DE1950320A1 - Verfahren zum Kennzeichnen von Stellungen eines in Vakuumraum eines Korpuskularstrahlgeraetes verstellbar angeordneten Teiles - Google Patents

Verfahren zum Kennzeichnen von Stellungen eines in Vakuumraum eines Korpuskularstrahlgeraetes verstellbar angeordneten Teiles

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, 30.9.1969 Berlin und München Werner-von-Si
Unser Zeichen: PLA 69/0134 Hu/Ar
Verfahren zum Kennzeichnen von Stellungen eines im Vakuumraum eines Korpuskularstrahlgerätes verstellbar angeordneten Teiles
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kennzeichnen von Stellungen eines im Vakuumraum eines Korpuskularstrahlgerätes verstellbar angeordneten Teiles. Dabei ist in erster,Linie an den Objekttisch in einem Korpuskularstrahlmikroskop oder einem Beugungsgerät gedacht. Es braucht sich jedoch nicht unbedingt um einen Objekttisch zur Aufnahme nur eines einzigen Objektes zu handeln. Insbesondere bei Geräten zur Materialbearbeitung mittels eines Ladungsträgerstrahles kann man mit Vorteil mehrere Objekte auf demselben Objekttisch anordnen; dann ist man daran interessiert, ein kennzeichnendes Kriterium dafür zu haben, welches Objekt sich gerade unter dem bearbeitenden Strahl befindet. Dagegen wird man bei einem Objekttisch mit nur einem Objekt beispielsweise bei elektronenmikroskopischen Untersuchungen - sobald man einen Überblick über den Aufbau des Objektes gewonnen hat - daran interessiert sein, ganz bestimmte Objektstellen zur genaueren Untersuchung wieder aufsuchen zu können.
Die Erfindung ist jedoch auch in anderen Anwendungsfällen immer dann anwendbar, wenn man ein kennzeichnendes Kriterium für die Koordinaten einer bestimmten Stellung eines Teiles im Vakuumraum haben möchte. Diese Forderung tritt also beispielsweise auch hinsichtlich quer zum Strahl verstellbarer Blenden, bei Blendenschiebern mit mehreren eingesetzten Blenden oder aber dann auf, wenn die Bewegung nicht quer zum Strahl, sondern beispielsweise parallel zum Strahl erfolgen soll, wie dies für Objekthalterungen in Elektronenmikroskopen beispielsweise bekannt ist.
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Die Erfindung betrifft außer einem zur Lösung dieser beschriebenen Aufgabe geeigneten Verfahren auch Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens.
Betrachtet man zunächst das erfindungsgemäße Verfahren, so ist es dadurch gekennzeichnet, daß von den Stellungen des Teiles abhängige elektrische Signale in zur Speicherung geeigneter Form als Sollwerte gespeichert werden und zum Wiederauffinden der Stellungen des Teiles dieses verstellt wird, bis die als Istwerte auftretenden elektrischen Signale mit den gespeicherten Sollwerten übereinstimmen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Verstellung beispielsweise von Objekttischen quer zum Strahl elektrische Antriebsmittel zu verwenden, die mit Elektromagneten ausgerüstet sind, . deren Spulen von der gewünschten Stellung des Tisches abhängige Ströme zugeführt werden. Eine auf diesen Anwendungsfall abgestellte Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die elektrischen Signale die Werte von Gleichströmen oder -spannungen sind, die zur Erregung von die Verstellbewegungen des Teiles erzeugenden elektrischen Antriebsmitteln dienen. - '
