DE3022094A1

DE3022094A1 - Rasterelektronenmikroskop mit anpassbarer kammer, insbesondere fuer die untersuchung von teilen grosser abmessungen

Info

Publication number: DE3022094A1
Application number: DE3022094A
Authority: DE
Inventors: Cosimo Gabriele; Walter Hotz; Francesco Porro
Original assignee: Costruzioni Aeronautiche Giovanni Augusta SpA
Current assignee: Agusta SpA
Priority date: 1979-06-12
Filing date: 1980-06-12
Publication date: 1980-12-18
Also published as: US4313056A; IT7968260A0; JPS6346954B2; FR2458893B1; GB2052848B; IT1118775B; FR2458893A1; JPS561453A; GB2052848A; NL8003286A; CH640366A5

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rasterelektronenmikroskop. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Rasterelektronenmikroskop, bei welchem eine Vakuumkammer vorgesehen ist, die die Untersuchung von Teilen und/oder Einzelheiten verhältnismäßig großer Abmessungen/ etwa von Lagern und Zahnrädern, gestattet.

Es ist -si Rasterelektronenmikroskopen bekannt, eine Vakuumkammer zu verwenden, die üblicherweise die Form eines becherförmigen Körpers mit einer seitlichen Öffnung zum Einführen der zu untersuchenden Proben bzw. Teile hat und am Fuße einer elektronenoptischen Säule angeordnet ist, die üblicherweise eine Reihe von magnetischen Linsen aufweist, welche den vcn einer Elektronenquelle innerhalb der Säule kommenden Elektronenstrahl fokussieren und steuern.

Bei bekannten Vakuumkammern wird für die Untersuchungen die seitliche Öffnung des becherförmigen Körpers durch eine Tür verschlossen, die in ihrer geschlossenen Stellung mit einer die seitliche Öffnung umgebenden ebenen Fläche des becherförmigen Körpers dichtend zusammenwirkt. Diese Tür ist üblicherweise am becherförmigen Körper längs einer von dessen seitlichen Kanten angelenkt, und zwar in einer solchen Weise, daß sie um die vertikale Achse eines Scharniers schwenken kann, das üblicherweise einerseits auf einer am becherförmigen Körper abnehmbar befestigten Platte und andererseits an einer Seite der Tür vorgesehen ist.

Bei den bekannten Elektronenmikroskopen der hier beschriebenen Art wird das zu untersuchende Teil üblicherweise mit der Innenseite der Tür mitreis eines Probenhalters verbunden, durch den das zu untersuchende Teil von außerhalb längs wenigstens dreier Achsen bewegt werden kann, was eine aufeinanderfolgende

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Untersuchung mehrerer Bereiche des Teils gestattet.

Einer der wesentlichsten Nachteile der beschriebenen bekannten Elektronenmikroskope besteht darin, daß mit ihnen nur Teile verhältnismäßig kleiner Abmessungen untersucht werden können, da ein großer Teil des innerhalb der Vakuumkammer vorhan- _m denen., freien Raums durch den Probenhalter besetzt ist, der im allgemeinen konsolenartig von der inneren Seite der schwenkbaren Tür abragt. Dieser Nachteil läßt sich offensichtlich durch Konstruktion von Kammern größeren Volumens beseitigen. Jedoch würde eine solche Konstruktion allgemein zu hohen Kosten führen, die sich nicht nur von den größeren Kammerabmessungen herleiten, sondern auch vom größeren Umfang der Pumpsysteme für die Erzeugung des Vakuums in der Kammer sowie von der Lösung von Stabilitäts- und Dichtigkeitsproblemen, die sich durch die Verwendung einer Tür offensichtlich größerer Abmessungen ergeben, deren Scharnier durch das Gewicht der zu untersuchenden Teile und insbesondere das Gewicht des Probenhalters Torsionsspannungen unterworfen sein würde.

Ziel der Erfindung ist daher, bei verhältnismäßig niedrigen Kosten ein Elektronenmikroskop zu schaffen, mit dem auch Teile vergleichsweise großer Abmessungen untersucht werden können.

