DE2139104A1

DE2139104A1 - Probenträgeranordnung für ein Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE2139104A1
Application number: DE19712139104
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Harvey Rickling Essex Lucas (Großbritannien)
Original assignee: AEI
Current assignee: AEI
Priority date: 1970-08-04
Filing date: 1971-08-04
Publication date: 1972-02-10
Also published as: FR2103927A5; US3702399A; GB1301008A

Description

Pcrfenianwalte

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel Dipl-Ing. Wolfgang fieichel

6 Frankfurt a. M. 1
Parksiraße 13

ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London, England

Probenträgeranordnung für ein Elektronenmikroskop

Die Erfindung betrifft eine Probenträgeranordnung für ein Elektronenmikroskop.

Beim Arbeiten mit dem Elektronenmikroskop ist es oft erforderlich eine Probeneinstellung vorzunehmen, während die Probe beobachtet wird. So kann es erforderlich sein, die Probe um zwei zueinander geneigte Achsen mit Bezug auf die elektronenoptische Achse des Mikroskops zu schwenken. Auf diese Weise ist es möglich, die Probe aus verschiedenen Betrachtungswinkeln zu untersuchen. Außerdem kann es erforderlich sein, die Probe in sv/ei gegeneinander geneigten " Richtungen in einer Ebene, die quer zu der elektronenoptischen Achse liegt, zu verschieben. Auf diese Weise können verschiedene Abschnitt© der Prob© auf di© optische Achse ausgerichtet werden, und dalior ia <ä§.s B@©baehtungsf©ld des Mikroskops gebraeht werderio

Wenn eine Schwenkung der Probe vorgesehen ist, ist es erwünscht, die Probenhalterung so anzuordnen, daß die Schwenkachsen die optische Achse schneiden. Wenn die Probe um eine Achse geschwenkt wird, die die optische Achse nicht schneidet, dann bewegt sich der beobachtete Probenausschnitt seitlich mit Bezug auf die optische Achse. Es besteht daher die Gefahr,, daß der Probenausschnitt aus dem Beobachtungsfeld des Mikroskops herausbewegt wird. Dem kann durch eine Verschiebungsbewegung der Probe gleichzeitig mit der Schwenkbewegung entgegengewirkt werden. Dies wird gewöhnlich schrittweise ausgeführt, und der ganze Vorgang ist langsam und mühsam und führt dazu, daß die Probe zu langen Strahlungsdosen ausgesetzt wird.

Bei den meisten bekannten Halterungen, die eine Verschiebungsbewegung und Schwenkbewegung der Probe ermöglichen, wird bei der Schwenkbewegung der Probe auch die eine oder beide Schwenkachsen relativ zur optischen Achse verschoben. Es ist daher bei einer solchen Halterung unmöglich, die Ausrichtung der Schwenkachsen auf die optische Achse aufrecht zu erhalten, wenn verschiedene Probenabschnitte untersucht werden.

Die Erfindung geht von einer Probenhalterung mit zwei Kardanringen und einem von dem zweiten Kardanring getragenen Probentisch aus, der um zwei zueinander geneigte sich schneidende Kardanachsen gegenüber einem Probenträger schwenkbar ist.

Gemäß der Erfindung weist die Probenhalterung eine Verschiebevorrichtung auf, die den zweiten Kardanring relativ zu dem ersten Kardanring in einer Richtung verschiebt, ohne die Kardanachsen relativ zum Probenträger zu verschieben und enthält ferner eine Einstellvorrichtung, die den Probantisch relativ zn dem zweiten Kardanring in einer Richtung verschiebt, dl© gegen die ©rst© ¥@rschiebyngsrichtmig geneigt ist.

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Die Probe kann daher in zwei zueinander geneigten Richtungen gegenüber dem Probenträger verschoben werden, ohne daß die Kardanachsen verschoben werden. Wenn daher der Schnittpunkt der Kardanachsen zu Anfang auf die optische Achse ausgerichtet ist, dann wird durch eine nachfolgende Verschiebung der Probe diese Ausrichtung nicht beeinflußt.

