DE3008404C2 - Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern, bei dem ein zu untersuchendes Objekt mittels eines mit einer vorbestimmten Spannung beschleunigten fokussierten Elektronenstrahls bestrahlt wird, welcher die zum Erzeugen einer Abbildung erforderliche Elekironendosis liefert, und die durch das Objekt gebeugten Elektronen des Elektronenstrahls mittels einer integrierenden Abbildungseinrichtung oder eines integrierenden Abbildungsmaterials, insbesondere mittels einer photographischen Schicht, abgebildet werden.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern, mit einer Elektronenstrahlquelle zum Erzeugen eines mittels einer vorbestimmten Spannung beschleunigten fokussierten Elektronenstrahls, welcher die zum Erzeugen einer Abbildung erforderliche Elektronendosis liefert; mit einem Objektträger im Wege des fokusskrten Elektronenstrahls, und mit einer integrierenden Abbildungseinrichtung oder einem integrierenden Abbildungsmaterial, insbesondere einer photographischen Schicht.

Es ist seit langem bekannt, Elektronenstrahl-Beugungsbilrier zu erzeugen, um die Struktur von Kristallen oder polykristallinem Material zu bestimmen.Denn die beim Durchgang von Elektronenstrahlen durch Kristalle oder durch polykristalline Materie sowie bei der Reflexion an Kristallen auftretenden Interferenzen, insbesondere Laue-Interferenzen an Einkristallen sowie Debye-Scherrer-Ringe an polykristallinem Material, lassen genauere Rückschlüsse über den strukturellen Aufbau der untersuchten Materialien zu.

So sind aus dem Buch von L. Reimer »Elektronenmikroskopisehe Untersuchungs- und Präparationsmeihöden«, Springer-Verlag, 1959, Seiten 84 bis 90 und 120 bis 125 ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die es zwar gestatten, die Struktur von Kristallen oder polykristallinem Material zu bestimmen, jedoch können damit empfindliche periodisch geordnete Natur- und Kunststoffe, insbesondere organische und biologische Substanzen nicht ohne wesentliche Strahlenschädcn, durch welche dieselben beschädigt werden, untersucht werden. Während nämlich die Untersuchung der Struktur von anorganischen, insbesondere mineralischen. Materialien mittels Elektronenstrahl-Beugungsbildern unverfälschte Ergebnisse über den Kristallaufbau dieser Materialien erbracht hat, haben sich bei der Untersuchung der Struktur von organischen und biologischen Substanzen, oder allgemein gesagt von periodisch geordneten Natur- und Kunststoffen, die verhältnismäßig empfindlich sind und eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen, mittels Elektronenstrahl-Beugungsbildern insbesondere insofern erhebliche Schwierigkeiten ergeben, als durch das Bestrahlen dieser Substanzen mit Elektronen der zur Erzeugung einer Abbildung erforderlichen Energiedichten beträchtliche Strukturveränderungen auftreten, die nachstehend allgemein als Strahlenschäden bezeichnet werden. Derartige wesentliche Veränderungen werden in dem ο a. Buch von L Reimer auf den Seiten 121 bis 125 erörtert -jnd praktisch als unvermeidbar angesehen. Ober derartige unerwünschte Strukturveränderungen ist auch in der sonstigen Fachliteratur mehrfach berichtet worden, so insbesondere von L Reimer in der Zeitschrift »Lab. Invest« 14, 1082 (1965), von K.Stenn und

G. F. Bahr in der Zeitschrift »J. Ultrastruct. Res.« 31.526 (1970), nd von R. M.Glaeser, B.M.Siegel und D. R. Beaman (Eds.) in dem Buch »Physical Aspects of Electron Microscopy and Micorbeam Analysis«, Seite 205, erschienen bei Wiley and Sons New York 1975, sowie von W. Baumeister, M. Hahn und U. P. Fringeli in der »Zeitschrift für Naturforschung« 31c, 746(1976).

Wie G. Siegel in der »Zeischrift für Naturforschung« 27a. 325 (1972) durch Untersuchungen festgestellt hat wird die kristalline Ordnung eines Paraffinkristails bereits bei einer Stromdichte des Elektronenstrahls von 8 Elektronen pro 0,01 nnv und bei einer Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls von 100 kV beträchtlich verändert. Ähnliche Untersuchungen an Adenosin-Kristallen, über die R. M.Glaeser in der Zeitschrift »J. Ultrastruct. Res.« 36.466 (1971) berichtet hat, haben gezeigt, daß die kristalline Ordnung eines Adenosin-Kristalls bereits bei einer Stromdichte des Elektronenstrahls von 6 Elektronen pro 0,01 nm² und einer Beschleunigungsspannung von 8OkV fast völlig zerstört wird.

Die Problematik, die sich im Hinblick auf diese Ergebnisse bei der Erzeugung von Elektronenstrahl-Beugungsbildern mittels photographischer Filme ergibt, wird deutlich, wenn man bedenkt, daß eine Stromdichte von 1 Elektron pro Quadrat- μπι erforderlich ist, um mit Hilfe von Elektronen· die Schwärzung eines photographischen Films zu erreichen. Das bedeutet, daß es be: einer Auflösung von 0,5 ηm² die einer lOOOOOfachen Vergrößerung entspricht, notwendig ist, das Objekt, also die zu untersuchende organische oder biologia^he Substanz, mit 100 Elektronen pro 0,01 nm² zu bestrahlen, wenn der Primärelektronenstrahl in der Objektebene einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 μτη hat.

Aufgrund dieser Verhältnisse konnten bisher nur von relativ unempfindlichen Substanzen Elektronenstrahl-Beugungsbilder erhalten werden, ohne daß as /u merklichen Veränderungen der ursprünglichen Struktur dieser Substanzen kam. Hingegen werden durch die vorer-

b5 wähnten beträchtlichen Strukturveränderungen Untersuchungen an empfindlicheren Substanzen mit Hilfe von Elektronensirahl-Bcugungsbildern besonders problematisch, weil sie keine genaueren Rückschlüsse mehr

über die ursprüngliche, unveränderte Struktur dieser Substanzen, die erforscht werden sollen, zulassen.

Da die unerwünschten Strukturveränderungen darauf zurückzuführen sind, daß die Energie, die den untersuchten organischen und biologischen Substanzen durch den Elektronenstrahl zugeführt wird, von diesen Substanzen nicht schnell genug an die Umgebung abgeführt werden kann, besteht eine Möglichkeit, trotz der oben dargelegten Verhältnisse Elektronenstrahl-Beugungsbilder dieser empfindlichen Substanzen zu erhalten, darin, die Substanzen bei ihrer Untersuchung auf eine sehr tiefe Temperatur abzukühlen, und zwar mittels flüssigem Helium auf eine Temperatur von 4° K, wie das bei einem vom Forschungslaboratorium der Siemens AG, München, entwickelten 400 kV-Elektronenmikroskop mit supraleitender Objektivlinse geschieht und worüber J. Dietrich, F. Fox, E. Knapek, G. Lcfranc. R. Nachtrieb. R. Weyl und H. Zerbst in der Zeitschrift »Ultramicroscopy« 2, 241 (1977) berichtet haben. Hierzu ist jedoch ein sehr großer technischer Aufwand erforderlich.

Es ist weiterhin auf dem Gebiet der elektronenmikroskopischen Abbildung aus den beiden deutschen Auslegeschriften 10 73 655 und 22 44 441 bekannt, eine Stelle eines Objekts intermittierend mit einem mittels einer vorbestimmten Spannung beschleunigten Elektronenstrahl zu bestrahlen, um eine Abbildung dieser Stelle des Objekts zu erzeugen. Wie sich aus diesen beiden Druckschriften weiterhin ergibt, ist eine Veränderung der Energiedichte bei der Beobachtung empfindlicher Objekte nötig, außerdem ist in der DEAS 22 44 441 angegeben, daß eine gewisse Strahlungsdosis nicht überschritten werden darf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen von Elektroncnsirahl-Beugungsbildern zur Verfügung zu stellen, mit denen empfindliche periodisch geordnete Natur- und Kunststoffe, also insbesondere organische und biologische Substanzen, untersucht werden können, ohne daß wesentliche Strahlenschäden auftreten.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man eine oder mehrere in ihrer Ausdehnung dem Querschnitt des Elektronenstrahls entsprechende Stellen des Objekts intermittierend mit dem mittels der vorbestimmten Spannung beschleunigten Elektronenstrahl bestrahlt, der eine Elektronendichte hat, welche unterhalb derjenigen Elektronendichte Hegt, bei der das Objekt beschädigt wird; und daß man die Bestrahlung über eine so lange Zeitdauer durchführt, daß die über diese Zeitdaue¹" integrierte Elektronendichte des Elektronenstrahls wenigstens gleich der für das Erzeugen der Abbildung erforderlichen Elektronendosis wird.