Insbesondere ist es Ziel der Erfindung, ein solches Elektronenmikroskop direkt von einem bekannten Elektronenmikroskop durch Abwandlungen abzuleiten, die keine mechanische Bearbeitung des becherförmigen Körpers, der das feststehende Teil der Vakuumkammer bildet, erfordern. In diesem Zusammenhang ist nämlich zu beachten, daß Schwingungen durch die mechanische Bearbeitung des becherförmigen Körpers notwendigerweise dazu führen würden, daß die gesamten empfindlichen Vorrichtungen der elektronenoptischen Säule justiert werden müßten» was nicht nur erhebliche Kosten mit

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sich bringt/ sondern insbesondere auch die Unmöglichkeit/ das Mikroskop über eine vergleichsweise lange Zeit einzusetzen.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung der Möglichkeit, das Fassungsvermögen der Vakuumkammer eines bekannten Elektronenmikroskops nach Belieben zu verändern, ohne das Mikroskop für längere Zeiten aus dem Betrieb zu nehmen, und ohne dauernde Änderungen am becherförmigen Körper vorzunehmen, was ihn für eine Verwendung in seiner ursprünglichen Form unbrauchbar machen würde, und ferner ohne zusätzliche Spannungen durch eine 25unahme des Gewichts von zu untersuchenden Teilen und des entsprechenden Probenhalters einzuführen und schließlich ohne übermäßig hohe Kosten zu bewirken.

Hierzu schlägt die Erfindung ein Elektronenmikroskop mit einer Basis, einem auf der Basis über eine Aufhängung sitzenden Rahmen, einer auf dem Rahmen sitzenden Vakuumkammer, welche ein erstes feststehendes Teil und ein zweites bewegliches Teil aufweist, welches zwischen einer Stellung, in der das erste Teil offen ist, und einer Stellung, in der das erste Teil geschlossen ist, beweglich ist, und einer mit dem ersten Teil starr verbundenen elektronrmoptischen Säule, wobei das erste Teil einen feststehenden becherförmigen Körper mit einer durch das zweite Teil zu verschließenden seitlichen Öffnung aufweist,vor,welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das zweite Teil einen weiteren austauschbaren becherförmigen Körper mit der Öffnung zugekehrtem Hohlraum umfaßt, der durch mit dem Rahmen starr verbundene, im wesentlichen horizontale Führungen gehalten wird und auf den Führungen auf den feststehenden, becherförmigen Körper zu und von diesem weg bewegbar ist, wobei in dem weiteren becherförmigen Körper eine Trägereinrichtung zur Aufnahme eines Probenhalters in justierbarer Stellung vorgesehen ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist

Fig. 1 ein Axialschnitt durch den unteren Teil eines erfindungsgemäß aufgebauten Elektronenmikroskops; Pig. 2 eine perspektivische Dreiviertelansicht von oben auf den

unteren Teil des in Fig. 1 gezeigten Mikroskops; Fig. 3 eine perspektivische Explosionsansicht von in Fig. 2 gezeigten Einzelheiten;

Fig. 4 eine weitere perspektivische Explosionsansicht von einem Teil der Einzelheiten aus Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Elektronenmikroskop, welches eine feststehende Basis 2 mit nach oben offener Höhlung 3 aufweist, in der ein Rahmen 4 auf der Basis 2 über verformbare Aufhängungselemente 5, die beispielsweise mechanischer und/oder pneumatischer Art sein können, lagert.

Am oberen Ende trägt der Rahmen 4 einen Tisch 6, dessen über der Basis 2 liegende Oberseite mit einer Vakuumkammer 7 für das Mikroskop 1 verbunden ist.

Wie insbesondere in Fig. 3 zu sehen, baut sich die Kammer aus einem feststehenden Teil 8 und einem beweglichen Teil 9 auf, die im folgenden als "feststehende Kammer" bzw. "bewegliche Kammer" bezeichnet v/erden.

Die feststehende Kammer 8 ist bekannter Art und umfaßt einen seitlich offenen, becherförmigen Körper mit im wesentlichen horizontaler Achse, der von einer starr mit der Oberseite des Tisches verbundenen unteren Viand 10, zwei im wesentlichen vertikalen Seitenwänden 11 und 12, einer schalenförmigen Rückwand 13 und einer horizontalen oberen Wand 14, von der sich eine elektronenoptische

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Säule 15 nach oben erstreckt, begrenzt wird.

Die Vorderenden der Wände 10/ 11, 12 und 13 definieren eine ebene Ringfläche 16,die in einer im wesentlichen vertikalen,zur Achse der Säule 15 parallelen Ebene liegt und eine seitliche öffnung 17 umgibt, welche im wesentlichen rechteckige Form mit abgerundeten Ecken hat und die feststehende Kammer 8 zugänglich macht.