- Dieses Prinzip läßt sich mit Vorteil im einzelnen dadurch veri-? ψ fizieren, daß die Antriebsmittel Elektromagnete enthalten. Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung können die sich bezüglich des Teiles gegenüberliegenden Elektromagnete so gepolt sein, daß sie beide abstoßende Kräfte auf das verstellbare Teil ausüben. Aber auch dann» wenn beide Magnetanordnungen das Teil anzuziehen suchen, ist zur Durchführung von Verstellbewegungen ein Unterschied in den von beiden Seiten her auf das Teil ausgeübten magnetischen Kräften erforderlich. Bei der beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung wird diese Kraftdifferenz allein durch Änderung des Erregerstromes der auf der einen Seite des Teiles angeordneten Elektromagnete erzielt. Verwendet man dagegen eine relativ einfach unter Verwendung nur eines Potentiometers aufgebaute Stromversorgung für die Erregung der Elektro-
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magnete', das bei seiner Verstellung die Erregung· der auf der einen Seite des Teiles liegenden Elektromagnete beispielsweise vergrößert und dann die Erregung der auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Elektromagnete in demselben Maße verkleinert, so kann es vorteilhaft sein, in der erfindungsgemäßen Anordnung eine Einrichtung zu verwenden, die aus den beiden Erregerstromwerten die Differenz bildet und diese zur Gewinnung eines Stellungskennzeichens auswertet. Da jedoch, bei einer derartigen Stromversorgung die durch Potentiometerverstellung erzielten Änderungen der Erregerströme für die auf beiden Seiten des Teiles liegenden Elektromagneten einander proportional sind, kann ein und derselbe Speicher zur Regelung aller dieser Erregerströme dienen; es genügt dann also die Speicherung der Signale nur einer Seite.
Die eben beschriebenen Ausführungsformen der. erfindungsgemäßen Anordnung bezogen sich also auf Korpuskularstrahlgeräte mit elektrischen Antriebsmitteln für die Verstellung des Teiles. Unabhängig von der Art der Antriebsmittel ist eine andere Variante der Erfindung, die bei den Verstellbewegungen mit dem Teil sich bewegende mechanische Einrichtungen enthält, die in Abhängigkeit von ihren und damit des Teiles Stellungen die in Signale führenden Stromkreisen fließenden Ströme beeinflussen.
Diese mechanischen Einrichtungen können beispielsweise so aufgebaut werden, daß sie Potentiometer oder andere veränderbare Schaltungselemente in den Signalstromkreisen bei der Bewegung verstellen. Günstig sind insbesondere bei den in der Elektronenmikroskopie sehr kleinen Objektverstellungen aber mechanische Einrichtungen, die keine mechanischen Verbindungen mit dem verstellbaren Teil erfordern. Übrigens können derartige mechanische Einrichtungen auch an einem mechanischen Antrieb für das Teil festgelegt sein. Stets wird man aber eine Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung ohne derartige mechanische Verbindungen vorziehen, die dadurch gekennzeichnet sein kann, daß die mechanischen Einrichtungen Graukeile mit einsinnig zunehmender Schwärzung sind, die sich zwischen Strahlungsquellen und straiilungsempfindlichen Bestandteilen der Signalstromkreise bei den Verstellbewegungen bewegen.
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Diese Graukeile besitzen also einsinnig bei kleinen Versteilhüben stark zunehmende Schwärzungen. Im Hinblick auf die Kleinheit der Bewegungen müssen die Strahlungsquellen praktisch eine punktförmige Beleuchtung auf dem Graukeil erzielen.
Betrachtet man nun verschiedene Schaltungsvarianten der erfindungsgemäßen Anordnung, so wird man bei allen bisher beschriebenen Anordnungen Umschaltmittel zum wahlweisen Verbinden eines . Speichers mit die Signale führenden Stromkreisen vorsehen. Diese Umsehaltmittel wird man also nur dann betätigen, wenn man beim ersten "Durchspielen" des Objektes beispielsweise in einem Elektronenmikroskop interessierende Objekteinzelheiten fest- ^ stellt.