Die mit der Erfindung vorgeschlagene Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß eine einen vorbestimmten zusammenhängenden Flächenbereich des Objekts mit dem Elektronenstrahl ein oder mehrere Male abtastende Verstelleinrichtung vorgesehen ist, daß die Elektronendichte in einem Bereich von weniger als einem Elektron pro 0.01 nm² einstellbar ist; und daß eine die Bestrahlung erst nach einer so iangen Zeitdauer abschaltende Zeitabschalteinrichtung vorgesehen ist. daß die über diese Zeitdauer integrierte Elektronendichte des Elektronenstrahls wenigstens gleich der für das Erzeugen der Abbildung erforderlichen Elektronendosis ist.

Auf diese Weise ist es mit dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung möglich, Untersuchungen an empfindlichen periodisch geordneten Natur- und Kunststoffen durchzuführen, bei denen die ursprüngliche Struktur der untersuchten Substanzen im wesentlichen unverändert erhalten bleibt, so daß die erzielten Elektronenstrahl-Beugungsbilder zuverlässige Rückschlüsse über die unverfälschte Struktur dieser Substanzen ermöglichen, und zwar unter Vermeidung einer aufwendigen Tiefstkühlung der untersuchten Substanzen.

ίο Ganz grob gesagt, besteht das erfindungsgemäße Verfahren also darin, daß man das empfindliche Objekt nicht, wie sonst üblich, kurzzeitig bestrahlt, sondern daß es im Verlaufe von einigen Stunden durch einen Elektronenstrahl von sehr geringer Sirahlstromdichte an eincr oder mehreren Stellen intermittierend bestrahlt wird. Hierdurch wird die zum Erzeugen einer Abbildung des gebeugten Elektronenstrahls nötige Elektronenenergie trotz einer Fokussierung im Laufe der Zeit auf- .· gebracht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens läßt man den Elektronenstrahl in einem vorbestimmten Muster über den zusammenhängenden Flächenbereich des Objekts wandern. Die intermittierende Bestrahlung wird also in diesem Falle in der Weise erzielt, daß der Elektronenstrahl nacheinander einzelne Stellen des genannten Flächenbereichs abtastet und ge- j gebenenfalls an die einzelnen Stellen ein oder mehrere Male zurückkehrt. Mit dieser Abtastung kann das Objekt tiächendeckend vom Elektronenstrahl abgetastet

jo werden.

Obwohl die verschiedensten Abtastmuster möglich sind, beispielsweise eine spiralförmige Abtastung, eine aus konzentrischen Kreisen, Quadraten oder Rechtekkcn bestehende Abtastung und dergl., wird das erfin- j

J5 dungsgemäße Verfahren vorzugsweise so ausgeführt, daß man den Elektronenstrahl in einem mäanderförmigen Muster wandern läßt. Dadurch wird einerseits üblichen technischen Ausführungsformen des Objektträgers, bei denen dieser in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen verschiebbar ist, am besten Rechnung gelragen, und andererseits braucht der Elektronenstrahl nicht während des Bestrahlens unterbrochen zu werden. Insbesondere kann man einen quadratischen oder rechteckigen Flächenbereich abtasten.

Im Prinzip kann das Abtasten des Objekts mittels des Elektronenstrahls sowohl dadurch geschehen, daß man den Elektronenstrahl wandern läßt und das Objekt ortsfest hält, oder, daß man den Elektronenstrahl ortsfest hält und das Objekt wandern läßt. Da im allgemeinen zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern verfügbare Elektronenmikroskope verwendet werden, bei denen schwerwiegende Eingriffe erforderlich wären, wenn man den Elektronenstrahl wandern lassen wollte, ist es zu bevorzugen, das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise auszuführen, daß man das Objekt durch einen in seinem Verlauf ortsfesten Elektronenstrahl nach dem vorbestimmten Muster, quer insbesondere senkrecht, zum Elektronenstrahl bewegt.

Denn bei allen kommerziellen Elektronenmikrosko-

bo pen besteht die Möglichkeit, das Objekt mit Hilfe einer Verstellung des Objekttisches zu bewegen, und zwar erfolgt dieses bei den erwähnten Elektronenmikroskopen mittels zweier Handspindeln in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen.

h5 Bei einer mäanderförmigen Abtastung wird die eine Spindel der Objekttischverstellung von einem eingestellten Anschlag zu einem anderen eingestellten Anschlag gefahren und dort gestoppt Dann wird mit der

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anderen Spindel ein definierter Längenschrill ausgeführt, und dann wird die crstere Spindel nun in umgekehrter Drchriehtung so weit gedreht, daß der Objekttisch wieder zu dem Ausgangspunkt zurückläuft. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis die andere Spindel, welche die kleinen Bewegungsschrittc ausführt, selbst an ihrer vorangestellten Endstcllung angelangt ist. Hier wird die Drehrichtung dieser anderen Spindel sofort y-igekehrt, und der gesamte Abtastvorgang läuft nun, wie eben beschrieben, jedoch in umgekehrter Richtung zurück. Die Vorzugsrichtung der Abtastung, also die Richtung, in der die längeren Wege des rnäandcrförmigen Musters verlaufen, kann gewünschtcnfalls um 90° gedreht werden, wozu die Spindelantriebe der Objekttischverstellung einfach vertauscht werden, was aufgrund ihres gleichartigen Aufbaus ohne weiteres möglich ist.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich aber auch so ausführen, daß man erfindungsgemäß das Objekt und den Elektronenstrahl relativ zueinander ortsfest labt und das Auftreffen des Elektronenstrahls auf ein und dieselbe Stelle des Objekts periodisch unterbricht, wozu man vorzugsweise den Elektronenstrahl periodisch aus dem Bereich des Objekts ausschwenkt, was sich bei jedem kommerziell erhältlichen Elektronenmikroskop in einfacher Weise ausführen läßt, weil derartige Elektronenmikroskope im allgemeinen einen elektrisch steuerbaren Ausschwenkmechanismus für den Elektronenstrahl besitzen.

Die Einrichtung nach der Erfindung besitzt vorzugsweise eine den Elektronenstrahl und den zusammenhängenden Flächenbereich relativ zueinander bewegende Verstelleinrichtung.

Wenn man mit der Einrichtung das Verfahren in der Weise durchführen will, daß der Objektträger bewegt und der Elektronenstrahl ortsfest gehalten wird, umfaßt die Einrichtung eine Objektträgerverstellcinrichtung >:uiTs Bewegen des Objektträgers in einer quer, insbesondere senkrecht, zum fokussierten Elektronenstrahl verlaufenden Bewegungsebene. Diese Objektträgerverstelleinrichtung weist, wie bereits oben angedeutet wurde, eine erste Welle auf, durch deren Drehung der Objektträger über eine erste Antriebsverbindung in einer ersten Koordinatenrichtung, beispielsweise in der x-Richtung, in der Bewegungsebene verstellbar ist, sowie eine zweite Welle, durch deren Drehung der Objektträger über eine zweite Antriebsverbindung in einer zweiten Koordinatenrichtung, beispielsweise der y-Rkhtung, in der Bewegungsebene verstellbar ist. Erfindungsgemäß zeichnet sich diese Einrichtung aus durch eine an die erste Welle angekoppelte erste Antriebseinrichtung zum selbsttätigen Antreiben der ersten Welle und eine an die zweite Welle angekoppelte zweite Antriebseinrichtung zum selbsttätigen Antreiben der zweiten Welle, sowie eine an die erste Welle angekoppelte erste Sensoreinrichtung zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objektträgers in der ersten Koordinatenrichtung und eine an die zweite Welle angekoppelte zweite Sensoreinrichtung zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objektträgers in der zweiten Koordinatenrichtung, und durch eine mit beiden Antriebs- und Sensoreinrichtungen verbundene Steuereinrichtung zum programmierten Steuern der beiden Antriebseinrichtungen in Abhängigkeit von Signalen der beiden Sensoreinrichtungen.

