DE2540595A1 - Korpuskularstrahlmikroskop, insbesondere elektronenmikroskop - Google Patents

Description

Korpuskulars-trahlmikroskop, insbesondere Elektronenmikroskop

Die Erfindung "betrifft ein Korpuskularstrahliaikroskop, insbesondere Elektroneimikroskop, mit einem Stativ, einer die optischen Elemente enthal'tezidea Mikroskopsäule, einer elektronischen Steuer- und RegeXeinheit zur Spannungsversorgung von auf Hochspannung liegenden Elementen des Strahlerzeugers und mindestens einer Hochvakuumpumpe .

Bei Elektronenmikroskopen ist das Stativ in der Regel als Bedienungspult ausgebildet, auf das die Mikroskopsäule aufgesetzt ist. Das Pult enthält auch meist die Vakuumanlage einschließlich der Hochvakuumpumpen. Die Einrichtungen zur Hochspannungsversorgung und die zugehörigen Steuer- und Regeleinheiten sind in einem besonderen Schrank untergebracht und mit dem Strahlerzeuger durch ein Mehrleiter-Hochspannungskabel verbunden (vgl. z. B. Siemens-Druckschrift "BLMISKOP IA", 1966). Dabei bedingen die erforderlichen Steckverbindungen zwischen Hochspannungskabel und Strahlerzeuger einen hohen isolationstechnischen Aufwand.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei einem Korpuskularstrahlmikroskop den Zugang zu den genannten Organen zu erleichtern und ihre Verbindungen untereinander zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Stativ aus einem horizontal ausladenden Fuß und einem biegungssteifen vertikalen Träger besteht und daß die Mikroskopsäule, die Steuereinheit und die Hochvakuumpumpe (n) an verschiedenen Seiten des Trägers derart befestigt sind, daß der Schwerpunkt der gesamten Anordnung zwischen dem Träger und der optischen Achse in deren Nähe liegt. Durch die Erfindung wird erreicht, daß sämtliche Organe bei Wartungs- und

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Reparaturarbeiten auf einfache Weise zugänglich sind; ferner v/ird die Verbindung zwischen den Hochvakuumpumpen und der Mikroskopsäule verkürzt. Das Hochspannungskabel kann durch eine feste Verbindung zwischen der Steuer- und Regeleinheit und dem Strahlerzeuger ersetzt werden. Durch die angegebene Lage des Schwerpunktes wird die Anregung von Biegeschwingungen der Mikroskopsäule, die die Bildruhe beeinträchtigen, erschwert. Zu dem gleichen Zweck kann man mit Vorteil die mechanische Verbindung zwischen dem vertikalen Träger und der Mikroskopsäule etwa in der Höhe des Schwerpunktes der Mikroskopsäule angreifen lassen.

Die Erschütterungsfreiheit des Mikroskops kann bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Stativs ferner dadurch verbessert werden, daß sich der Fuß über einen zentralen und mindestens drei periphere elastische und schwingungsdämpfende Puffer auf dem Boden abstützt, wobei der etwa unterhalb des Schwerpunktes liegende zentrale Puffer mindestens die Hälfte des Gesamtgewichts aufnimmt. Die peripheren Puffer haben dabei insbesondere die Aufgabe, Kippschwingungen der Gesamtanordnung zu dämpfen, während der zentrale Puffer vorwiegend Vertikalschwingungen abschwächt. Diese Ausführung der Abstützung hat den Vorteil, daß der Fuß relativ leicht ausgebildet sein kann, während bisher vielfach ein schwerer Sockel oberhalb der Puffer als erforderlich angesehen wurd© (vgl. z. B. Journal of Scientific Instruments, 1967, VoI„ 44, Nr, 9, Seiten 747 ff«,, insbesondere Seite 749).

In den Figuren 1 und 2 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Elektronenmikroskop in Seitenansicht bzw. Draufsicht dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Einzelheit der Anordnung.

