfest auf der Drehachse 31 angeordnet ist, die ihrerseits in dem wiederum den Patronenkonus bildenden äußeren Teil 32 gelagert ist. Außer diesem äußeren Teil und dem inneren Teil 33, das bei 34 wiederum in schräger Lage das Objekt einklemmt und mittels des Ansatzstückes 35 an dem äußeren Teil 32 an einer Drehung gehindert wird, ist das dritte ebenfalls konzentrisch zur Objektivachse 36 angeordnete ringartige Teil 37 vorhanden. Dieses ringartige Teil 37 steht mit seinem äußeren Zahnkranz 38 in Eingriff mit dem Zahnrad 30, so daß es an Drehungen der Welle 31 teilnimmt, die auf diese Welle mittels eines geeigneten äußeren Antriebs über das drehfest auf ihr angeordnete weitere Zahnrad 39 übertragen werden.In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2 as the drive means in terms of Support surface for the actuating plunger 15 eccentrically designed lever 10, so used the embodiment according to FIG. 3, the gearwheel 30, which is non-rotatably arranged on the axis of rotation 31, is used as the drive means which in turn is mounted in the outer part 32 which in turn forms the cartridge cone. Except for this outer part and the inner part 33, which at 34 again clamps the object in an inclined position and is prevented from rotating by means of the extension piece 35 on the outer part 32 the third ring-like part 37, which is also arranged concentrically to the objective axis 36, is present. This ring-like part 37 is with its outer ring gear 38 in engagement with the gear 30 so that it participates in rotations of the shaft 31, which is transferred to this shaft by means of a suitable external drive the further gear 39 arranged in a rotationally fixed manner on it can be transmitted.

Ferner steht das Teil 37 über sein Innengewinde 40 mit dem Außengewinde 41 auf dem inneren Teil 33 in Verbindung, so daß, da durch das Teil 35 in Verbindung mit der Ausnehmung 42 in dem inneren TeilFurthermore, the part 37 stands on the inner part 33 via its internal thread 40 with the external thread 41 in connection, so that, since through the part 35 in connection with the recess 42 in the inner part

33 dieses an einer Drehung gehindert wird, die Drehbewegung der Welle 31 in eine Verschiebebewegung des inneren Teiles 33 in Richtung der Achse 36 umgesetzt wird.33 this is prevented from rotating, the rotary movement of the shaft 31 in a sliding movement of the inner part 33 is implemented in the direction of the axis 36.

Um ein Spiel in den Gewinden 40 und 41 unwirksam zu machen, ist die Druckfeder 43 vorhanden, die wiederum auf einem tellerartigen Tragglied 44 für eine Blende 45 aufliegt, die gesamte Anordnung in Richtung nach unten verspannt und bei 34 das Objekt einklemmt. Das obere Teil 46 der Objektpatrone ist mit dem äußeren Teil 32 fest verbunden.To make play in the threads 40 and 41 ineffective, the compression spring 43 is present, the again rests on a plate-like support member 44 for a diaphragm 45, the entire arrangement in Tensioned in the downward direction and pinched the object at 34. The upper part 46 of the object cartridge is firmly connected to the outer part 32.

Wiederum ragt das Objekt bei 34 in den Spalt 47 der Objektivlinse hinein, von der auch in F i g. 3 nur der obere Polschuh 48 erkennbar ist.The object again protrudes at 34 into the gap 47 of the objective lens, of which FIG. 3 only the upper pole piece 48 can be seen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

i 614694 claims:

1. Corpuscular beam device, in particular electron microscope, with an objective lens and an object cartridge which contains two at least partially surrounding ring or cylinder-like parts made of non-magnetic material in a coaxial arrangement, of which the inner part holds the object and is stored in the outer of the two parts Drive means is displaceable in the direction of the objective lens axis relative to the outer part in such a way that the range of motion of the object includes the distance between the front and the rear focal plane of the objective lens, according to patent 1 514595, characterized in that a fork-like lever is pivotally mounted about a pivot axis (9) (10) in. one to the objective lens axis (2) vertical 'plane, and that the lever (10) with its fork-like portion (11, 11') the inner part (4 ) is partially encompassing with pins (12, 13) on the circumference of the inner part (4) in engagement.

2. Corpuscular beam device according to claim 1, characterized in that the lever (10) also the pins (12, 13) by fork-like design (14) of the two ends (11, 11 ') of its fork-like Area encompasses.

3. corpuscular beam device according to claim 1 or 2, characterized in that a compression spring (16) with its one end on a support (17) on the outer part (3) and with its other end The end is arranged resting on a support (18) on the lever or the inner part (4) is and seeks to keep the inner part (4) in a defined rest position.

4. corpuscular beam device according to claim 3, characterized in that the compression spring (16) at the same time serves as a counter spring for the lever (10) during its actuation.

5. corpuscular beam device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the in the area of the outer part (3) lying end of the lever (10) with respect to the pivot axis (9) forms an eccentric contact surface for an actuating plunger (15).

6. Corpuscular beam device, in particular an electron microscope, with an objective lens and an object cartridge, the two at least partially surrounding ring-like or cylinder-like Contains parts made of non-magnetic material in a coaxial arrangement, the inner part of which is the The object is held and by drive means mounted in the outer of the two parts in the direction of the Objective lens axis is displaceable relative to the outer part in such a way that the range of motion of the object is the distance between the front and the rear focal plane of the objective lens includes, according to patent 1 514 595, characterized in that in addition to the outer part (32) and to the inner part (33) secured against rotation (35, 42) with respect to this, a third ring-like or cylinder-like one Part (37) is present in a coaxial arrangement, the one with an external thread (41) on the inner part (33) cooperating internal thread (40) and an external Toothed ring (38) carries with a parallel to Objective lens axis (36) in the outer part (32) rotatably mounted gear (30) in engagement stands.

7. corpuscular beam device according to claim 6, characterized in that the gear (30) is rotatably mounted on an axle (31), which is a further gear (39) for the engagement of a rotary drive also carries in a non-rotatable arrangement.