Die beiden Antriebseinrichtungen können je einen Elektromotor aufweisen, der über ein Getriebe und eine Rutschkupplung an die jeweilige Welle der Objektträtut

gerverstclleinrichtung angekoppelt ist.

Außerdem kann der Elektromotor an einen Tachogenerator angekoppeil sein, und er kann zusammen mit letzterem «in eine die Geschwindigkeit des Elektromo-

'■, tors konstant haltende sowie die Drehrichtung des Elektromotors umschaltende Motoiregelschaltung angeschaltet sein.

Damit man den Objektträger zwischendurch gewünschtenfalls von Hand verstellen kann, trotzdem

in aber die dabei bewirkte Verstellung von der Sensoreinrichtung »wahrgenommen« wird, sind die Antriebseinrichtungen vorzugsweise unabhängig von den Sensoreinrichtungen von der jeweiligen Welle abkoppelbar. Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemä-Ben Einrichtung zeichnet sich aus durch eine elektrisch steuerbare Elektronenstrahlunterbrechungs- oder -ausschwenkeinrichtung, eine an die Elektronenstrahlunterbrechungs- oder -ausschwenkeinrichtung zu deren Steuerung angekoppelte Intervalltastschaltung zum penodischen Unterbrechen oder Ausschwenken des fokussierten Elektronenstrahls aus dem Bereich des Objekts, wobei die Intervalltastschaltung eine erste Steuerschaltung zum Einstellen der Zeitdauer der Unterbrechungs- bzw. Ausschwenkperiode, während welcher der fokussierte Elektronenstrahl jeweils unterbrechbar oder ausschwenkbar ist, und eine zweite Steuerschaltung zum Einstellen der Zeitdauer der Bestrahlungsperiode, während welcher eine vorbestimmte Stelle des Objekts mit dem fokussierten Elektronenstrahl bestrahlbar ist, umfaßt.

Auf diese Weise sind die Einschwenkzeit des Elektronenstrahls bzw. die Bestrahlungszeit und die Ausschwenkzeit des Elektronenstrahls bzw. die Dunkeloder Erholzeit in weiten Grenzen voneinander unab- ' hängig einstellbar und bestimmen in ihrer Summe die Periodendauer der Tastung einer vorbestimmten Stelle des Objekts mittels des Elektronenstrahls.

Bei beiden oben beschriebenen, grundsätzlichen Äusführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die Zeitabschaiteinrichtung zum Unterbrechen des fokussierten Elektronenstrahls oder zu dessen Ausschwenken aus dem Bereich des Objekts und gegebenenfalls zum Abschalten der Antriebseinrichtungen an die Elektronenstrahlquelle sowie an die Steuereinrichtung bzw. die Intervalltastschaltung angekoppelt sein.

Die Erfindung sei nachstehend anhand besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 8 der Zeichnung näher erläutert; es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Elektronenmikroskops mit einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung, womit Jas erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern ausgeführt werden kann;

F i g. 2 eine seitliche Aufrißansicht einer an eine Welle einer Objektverstelleinrichtung des Elektronenmikroskops angekoppelten Antriebs- und Sensoreinrichtung; F i g. 3 ein Blockschaltbild einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung;

Fig.4 ein Blockschaltbild einer Motorregler- und Steuerschaltung für eine der beiden Wellen der Objektverstelleinrichtung für den Objektträger eines Elektronenmikroskops;

F i g. 5 eine in nähere Einzelheiten gehende Schaltung für die Regelung der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors der Antriebseinrichtung nach F i g. 2; F i g. 6 eine genauere Ausführung einer Schaltung für

die Steuerung der beiden Antriebseinrichtungen für die beiden Wellen einer Objektträgerverstelleinrichtung;

Fig.7 ein Schaltbild einer zeitlich gesteuerten Abschalteinrichtung und einer Intervalltastschaltung zum periodischen Ausschwenken des fokussierten Elektronenstrahls aus dem Bereich des zu untersuchenden Objekts; und

Fig.8 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf das Objekt und den Abtastverlauf einer mäanderförmigen Abtastung des Objekts mittels Elektronenstrahl.

Es sei zunächst der grundsätzliche Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung anhand der Fig. 1 erläutert. Mit 1 ist ein Elektronenmikroskop üblicher Art bezeichnet, das im allgemeinen bei entsprechendem Strahlengang für Beugung unter Ausschaltung r> der abbildenden Linsen zum Erzeugen von Elcktronenstrahl-Beugungsbildern verwendet wird. Dieses Elektronenmikroskop 1 weist in seinem oberen Teil innerhalb eines evakuierbaren Gehäuses 2 eine Elektronen-Strahleinrichtung 3 zum Erzeugen eines fokussierten Elektronenstrahls 4 auf.

Im wesentlichen umfaßt die Elektronenstrahleinrichtung 3 in üblicher Weise eine Elektronenquelle 5, eine lochblendenförmige Anode 6, einen ersten Kondensor 7, einen zweiten Kondensor 8, eine im Bereich des zweiten Kondensors 8 vorgesehene Blende 9 und ein Ablenksystem 10.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß als Elektronenstrahleinrichtung 3 nicht unbedingt das Elektronenstrahlsystem eines Elektronenmikroskops verwendet jo werden muß, sondern daß im Prinzip jede andere Elektronenstrahleinrichtung geeignet ist. die es ermöglicht, einen fokussierten Elektronenstrahl mit einer geringen Strahlstromdichte von weniger als einem Elektron pro Quadrat-Ängström bei Beschleunigungsspannungen j5 von 50 kV und mehr zu erzeugen. Besonders zu bevorzugen sind Strahlstromdichtcn von weniger als 0,1 Elektron pro Quadrat-Ängström. beispielsweise eine Strahlstromdichte von 2,5 · 10~² Elektronen pro Quadrat-Ängström.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung umfaßt weiterhin einen Objektträger ti, wie er üblicherweise in Elektronenmikroskopen verwendet wird. Dieser Objektträger 11, auf dem sich das zu untersuchende Objekt 12 (siehe auch F i g. 8) über einer Öffnung 13, durch welche die vom Objekt 12 gebeugten Elektronen hindurchtreten können, befindet, weist einen Objekttisch 14 auf, der in einer quer, insbesondere senkrecht, zum Elektronenstrahl 4 verlaufenden Ebene bewegbar ist. Diese Ebene ist in F i g. 8 die Zeichnungsebenc.

Zum Bewegen des Objektträgers 11 bzw. des Objekttisches 14 ist eine insgesamt mit 15 bezeichnete Objektträgerverstelleinrichtung vorgesehen, die eine erste Weile A aufweist, durch deren Drehung der Objekttisch 14 in einer ersten Koordinatenrichtung, nämlich in der x-Richtung (siehe Fig.8). in der Bewegungsebene verstellbar ist. Weiterhin besitzt die Objektträgerverstelieinrichtung 15 eine zweite Welle B, durch deren Drehung der Objekttisch 14 in einer zweiten Koordinatenrichtung, die vorzugsweise senkrecht zur ersten Koordi- t>o natenrichtung ist, nämlich in der y-Richtung (siehe F i g. 8) in der Bewegungsebene verstellbar ist. Die erste und zweite Welle A bzw. B werden auch als Objekttischverstellspindeln oder kurz als Spindeln bezeichnet.

Die beiden Wellen A und B sind über je eine in kon- v: ventioneller Weise ausgebildete Antriebsverbindung mit dem Objektträger 1! verbunden, wobei jede dieser Antriebsverbindungen im wesentlichen eine Zahnstange 16 und Zahnräder 17 aufweist, durch welche die Drehbewegung der beiden Wellen A und B jeweils in eine Translationsbewegung des Objekttisches 14 umgewandelt wird. Die Wellen A und ßsind durch vakuumdichte Stopfbuchsen 18 durch das Gehäuse 2 nach außen hin durchgeführt, dort in Lagerböcken 19 gelagert und mittels Handgriffen 20 manuell verdrehbar.