Das mit 1 bezeichnete Stativ des Mikroskops besteht aus einem vertikalen, kastenförmigen Träger 2 und einem horizontal ausladenden Fuß 3. An dem Träger 2 sind die Mikroskopsäule 4, zwei vibrationsfreie Hochvakuumpumpen 5 und 6, beispielsweise Ionengetterpumpen, und eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 7 befestigt. Die Jeweiligen Verbindungsstücke 8 sind ebenfalls möglichst biegungssteif ausgebildet. Der Fuß 3 besteht aus zwei gekreuzten

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Balken 3a und 3b; er ruht auf fünf elastischen und schwingungsdämpfenden Puffern, und zwar einem zentralen Puffer 9 und vier peripheren Puffern 10,

In der Mikroskopsäule 4 sind schematisch die optischen Elemente angedeutet. Die mit 11 bezeichnete Kathode liegt auf Hochspannung, z. B. 100 kV; sie kann als Feldemissionskathode ausgebildet sein. In diesem Falle ist ihr eine Sauganode 12 zugeordnet, deren Potential nur wenige Kilovolt unter der Kathodenspannung liegt. Ferner können mehrere Beschleunigungsanoden 13a,b und c vorgesehen sein, deren Potential stufenweise auf Null (13c) absinkt. Die v/eiteren optischen Elemente sind ein Kondensor 14, ein Objektiv 15, ein Projektiv 16 und ein Leuchtschirm 17. Das Objekt ist mit 18 bezeichnet.

Die Hochvakuumpumpe 5 ist durch eine kurze Leitung 20 großen Durchmessers mit dem Strahler- und Objektraum des Mikroskops verbunden, die Hochvakuumpumpe 6 evakuiert den unteren Raum des Mikroskops über eine ebenfalls kurze und weite Leitung 21.

Die Gleich-Hochspannung von z. B. 100 kV wird von einem gesondert aufgestellten Hochspannungserzeuger 22 geliefert, der einen Transformator und einen Gleichrichter enthält. Der Hochspannungserzeuger 22 ist durch ein Hochspannungskabel 23 mit der Steuer- und Regeleinheit 7 verbunden. Die Steuer- und Regeleinheit 7 erzeugt aus der von 22 gelieferten Grund-Hochspannung die für die Versorgung der auf Hochspannung liegenden Elemente 11, 12 und 13a, b erforderlichen unterschiedlichen Spannungen und regelt diese gleichzeitig. Die Verbindung zwischen der Steuer- und Regeleinheit 7 und den genannten Elementen der Mikroskopsäule 4 wird durch eine feste, im einzelnen nicht dargestellte mehrpolige Verbindung 24 hergestellt, die beispielsweise nach Art einer Kondensatordurchführung ausgebildet sein kann. Vorpumpen, Linsenstromversorgungs- und Bedienungseinrichtungen sind mit den am Stativ 1 befestigten Einheiten über flexible Leitungen bzw. Übertragungsorgane verbunden.

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Bei der dargestellten Anordnung sind die Abstände der Teile 4, 5, 6 und 7 vom Träger 2 unter 'Berücksichtigung ihrer Gewichte so gewählt, daß der Schwerpunkt S der Gesamtanordnung (vgl., Fig. 1) zwischen dem Träger und der optischen Achse 25 des Mikroskops in der Nähe der letzteren liegt. Der zentrale Puffer 9 liegt senkrecht unterhalb des Schwerpunktes S. Auf der Seite der Mikroskopsäule 4 liegt das Verbindungsstück 8 in Höhe des Schwerpunktes S¹ der Säule.

Die Puffer 9 und 10 können z. B. als Gummipuffer ausgebildet sein, die sowohl elastisch sind als auch schwingungsdämpfend (energieverzehrend) wirken. Statt dessen kann man auch pneumatische Federn (Luftfedern) mit Dämpfungseinrichtung vorsehen. Von besonderem Vorteil sind Kombinationen aus Stahl- und Gummifedern, für die in Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel angegeben ist. Hier sind eine Stahlfeder 30 und ein Gummiblock 31 zueinander parallel angeordnet. Diese Kombination ermöglicht es, die Rückstellkraft und die Dämpfungseigenschaften des Puffers weitgehend unabhängig voneinander den Erfordernissen anzupassen. Mit 32 ist ein Gummiring bezeichnet, der bei Scherung des Puffers als elastischer und dämpfender Anschlag wirkt.

