DE2715809C3 - Blendenanordnung für einen elektrostatischen zylindrischen Spiegel und Verwendung hiervon - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Blendenanordnung für einen elektrostatischen zylindrischen Spiegel, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Elektrostatische zylindrische Spiegel werden für die Elektronen-Spektrometrie verwendet. Ein solcher Spiegel besteht aus zwei koaxialen Zylindern, zwischen denen ein Potentialunterschied aufrechterhalten wird, so daß Elektronen, die von einem Ort der Achse des zylindrischen Spiegels schräg zur Radialrichtung der Zylinderanordnung ausgehen, im Raum zwischen den beiden koaxialen Zylindern in einem Bogen abgelenkt werden, so daß diese Elektronen an einem anderen Ort

Ό der Achse der Zylinderanordnung auf treffen. An diesem in einem elektronenoptisch bestimmten Abstand von dem Ausgangsort der Elektronen liegenden Ort befindet sich eine Blende, durch die wenigstens ein Anteil der im Raum zwischen den beiden Zylindern abgelenkten Elektronen hindurchtritt. Dieser hindurchgetretene Anteil wird in einem Kollektor aufgefangen. Die Intensität der aufgefangenen Elektronen bildet das Meßsignal.
Aus der US-PS 36 99 331 ist eine Blendenanordnung für einen elektrostatischen zylindrischen Spiegel bekannt, der die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist. Dieser elektrostatische Spiegel hat zwei Abschnitte und an dem Ort, von dem die spektrometrisch zu untersuchenden Elektronen in den zweiten Abschnitt des Spiegels hinein ausgehen, ist eine Blende angeordnet, die gleiche Blendengröße wie diejenige hat, die vor dem Detektor auf der Achse vorgerehen ist. In diesem bekannten zylindrischen Spiegel sind die Blenden senkrecht zur Achse im Innern angeordnet und es dürften sich bei diesem bekannten Spiegel vor allem dann erhebliche Schwierigkeiten einstellen, wenn man nachträglich, z. B. mit Hilfe eines Meßmikroskopes, nachprüfen wolke, ob der für die Meßgröße entscheidende Abstand der beiden Blenden voneinander noch exakt eingehalten ist. Weiter dürften Schwierigkeiten bestehen, die Blenden und ihre feinen Bohrungen bei einer solchen wie in der Patentschrift dargestellten Ausführung eines zylindrischen Spiegels auszuwechseln und/oder zu reinigen.

Sonstige Einzelheiten in bezug auf elektrostatische zylindrische Spiegel lassen sich dem Stand der Technik entnehmen, und zwar insbesondere Zashkvara u. a. in »Sowjet Physics-Techn. Physics«, Bd. 11 (1966), Seiten 96-99, und Risley, J. S, in »Rev. of Scientific Instruments«, Bd.43 (1972), Seiten 95 - 103.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Blendenanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ihre Blenden leicht zugänglich sind, um diese zu justieren, ihre Lage zu überprüfen, sie zu reinigen und/oder gegen Blenden mit anderem Durchmesser auszutauschen.

Diese Aufgabe wird mit einer wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Blendenanordnung erfindungsgemäß gelöst wie dies im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben ist Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispie! der Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Elektronenmikroskop mit einem elektrostatischen zylindrischen Spiegel und einer Blendenanordnung,

F i g. 2 und 3 Einzelheiten des elektrostatischen zylindrischen Spiegels und der Blendenanordnung von Fig. 1.

Die F i g, 1 gibt in lediglich schematischer Darstellung mit 1 bezeichnet ein Elektronenmikroskop an, in dem sich am Präparateort das zu untersuchende Präparat

befindet. Der durch dais Präparat hervorgerufene Energieverlust soll in einem Spektrometer ermittelt werden, das in F i g. 1 insgesamt mit 2 beze^:chnet ist Das lediglich schematisch dargestellte Spektrometer 2 hat zwei koaxial zueinander angeordnete Zylinder 3 und 4, in deren Zwischenraum 5 die für elektrostatische zylindrische Spiegel bekannte Strahlumlenkung 6 erfolgt Mit 7 ist die gemeinsame Achse der Zylinder 3 und 4, d. h. des zylindrischen Spiegels, angedeutet Mit 8 ist eine bekanntermaßen ai'f der Zylinderachse 7 angeordnete Blende bezeichnet, durch die der Elektronenstrahl 6 hindurch in den Kollektor 9 gelangt Mit 10 ist eine gleichfalls bekanntermaßen vorgesehene weitere Blende bezeichnet, die in Fig. 1 ebenfalls nur schematisch angedeutet ist Diese weitere Blende 10 befindet sich an dem Ort, an dem sich üblicherweise bei e'ektrostatischen zylindrischen Spiegeln für Elektronen-Spektrometrie das Präparat befindet, von dem der Elektronenstrahl 6 dann ausgeht. Bei der in F i g. 1 gezeigten tritt dagegen ein spektrometrisch zu untersuchender Elektronenstrahl 11 in die Blende 10 ein, der dann weiter als Elektronenstrahl 6 durch die Blende 8 in den Kollektor 9 gelangt. Wie an sich bekannt, liegen die Zylinder 3 und 4 auf entsprechend unterschiedlichen elektrischen Potentialen.