In geeigneter Entfernung unterhalb des Objekttisches 14 ist eine integrierende Abbildungseinrichtung oder ein integrierendes Abbildungsmaterial 21, vorzugsweise in der Form eines photographischen Films oder einer photographischen Platte, vorgesehen, worauf mittels der vom Objekt I gebeugten Elektronen des Elektronenstrahls 4 ein Elektronenstrahl-Beugungsbild erzeugt wird.

Zum selbsttätigen Verstellen des Objekttisches 14 so. daö ein zusammenhängender Flächenbereich 22 (siehe F i g. 8) in einem mäanderförmigen Muster 23 vom Elektronenstrahl 4 ein oder mehrere Male abgetastet wird, ist an die erste Welle A cine erste Antriebseinrichtung 24 angekoppelt, welche diese Welle selbsttätig antreibt. In entsprechender Weise ist an die zweite Welle Seine zweite Antriebseinrichtung 25 zum selbsttätigen Antreiben dieser Welle angekoppelt. Außerdem ist eine an die erste Welle A angekoppelte erste Sensoreinrichtung 26 zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objekttisches 14 in der v-Richtung vorgesehen, sowie eine an die zweite Welle B angekoppelte zweite Sensoreinrichtung 27 zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objektträgers in der y-Richtung. Diese Sensoreinrichtungen 26 und 27 können beispielsweise mechanische Zählwerke sein, deren Ablesewerte jeweils die Position des Objekttisches 14, bezogen auf einen willkürlichen Nullpunkt in der x-Richtung und in dery-Richtung angeben.

Weiterhin ist eine über elektrische Leitungen 28 und 29 (die erstere Leitung ist teilweise nicht sichtbar, da sie. bezogen auf die Ansicht der Fig. 1, hinter dem Gehäuse 2 vorbeigeführt ist) mit den beiden Antriebs- und Sensoreinrichtungen 24, 25 bzw. 26, 27 verbundene Steuereinrichtung 30 zum programmierten Steuern der beiden Antriebseinrichtungen 24 und 25 in Abhängigkeit von Signalen der beiden Sensoreinrichtungen 26 und 27 vorgesehen.

Wie man aus Fig. I, jedoch deutlicher noch aus Fi g. 2 ersieht, ist zur Ankopplung der Antriebseinrichtungen 24,25 und der Sensoreinrichtungen 26,27 an die zugehörige Welle A bzw. B auf diesen Wellen je ein in der Achsrichtung langgestrecktes Ritzel 31 drehfest angebracht, mit dem ein an der Ausgangswelle 32 der Antriebseinrichtung 24 bzw. 25 drehfest angebrachtes Antriebszahnrad 33 kämmt. In entsprechender Weise kämmt mit dem gleichen Ritzel 31 jeweils ein drehfest auf der Eingangswelle 34 des mechanischen Zählers der zugehörigen Sensoreinrichtung 26 bzw. 27 drehfest angebrachtes Zahnrad 36.

Das Ritzel 31 ist in Achsrichtung der Welle A bzw. B verschiebbar, und zwar so weit, wie durch gestrichelte Linien in F i g. 2 angedeutet ist, daß zwar das Antriebszahnrad 33 außer Eingriff mit dem Ritzel 31 gebracht werden kann, jedoch das Zahnrad 36 weiter in kämmendem Eingriff mit dem Ritzel 31 bleibt. Dadurch wird erreicht, daß die Beziehung zwischen der Drehposition der Wellen A und B bzw. der Position des Objekttisches 14 und den Umdrehungszählern 35 der Sensoreinrichtungen 26 und 27 stets erhalten bleibt, auch wenn eine manuelle Verstellung der Weilen A und B über die Handgriffe 20 vorgenommen wird und die Antriebseinrichtungen 24 und 25 außer Betrieb gesetzt werden.

Die Antriebs- und Sensoreinrichtungen für die beiden Wellen A und B sind gleichartig aufgebaut, so duU es genügt, den Aufbau der Antriebs- und Scnsoreinrich- ! "ng für die Weile A anhand der Fi g. 2 zu erläutern. Die Antriebseinrichtung 24 bzw. 25 und die zugehörige Sc.isoreinrichtung 26 bzw. 27 sind auf einem gemeinsamen Rahmen 37 angebracht, der mittels nicht dargestellter Schrauben an dem jeweiligen Lagerbock 19 der Welle A bzw. B befestigbar ist. so daß die Einrichtung nach der Erfindung durch eine einfache Montage an einem vorhandenen Elektronenmikroskop angebracht werden kann, ohne daß an diesem Elektronenmikroskop wesentliche bauliche Eingriffe und Änderungen erforderlich sind.

Im einzelnen umfaßt jede der beiden Antriebseinrichtungen 24 und 25 je einen Elektromotor 38, der über ein Untersetzungsgetriebe 39 und eine Rutschkupplung 40 mit der Ausgangswelle 32 verbunden ist. Weiterhin ist an deni Elektromotor 38 zur Drehzahlregelung ein Tachogenerator 41 angebracht.

Um eine kontinuierliche Bewegung zu erha'ten. wurde als Elektromotor 39 ein Gleichstrommotor verwendet, der gegenüber einem Schrittmotor insbesondere den Vorzug hat, daß er etwas weniger elektronischen Aufwand zu seiner Ansteuerung erfordert. Im Beispielsfall wurde ein Motor mit einer Nennspannung von 4,5 V und einer Nenndrehzahl von 6000 Umdrehungen/min gewählt. Da die im Beispielsfall geforderte Drehzahlvariation von 1 :30 verhältnismäßig sehr groß ist, wurde über den Tachogenerator 41 eine Drehzahlregelung des Elektromotors 38 vorgesehen. Der Tachogenerator 41 hatte im Beispielsfall eine Ausgangsspannung von 1,4 V/1000 Umdrehungen/min. Als Getriebe wurde in dem Ausführungsbeispiel ein solches mit einer Untersetzung von 54,6 : I verwendet. Bei der Nenndrehzahl des Elektromotors 38 von 6000 Umdrehungen/min und dem gewählten Getriebe würde die Drehzahl der Welle A bzw. B iiö ümdrehungen/min betragen. Es soiiten aber nur-Drehzahlen der Wellen A und B von

20
0,33

= 60 Umdrehungen pro Minute

erzielt werden. Infolgedessen wird der Elektromotor 38 in dem Ausführungsbeispiel nur bis zur halben Nenndrehzahl ausgefahren, so daß genügend Beschleunigungs- und Kraftreserven vorhanden sind. Die Anlaufzeitkonstante des Elektromotors 38 mit dem Tachogenerator 41 betrug 20 ms und ist daher bei der erfindungsgemäßen Einrichtung vernachlässigbar.

Die Rutschkupplung 40 zwischen dem Elektromotor 38 bzw. dem Untersetzungsgetriebe 39 einerseits und dem Antriebszahnrad 32 dient dazu, Beschädigungen zu verhindern, falls bei einer Fehlfunktion ein mechanischer Anschlag erreicht wird.

Es sei schließlich noch erwähnt, daß das Ritzel 31 auf den Wellen A und B auch deswegen genügend lang ausgeführt werden muß, weil sich die Wellen bei ihrer Drehung auf- und abwärts bewegen.

