DE1950328B2

DE1950328B2 - BODY BLAST DEVICE, IN PARTICULAR ELECTRON MICROSCOPE, WITH A PUMP SYSTEM CONSISTING OF HIGH AND PRE-VACUUM PUMPS

Info

Publication number: DE1950328B2
Application number: DE19691950328
Authority: DE
Inventors: Moriz Von 1000 Berlin Rauch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-30
Filing date: 1969-09-30
Publication date: 1976-09-23
Also published as: GB1291353A; DE1950328A1; JPS4814626B1; NL7010108A; US3668393A

Description

Die Erfindung betrifft ein Korpuskularsirahlgerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer aus Hoch- und Vorvakuumpumpen bestehenden Pumpenanlage /um Evakuieren eines die Bahn des Korpuskularstrahl enthaltenden Hauptraumes und weiterer zu evakuierender Ncbcnräumc, die für sich verschließbar und bclüflbar sind.The invention relates to a Korpuskularsirahlgerät, in particular an electron microscope, with one from High and backing pumps existing pumping system / to evacuate one of the path of the corpuscular beam containing main room and other Ncbcnräumc to be evacuated, which can be locked for themselves and can be checked.

Außer bei Elektronenmikroskopen kann die Erfindung mit Vorteil auch bei anderen Geräten, wie loncnmikroskopen. Beugungsgeraten, Vakuumbedampfungsgeräten oder auch Ladungsträgcrstrahlbearbeitungsgcräten immer dann Anwendung finden, wenn zum Betrieb des Gerätes ein kohlenwasserstofffrcies Hochvakuum benötigt wird.In addition to electron microscopes, the invention can also be used with advantage in other devices, such as ion microscopes. Diffraction devices, vacuum vapor deposition devices or charge carrier beam processing devices Always be used when a hydrocarbon frcies to operate the device High vacuum is required.

Geräte dieser Art enthalten normalerweise nicht nur einen zu evakuierenden Raum in Gestalt des den Strahl aufnehmenden Raumes, sondern weitere Räume, wie Schleusenkammern oder Exsikkatoren, die zumindest während bestimmter Betriebszustände evakuiert werden müssen, wie es beispielsweise für ein Elektronenmikroskop der eingangs genannten Art in der DT-PS 9 16 100 beschrieben ist.Devices of this type usually not only contain a room to be evacuated in the form of the room receiving the beam, but other rooms, such as Lock chambers or desiccators that are evacuated at least during certain operating states must, as is the case, for example, for an electron microscope of the type mentioned in the DT-PS 9 16 100 is described.

Beispielsweise bei Elektronenmikroskopen verwendet man bisher Pumpstände, die als Hochvakuumpumpen Quecksilbcrdampfstrahlpumpen oder Öldiffusionspumpen enthalten. Mit derartigen Pumpständen erreicht man Vakiia in der Größenordnung von 10-⁵Torr.For example, in electron microscopes, pumping stations have hitherto been used which contain mercury vapor jet pumps or oil diffusion pumps as high vacuum pumps. With such pumping stations Vakiia to reach the order of 10 ^-5 Torr.

In der letzten Zeit sind in Gestalt der Turbomolekularpumpen Pumpenkonstruktionen bekanntgeworden, die es gestatten, unter Verzicht auf Kühlfallcn ein kohlenwasserstoffreies Hochvakuum mit Restdrücken in der Größenordnung von 10-⁷ bis 10-'° Torr herzustellen. Diese Pumpen enthalten in einem Gehäuse eine Rotorwelle, die mit geschlitzten Scheiben besetzt ist! diese Rotorscheiben wirken mit entsprechend ausgebildeten Statorscheiben so zusammen, daß sie Förderkanäle für die aus dem Hochvakuumrezipienten abzusaugenden Gase bilden (vgl. z. B. DT-AS 10 15 573 und das Buch von Wutz, Theorie und Praxis der Vakuumtechnik, Braunschweig 1965, S. 236/ 237 j.In recent times, the turbomolecular pumps pump designs have become known in shape, which allow a kohlenwasserstoffreies high vacuum with residual pressures in the order of 10- ⁷ to 10- prepare waiving Kühlfallcn '° Torr. These pumps contain a rotor shaft with slotted disks in a housing! These rotor disks interact with appropriately designed stator disks in such a way that they form conveying channels for the gases to be extracted from the high vacuum recipient (cf. e.g. DT-AS 10 15 573 and the book by Wutz, Theory and Practice of Vacuum Technology, Braunschweig 1965, p 236/237 j.