In dem Pail, in dem die elektrischen Signale unmittelbar aus den Erregerströmen oder -spannungen für die die Verstellbewegungen erzeugenden elektrischen Antriebsmittel abgeleitet sind, wird man v/eitere Umschaltmittel so anordnen, daß sie die Antriebsmittel wahlweise mit Gleichspannungsquellen zur Erzeugung ihrer Erregerströme oder mit dem Speicher verbinden.
Selbstverständlich wird man insbesondere in diesem Falle der Ableitung der Signale unmittelbar aus den Erregerströmen oder -spannungen gegebenenfalls Umsetzer verwenden, die diese Signale in zur Speicherung geeignete Signale, beispiels\vreise Binär- W signale, umsetzen. Auch können.an verschiedenen Stellen Verstärker vorgesehen sein.
Grundsätzlich erfaßt die Erfindung auch Anordnungen, bei denen der Speicher ähnlich einem Instrument den gespeicherten Wert als Sollwert abzulesen gestattet und man dann von Hand so lange Verstellbewegungen des Teiles einleitet oder vornimmt, bis Istwerte angezeigt werden, die dem Sollwert entsprechen. Eleganter ist es aber, einen Regler vorzusehen, dessen Eingang zum Wiederauffinden der Stellungen des Teiles die Istwerte und die gespeicherten Sollwerte der Signale zugeführt werden und der bei Gleichheit der Istwerte und der Sollwerte weitere Verstellungen der Teile unterbindet. Dies kann in der Weise geschehen, daß der
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Regler bei Verwendung von Stellmotoren zur Bewegung der verstellbar angeordneten Teile in den Stromkreisen der Motoren Kontakte besitzt, die bei Erreichen der gewünschten Stellung des Teiles die Erregerstromkreise der Motoren unterbrechen. Bei mechanischen Verstellmitteln für die Teile kann der Regler in dem Erregerstromkreis einer elektromechanischen Kupplung ebenfalls Kontakte besitzen, die beim Erreichen der gewünschten Stellung des verstellbaren Teiles zur Übertragung der mechanischen Bewegung erforderliche Teile außer Eingriff bringen. Ist der Antriebsmechanismus für das verstellbare Teil mit Elektromagneten bestückt, so ist der Regler so ausgebildet, daß er bei Erreichen der gespeicherten Stellung des Teiles weitere Änderungen der Erregerstromkreise der Elektromagnete verhindert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der figürlich dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei betreffen alle Figuren ein Elektronenmikroskop mit einem quer zur Strahlachse verstellbaren Objekttisch; die Verstelleinrichtung für den Tisch enthält als elektrische Antriebsmittel in allen figürlich dargestellten Beispielen Elektromagnete.
Im einzelnen zeigt Figur 1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Koordinatenbewegung des Tisches. Die Figuren 2 und 3 beziehen sich auf mechanische Einrichtungen in Gestalt von Graukeilen. Dieses Prinzip liegt auch dem Beispiel nach Figur 4 zugrunde, die ferner die Anwendung einer Regelschaltung zum automatischen Aufsuchen bestimmter Objektpunkte wiedergibt. Figur 5 schließlich zeigt das Schema einer Anordnung mit getrennten Reglern für zwei Koordinaten, d.h. für Bewegungen, wie sie üblicherweise bei Objekttischen in Korpuskularstrahlgeräten erforderlich sind.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung für die Ver stellung des Objekttisches 1 in x-Richtung wiedergegeben. Bezüglich des Tisches 1 liegen sich diametral zwei Magnetpaare und 3 gegenüber, die in diesem Ausführungsbeispiel aus Elektromagneten bestehen. Jeweils die inneren Magnete 4 und 5 der bei-
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den Magnetpaare sind an dem Tisch 1 befestigt, während die äußeren Magnete 6 und 7 gerätefest gehalten sind. Die Figur zeigt eine Aufsicht, so daß man von dem Elektronenstrahl lediglich seine Spur 8 erkennt.