Die Sensoreinrichtungen 26 und 27 umfassen außer je einem mechanischen Umdrehungszähler 35 je eine Reflexionslichtschrankenanordnung 42. Diese Reflexionslichtschrankenanordnung 42 wird von dem Umdrehungszähler 35 in der nachstehend beschriebenen Weise betätigt und gibt Steuersignale an die Steuereinrichtung 30 ab, aufgrund deren der Elektromotor 38 gesteuert wird, wie weiter unten anhand der F i g. 4 und 6 näher erläutert ist

In einem Ausführungsbeispiel wurde als Umdrehungszähler 35 ein dreistelliger Zähler der Art verwendet, wie er beispielsweise in Tonbandgeräten zur Bandlängenzählung vorgesehen ist, ein solcher Umdrehungszähler hat eine Auflösung von '/·.» Umdrehung. Entspre- ', chend dem dreistelligen Umdrehungszähler 35 umfaßt die Rcflcxionslichtschrankenanordnurig 42 dr;i Kefiexionslichtschranken, die bei zwei vorbestimmten AbIescwertcn des Umdrehungszähler 35 betätigt werden und jeweils die Drehrichtung des Elektromotors 38 über in die Steuereinrichtung 30 umschalten, so daß also der Elektromotor 38 die angekoppelte Welle .4 oder B immer zwischen zwei durch die vorbestimmten Ablcsewcrte der Umdrehungszähler 35 bestimmten Drehpositionen hin- und herdreht. Beispielsweise wurden auf den ZäPilscheiben 43,4, 44,4 und 454 des Umdrehungszählers 35 für die Welle A (siehe Fig. 6) sowie auf den Zählscheiben 43ß, 44ß und 45ß des Umdrehungszählers 35 für die Welle B in den Positionen 00.0 und 20,0 auf dem Umfang dieser Zählscheiben reflektierende EIemcnte, beispielsweise kreisförmige, weiße Scheiben von 4 mm Durchmesser, aufgebracht, während der übrige Teil des Umfangs dieser Zählscheiben geschwärzt war. Diese reflektierenden Elemente 46, die in Fig. 6 aus Darstellungsgründen übertrieben groß gezeichnet sind, betätigen in einer weiter unten näher erläuterten Weise die zugehörigen drei Reflexionslichtschranken der jeweiligen Reflexionslichtschrankenanordnung 42 und geben entsprechende elektrische Steuersignale ab. Registrieren die drei Reflexionslichtschranken der Sensoreinrichtung 26 für die Welle A gleichzeitig drei reflektierende Elemente 46, so wird deren Bewegung gestoppt, und die Welle B wird zur Ausführung einer zeitlich begrenzten Drehung veranlaßt. Registrieren dann die drei Reflcxionslichtschranken der zur Welle B gehörenden j5 Reflexionslichtschrankenanordnung 42 gleichzeitig drei reflektierende Elemente 46. so wird die Welle B gestoppt und deren Drehrichtung unmittelbar umgekehrt. Es sei nun näher auf das in F i g. 4 gezeigte regelungstechnische Blockschaltbild eingegangen. In der Fig.4 ist nur der Regel- und SteuerKreis für die Welle A gezeigt, die durchgehend von Anschlag zu Anschlag läuft, d. h. die längeren Wegstrecken 23a der mäanderförmigen Bewegung (siehe Fig.8) bewirkt. Der Regel- und Steuerkreis für die Welle B, welche kleinere Wegu.-ekken 236 der mäanderförmigen Bewegung bewirkt, ist im Prinzip gleich aufgebaut. Ein Zeitglied 47, weiches vom Umdrehungszähler 35 der Welle A getriggert wird, gibt die Zeitdauer für den jeweiligen Lauf der Welle B vor.

Der Regelkreis 48 für die Konstanthaltung der Drehgeschwindigkeit des Motors 38 besteht im wesentlichen aus einem Proportional-Integral-Regler49, der nachstehend auch aus PI-Regler bezeichnet wird, und dessen Integral-Anteil, der durch den Kondensator 50 (siehe F i g. 5) in der Rückführungsleitung 51 des Regelverstärkers 52 gebildet wird, beim Stillstand kurzgeschlossen wird (durch den Schalter 53 in Fi g. 5), um zu verhindern, daß kleinste Offset-Spannungen (d. h. Eingangsfehlerspannungen) des Regelverstärkers 52 den Elektromotor 38 in Gang setzen. Die Regelgröße erreicht bei großer Soll-Istwert-Abweichung am Ausgang des Reglers nahezu das Versorgungsspannungs-Potential. Das würde den Elektromotor 38 natürlich überlasten, was durch eine Begrenzungsschaltung 54 für die Motorbetriebsspannung in der Rückführung des Regelverstärkers 52 verhindert wird.

Dem Elektromotor 38 ist ein Leistungsverstärker vorgeschaltet. Dieser Leistungsverstärker 55 besteht, wie die F i g. 5 zeigt, aus einem integrierten Operations-

verstärker 56 und einer nachfolgenden Transistor-Leistungsstufe 57.

Da die vom Tachogenerator 41 abgegebene Spannung entsprechend der internen Polzahl und der Drehzahl dieses Tachogenerators pulsiert, muß diese Spannung durch eiiicn Tiefpaß 58. der vorzugsweise eine Zeitkonstante von 10 ms besitzt, geglättet werden, bevor die Regeldifferenz vom Soll-Wert im Regelverstärker 52 gebildet wird. Der Soll-Wert für die Drehgeschwindigkeit wird über ein Potentiometer 59 eingestellt. Dabei wird dieses bereits mit einer von einer Drehrichtungslogik 60 bestimmten Polarität beaufschlagt. In F i g. 6 ist die Drehrichtungslogik für die Welle A mit 6OA und die Drehrichtungslogik für die Welle B mit 60ß bezeichnet; an dieser Stelle sei im übrigen darauf hingewiesen, daß ein Zusatz von A oder B zu einem Bezugszeichen jeweils bedeutet, daß es sich um ein Bauteil oder eine Baueinheit handelt, die für die Betätigung der Welle A bzw. B vorgesehen ist, doch ist dieser Zusatz, wie sich aus der bisherigen Beschreibung schon ersehen läßt, nicht notwendigerweise immer angebracht, nämlich in den Fällen, in denen eine Unterscheidung nicht unbedingt erforderlich ist. Die Ab:-'haltung für den Stillstand erfolgt durch einen Choppertransistor 61 mit sehr geringer Restspannung.

In Fig.4 ist zwischen dem Ausgang des Umdrehungszählers 35 sowie dem Eingang des Zeitglieds 47 einerseits und dem PI-Regler 49 sowie einer Abschalteinrichtung 62 für den Stillstand des Elektromotors 38, andererseits eine Verriegdungslogik 63 geschaltet, die außerdem mit einer Zeitabschalteinrichtung 64 verbunden ist, die im einzelnen im linken Teil der F i g. 7 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt ist. Bei

65 erfolgt die Sollwert-Eingabe für die Drehzahl des Elektromotors 38, und zwar über eine Umpolschallung

66 (siehe auch F i g. 5). Bei 67 geht eine Leitung zu dem Regel- und Steuerkreis für die Welle B.

Im einzelnen arbeitet der Regel- und Steuerkreis für die Welle A nach F i g. 4 so, daß dann, wenn der Umdrehungszähler 35 einen der beiden vorbestimmten Ablesewerte erreicht hat, ein Signal von der zugeordneten Reflexionslichtschrankenanordnung 42 an die Verriegelungslogik 63 gegeben wird, die daraufhin den Elektromotor 38 über die Abschalteinrichtung 62 den PI-Regler 49 stoppt. Dieses Signal gelangt gleichzeitig zur Drehrichtungslogik 60, so daß es die Drehrichtung des Elektromotors 38 über die Umpolschaltung 66 umkehrt. Außerdem gelangt dieses Signal noch zu dem Zcitglicd 47. von dem aus es über die Leitung 67 zum Regel- und Steuerkreis für die Welle B weitergegeben wird, wo es einen vorbestimmten Drehschritt der Welle B, welcher einem kurzen Wegverlauf 236 (siehe F i g. 8) des mäanderförmigen Weges 23 entspricht, ausführt. Wenn dieser Schritt ausgeführt ist, kann wieder ein neuer längerer Wegverlauf 23a durch den Motor 38 über die Welle A bewirkt werden.

Es sei hier darauf hingewiesen, daß in der Fig. mehr ein grundsätzliches Blockschaltbild dargestellt ist. während die F i g. 5 und 6 eine genauere Schaltung zeigen, in der auch noch die Erzeugung von Bremssignalcn vorgesehen ist, die in dem mehr prinzipiellen Blockschaltbild der F i g. 4 nicht mil enthalten ist. woraus sich gewisse Abweichungen ergeben.