Es sei daraufhingewiesen, daß der Ausdruck "Kardanring"¹ in diesem Zusammenhang nicht nur ringförmige Körper bezeichnen soll, sondern daß der Kardanring auch in anderer Weise ausgebildet sein kann, insbesondere kann der erste Kardan- ä ring z.B. als rohrförmiger Körper ausgebildet sein.

Vorzugsweise liegt die erste Verschiebungsrichtung parallel zur zweiten Kardanachse.

Bei einer speziellen bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Kardanring gemäß der Erfindung schwenkbar auf dem ersten Kardanring mit Hilfe von Gelenken gelagert, die in Lagern drehbar sind, wobei die Gelenke in den Lagern in axialer Richtung verschiebbar sind, so daß eine Verschiebung des zweiten Kardanrings relativ zum ersten Kardanring möglich ist.

Die Einstellvorrichtung zur Verschiebung des Probenträgers gegenüber dem zweiten Kardanring enthält vorzugsweise einen Stab, der entlang der Achse des zweiten Kardanringes verschiebbar ist und Einrichtungen, welche die Bewegung des Stabes in eine Bewegung in der Richtung umwandeln, die zur Achse des zweiten Kardanringes geneigt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Probenträger in einer Ebene quer zur optischen Achse verschiebbar, so daß der Schnittpunkt der Kardanachsen auf die optische Achse ausgerichtet werden kann.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch ein Elektronenmikroskop. . _v

Fig. 2 ist' ein schematischer Schnitt durch die Probenträgeranordnung des Elektronenmikroskops.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Probenpatrone in vergrößertem Maßstab im Vergleich zur Fig. 2 und

Fig. 4 ist eine schaubildliche Ansicht eines Teiles der Probenpatrone.

Das in Fig. T dargestellte Elektronenmikroskop enthält eine evakuierbare rohrförmige Hülle 10, an derem einen Ende ein Strahlerzeugungssystem 12 angeordnet ist, das einen Elektronenstrahl erzeugt, der das Gehäuse 10 entlang der Achse 14 durchsetzt. Die Achse 14 bildet die optische Achse des Mikroskops und wird auch als Z-Achse bezeichnet.

Die Elektronen durchlaufen zwei Kondensorlinsen 16 und 18, welche den Strahl auf einen kleinen Punkt fokussieren. Eine Probenhalterung 20 ist vorgesehen, um die Probe an diesem Punkt unterzubringen.

Die die Probe durchsetzenden Elektronen durchlaufen eine Objektivlinse 22 und zwei Projektionslinsen 24,26, welche ein vergrößertes elektronenoptisches Abbild des Probenausschnittes erzeugen. Das Bild wird mit Hilfe eines Fluoreszenzschirms 28 sichtbar gemacht, der in einem Betrachtungsraum 30 untergebracht ist, welcher ein Beobachtungsfenster 32 aufweist.

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Die in Fig. 2 dargestellte Probenhalterung 20 enthält zwei Probenträger 38 und 40. Der erste Probenträger 38 ist auf einer ebenen Oberfläche 42 verschiebbar in dem Mikroskopgehäuse 10 gelagert, wobei die Oberfläche 42 senkrecht zur optischen Achse 14 liegt. Der Träger 38 wird von Rollen " geführt, so daß er eine lineare Bewegung ausführen kann, die in der Richtung der X-Achse verläuft. Die Bewegung v/ird von einem Gewindestift 46 hervorgerufen, der gegen den Träger 38 anliegt. Der zweite Träger ist auf der ebenen Fläche 42 innerhalb des ersten Trägers 38 verschiebbar montiert und wird von Rollen 48 linear in einer Richtung geführt, die als Y-Achse bezeichnet wird, und senkrecht zur ( X-Achse verläuft. Der Bewegung wird durch einen Gewindestift 49 hervorgerufen, der gegen den Träger 40 anliegt. Nichtdargestellte Federn sind vorgesehen, um die Träger 38 und 40 ständig in Berührung mit den Gewindestiften 46 und 49 zu halten.