Mit der Oberseite der unteren Wand 10 sind, vorzugsweise durch Verkleben, zwei Führungen 18 verbunden, dj.e oben einen Schwalbenschwanzschlitz 19 aufweisen und sich senkrecht zur Ebene der Ringfläche 16 erstrecken.

In der Außenseite der Seitenwand 12 sind drei Gewindesackbohrungen 20 vorgesehen, in die Verbindungsschrauben 21 für eine im wesentlichen rechteckige Platte 22 eingreifen, die über die Ringfläche 16 nach vorne r~agt.

Bei bekannten Elektronenmikroskopen trägt die Platte 22 daran angelenkt eine um eine vertikale Achse zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung schwenkbare (nicht gezeigte) Tür, die in geschlossener Stellung dichtend mit der Fläche 16 zusammenwirkt.

Beim dargestellten Mikroskop 1 trägt die Platte 22 anstelle der Tür daran angelenkt einen Verbindungsrahmen 23 mit im wesentlichen rechteckiger Form, bei welchem die eine Vertikalseite 24 außen mit zwei Fortsätzen 25, zwischen denen das Vorderende der Platte 22 angelenkt ist, und die andere Vertikalseite 26 außen mit einem Fortsatz 27 versehen ist, der zwei Bohrungen 28 aufweist, durch die entsprechende Schrauben 29 verlaufen. Diese Schrauben ragen über die Bohrungen 28 hinaus und greifen in entsprechende Gewindebohrungen 30 ein, die in einer zur Fläche 16 koplanaren Fläche 31 eines vom Tisch 6 außerhalb der Wand 11 nach oben weisenden Blocks vorgesehen sind.

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Der Rahmen 23 ist auf der einen Seite durch eine ebene Ringfläche 33 (Fig. 4), die mit der Ringfläche 16 identisch ist und parallel zu dieser verläuft, und auf der anderen Seite durch eine ebene Fläche 34 (Fig. 3) begrenzt, die üblicherweise eine andere Form als die Fläche 33 hat und eine Reihe von Gewindesackbohrungen 35 aufweist, die gleichförmig an ihr herum verteilt sind.

In der Fläche 33 ist eine Ringnut vorgesehen, welche eine Ringdichtung 37 aufnimmt,- die verhindert, daß Luft zwischen den Flächen 16 und 33 eindringt, wenn der Rahmen 23 durch Drehung um das durch die Platte 22 getragene Scharnier mit der feststehenden Kammer 8 in Berührung gebracht wird.

Zwei Führungen 38 mit im wesentlichen dreieckigem Querschnitt sind mit der Oberseite des Tisches 6 verbunden und horizontal und parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich von der Fläche 15 senkrecht zu dieser nach außen. Die beiden Führungen 38 stehen über die freie Kante des Tisches 6 über und sind miteinander durch Querelemente 39 verbunden, die zusammen, mit den Führungen 38 selbst einen starren Tragarm 40 bilden, mit dessen freiem Ende eine Strebe 41 verbunden ist. Wie in Fig. 1 zu sehen, wird diese durch einen Stab gebildet, der sich schräg vom Rahmen 4 weg erstreckt und mit diesem starr verbunden ist.

Die beiden Führungen 38 stützen die bewegliche Kammer 9 über Gleitblöcke 42 verschiebbar ab, auf denen die bewegliche Kammer 9 längs der Führungen 38 bewegt werden kann, bis sie mit der Fläche 34 in Berührung kommt. Die bewegliche Kammer 9 ist im wesentlichen becherförmig, mit der feststehenden Kammer zugekehrtem Hohlraum, und umfaßt eine untere Wand 4 3, an deren Unterseite die Blöcke 42 angebracht sind, zwei im wesentlichen vertikale 5eitenwände 44, eine im wesentlichen horizontale obere Wand 45 und eine Endwand 46. Die Wände definieren einen Hohlraum, dessen der feststehenden Kammer 8 zugekehrte öffnung im wesentlichen rechteckig und von einem Flansch 47 umgeben ist, dessen ebene Ringfläche 48 im wesentlichen mit der Fläche 34 identisch ist und mit dieser

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in Berührung gebracht werden kann, indem die Kammer 9 längs der Führungen38 verschoben wird.