Es sei nun die genauere Ausführungsform einer Steuerschaltung und deren Funktion anhand der Fig.6 in Verbindung mit der F i g. 5 näher erläutert:

Wie bereits weiter oben beschrieben worden ist, unterscheiden die Reflcxionslichtschranken reflektierende Elemente 46, beispielsweise weiße Kreise, auf schwarzem Grund. Zu diesem Zweck weist jede der Reflexionslichtschranken je eine Lumineszenzdiode 68 auf, die Infrarotlicht auf den Umfang der ihr zugeordneten schwarzen Zählscheibe 43A, B bzw. 44A, B bzw. 45A, B strahlt. Ein in geeigneter Weise angeordneter Phototransistor 69 für jede Lumineszenzdiode 68, der mit je einem zweiten Transistor 70 zum Zwecke der Stromverstärkung in einer Darlington-Stufe geschaltet ist, empto fängt kein Signal, wenn die schwarze Umfangsoberfläche der Zählscheiben das Infrarotlicht absorbiert, und er empfängt ein Infrarot-Lichtsignal, wenn dieses von einem reflektierenden Element 46 reflektiert wird. Zu diesem Zweck ist jede der Lumineszenzdioden 68 und ihr zugehöriger Phototransistor 69 unter einem Winkel zueinander angeordnet in dessen Schnittpunkt sich die Umfangsoberfläche der zugehörigen Zählscheibe befindet. Um eine gute Unterscheidung zu erhalten, kommt es darauf an. daß die schwarze Umfangsoberfläche der Zählscheiben das Infrarotlicht gut absorbiert wozu sie beispielsweise mit Phoiolack beschichtet sein kann, und daß die Refiexionselemente 46 gur reflektieren.

Je ein Schalttransistor 71 und eine Schmitt-Triggerstufe 72 formen aus den von dem jeweiligen Phototransistor 69 bewirkten Stromänderungen einen exakten logischen Null-Eins-Übergang. Je drei dieser Lichtschran-• ken gehören zu einem Umdrehungszähler, deren logische Signale an einem NAND-Tor 73A bzw. 73ß verknüpft werden, rails gleichzeitig drei reflektierende EIemente 46 erscheinen, entspricht das, wie bereits oben dargelegt, einem der beiden vorbestimmten Ablesewerte des Umdrehungszählers 35 für die Welle A oder für die Welle B. Infolgedessen tritt am Ausgang des NAND-Tors 73A bzw. 73ßdann, wenn der zugehörige Umdrehungszähler 39 an einem der beiden vorbestimmten Ablesewerte angelangt ist, ein Spannungssprung von einer logischen Eins (ca. 5 V) nach einer logischen Null (ca. 0 V) auf. Dieser Ausgang 74A bzw. 74ß ist gleichzeitig der Eingang der entsprechenden Drehrichtungslogik 60A bzw. 60ß. Durch den zuletzt erwähnten Spannungssprung wird das am Eingang der Drehrichtungslogik liegende Flip-Flop 75A bzw. 75ß umgeschaltet, wodurch über die Ausgänge 76A, 77A bzw. 76Ö. 77ßder Drchrichtungslogik 6OA bzw. 60ßein Signal abgegeben wird, welches eine Drehrichtungsänderung des zugehörigen Elektromotors 38 für die Welle A bzw. für die Welle B bewirkt.

Gleichzeitig wird, wenn der vorerwähnte Spannungssprung am Ausgang 74A erscheint, das an diesen Ausgang ebenfalls angeschlossene Zeitglied 47 aktiviert, welches die jeweilige Laufzeit der Welle B bestimmt, so daß der Elektromotor 38 für die Welle ßeine definierte Drehung, um beispielsweise 27°, ausführt, die jeweils einer kurzen Strecke 23i> (siehe Fig. 8) des mäanderförmigen Wcgverlaufs 23 entspricht. Währenddessen ist am Ausgang 78A, an dem ein Start- oder Stoppsignal für den Elektromotor erscheint, der die Welle A antreibt, ein den Elektromotor stoppendes Signal vorhanden, d. h. dieser Ausgang ist gesperrt. Das Signal, welches ho den Elektromotor, der die Welle ß antreibt, veranlaß!, /u laufen, tritt am Ausgang 78fl auf. der der Stan- und S::>ppiiusgang für diesen Elektromotor ist.

Weiterhin ist ein zweites /eilglied 80 dem ersten Zeitglicd 47 nachgeschaltet, das an dem Ausgang 79A und b5 79Ö ein verzögertes Brcmssignal abgibt, und zwar wird am Ausgang 79A zum gegebenen Zeitpunkt ein Bremssignal für den Elektromotor 38 abgegeben, der die Welle A antreibt, während am Ausgang 790zum gegebenen

Zeitpunkt ein Bremssignal für den Elektromotor 38 erscheint der die Welle B antreibt Diese Bremssignale treten um einen gewissen Zeitabstand von zum Beispiel 5 ms verzögert gegenüber den Start- bzw. Stoppsignalen an den Ausgängen 7SA bzw. 78B auf und dienen dazu, Überschneidungen zwischen dem Anlaufen und Bremsen der Wellen A und B, die durch Relaisverzögerungen auftreten könnten, zu vermeiden, wozu die Signale an den Ausgängen 78A B und 79Λ, B in folgender doppelten Weise miteinander korrespondieren:

1. Wenn der Elektromotor für die Welle A über den Ausgang 78/4 ein Startsignal erhält, dann erhält der Elektromotor für die Welle B über den Ausgang 795 ein Bremssignal, wobei das Startsignal am Ausgang 78Λ, während dessen Auftreten der Elektromotor für die Welle A läuft, um etwa 5 ms verzögert ist, damit der Elektromotor für die Welle A erst dann anläuft, wenn auch tatsächlich der Elektromotor, der die Welle B antreibt gebremst ist bzw. stillsteht Entsprechendes gilt für ein Startsignal am Ausgang 78ß und für ein Bremssignal am Ausgang 79/4.

2. Wenn der Elektromotor, der die Welle B antreibt, laufen soll, d.h. ein Startsignal am Ausgang 78ß auftritt, dann ist dieses Startsignal gegenüber dem Abschalten des Bremssignals, das am Ausgang 79S auftritt um etwa 5 ms verzögert damit dieses Bremssignal für den der Welle β zugeordneten Motor auch sicher verschwunden ist, wenn das Startsignal für diesen Motor am Ausgang 78ß auftritt Entsprechendes gilt für das Startsignal am Ausgang 78/4 und das Bremssignal am Ausgang 79/4 für den Elektromotor, der die Welle A antreibt.

Die vorerwähnte Verzögerungszeit von beispielsweise 5 ms ist durch das RC-GWcd 81, das in dem Zeitglied 80 vorgesehen ist, fest eingestellt. Dagegen kann die Laufzeit des Drehschritts, um den die Welle B jeweils verdreht wird und der einer kleinen Wegstrecke 236 (siehe Fig.8) des miianderförmigen Wegverlaufs 23 entspricht, durch das Potentiometer 82 des RC-G\\cds 83, das in dem Zeitglied 47 vorgesehen ist, auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.

Die Ausgänge 76/4. 77A, 7SA und 79/4 sind mit den in F i g. 5 gleich bezeichneten Eingängen der Motorsteuer- und Regelschaltung für den Elektromotor 38 verbunden, welcher die Welle A antreibt. Entsprechend sind die Ausgänge 76Ö, 77B. 78S und 79S mit den entsprechenden, gleich bezeichneten Eingängen einer zweiten Motorsteuer- und Regelschaltung der in Fig.5 gezeigten Art verbunden, und die Bezeichnung dieser Eingänge ist daher in F i g. 5 in Klammern angegeben.