Der Träger 40 hat eine Öffnung 41,. die auf die optische Achse 14 ausgerichtet ist, so daß der Elektronenstrahl durch diese öffnung hindurchlaufen kann.

Der innere Träger 40 hat einen vorspringenden Abschnitt mit einer zylindrischen Öffnung 52, die eine rohrförmige ä Probenpatrone 54 aufnehmen kann. Die Patrone 54 wird über eine nichtdargestellte Luftschleuse in der Wandung des Gehäuses 10 in das Mikroskop eingeführt und durch Eingriff eines Abschnitts 45 der Patrone 54 mit vergrößertem Durchmesser in der Öffnung 52 in Stellung gebracht. Die Patrone 54 erstreckt sich in Richtung der Y-Achse und kann um ihre Symmetrieachse mit Hilfe von nichtdargestellten Zahnrädern gedreht werden, die mit einem Zahnkranz auf dem Abschnitt 55 in Eingriff stehen. Diese Drehung wird als Y-Schwenkung bezeichnet.

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Die Figuren 3 und 4 zeigen die rohrförmige Probenpatrone 54 im einzelnen. Ein ringförmiger Körper 56 ist innerhalb der rohrförmigen Patrone 54 mit Hilfe von Gelenken 58,60 schwenkbar gelagert, die in Lagern 62 der Patrone 54 untergebracht sind. Auf diese V/eise ist der ringförmige Körper 56 um eine Achse schwenkbar, die senkrecht zur Y-Achse verläuft. Diese Schwenkung wird auch als X'-Schwenkung bezeichnet, da sie um die X-Achse erfolgt, wenn die Y-Schwenkung gleich Null ist. Der ringförmige Körper 56 trägt einen Probentisch 64, der eine Probe 66 aufnehmen kann.

Die rohrförmige Patrone 54 und der ringförmige Körper 56 bilden Kardanringe zum Schwenken der Probe 66 um zwei zueinander senkrechte sich schneidende Achsen gegenüber der elektronenoptischen Achse 14.

Die Patrone 54 hat zwei einander diametral gegenüberliegende Schlitze 65 und 67, die es gestatten, daß der Elektronenstrahl entlang der Achse 14 durch die Probe 66 hindurchgeht. Diese Schlitze 65 und 67 sind in der Umfangsrichtung etwas verlängert, um eine Drehung der Probe 54 um die Y-Achse zu gestatten«

Die X¹-Schwenkung wird mit Hilfe eines Bedienungsstabes 70 hervorgerufen, der in der rohrförmigen Patrone 54 verschiebbar gelagert ist und eine Zahnstange 72 trägt, die mit einem Zahnrad 74 auf dem Gelenk 58 in Eingriff steht. Der Bedienungsstab steht in Berührung mit einem Stift 76, der in einem Abschnitt 78 des inneren Trägers 40 gleitet. Der Stift 76 hat ein verbreitertes Ende 77, so daß die Patrone 54 gedreht werden kann, ohne den Eingriff des Stabes 70 und des Stiftes 76 zu stören.

Die Gelenke 58 und 60 können axial in ihren Lagern gleiten, so daß der ringförmige Körper 56 in Richtung der X'-Schwenkachse eine Querbewegung ausführt. Diese Bewegung wird als X^!-Bewegung bezeichnet. Wenn der ringförmige Körper 56 auf diese Weise bewegt wird, dreht sich das Ritzel 74 unter der

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Zahnstange 72 infolge dieser Bewegung. Die X'-Bewegung wird dem ringförmigen Körper 56 mit Hilfe eines Kniehebels 76' erteilt, der in der rohrförmigen Patrone 54 schwenkbar ge lagert ist. Das eine Ende des Hebels 76 trägt eine Kugel 78, die in eine ringförmige Nut 80 in dem Gelenk 58 paßt. Das andere Ende des Kniehebels 76'wird von einer Betätigungsstange 82 bewegt, die in der rohrförmigen Patrone 54 angeordnet ist.

Die Betätigungsstange 82 ist über einen Schlitz 81 in der Patrone 54 mit einem Betätigungsring 83 in Eingriff, der , λ auf der Außenseite der Patrone 54 drehbar angeordnet ist.