Im Flansch 47 sind in Ausrichtung auf die Bohrungen 35 Bohrungen 49 zur Aufnahme entsprechender Schrauben 50 zur Zentrierung und gegebenenfalls Festlegung des Flansches 47 in einer Stellung, in der er mit der Fläche 34 des Rahmens 23 in Berührung steht/ vorgesehen.

Die Abdichtung zwischen den Flächen 34 und 48, wenn diese miteinander in Berührung stehen, wird durch eine Ringdichtung geliefert, die in einer in der Fläche 48 vorgesehenen Ringnut sitzt.

Mit der Oberseite der unteren Wand 43 der beweglichen Kammer 49 sind zwei im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmige Führungen 52 verbunden, deren Enden über die bewegliche Kammer 9 nach außen rager und so" eingerichtet sind, daß sie in die Schwalbenschwanzschlitze 19 der Führungen 18 der feststehenden Kammsr 8 eingreifen können. Jede Führung 52 ist an ihrem Scheitel mit einer Längsnut 53 versehen, die sich über die gesamte Führung 52 erstreckt und einen nicht gezeigten Probenhalter verschiebbar haltert, der auf den Führungen 52 in einer bestimmten Stellung verriegelt werden kann und der Aufnahme der zu untersuchenden Probe dient.

Bei dem beschriebenen Elektronenmikroskop 1 werden der Rahmen 23 und die bewegliche Kammer 9 nur angebracht, wenn Proben großer Abmessungen zu untersuchen sind, und nur, nachdem die (nicht gezeigte) drehbare Tür entfernt worden ist, die ursprünglich mit der feststehenden Kammer 8 durch die Schrauben 21 verbunden war.

Hinsichtlich des Rahmens 23 ist zu beachten, daß seine Verwendung nur notwendig ist, wenn die betreffende Größe der zu untersuchenden Proben eine bewegliche Kammer 9 erfordert, bei der der Flansch 47 und insbesondere die Fläche 48 eine von der Fläche

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16 abweichende Form haben. Der einzige Zweck des Rahmens 23 besteht also in dieser Hinsicht darin, die Form des Flansches 47 der Form der Fläche 16 anzupassen.

Da die bewegliche Xammer 9 vollständig abnehmbar ist, kann sie durch (nicht gazeigte) andere bewegliche Kammern ersetzt werden, die in Pncm und Abmessungen jeweils der Form und den Abmessungen usr zu untersuchenden Teile angepaßt sind, so daß diese dann ohne Zerstörung untersucht werden können. Beispielsweise ist es durch Verwindung einer vergleichsweise ti&fen beweglichen Kammer 9 möglich, ein fest mit einer Welle verbundenes Zahnrad zu untersuchen, indem die Welle so innerhalb der beweglichen Kammer 9 angebracht wird, daß nur das zu untersuchende Zahnrad in die feststehende Kammer 8 ragt. Da ferner diese feststehende Kanuner nicht teilweise durch den Probenhalter besetzt ist, der -vollständig innerhalb der beweglichen Kammer 9 liegt, kann die feststehende Kammer Teile aufnehmen, die viel größer als diejenigen sind, die' auf dem konsolenartig abragendem Probenhalter der beweglichen Tür angebracht werden können.

Wenn ein Teil großer Abmessungen untersucht werden soll, wird zunächst die drehbare Tür entfernt und eine bewegliche Kammer 9 solcher Abmessungen ausgewählt, daß sie das zu untersuchende Teil aufnimmt. Falls der Flansch 47 der ausgewählten beweglichen Kammer 9 eine von der Fläche 16 abweichende Frontfläche aufweist, wird ein geeigneter Rahmen 23 zwischen den Kammern 8 und 9 angeordnet, wobei die Platte 22 dieses Rahmens an der Wand 12 der Kammer 8 mittels der Schrauben 21 befestigt wird.

Nach dem Anbringen ist der Rühmen 23 mit der Fläche 16 in Berührung gebracht, gegen die er durch Verschieben der beweglichen Kammer 9 längs der Führungen 38 festgelegt wird. Durch eine (nicht gezeigte) Pumpeinrichtung wird.dann in der Kammer 7 ein Vakuum erzeugt, um die feststehende Kammer 8, den Rahmen 23 und

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die bewegliche Kamner 9 in richtiger Verbindungslage miteinander zu koppeln. Zu diesem Zeitpunkt werden die Schrauben 29 eingesetzt und der Rahmen 23 damit in seiner richtigen Kopplungslage an der feststehenden Kammer 8 festgelegt. Danach wird die Kammer 7 belüftet, damit die bewegliche Kammer 9 vom Rahmen 23 getrennt und längs der Führungen 38 zurückgezogen werden kann.