Die Schaltung nach Fig.6 hat außerdem einen Eingang 84 (siehe auch F i g. 4), über den ein Abschaitsignal eingegeben werden kann, durch weiches die Elektromotoren 38 für beide Wellen A und B nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit von beispielsweise 2 Stunden, nach der die Bestrahlung des Objekts aufhören soll, automatisch abgeschaltet werden. Dieses Abschaltsignal wird an dem ebenfalls mit 84 bezeichneten Ausgang der Zeitabschalteinrichtung 64, die in einer beispielsweisen Ausführungsform in F i g. 7 gezeigt ist, erhalten. Diese Zeitabschalteinrichtung 64 kann auch in anderer Weise ausgeführt sein, wesentlich ist, daß es allgemein eine Schaltung oder Einrichtung ist, die zu einem voreinstellbaren Zeitpunkt ein Abschaltsignal an einem Abschaltsignalausgang, der im vorliegenden Fall der Ausgang 84 ist.

abgibt

Im einzelnen ist die Zeitabschalteinrichtung 64 gemäß dem linken Teil der Fig.7 mittels einer integrierten elektronischen Uhrenschaltung 85 mit voreinstellbarer »Weckzeit« aufgebaut an die eine Zeitbasiseingangsschaltung 86 angeschlossen ist, der über eine nicht dargestellte Sekundärwicklung eines Netztransformators die Netzfrequenz von 50 Hz an dem Zeitbasiseingang 87 als Zeitbasis zugeführt wird. Auf der Frontplatte des ίο Steuergeräts 30 (siehe Fig. 1) kann über eine entsprechende, aber nicht dargestellte, Anzeigesinrichtung sowohl die laufende Zeit als auch die »Weckzeit« alternativ angezeigt werden. Zum Zwecke einer solchen Zeitanzeige ist an die Uhrenschaltung 85 eine Zeitanzeigeschaltung 88 angeschlossen, die unter anderem über Schalter 89 bis 93 mit einer Bedienungseinrichtung 94 mit der Uhrenschaltung 85 verbunden ist Die Funktionsweise dieser Schalter wird weiter unten när.j.- erläutert

Es sei noch erwähnt daß am Ausgang 95 der Uhrenschaltung ein Sekundentaktsignal erscheint, durch das auf der Anzeigeskala für die Zeitanzeige eine Leuchtdiode % zu Kontrollzwecken im Sekundentakt zum Aufleuchten gebracht wird. Am Ausgang 97 erscheint das »Wecksignal«, das bei der verwendeten Uhrenschaltung ein Wechselstromsignal ist und daher in einem nachgeschalteten RS-Flip-Flop 98 zu einem Dauersignal gemacht wird, das dann als Abschaltsignal am Ausgang 84 erscheint Beim Auftreten des Abschaltsignals wird außerdem eine Leuchtdiode 99 zum Aufleuchten gebracht, die dem Benutzer anzeigt, daß die Anlage abgeschaltet worden ist.

Da das erwähnte Abschaltsignal, das über den Ausgang 84 in die Schaltung nach F i g. 6 eingegeben wird, dort nur eine Abschaltung der Elektromotoren für die Wellen A und B bewirkt nicht jedoch sin Ausschwenken des Elektronenstrahls 4 aus dem Bereich der untersuchten Objekts IZ wird das Abschaltsignal über die in F i g. 7 strichpunktiert eingezeichnete Leitung 99, sofern nicht gleichzeitig noch in der Einrichtung eine Intervalltastschaltung 100, wie sie im rechten Teil der Fig.7 dargestellt ist. vorgesehen ist. der Strahiausschwenkstcuerschaltung der Elektronenstrahleinrichtung 3 zugeführt, um den Elektronenstrahl auszuschwenken. Nach Ablauf der vorgegebenen »Weckzeit« und bei eingestellter »Weckfunkiion« der Zeitabschalteinrichtung 64 werden infolgedessen alle Funktionen der Einrichtung nach der Erfindung zum Stillstand bzw. in Ruheposition gebracht

so Die Intervalltastschaltung 100, die auch a rs Strahlausblcndungsschaltung bezeichnet werden kann und zur intermittierenden Bestrahlung des Objekts 12 ohne Veränderung der Relativlage zwischen dem Objekt 12 und dem Elektronenstrahl 4 dient, umfaßt eine erste Steuerschaltung 101 und eine zweite Steuerschaltung 102, die an die Strahlausschwenksteuerschaltung 103 über den einen Eingang eines NAND-Tors 104, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang 84 des RS-Flip-Flops 98 verbunden ist, angeschaltet sind. Die Steuerschaltungen 100 und 102 sind zwei als monostabile Kippstufen geschaltete integrierte Zeitgeber, die so geschaltet sind, daß sie sich gegenseitig am Ende ihrer jeweils an den Potentiometern 105 bzw. 106 eingestellten Zeit triggern. Die Steuerschaltung 101 bestimmt die Ausschwenkzeit des Elektronenstrahls, so daß also mit dem Potentiometer 105 diese Atisschwenkzeit eingestellt werden kann, während die Steuerschaltung 102 die Bestrahlungszeit bestimmt und infolgedessen mit dem Potentiometer

die Bestrahlungszeit eingestellt werden kann. Durch das nachgeschaltete NAND-Tor 104 wird erreicht, daß der Elektronenstrahl nach Auftreten des Abschaltsignals am Ausgang 84 im ausgeschwenkten Zustand bleibt

Auf der Frontplatte der Steuereinrichtung 30 (siehe Fig. 1) sind außer der erwähnten, nicht dargestellten Skala für die wahlweise Anzeige der laufenden Zeit oder der »Weckzeit«, einem Netzschalter und Anschlußbuchsen für die Antriebs- und Sensoreinrichtungen 24 bis 27 sowie für das Verbinden der Anschlüsse und 108 (siehe F i g. 7) mit der Elektronenstrahleinrichtung 3 vorzugsweise im wesentlichen folgende Bedienungs- und Anzeigeelemente vorgesehen:

to

1. Einstellknöpfe der Potentiometer 105 und 106 zum Einstellen der Elektronenstrahlausschwenkzeit und der Bestrahlungszeit, sowie eine Leuchtdiode 109 (siehe F i g. 7), die anzeigt, ob sich die Intervalltastschaltung 100 in der Bestrahlungsphase befindet, da sie mit dem Ausgang der Intervalltastschaltung 100 verbunden ist; außerdem ein Aus-Ein-Schalter 109 (siehe Fig.7) für die Intervalltastschaltung. Die Leuchtdiode 109 leuchtet nur bei eingeschwenktem Strahl auf und ist bei ausgeschwenktem Strahl dunkel. Das durch diesen Vorgang entstehende (relativ langsame) Blinken zeigt natürlich an, daß die Intervalltastung eingeschaltet ist.

2. Die Schalter 89 bis 93. die folgende Funktion haben: Bei Betätigung des Schalters 89 erscheint auf der Anzeigeskala der Zeitabschalteinrichtung 84 die eingestellte Abschaltzeit; der Schalter 90 ermöglicht aas Einstellen der Uhrzeit; mit dem Schalter 91 werden die Standen, r ,it dem Schalter 92 die Minuten-Einer and tii gleichzeitiger Betätigung der Schalter 91 und 92 die hA auten-Zehner eingestellt; schließlich wird das eigentliche Einschalten mit dem Schalter 93 durchgeführt, da nur beim Einschalten dieses Schalters am Ausgang 97 zur programmierten Zeit ein Abschaltsignal auftritt. Außerdem ist die Lumineszenzdiode 99 auf der Frontplatte vorgesehen, die nach Erreichen der voreingestellten Abschaltzeit aufleuchtet; sowie weiterhin eine Drucktaste 110 (siehe F i g. 7), die über das RS-Flip-Flop 98 die Zeitabschaltung wieder rückgängig machen kann.

3. Je ein Einstellknopf für das Potentiometer 59 (siehe F i g. 5) der Motorstcuer- und Regelschaltung für den Elektromotor, der die Welle A antreibt und für den Elektromotor, der die Welle B antreibt, wodurch die Drehgeschwindigkeit der beiden Elektromotoren 38 eingestellt werden kann; außerdem Tastenschalter IiM, 112/4 sowie 1116, 1123 (siehe Fig.6), die an die Flip-Flops 75/4 bzw. 75S angeschlossen sind und mit denen die Drehrichtung der beiden Elektromotoren für die Wellen A und B vorgewählt werden kann (Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn).