Der Probentisch 64 ist linear in dem ringförmigen Körper in einer Richtung verschiebbar, die senkrecht zur X'-Schwenkachse liegt, und diese Bewegung wird als Y'-Bewegung bezeichnet.

Die Y'-Bewegung wird dem Probentisch 64 mit Hilfe einer mechanischen Kupplung erteilt, die einen Kniehebel 84, eine Schubstange 86 und einen weiteren Kniehebel 88 enthält. Die Schubstange 86 geht axial durch das Gelenk 60 hindurch und legt sich an ihrem inneren Ende auf das eine Ende des Kniehebels 88, der die Längsbewegung der Schubstange 86 in-der f X'-Richtung in eine Bewegung des Tisches 64 in der Y'-Drehrichtung umwandelt. Der Tisch 64 ist gegen den Kniehebel mit Hilfe einer Feder 90 vorgespannt, während der Kniehebel 88 gegen die Schubstange 86 mit Hilfe einer Feder 92 vorgespannt ist. Die Schubstange 86 ist mit einer Rückführungsfeder 94 versehen, die in dem Gelenk 60 gelagert ist. Eine Bewegung der Schubstange 86 wird durch den Kniehebel 84 hervorgerufen, der schwenkbar in einem Gehäuse 96 montiert ist und gelenkig an dem Gelenk 60 befestigt ist, so daß der ringförmige Körper 56 gedreht werden kann, ohne daß das Gehäuse 96 rotiert. Das eine Ende des Kniehebels 84

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trägt eine Kugel 98, die in eine ringförmige Nut 100 in dem äußeren Ende der Schubstange 86 paßt, während das andere Ende des Hebels 84 eine Kugel 102 trägt, die gleitend in einen Schlitz 104 in einer Betätigungsstange 106 paßt, welche verschiebbar in der Patrone 54 montiert ±ät. Die Betätigungsstange 106 ist über einen Schlitz 105 in der Patrone 54 mit einem Betätigungsring 107 verbunden, der auf der Außenseite der Patrone 54 gleitet.

Die Bewegung des Betätigungsringes 107 erzeugt eine Verschiebungsbewegung des Probentisches 64 in der Y'-Richtung mit Hilfe der Kopplungselemente 106, 84, 86 und 88. Wenn der ringförmige Körper in der X'-Richtung bewegt wird, dann gleitet die Kugel 102 in dem Schlitz 104, um diese X'-Bewegung aufzunehmen, so daß keine Bewegung des Kniehebels 84 hervorgerufen wird und auch keine Y'-Bewegung des Probentisches 64 stattfindet. Die Y'-Bewegung des Probentisches ist unabhängig von der X'-Bewegung des ringförmigen Körpers 56.

Eine Bewegung der zwei Betätigungsringe 83 und 107 wird mit Hilfe von Gabelhebeln 108 und 110 bewirkt. Diese Gabelhebel 108 und 110 sind auf Gelenken 112 des Trägers 40 montiert und mit äußeren nichtdargestellten Verstellvorrichtungen verbunden. Kompressionsfedern 114 und 116 sind vorgesehen, um die Berührung zwischen den Betätigungsringen 83 und 107 und den betreffenden zugehörigen Gabelhebeln 108 und 110 aufrecht zu erhalten.

Der Spalt zwischen den Klauen des Gabelhebels 110 ist größer als der äußere Durchmesser des Betätigungsringes 107, so daß die Patrone 54 aus der Probenhalterung ohne Störung durch den Gabelhebel 110 herausgezogen werden kann.