Die Speisung der Magnetspulen erfolgt von einem nicht dargestellten Stromeinsteller, an den die senkrecht eingezeichneten Stromkreise im Sinne ihrer Pfeile angeschlossen sind. Es sei bemerkt, daß diese Stromkreise in allen Figuren nur durch eine einfache Linie angedeutet sind; in Wirklichkeit handelt es sich natürlich um geschlossene Stromkreise.
Um nun ein charakteristisches Kennzeichen für die Stellungen des Tisches 1 zu erhalten, bei denen besonders interessante Objekteinzelheiten im Bereich des Strahles 8 liegen, ist durch die Taste 9 eine Möglichkeit gegeben, eine Verbindung von dem Speisestromkreis des in der Figur linken Magnetpaares 2 zu dem Speicher 10 herzustellen. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel der Umsetzer 11 dazwischengesehaltet, der die hier durch die Stärke des Gleichstromes i gegebenen Signale in solche Signale umformt, die zur Speicherung in dem Speicher 10 geeignet sind. Sobald nun eine interessierende Objektstelle hinsichtlich ihrer x-Koordinate festgehalten werden soll, wird also die Taste 9 umgelegt und der dieser Objektstelle zugeordnete Wert des Stromes i als Kennzeichen des Abszissenwertes dieser Stelle gespeichert. Will man später diese Objektstelle wieder betrachten, so wird der Schalter 12 aus seiner dargestellten Lage so umgelegt, daß er über den Umsetzer 13 das Magnetpaar 2 mit dem Speicher 10 verbindet. Der Umsetzer 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Stromgenerator, der einen in seiner Größe durch den in dem Speicher 10 gespeicherten Sollwert bestimmten. Gleichstrom an das Magnetpaar 2 zur Erregung desselben abgibt. Während dieses gezielten Verstellvorganges kann die Taste 9 geöffnet sein; da aber der Schalter 12 den unmittelbaren Speisestrom kreis für das Magnetpaar 2 unterbrochen hat, kann die Taste 9 auch geschlossen bleiben. In aller Regel wird man einen Speicher 10 verwenden, der eine große Anzahl interessierender Prä-
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paratstellen hinsichtlich ihrer x-Koordinate speichern kann. Dann kann der Umschalter 9 entsprechend oft während des Absuchens des Objektes nach interessierenden Bereichen geschlossen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Magnete 6,4 und 5,7 jeweils eines Paares so gepolt sind, daß zwischen ihnen abstoßende Kräfte wirken; weiterhin ist angenommen, daß zur Erzeugung der für Verstellbewegungen des Tisches 1 erforderlichen Kraftdifferenz lediglich die Erregung der Magnete 4 und 6 verändert wird, während die Erregung des Magnetpaares 3 konstant bleibt. V/ürde man auch die Erregung des rechten Magnetpaares 3 ändern, so müßten auch aus dem Speisestromkreis der Magnete 5 und 7 Signale als Sollwerte gespeichert werden.
Auch Figur 2 stellt eine Aufsicht auf einen Tisch 20 mit im Bereich des Strahles 21 angeordnetem Objekt dar, wobei wiederum zur Durchführung der Verstellbewegungen in x-Richtung zwei sich gegenüberliegende Magnetpaare 22 und 23 Verwendung finden. Senkrecht zu diesen Paaren wirkend sind zwei weitere Magnetpaare 24 und 25 vorhanden, die eine Verstellung in Richtung der y-Koordinate vorzunehmen gestatten.
Um nun die zur Untersuchung interessierender Objekteinzeiheiten erforderlichen Stellungen des Tisches 20 zu kennzeichnen, trägt der Tisch in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich der Magnetpaare 22 und 24 je einen Graukeil 26 und 27. Beide Graukeile besitzen eine einsinnig in radialer Richtung zunehmende Schwärzung, so daß bezüglich eines feststehenden Punktes die jeweils ihm nächste Schwärzung ein Maß für die Stellung des Tisches 20 ist.