In Fig. 3 ist schließlich die gesamte Einrichtung gemäß den Fig.5 bis 7 als Blockschaltbild dargestellt, bo Hierin ist mit 112 die in F i g. 6 gezeigte Steuerschaltung bezeichnet, die mit je einem Motorsteuer- und Regelkreis 113/1 und 113flderin Fig. 5 gezeigten Art für die Steuerung und Regelung des Elektromotors 38,4 für die Welle A und des Elektromotors 38ß für die Welle B verbunden ist, wobei die zugehörigen Tachogeneratoren 41/4 und 41B mit eingezeichnet sind. Weiterhin ist die Zeitabschalteinrichtung 64 eingezeichnet, die über den Ausgang 84 mit der Steuerschaltung 112 verbunden ist sowie über die Leitung 114 (siehe auch Fig. 7) mit der Intervalltastschaltung 100, die ihrerseits über die Leitung 115 mit der Strahlausschwenksteuerschaltung 103 verbunden ist Im Falle des Weglassens der Intervalltastschaltung 100 fällt auch die Leitung 114 weg, und die Strahlausschwenksteuerschaltung 103 wird über die in F i g. 7 strichpunktiert gezeichnete Leitung 99 direkt mit der Zeitabschalteinrichtung 64 verbunden.

Abschließend sei noch erwähnt, daß der Durchmesser des Elektronenstrahls in der Objektebene vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 μπι betrug, und daß die Strahlausschwenkzeit zwischen 1 und 10 see und die Bestrahlungsperiode zwischen 0,2 und 2 see in der Intervalltastschaitung variiert werden konnte.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern, bei dem ein ?u untersuchendes Objekt mittels eines mit einer vorbestimmten Spannung beschleunigten fokussierten Elektronenstrahls bestrahlt wird, welcher die zum Erzeugen einer Abbildung erforderliche Elektronendosis liefert, und die durch das Objekt gebeugten Elektronen des Elektronenstrahls mittels einer integrierenden Abbildungseinrichtung oder eines integrierenden Abbildungsmaterials, insbesondere mittels einer photographischen Schicht, abgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß man eine oder mehrere is in ihrer Ausdehnung dem Querschnitt des Elektronenstrahls (4) entsprechende Stellen des Objekts (12) intermittierend mit dem mittels der vorbestimmten Spannung beschleunigten Elektronenstrahl (4) bestrahlt, der eine Elektronendichte hat, welche unterhalb derjenigen Elektronendichte liegt, bei der das Objekt (12) beschädigt wird; und daß man die Bestrahlung über eine so lange Zeitdauer durchführt, daß die über diese Zeitdauer integrierte Elektronendichte des Elektronenstrahls (4) wenigstens gleich der für das Erzeugen der Abbildung erforderlichen Elektronendosis wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektronenstrahl (4) in einem vorbestimmten Musler (23) über einen zusammenhängenden Flächenbereich (22) des Objekts (12) wandern labt.

3. Verfahren nach Ansprt^h 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den elektronenstrahl (4) in einem mäanderförmigen Muster (23)?. andern läßt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß man einen quadratischen oder rechteckigen Flächenbereich (22) abtastet.

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Objekt (J 2) durch einen in seinem Verlauf ortsfesten Elektronenstrahl (4) nach dem vorbestimmten Muster (23) quer, insbesondere senkrecht, zum Elektronenstrahl (4) bewegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Objekt (12) und den Elektronenstrahl (4) relativ zueinander ortsfest läßt und das Auftreffen des Elektronenstrahls (4) auf ein und dieselbe Stelle des Objekts (12) periodisch unterbricht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektronenstrahl (4) periodisch aus dem Bereich des Objekts (12) ausschwenkt.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern, mit einer Elektronenstrahlquelle zum Erzeugen eines mittels einer vorbestimmten Spannung beschleunigten fokussierten Elektronenstrahls, welcher die zum Erzeugen einer Abbildung erforderliche Elektronendosis liefert; mit einem Objektträger im Wege des fokussierten Elektronenstrahls, und mit einer integrierenden Abbildungseinrichtung oder einem integrierenden Abbildungsmatcrial. insbesondere einer photographischen Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen vorbestimmten zusammenhängenden Flächenbereich (22) des Objekts (12) mit dem Elektronen- t>5 strahl ein oder mehrere Male abtastende Verstelleinrichtung (24, 25, 30; 100) vorgesehen ist, daß die Elektronendichte in einem Bereich von weniger als einem Elektron pro 0,01 nm² einstellbar ist; und daß eine die Bestrahlung erst nach einer so langen Zeitdauer abschaltende Zeitabschalteinrichtung (64) vorgesehen ist, daß die über diese Zeitdauer integrierte Elektronendichte des Elektronenstrahls (4) wenigstens gleich der für das Erzeugen der Abbildung erforderlichen Elektronendosis ist

9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine den Elektronenstrahl (4) und der. zusammenhängenden Flächenbereich relativ zueinander bewegende Verstelleinrichtung (24,25,30).

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, mit einer Objektträgerverstelleinrichtung zum Bewegen des Objektträgers in einer quer, insbesondere senkrecht, zum fokussierten Elektronenstrahl verlaufenden Bewegungsebene, wobei die Objektträgerverstelleinrichtung eine erste Welle aufweist, durch deren Drehung der Objektträger über eine erste Antriebsverbindung in einer ersten Koordinatenrichtung in der Bewegungsebene verstellbar ist, sowie eine zweite Welle, durch deren Drehung der Objektträger über eine zweite Antriebsverbindung in einer zweiten Koordinatenrichtung in der Bewegungsebene verstellbar ist, gekennzeichnet durch eine an die erste Welle (A) angekoppelte erste Antriebseinrichtung (24) zum selbsttätigen Antreiben der ersten Welle (A) und eine an die zweite Welle (β) angekoppelte zweite Antriebseinrichtung (25) zum selbsttätigen Antreiben der zweiten Welle (B); sowie eine an die erste Welle (A) angekoppelte erste Sensoreinrichtung (26) zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objektträgers (11) in der ersten Koordinatenrichtung und eine an die zweite Welle (B) angekoppelte zweite Sensoreinrichlung (27) zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objektträgers (11) in der zweiten Koordinatenrichtung; und durch eine mit beiden Antriebs- und Sensoreinrichtungen verbundene Steuereinrichtung (30) zum programmierten Steuern der beiden Antriebseinrichu-ngen (24,25) in Abhängigkeit von Signalen der beiden Sensoreinrichtungen (26,27).

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Antriebseinrichtungen (24,25) einen Elektromotor (38) aufweist, der über ein Getriebe (39) und eine Rutschkupplung (40) an die jeweilige Welle (A. B) der Objektträgerverslelleinrichtung(15) angekoppelt ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, öaß der Elektromotor (38) außerdem an einen Tachogenerator (41) angekoppelt ist und zusammen mit letzterem an eine die Geschwindigkeit des Elektromotors (38) konstant haltende sowie die Drehrichtung des Elektromotors umschaltende Moiorregelschaltung (48) angekoppelt ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 10. 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen (24, 25) unabhängig von den Sensoreinrichtungen (26, 27) von der jeweiligen Welle (A. B) abkoppelbar sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 8. gekennzeichnet durch eine elektrisch steuerbare Elektronenstrahiunterbrechungs- oder -ausschwenkeinrichtung, eine an die Elektronenstrahlunterbrechungs- oder -ausschwenkeinrichtung zu deren Steuerung angekoppelte Intervalltastschaltung (100) zum periodischen Unterbrechen oder Ausschwenken des fokussierten Elektronenstrahls (4) aus dem Bereich des Objekts (12), wobei die Intervalltastschaltung (100) eine erste

Steuerschaltung (101) zum Einstellen der Zeitdauer der Unterbrechungs- bzw. Ausschwenkperiode, während welcher der fokussierte Elektronenstrahl (4) jeweils unterbrechbar oder ausschwenkbar isi, und eine zweite Steuerschaltung (102) zum Einstellen der Zeitdauer der Bestrahlungsperiode, während welcher eine vorbestimmte Stelle des Objekts (12) mit dem fokussierten Elektronenstrahl (4) bestrahlbar ist, umfaßt

15. Einrichtung nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet,daß die Zeitabschalteinrichtung (64) zum Unterbrechen des fokussierien Elektronenstrahls (4) oder zu dessen Ausschwenken aus dem Bereich des Objekts (12) und gegebenenfalls zum Abschalten der Antriebseinrichtungen (24,25) an die Elektronenstrahlquelle (3) sowie an die Steuereinrichtung (30) angekoppelt ist

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitabschalteinrichtung (64) zum Unterbrechen des fokussierten Elektronenstrahls (4) oder zu dessen Ausschwenken aus dem Bereich des Objekts (12) an die Intervalltastschfitung (100) angekoppelt ist