An sich wäre es günstig, diesen Pumpentyp auch als Hochvakuumpumpe für Elektronenmikroskope und andere Korpuskularstrahlgeräte mit mehreren getrennt zu evakuierenden Räumen anwenden zu können. Hierfür wären jedoch zunächst mehrere Turbomolekularpumpen erforderlich, was einen sehr hohen Aufwand für den Pumpstand bedeuten würde.In itself it would be beneficial to use this type of pump as a high vacuum pump for electron microscopes and to be able to use other corpuscular beam devices with several rooms to be evacuated separately. For this, however, several turbo molecular pumps would initially be required, which is very expensive would mean for the pumping station.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei einem Korpuskularstrahlgerät der eingangs genannten Art mit tragbarem Aufwand eine getrennte Evakuierung des Hauptraumes und der Nebenräume bei Erzeugung eines kohlenwasserstofffreien Hochvakuums zu ermöglichen.The invention is concerned with the task of having a particle beam device of the type mentioned at the beginning a separate evacuation of the main room and the adjoining rooms when generating a To enable hydrocarbon-free high vacuum.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Hochvakuumpumpe eine Turbomolekularpumpe ist, deren die Rotor- und Statorscheiben enthaltendes Gehäuse durch vorvakuumdichte, von derselben Rotorwelle durchsetzte Zwischenwände in eine dem Hauptraum zugeordnete Hauptkammer und zumindest eine weitere, von der Hauptkammer hochvr.kuumseitig getrennte, den Nebenräumen zugeordnete Nebenkammer unterteilt ist.This object is achieved according to the invention in that the high vacuum pump is a turbo molecular pump is, whose housing containing the rotor and stator disks by fore-vacuum sealing, of the same rotor shaft penetrated partition walls in a main chamber assigned to the main space and at least one more, separated from the main chamber on the upper side of the accumulator and assigned to the ancillary rooms Secondary chamber is divided.

Bei Turboverdichtern ist es bekannt, zwei hintereinandergehaltete Stufen des Verdichters mit der gleichen Rotorwelle zu betreiben (GB-PS 2 82 113).In turbo-compressors, it is known that two are held one behind the other Operate stages of the compressor with the same rotor shaft (GB-PS 2 82 113).

Jie Erfindung ermöglicht den Einsatz einer in kurzer Zeit, d. h. mit hoher Saugleistung, ein echtes Hochvakuum erzeugenden Turbomolekularpumpe auch dann, wenn mehrere Räume zu evakuieren sind, ohne daß mehrere Pumpen dieser Art vorgesehen werden müssen. Öldämpfe der Vorpumpen schlagen sich auch dann, wenn man auf Kühlfallen verzichtet, auf den Innenwänden der zu evakuierenden Räume deshalb nicht nieder, weil während des Vorevakuierens der Hochvaküumrezipienl — bzw. die weiteren Räume — von der Vorpumpe durch die laufende Turomolekularpumpe in dieser Hinsicht getrennt ist.Jie invention enables the use of one in a short time Time, d. H. with high suction power, a real high vacuum generating turbo molecular pump even then, when several rooms are to be evacuated without using several pumps of this type have to. Oil vapors from the backing pumps hit the even if cold traps are not used Inner walls of the rooms to be evacuated therefore do not fall because during the pre-evacuation of the High vacuum receptacles - or the other spaces - from the backing pump through the running turomolecular pump is separate in this regard.

Die Konstruktion der Turbomolekularpumpe kann bereits von vornherein so getroffen sein, daß das Gehäuse mehrere Kammern mit aktiven Pumpenelementcn umschließt. Häufig kann es aber zweckmäßig sein, eine einteilige Pumpe dieser Art so zu erweitern, daß sie die erforderliche Zahl von Pumpenteilen aufweist. Hierzu kann die Rotorwelle auf der ihrem Antriebsmotor abgewandten Seite verlängert und dor! vorvakuumdicht durch die Stirnwand des Gehäuses der einteiligen Turbomolekularpumpe in durch angeflanschte Gehäuseteile gebildete weitere Teilkammern geführt werden.The construction of the turbo molecular pump can be made from the outset in such a way that the Housing encloses several chambers with active pump elements. Often, however, it can be useful be to expand a one-piece pump of this type so that it has the required number of pump parts having. For this purpose, the rotor shaft can be extended on the side facing away from its drive motor and dor! Pre-vacuum-tight through the end wall of the housing of the one-piece turbo-molecular pump in through flange-mounted Housing parts formed further sub-chambers are performed.

