DE1950328C3

DE1950328C3 - Korpuskularstrahlgerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer aus Hoch- und Vorvakuumpumpen bestehenden Pumpenanlage

Info

Publication number: DE1950328C3
Application number: DE19691950328
Authority: DE
Inventors: Moriz Von 1000 Berlin Rauch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1969-09-30
Publication date: 1977-05-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Korpuskularstrahlgerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer aus Hoch- und Vorvakuumpumpen bestehenden Pumpenanlage zum Evakuieren eines die Bahn des Korpuskularstrahls enthaltenden Hauptraumes und weiterer zu evakuierender Nebenräume, die für sich verschließbar und belüftbar sind.

Außer bei Elektronenmikroskopen kann die Erfindung mit Vorteil auch bei anderen Geräten, wie lonenmikroskopen, Beugungsgeräten, Vakuumbedampfungsgeräten oder auch Ladungsträgerstrahlbearbeitungsgeräten immer dann Anwendung finden, wenn zum Betrieb des Gerätes ein kohlenwasserstofffreies Hochvakuum benötigt wird.

Geräte dieser Art enthalten normalerweise nicht nu^r 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.

Beispielsweise bei Elektronenmikroskopen verwendet man bisher Pumpstände, die als Hochvakuumpumpen Quecksilberdampfstrahlpumpen oder öldiffusionspumpen enthalten. Mit derartigen Pumpsländen erreicht man Vakua in der Größenordnung ¹On 10-⁵Torr. ύο

In der letzten Zeit sind in Gestalt der Turbomolekularpumpen Pumpenkonstruktionen bekanntgeworden, die es gestatten, unter Verzicht auf Kühlfaüen ein kohlenwasserstoffreies Hochvakuum mit Restdrücken in der Größenordnung von 10-⁷ bis 10-¹⁰ 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, da3 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).

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.

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.

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 H^uptkammer und zumindest eine weitere, von der Hauptkammer hochv&kuumseitig getrennte, den Nebenräumen zugeordnete Nebenkammer unterteilt ist.

Bei Turboverdichtern ist es bekannt, zwei hintereinandergehaltete Stufen des Verdichters mit der gleichen Rotorwelle zu betreiben (GB-PS 2 82 113).

Die Erfindung ermöglicht den Einsatz einer in kurzer Zeit. d. h. mit hoher Saugleistung, ein echtes Hochvabium 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 Hocb.vakuumrezipier.« — bzw. die weiteren Räume — von der Vorpumpe durch die laufende Turomolekularpumpe in dieser Hinsicht getrennt ist.

Die Konstruktion der Turbomolekularpumpe kann bereits von vornherein so getroffen sein, daß das Gehäuse mehrere Kammern mit aktiven Pumpenelementen 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 dort vorvakuumdicht durch die Stirnwand des Gehäuses der einteiligen Turbomolekularpumpe in durch angeflanschte Gehäuseteile gebildete weitere Teilkammern geführt werden.

Unabhängig von der jeweiligen speziellen Konstruk tion der mehrteiligen Pumpe jedoch ergeben sich die Vorteile des Einsatzes dieses Pu.npentyps. 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. Es ist daher möglich, auch die Schleusenräume bei Elektronenmikroskopen bis zu einem sehr niedrigen Druck vorzuevakuieren.

Eine Schwierigkeit kann sich dadurch ergeben, daß zum Vorevakuieren der weiteren Räume die Vorpumpe von der Turbomolekularpumpe abgetrennt und über

einen Nebenzweig mit den weiteren Räumen verbunden werden muß, wenn man nicht mehrere Vorpumpen im Pumpenstand vorsehen wilL Diese Un.schaltbarkeit der Vorpumpe erfodert aber das Vorhandensein eines hinreichend großen Vorvakuumbehälters, mit dem die Turbomolekularpumpe während des Vorevakuierens der weiteren Räume verbunden werden muß.

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 Aufrechterhaltung des Vorvakuums im Hochvakuumrezipienten über komplizierte Ventilschaltungen eine Umschaltung der Hauptkammer der Turbomolekularpumpe von der Vorpumpe auf einen Vorval· uumbehälter vornehmen muß.