In jedem Falle sind die Rückstellkräfte der Puffer 9 und 10 so zu bemessen, daß der zentrale, unter dem Schwerpunkt S liegende Puffer 9 mindestens die Hälfte des Gesamtgewichts der Anordnung, vorzugsweise etwa 70 %, aufnimmt.

Bei dieser Abstimmung kommt es darauf an, daß Erschütterungen des Bodens, auf dem das Mikroskop aufgestellt ist, in möglichst geringem Maße auf die Mikroskopsäule 4 übertragen werden und dort Biegungsschwingungen anregen. Hierbei sind folgende Frequenzen zu berücksichtigen:

1. die Frequenz f^ der Bodenerschütterungen, die vom Standort abhängt und in der Größenordnung von 5 bis 70 Hz liegt;

2. die Eigenfrequenzen f~ der Gesamtanordnung einschließlich Puffer, gegeben durch Masse bzw. Trägheitsmoment der Gesamtanord-

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mmg und elastische Eigeiischaften der Puffer, wobei die Anordnung Dberhallb der Baffer als starr angenommen ist. Es sind dies eine Fr&quemz für -vertikale !Eranslationsschwingungen und Je z~«?si freqüeasea für Kippsciiwingungen in zwei zueinander senkrechten Yertikalelaeaaen iaa einen Punkt in der Nähe der AufsteHebene bzw. iae einen Punkt in der Ifähe des Schwerpunktes.

3* die Eigeiafrequweiizeii f-, der oberhalb der Puffer 9 und 10 liegenden AaaordmaEg, gegeben durch Massen, Abstände und elastische Eigenschaften ihrer !Elemente,

4. die niedrigste Eigenfrequenz f* der Mikroskopsäule 4 (Biegeschmaagungen)j sie liegt in der Größenordnung von 1 kHz.

Die durch die Konstruktion bestimmbaren Frequenzen f₂ und f, sollen möglichst so bemessen werden, daß f^, fp, 1-* und f^ in dieser Reihenfolge möglichst große Abstände voneinander haben, so daß Resonanzen möglichst schwach angeregt werden." Zu diesem Zweck können beispielsweise die Frequenzen ±2 durch entsprechende Abstimmung der Puffereigenschaften so gewählt werden, daß sie kleiner als 5 Hz sind. Die Frequenzen f.-, sollen groß gegen 5 Hz, aber klein gegen 1 kHz sein und können z. B. 100 Hz betragen.

Die Erfindung ist nicht nur bei Elektronenmikroskopen, sondern auch bei Ionenmikroskopen anwendbar.

3 Figuren
3 Ansprüche

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   MyKorpuskularstrahlmikroskop, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einem Stativ, einer die optischen Elemente enthaltenden Mikroskopsäule, einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit zur Spannungsversorgung von auf Hochspannung liegenden Elementen des Strahlerzeugers und mindestens einer Hochvakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß das Stativ (1) aus einem horizontal ausladenden Fuß (3) und einem biegungssteifen vertikalen Träger (2) besteht und daß die Mikroskopsäule (4), die Steuereinheit (7) und die Hochvakuumpumpe(n) (5, 6) an verschiedenen Seiten des Trägers derart befestigt sind, daß der Schwerpunkt (S) der gesamten Anordnung zwischen dem Träger und der optischen Achse (25) in deren Nähe liegt.
2. 2. Korpuskularstrahlmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung (S) zwischen dem vertikalen Träger (2) und der Mikroskopsäule (4) etwa in der Höhe des Schwerpunktes (S¹) der Mikroskopsäule angreift.
3. 3. Korpuskularstrahlmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (3) sich über einen zentralen (9) und mindestens drei periphere (10) elastische und schwingungsdämpfende Puffer auf dem Boden abstützt, wobei der e-twa unterhalb des Schwerpunktes (S) liegende zentrale Puffer (9) mindestens die Hälfte des Gesamtgewichts aufnimmt.

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