Unabhängig von der jeweiligen speziellen Konstruktion der mehrteiligen Pumpe jedoch ergeben sich die Vorteile des Einsatzes dieses Pumpentyps. Ein beispielsweise im Rahmen der Elektronenmikroskopie wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß Turbomolekularpumpen schon bei einem Druck von größenordnungsmäßig 10-² Torr merklich zu saugen beginnen, während die üblichen Vorpumpen in diesem Druckbereich nur noch eine geringe Saugleistung besitzen. Eis ist daher möglich, auch die Schleusenräume bei Elektronenmikroskopen bis zu einem sehr niedrigen Druck vorzuevakuiercn.Regardless of the particular construction of the multi-part pump, however, the advantages of using this type of pump result. An example essential as part of the electron advantage can be seen in the fact that turbo-molecular pump begin to suck noticeably already at a pressure of the order of 10- ² Torr, while the usual backing pumps only have a low suction pressure in this area. Ice is therefore possible to pre-evacuate the lock spaces in electron microscopes down to a very low pressure.

Eine Schwierigkeit kann sich dadurch ergeben, daß zum Vorevakuieren der weiteren Räume die Vorpumpe von der Turbomolekularpumpe abgetrennt und überA difficulty can arise from the fact that the backing pump is used to pre-evacuate the other spaces separated from the turbo molecular pump and over

einen Nebenzweig mit den weiteren Räumen verbunden werden muß, wenn man nicht mehrere Vorpumpen im Pumpenstand vorsehen will. Diese Umschaltbarkeit der Vorpumpe erfodert aber das Vorhandensein eines hinreichend großen Vorvakuumbehälters, mit dem die Turbomolekularpumpe während des Vorevakuierens der weiteren Räume verbunden werden muß.a secondary branch must be connected to the other rooms, if one does not have several forepumps in the Want to provide pump stand. This switchability of the But forepump requires the presence of a sufficiently large fore-vacuum container with which the Turbo molecular pump must be connected during the pre-evacuation of the other spaces.

Diesen zusätzlichen Aufwand vermeidet eine dadurch gekennzeichnete Ausbildung der Erfindung, daß eine zweistufige Vorvakuumpumpe mit Hoch- und Vorvakuumstufe vorhanden und die Hochvakuumstufe eingangsseitig nur mit der Hauptkammer der Turbomolekularpumpe verbunden ist, während die Vorvakuumstufe eingangsseitig wahlweise nur mit dem Ausgang der Hochvakuumstufe oder gleichzeitig mit diesem Ausgang und der Nebenkammer der Turbomolekularpumpe verbindbar ist. Diese Lösung bietet also die Vorteile, daß man mit einer einzigen Vorpumpe, die in üblicher Weise zweistufig ausgebildet ist, auskommt, ohne daß man zwecks Aufrcchterhaltung des Vorvakuums im Hochvakuumrczipienten über komplizierte Ventils.chaltungen eine Umschaltung der Hauptkammer der Turbomolekularpumpe von der Vorpumpe auf iinen Vorvakuumbehälter vornehmen muß.This additional effort avoids a characterized embodiment of the invention that a Two-stage backing pump with high and backing vacuum level available and the high vacuum level on the inlet side connected only to the main chamber of the turbo molecular pump during the fore-vacuum stage on the input side either only with the output of the high vacuum stage or simultaneously with this output and the secondary chamber of the turbo molecular pump is connectable. This solution therefore offers the advantages that you get along with a single backing pump, which is designed in two stages in the usual way, without to maintain the fore-vacuum in the high-vacuum recipients via complicated valve circuits a switch of the main chamber of the turbo molecular pump from the backing pump to iinen Must make the fore-vacuum container.