Figur 3 zeigt entsprechende Einzelheiten der Konstruktion; Man erkennt an dem jetzt in Seitenansicht angedeuteten Tisch 20 wiederum das Magnetpaar 22 sowie den Graukeil 26. Ferner ist oberhalb dieser Anordnung ein Strahlungserzeuger 26a, in diesem Ausführungsbeispiel eine Lampe für sichtbares Licht, vorhanden; die Strahlung gelangt durch Bündelung in einer Einrichtung 28 (Linse) auf einen kleinen Bereich des Graukeiles 26«
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Entspreeilend der Stellung des Tisches wird die Strahlung beim Durchgang durch den Graukeil verändert und beeinflußt entsprechend dieser stellungsabhängigen Veränderung einen Strahlungsdetektor 29. Dieser Strahlungsdetektor liegt nun als strahlungsempfindliches Schaltungselement, beispielsweise als Fotowiderstand, in einem Stromkreis und beeinflußt den dort fließenden Strom.
Figur 4, in der bereits in den Figuren 2 und 3. auftretende Teile mit demselben Bezugszeichen versehen sind, erkennen läßt, gibt der Strahlungsdetektor 29 - hier über den Verstärker 30 Signale an den Signalumsetzer 31 ab. Diese Signale S1 werden. W in zur Speicherung in dem Speicher 32 geeignete, z.B. binäre oder sonstwie codierte Signale S2 umgesetzt. Sobald die Taste 33 gedruckt wird, erfolgt die Speicherung.
In diesem Ausführungsbeispiel ist nun dafür gesorgt., daß auf Wunsch eine automatische Feueinsteilung der interessierenden Objektstellen vorgenommen werden kann. Dazu dient der nach dem Prinzip der Folgeregelung aufgebaute Regler 34. Während des üblichen Absuchens des Objektes und während des Speichervorganges befindet sich der Schalter 35 in der gezeichneten Stellung; das Magnetpaar 22 ist unmittelbar mit dem Stromeinsteller verbunden. Das automatische Wiederauffinden einer interessierenden ^ Objekteinzelneit wird nun durch Umlegen des Schalters 35 eingeleitet, so daß der unmittelbare Speisestromkreis für das Magnetpaar 22 unterbrochen ist und dieses seinen Strom über den Regler 34 erhält. In dem Regler 34 ist ein Stellmotor enthalten, der, solange die gespeicherten Sollwerte S21 und die über den Detektor 29 gemessenen Istwerte S2 Differenzen zeigen, das Potentiometer 36 in dem nunmehrigen Speisestroiukreis für das Magnetpaar 22 nachstellt. Im Prinzip handelt es sich also bei dem Regler um einen Differenzverstärker mit Stellmotor. Erst wenn die Differenz zwischen den Signalen S2 und S21 verschwungen ist, wird die Einstellung des Potentiometers 36 und damit die Stellung des Tisches 20 nicht mehr verändert.
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Figur 5 schließlich zeigt das Blockschaltbild für den Fall, daß in beiden Koordinatenrichtungen χ und y interessierende Objekteinzelheiten in dieser Weise automatisch wiederaufgesucht v/erden können. Mit 40 und 41 sind zwei Strahlungsdetektoren analog dem Detektor 29 in Figur 2 bezeichnet. Dabei ist der Detektor 40 der x- und der Detektor 41 der y-Koordinate zugeordnet. Über Verstärker 42 und 43 werden die Signale den Umsetzern 44 und 45 zugeführt, die die Signale S1 und SI in Signale S2 und S2 umformen, die zur Speicherung in dem Speicher 46 geeignet sind. Der Speicher 46 kann zur Aufnahme zu speichernder Signale mittels des Umschalters in die SpeiseStromkreise für die Verstellbewegungen in x- und y-Richtung eingeschaltet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind nun für die x- und die y-Bewegung zwei getrennte Regler 48 und 49 vorhanden. Ihnen werden die Istwerte S2 und S2 sowie Tom Speicher 46 her die
Sollwerte S2 · und S2 ' zugeführt. Ausgangsseitig erfolgt χ y
durch die Regler 48 und 49 analog wie im Falle der Figur 4> aber jetzt getrennt für die x- und die y-Richtung, eine Beeinflussung der Erregerströme für die den verschiedenen Richtungen zugeordneten Magnetpaare.