Für die beschriebene Spektrometrie ist es wichtig, daß die Eintrittsblende 10 und die Austrittsblende 8 sehr genauen, bekannten Abstand (in Axialrichtung 7) voneinander haben. Die Blenden 10 und 8 haben im Regelfall einen nur sehr kleinen Durchmesser von z. B. zwischen 0,1 und 0,5 mm, insbesondere von 0,2 mm. Im Regelfall sind der Durchmesser der Eintrittsblende 10 und der Austrittsblende 8 gleich groß. Kleinerer Blendendurchmesser führt zu höherem energetischen Auflösungsvermögen der Energie-Verlust-Spektrometrie, wobei jedoch geringe Intensität im Kollektor 9 in Kauf nehmen ist. Mit größeren Blendendurchmessern erreicht man größeres Kollektorsignal bzw. höhere Empfindlichkeit der Spektrometer-Anordnung, jedoch ist das Auflösungsvermögen entsprechend geringer. Das Auflösungsvermögen ist dabei auf die Energie- bzw. Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen, die jeweils in den Kollektor 9 gelangen, bezogen.

Gegenüber der Allgemeindarstellung der F i g. 1 zeigt die Fig.2 deutlicher, wie der mit zwei Blenden 8, 10 versehene, als Schieber ausgebildete Blendenträger 21 aufgebaut und in dem elektrostatischen zylindrischen Spiegel verschiebbar angeordnet ist.

Vorzugsweise ist der Blendenträger 21 ein Stab aus insbesondere Elvedur. Der Stabdurchmesser beträgt z. B. 30 mm bei einem Innendurchmesser von z. B. 50 mm für den inneren Zylinder 4. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Darstellung der F i g. 2 der Übersichtlichkeit halber nicht streng maßstäblich ist. Dort wo die Blenden 8 und 10 anzubringen sind, hat der stabförmige Blendenträger 21 Rücksprünge, an denen der Stab bis auf eine Ebene ausgefräst ist, die die Achse 7 der Anordnung enthält. F i g. 3 zeigt hierzu zur besseren Verdeutlichung ein längs III-IH verlaufendes Qu-.- Snittsbild in vergrößertem Maßstab, aus dem zu ersehen ist, wie die eine Hälfte des Querschnittes des Stabes des Blendenträgers 21 abgetragen ist. Damit der Elektronenstrahl 11 durch die Blende hindurchtreten kann, hat der Stab außerdem — dies gilt sowohl für den Ort der Blende 10 als auch für diejenigen der Blende 8 — zusätzlich einen trichterförmigen Durchbruch 31. Der engste Querschnitt dieses Durchbruches 31 hat genau am Ort der Achse 7 der ganzen Anordnung die eigentliche Blendenöffnung 22. Diese öffnung 22 befindet sich in einer Dünnschichtblende 23, die z. B. aus Gold besteht

Der Stab des Blendenträgers 21 wird vorzugsweise von zwei Gleitringen 25, 26 aus insbesondere Tetrafluoräthylen gehalten. Der Stab des Blendenträgers 21 ist damit im Innern des gut justierten Zylinders 4 sowohl axial exakt justiert als auch in axialer Richtung — angedeutet durch den Doppelpfeil 27 — verschiebbar gehalten. Der Blenden träger 21 wird über die stabförmige Fortsetzung 28 von außen mittels Feingewinde (nicht dargestellt) in Axialrichtung genau justiert und drehsicher gehaltert

Die Blenden 23 können außerhalb der Anordnung auf dein Blendenträger 21 äußerst genau justiert angebracht werden, so daß der Abstand der Blendenöffnungen 22 genau exakt La beträgt Auf die exakte Einhaltung dieses Abstandes kommt es vor allen Dingen an, denn Abweichungen von diesem Maß, die bei z. B.

voneinander getrennt eingesetzten und justierten Blenden 8 und 10 unbemerkt auftreten können, würden zu unerkannten Falschergebnissen der spektrometrischen Auswertung der Verlustenergie führen.