Wie bereits ausgeführt, ist der bevorzugte Anwendungsfall die Elektronenmikroskopie, wobei der Hochvakuumrezipient der den Elektronenstrahl enthaltende Raum ist, während die weiteren Räume durch Schleusenräume und/oder Exsikkatoren gebildet sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung sowohl dann Anwendung finden kann, wenn nur ein weiterer Raum vorhanden ist, als auch bei einem Korpurkularstrahlengerät mit mehreren weiteren zu evakuierenden Räumen.As already stated, is the preferred use case electron microscopy, with the high vacuum recipient is the space containing the electron beam, while the other spaces are formed by lock spaces and / or desiccators. It should be noted that the invention can be used both when only a further Space is available, as well as with a corpuscular radiation device with several other rooms to be evacuated.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulischcn zwei Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung, wobei ein Elektronenmikroskop zugrunde gelegt ist.FIGS. 1 and 2 illustrate two exemplary embodiments of the invention, based on an electron microscope.

Von dem eigentlichen Elektronenmikroskop ist lediglich in Fig. 1 die alle clektronenoptischen Einrichtungen sowie das Präparat in seiner Untersuchungsstellung enthaltende Säule 1 angedeutet. Diese Säule 1 wird im folgenden auch als Hochvakuumrezipicnt bezeichnet, wobei dann der von ihr umschlossene evakuierte Raum gemeint ist. In die Säule eingelassen ist die Präparatschleuse 2; es könnten auch Schleusen für Blenden, Kathoden od. dgl. vorhanden sein. Die Präparatschleuse 2 mit dem Schleuscnraum 3 enthält das innere Schleusentor 4 und das äußere Schleusentor 5, von denen mindestens ein Schleusentor jeweils geschlossen ist.The only electron microscope of the actual electron microscope is shown in FIG. 1 and column 1 containing the preparation in its examination position is indicated. This pillar 1 becomes hereinafter also referred to as Hochvakuumrezipicnt, with the one enclosed by it being evacuated Space is meant. The specimen lock 2 is let into the column; there could also be locks for Orifices, cathodes or the like. Be present. The specimen lock 2 with the lock space 3 contains the inner lock gate 4 and the outer lock gate 5, of which at least one lock gate each closed is.

Ferner gehört zu dem Gerät ein Nebenrezipient 6, beispielsweise ein Exsikkator für Fotomaterial. Dem Schleusenraum 3 im dem Nebenrezipienten 6 ist die Vakuumleitung 7 zugeordnet, in der Schleusenventile 8 und 9 angeordnet sind. Weiterhin sind diesen weiteren Räumen 3 und 6 Belüftungsventil 10 und Ii zugeordnet.A secondary recipient 6, for example a desiccator for photographic material, also belongs to the device. To the Lock space 3 in the secondary recipient 6 is assigned the vacuum line 7, in which lock valves 8 and 9 are arranged. Furthermore, these further spaces 3 and 6 are ventilation valves 10 and Ii assigned.

Am unteren Ende des Hochvakuumrezipienten 1 befindet sich nun die mehrteilig ausgebildete Turbomolekularpumpe 12. Sie besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 13, der Rotorwelle 14, auf dieser angeordneten geschlitzten Rotorscheiben 15 sowie entsprechenden Scheiben 16, die den Stator der Pumpe bilden.The multi-part turbo-molecular pump is now located at the lower end of the high vacuum recipient 1 12. It consists essentially of the housing 13, the rotor shaft 14, arranged on this slotted rotor disks 15 and corresponding disks 16 which form the stator of the pump.

Diese Pumpe ist als mehrteilige Pumpe in der Weise ausgebildet, daß die Rotorwelle 14 auf ihrer ihrem Antriebsmotor 17 abgekehrten Seite (rechts in Fig. 1) verlängert ist, was durch das Ansalzstück 18 angedeutet werden soll, und das Gehäuse 13 zusammengesetzt ist aus zwei Teilgehäusen 19 und 20. Den Ausgang für diese Konstruktion bildet das Teilgehäuse 19, dessen in der Figur rechte Stirnfläche 21 eine Durchführung für die Rotorwelle 14 aufweist und an das im Bereich dieser rechten Stirnfläche das zweite Teilgehäuse 20 angeflanscht ist. Die beiden Teilgehäuse 19 und 20 umschließen also hochvakuumseitig voneinander getrennte Kammern, von denen die größere Kammer dem Hochvakuumrezipienten 1, dagegen die kleinere (rechte) Kammer den weiteren zu evakuierenden Räumen 3 und 6 zugeordnet ist. Die Strömungswege beim Betrieb der Pumpe 12 sind in Fig. 1 mit Pfeilen angedeutet. Die Leitungen 22 und 23 dienen zur Verbindung mit Vorpumpen.This pump is designed as a multi-part pump in such a way that the rotor shaft 14 on its Drive motor 17 facing away from the side (on the right in FIG. 1) is extended, which is indicated by the salting piece 18 is to be, and the housing 13 is composed of two sub-housings 19 and 20. The output for this Construction forms the partial housing 19, the right end face 21 in the figure is a passage for the Has rotor shaft 14 and flanged to the second sub-housing 20 in the area of this right end face is. The two sub-housings 19 and 20 thus enclose those which are separate from one another on the high vacuum side Chambers, of which the larger chamber is the high vacuum recipient 1, while the smaller one (right) Chamber is assigned to the other rooms to be evacuated 3 and 6. The flow paths during operation of the pump 12 are indicated by arrows in FIG. 1. The lines 22 and 23 are used to connect to Forepumping.