Beim Betrieb der Anordnung wird eine Probe 66 auf dem Probentisch 64 angebracht. Der rohrförmige Körper 54 wird dann

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in die Probenhalterung über eine nichtdargestellte Luftschleuse eingesetzt. Der Träger 40 Wird dann mit Hilfe der Stäbe 46 und 49 eingestellt, um den Schnittpunkt der X¹- und Y-Schwenkachsen auf die optische Achse Z auszurichten. Die Probe 66 kann dann in der gewünschten V/eise geschwenkt werden, irujiem die Patrone 54 und der ringförmige Körper 56 verdreht wird, wobei es möglich ist, die Probe in der gewünschten Richtung auf diese Weise zu drehen, bis zu einer maximalen Verschwenkung-, Da die Schwenkachsen auf die optische Achse zentriert sind, findet keine Querbewegung des beobachteten Ausschnittes der Probe statt, wenn die X¹- und , Y-Schwenkung durchgeführt wird, und das Betrachtungsfeld wird nicht verändert.

Die Probe kann querverschoben werden, um weitere interessante Stellen in das Blickfeld zu bekommen, indem die X¹- und Y¹-Verschiebungsbewegungen ausgeführt werden, dadurch daß der Probentisch 64 mit Hilfe der Ringe 83 und 107 und der Sta be 82 und 106 verschoben wird. Diese Bewegungen verschieben jedoch nicht die X¹- und Y-Schwenkachsen. Diese Achsen bleiben auf die Z-Achse ausgerichtet, während der gesamten Untersuchung der Probe.

Die Erfindung ist anwendbar sowohl bei Elektronenmikroskopen mit Abtastung als auch bei solchen ohne Abtastung des Probenfeldes.

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Claims

Patentansprüche

Q\J) Probenhalterung für ein Elektronenmikroskop mit zwei Kardanringen und einem von dem zweiten Kardanring getragenen Probentisch, der um zwei zueinander geneigte sich schneidende Kardanachsen gegenüber einem Probenträger schwenkbar ist,

gekennzeichnet durch eine Verschiebevorrichtung (76, 82), die den zweiten Kardanring (56) gegenüber dem ersten Kardanring (54) in einer Richtung verschiebt, ohne die Kardanachsen relativ zum Probenträger (50) zu verschieben, und durch eine Einstellvorrichtung (84, 86, 88, 106), die den Probentisch (64) relativ zu dem zweiten Kardanring (56) in einer Richtung verschiebt, die gegen die.erste Verschiebungsrichtung geneigt ist.
2. Probenhalterung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kardanring als rohrförmiger Körper (54) ausgebildet ist.
3. Probenhalterung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (54) von der Probenhalterung abnehmbar ist.
4. Probenhalterung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Achse die Symmetrieachse des rohrförmigen Körpers (54) ist.
5. Probenhalterung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kardanring einen ringförmigen Körper (56) enthält, der in dem rohrförmigen Körper (54) gelagert ist.

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6. Probenhalterung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichn et, daß der zweite Kardanring (56) gelenkig auf dem ersten Kardanring (54) mit Hilfe von Gelenken (58, 60) gelagert ist, die in Lagern (62) geführt sind, wobei die Gelenkachsen (58, 60) in Achsrichtung in den Lagern (62) verschiebbar sind, so daß der zweite Kardanring (56) relativ zum ersten Kardanring (54) verschoben werden kann.
7» Probenhalterung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, t daß die Einstellvorrichtung zur Verschiebung des Probentisches (64) gegenüber dem zweiten Kardanring (56) einen Stab (86) enthält, der entlang der Achse des zweiten Kardanringes (56) verschiebbar ist und daß Einrichtungen (88) die Bev/egung des Stabes (86) in eine Bewegung umwandeln, die zur Achse des zweiten Kardanringes (56) geneigt ist.
8. Probenhalterung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (84_? 86, 88₉ 106) zur Verschiebung des Probentisches (64) so angeordnet istj, daß die Verschiebung des Probentisches (64) gegenüber dem ziireiten Kardanring (56) bewirkt werden kann, ohne daß eine Verschiebung " des zweiten Kardanringes (56) gegenüber dem ersten Kardanring

(54) stattfindet.
9. Probenhalterung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benutzung der Halterung der Probenträger (50) in einer Ebene verschiebbar ist, die quer zur elektronenoptischen Achse des Elektronenmikroskops liegt, so daß der Schnittpunkt der Kerdanachsen auf die optische Achse ausgerichtet werden kann.

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