Die beiden Schalter 50 und 51 entsprechen also dem Schalter in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4.
5 Figuren
12 Ansprüche
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Claims (12)

PLA 69/0134 Patentansprüche
1. Verfahren zum Kennzeichnen von Stellungen eines im Vakuumraum eines Korpuskularstrahlgerätes verstellbar angeordneten Teiles, dadurch gekennzeichnet, daß von den Stellungen des Teiles abhängige elektrische Signale in zur Speicherung geeigneter' Form als Sollwerte gespeichert werden und zum Wiederauffinden der Stellungen des Teiles dieses verstellt wird, bis die als Istwerte auftretenden elektrischen Signale mit den gespeicherten Sollwerten übereinstimmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale die Werte von Gleichströmen oder -spannungen sind, die zur Erregung von die Verstellbewegungen des Teiles erzeugenden elektrischen Antriebsmitteln dienen.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel Elektromagnete enthalten.
4. Anordnung nach Anspruch 3,- dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel sich beiderseits des Teiles in Richtung der Verstellbewegungen paarweise gegenüberliegende Elektromagnete enthalten, von denen jeweils die auf einer Seite des Teiles liegenden mit einem konstanten, dagegen die auf der gegenüberliegenden Seite des Teiles angeordneten mit einem von den gewünschten Stellungen des Teiles abhängigen Erregerstrom gespeist werden, und daß nur die Werte des abhängigen Erregerstromes als Sollwerte einem Speicher zugeführt werden.
5. Anordnung nach Anspruch, 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel sich beiderseits des Teiles in Richtung der Verstellbewegungen paarweise gegenüberliegende~Elektromagnete enthalten, die aus einem gemeinsamen Spannungsteiler in der Weise gespeist werden, daß die zugehörigen beiden Erregerstromkreise den Abgriff eines Potentiometers gemeinsam enthalten, und daß
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nur die Vierte des Erregerstroines für die auf einer Seite des Teiles liegenden Elektromagnete einem Speicher zugeführt werden.
6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß "bei den Verstellbewegungen mit dem Teil sich bewegende mechanische Einrichtungen vorhanden sind, · die in Abhängigkeit von ihren und damit des Teiles Stellungen in die Signale führenden Stromkreisen fließende Ströme beeinflussen.
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Einrichtungen Graukeile mit einsinnig zunehmender Schwärzung sind, die sich zwischen Strahlungsquellen und strahlungsempfindlichen Bestandteilen der Signalstromkreise bei den Verstellbewegungen bewegen. .
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere nach einem der Ansprüche 3 "bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Umschaltmittel zum wah.lv/eisen Verbinden eines Speichers mit die Signale führenden Stromkreisen vorhanden sind.
9. Anordnung nach Anspruch 8 zur Durchführung des Verfahrens. nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Umschaltmittel die Antriebsmittel v/ahlweise mit Gleichspannungsquellen zur Erzeugung ihrer Erregerströme oder mit dem Speicher verbinden.
10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler vorhanden ist, dessen Eingängen zum Wiederauffinden der Stellungen des Teiles die Istwerte und die gespeicherten Sollwerte der Signale zugeführt werden und der bei Gleichheit der Istwerte und der Sollwerte weitere Verstellungen der Teile" unterbindet.
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11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbar angeordnete Teil ein Objekttisch ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder Anoi-dnung nach einen der Ansprüche 3 .bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbar angeordnete Teil eine Blende ist.
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