Das Schema der Vakuumanlage ist in Fig. 2 für den Sonderfall angegeben, daß eine zweistufige rotierende Vorvakuumpumpe vorhanden ist. Diese Pumpe enthält also die Hochvakuumstufe 30 und die Vorvakuumstufe 31. Diese beiden Pumpenstu'.'en sind über die Leitungen 32 und 33, die identisch mit den Leitungen 22 und 23 in Fig.] sein können, mit den beiden Pumpenkammern 34 und 35 der Turbomolekularpumpe verbindbar. Damit man mit nur einer zweistufigen Vorvakuumpumpe unter Verzicht auf einen Vorvakuumbehälter auskommen kann, sind Ventile 36 und 37 und Vcrbindungsleitungcn in solcher Anordnung versehen, daß die Hochvakuumstufe 30 eingangsseitig nur mit der Hauptkammer 34 der Turbomolekularpumpe verbindbar ist, während die Vorvakuumstufe eingangsseitig entweder nur mit dem Ausgang der Hochvakuumstufe 30 oder sowohl mit diesem Ausgang als auch mit der Nebenkammer 35 der Turbomolekularpumpe verbindbar ist. Dadurch ist sichergestellt, daß auch während des Vorevakuierens von Schleusenkammern und Nebenrezipienten die Hauptkammer 34 über die Hochvakuumstufc 30 mit der Vorvakuumstufe 31 der Vorpumpe verbunden bleibt.The scheme of the vacuum system is in Fig. 2 for the Special case indicated that a two-stage rotating backing pump is available. This pump contains that is, the high vacuum stage 30 and the fore-vacuum stage 31. These two pump stages are via the lines 32 and 33, which can be identical to lines 22 and 23 in FIG.], With the two pump chambers 34 and 35 of the turbo molecular pump connectable. So that with only one two-stage backing pump under Valves 36 and 37 and connecting lines can do without a fore-vacuum container provided in such an arrangement that the high vacuum stage 30 on the input side only with the main chamber 34 of the Turbomolecular pump can be connected, while the fore-vacuum stage on the input side either only with the Output of the high vacuum stage 30 or both with this output and with the secondary chamber 35 of the Turbomolecular pump is connectable. This ensures that even during the pre-evacuation of lock chambers and secondary recipients, the main chamber 34 via the high vacuum stage 30 with the Pre-vacuum stage 31 of the backing pump remains connected.

Die weiüeren Räume können auch durch Aufteilung beispielsweise der Säule eines Elektronenmikroskops entstehen.The white spaces can also be divided, for example, by dividing the column of an electron microscope develop.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Corpuscular beam device, in particular an electron microscope, with one of high and backing pumps existing pump system for evacuating a containing the path of the corpuscular beam Main rooms and other ancillary rooms to be evacuated, which can be closed and ventilated for themselves are, characterized in that the high vacuum pump is a turbo molecular pump (12), the rotor and stator disks (15, 16) containing housing (13) by fore-vacuum-tight partition walls penetrated by the same rotor shaft (14) (21) in a main chamber (19, 34) assigned to the main room (1) and at least another, separated from the main chamber (19) by high vacuum, the side rooms (3, 6) associated secondary chamber (20,35) is divided.

2. corpuscular beam device according to claim 1, characterized in that a two-stage Backing pump with high (30) and backing (31) stage and the high vacuum stage (30) The inlet side is only connected to the main chamber (34) of the turbo molecular pump, while the Pre-vacuum stage (31) on the inlet side optionally only with the outlet of the high vacuum run (30) or at the same time as this exit and the adjoining room (35) of the turbo molecular pump can be connected (Fig. 2).