Aus F i g. 2 ist schematisch zu ersehen, wie ein zweites Blendenpaar mit den Blenden 8' und 10' auf ein und demselben Blendenträger 21 angebracht sein kann. Die Dünnschichtblenden 23' der Blenden 8' und 10' haben z. B. größeren Durchmesser ihrer Blendenöffnungen, jedoch wieder den Abstand L₀. L₀ beträgt bekanntermaßen das 6,12fache des für die mit 6 angedeutete Umlenkung des Elektronenstrahls elektrooptisch wirksamen Radius des Innenzylinders 4. Durch Verschiebung der Blenden 8' und 10' an die Orte, an denen sich in der Darstellung der Fig.2 die Blenden 8 und 10 befinden, kann in einfacher Weise die dargestellte Anordnung mit beispielsweise größeren Blendenöffnungen der Blenden 23' betrieben werden. Dadurch wird zwar — wie oben schon erwähnt — das Auflösungsvermögen etwas verringert Andererseits ist aber die Empfindlichkeit der ganzen Anordnung vergrößert, so daß im Kollektor 9 noch Signale festgestellt werden können, die bei Verwendung der Blenden 8 und 10 nicht mehr festzustellen sind.

Vorzugsweise werden z. B. wenigstens drei Blendenpaare 8, 10; 8', 10' auf einem Blendenträger 21 in wie beschriebener und dargestellter Weise angebracht, z. B.

mit Blendenöffnungen von je 0,1 mm, 0,2 mm und 0,5 mm Durchmesser.

Mit dieser Blendenanordnung läßt sich außerdem sehr einfach eine axiale Ausrichtung der Blenden in bezug auf die Eintrittslage des Elektronenstrahls 11 am Ort der Achse 7 der Anordnung justieren.

Wie aus den Figuren ersichtlich, hat der Zylinder 4 für das Hindurchtreten des Elektronenstrahls öffnungen 29, die in axialer Richtung beispielsweise 2 cm lang sind und dabei eine Breite von ca. 1 cm haben.

Mit einer der erfindungsgemäßen Blendenanordnung wird insbesondere erreicht, daß sich die Blenden in sehr einfacher Weise reinigen oder gar ersetzen lassen. Die ohnehin erschwerte Justierung des Abstandes der Blenden voneinander ist in der erfindungsgemäßen Blendenanordnung nicht mehr erforderlich. Der Blendenabstand ist stets exakt eingehalten. Dabei besteht außerdem aber auch die sehr vereinfachte Möglichkeit, durch bloßes Verschieben eines Blendenträgers mit mehreren Blendenpaaren unterschiedlicher Bemessung eine veränderte Einstellung der Auflösung bzw. der Empfindlichkeit zu erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Blendenanordnung für einen elektrostatischen zylindrischen Spiegel mit zwei koaxialen Zylinderelektroden für Elektronen-Energie-Verlust-Spektrometrie, bei der auf der Achse des zylindrischen Spiegels eine Blende angeordnet und ein Ort vorhanden ist, von dem die spektrometrisch zu untersuchenden Elektronen ausgehen und der von der Blende einen elektronenoptisch bestimmten Abstand hat und bei der sich an diesem Ort eine weitere Blende befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Blenden (8,10) in einem auswechselbaren Blendenträger (21) in zueinander fixer Position angeordnet sind und daß der Blendenträger (21) mit den Blenden (8, 10) in Axialrichtung auf der Achse des Spiegels verschiebbar und justierbar ist.

2. Blendenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Blendenträger (21) mehrere Blendenpaare (8,10,8', 10') angeordnet sind, daß die Blenden (8, 10; 8', 10') der einzelnen Paare jeweils den elektronenoptisch bestimmten Abstand (L₀) voneinander haben und daß die einzelnen Blendenpaare (8, 10; 8', 10') durch Verschieben des Blendenträgers (21) in ihre Position zu bringen sind.

3. Blendenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (8, 10, 8', 10') der einzelnen Paare untereinander jeweils gleiche Blendengröße haben und die Blendengrößen der Blenden der einzelnen Paare voneinander verschieden groß sind.

4. Blendenanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Blendenträger (21) «m Ort der Blenden (8, 10, 8', 10') Durchbrüche aufweist, in die Dünnschichtblenden (23,23') justiert eingesetzt sind.

5. Blendenanordnung nach Ansprui-h 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschichtblenden (23, 23') auswechselbar eingesetzt sind.

6. Blendenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschichtblenden aus Gold bestehen.

7. Blendenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Blendenträger (21) einen Rücksprung bis zur Achse (7) der Anordnung und eine trichterförmige Querbohrung (31) hat, und daß die Dünnschichtblende (23) mit ihrer Blendenöffnung (22) am Ort des engsten Querschnittes der trichterförmigen Bohrung (31) auf der Achse (7) angebracht ist (F i g. 3).

8. Blendenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Blendenträger (21) in Gleitringen (25, 26) gelagert ist und im Innern des zylindrischen Spiegels (4) drehsicher und axial verschiebbar geführt ist.

9. Verwendung einer Blendenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zusammen mit einem Elektronenmikroskop.