Wie bereits ausgeführt, ist der bevorzugte Anwcndungsfall die Elektronenmikroskopie, wobei der Hochvakuumrezipient der den Elektronenstrahl enthaltende Raum ist, während die weiteren Räume durch Schleusenräume und/oder Exsikkatorcn 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 Korpurkularstrahleng' rät mit mehreren weiteren zu evakuierenden Räumen.

Die Fig.! und 2 veranschaulichen zwei Ausführungsbeispicle der Erfindung, wobei cir. Elektronenmikroskop zugrunde gelegt ist.

Von dem eigentlichen Elektronenmikroskop ist lediglich in Fig. 1 die alle eleklronenoptischcn Einrichtungen sowie das Präparat in seiner Untersuchungsstellung enthaltende Säule 1 angedeutet. Diese Säule 1 wird im folgenden auch als Hochvakuumrczipient bezeichnet, wobei dann der von ihr umschlossene evakuierte Raum gemeint ist. In die Säule eingelassen ist die Präparatschlcuse 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.

Ferner gehört zu dem Gerät ein Nebenrezipient fi, beispielsweise ein Exsikkator für Fotomaterial. Dem Schleusenraum 3 im dem Nebenrezipienten 6 ist die Vakijumleitung 7 zugeordnet, in der Schleusenventile 8 und 9 angeordnet sind. Weiterhin sind diesen weiteren Räumen 3 und 6 Belüftungsventile 10 und 11 zugeordnet

Am unteren Ende des Hochvakuumrezipienten 1 befindet sich nun die mehrteilig ausgebildete Turbomolekularpumpe IZ Sie besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 13, der Rotorwelie 14, auf dieser angeordneten geschlitzten Rotorscheiben 15 sowie entsprechenden Scheiben 16, die den Stator der Pumpe bilden.

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 Ansatzstück 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 12sind in Fig. 1 mit Pfeilen angedeutet. Die Leitungen 22 und 23 dienen zur Verbindung mit Vorpumpen.

Das Schema der Vakuumanlage ist in F i g. 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 Pumpenstufen 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 Verbindungsleitungen in solcher Anordnung versehen, daß die Hochvakuumstufe 30 eingangsseitig nur mit der Hauptkammer 34 der Turbomolekularpumpe verbindbar ist. wahrend 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 Hoch'-akimmstufe 30 mit der Vorvakuumstufe 31 der Vorpumpe verbunden bleibt.

Die weiteren Räume können auch durch Aufteilung beispielsweise der Säule eines Elektronenmikroskops entstehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Korpuskularstrahlgerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer aus Hoch- und Vorvakuumpumpen bestehenden Pumpenanlage zum Evakuieren eines die Bahn des Korpuskularstrahls enthaltenden Hauptraumes und weiterer zu evakuierender Nebenräume, die für sich verschließbar und belüftbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochvakuumpumpe eine Turbomolekularpumpe (12) ist, deren die Rotor- und Statorscheiben (15,16) enthaltendes Gehäuse (13) durch vorvakuumdichte, von derselben Rotorwelle (14) durchsetzte Zwl· schenwände (21) in eine dem Hauptraum (1) zugeordnete Hauptkammer (19, 34) und zumindest eine weitere, von der Hauptkammer (19) hochvakuumseitig getrennte, den Nebenräumen (3, 6) zugeordnete Nebenkammer (20,35) unterteilt ist.

2. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweistufige Vorvakuumpumpe mit Hoch- (30) und Vorvakuumstufe (31) vorhanden und die Hochvakuumstufe (30) eingangsseuig nur mit der Hauptkammer (34) der Turbomolekularpumpe verbunden ist, während die Vorvakuumstufe (31) eingangsseitig wahlweise nur mit dem Ausgang der Hochvakuumstufe (30) oder gleichzeitig mit diesem Ausgang und der Nebenkammer (35) der Turbomolekularpumpe verbindbar ist (F ig. 2).