Alle diese Vorgänge werden bei leerer Kammer 9 durchgeführt, und ihr einziger Zweck besteht darin, eine korrekte Montage des Rahmens 22 auf der feststehenden Kammer 8 zu ermöglichen.

Das (nicht gezeigte) zu untersuchende Teil wird auf dem entsprechenden (nicht gezeigten) Probenhalter angebracht, indem dieser auf den äußeren Enden der Führungen 52 angeordnet wird. Nachdem das zu untersuchende Teil auf dem Probenhalter angeordnet worden ist, wird dieser längs der Nuten 53 so weit verschoben, daß er vollständig in die Kammer 9 eintritt. Nachdem dann der Probenhalter auf den Führungen 53 mittels (nicht gezeigter) Schrauben in seiner Stellung verriegelt worden ist., wird die Kammer 9 längs der Führungen 38 verschoben, bis sie mit der Fläche 34 des Rahmens 23 in Berührung kommt und der äußere Teil ihrer Führungen 52 in die Nuten 19 der Führungen der feststehenden Kammer 8 eingreift.

Nach Beendigung dieser Vorgänge wird die Kammer 7 für die Untersuchung des zu untersuchenden Teils erneut evakuiert. Vorzugsweisfc; wird vor der untersuchung des Teils die bewegliche Kammer 9 zentriert und mittels der Schrauben 50 in ihrer Laae festgelegt-

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Claims

WILH ^LMS 2&· KALIAN.

PATENTANWÄLTE

Costruzioni Aeronautiche GIOVANNI AGÜSTA S.p.A. CASCINA COSTA DI SAMARATE ITALIEN

DR. ROLFEWILHELMS DR. HELMUT KiLiAN

GBBELSTfWSSE β

8OOO MÜNCHEN

TELEFON (O ββ) <S7 -4O 73· TELEX 5234 67 (wäp-d) TELEGRAMME PATRANS MÜNCHEN

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Rasterelektronenmikroskop mit anpaßbarer Kammer, insbesondere für die Untersuchung von Teilen großer Abmessungen

Priorität: 12. Juni 1979 - ITALIEN - Nr. 68 260-A/79

PATENTANSPRÜCHE

⁷I/ Elektronenmikroskop mit einer Basis, einem über Aufhängungen auf der Basis sitzenden Rahmen, einer auf dem Rahmen sitzenden Vakuumkammer mit einem ersten feststehenden Teil und einem zweiten beweglichen Teil, welches zwischen einer Stellung, in der das erste Teil offen ist, und einer Stellung, in der das erste Teil geschlossen ist, beweglich ist, und einer starr mit dem ersten Teil verbundenen elektronenoptischen Säule, wobei das erste Teil einen feststehenden becherförmigen Körper mit einer seitlichen, durch das zweite Teil verschließbaren öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite

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Teil (9) einen austauschbaren weiteren becherförmigen Körper mit der öffnung (17) zugekehrtem Hohlraum aufweist, welcher auf mit dem Rahmen (4) starr verbundenen im wesentlichen horizontalen Führungen (38) sitzt und auf den feststehenden becherförmigen Körper zu und von diesem weg bewegbar ist, wobei im weiteren becherförmigen Körper eine Trägereinrichtung zur Aufnahme eines Probenhalters in jm-<_ierbarer Lage vorgesehen ist.
2. MikrOfa<~.p nach Anspruch 1, dadurch gekennzaic Ian e t, daß das zweite Teil (9) ein simsförmiges Teil umfi. dt, welches dichtend auf der einen deite mit dem offenen Ende des feststehenden becherförmigen Körpers und auf der anderen Seite mit dem offenen Ende des weiteren becherförmigen Körpers zusammenwirkt.
3. Mikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichn e t, daß das simsförmige Teil seitlich am feststehenden becher-

"15 fönnigen Teil (8) bezüglich desselben um eine im wesentlichen vertikale Achse schwenkbar angelenkt ist.
4. Mikroskop nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Führungen (38) längs eines mit dem Rahmen (4) starr verbundenen Tragarms (40) erstrecken.
5. Mikroskop nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung zwei mit dem weiteren becherförmigen Körper starr verbundene Führungen (53) umfaßt.
6. Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich-η e t, daß die beiden Führungen (53) mit ihren Enden über das offene Ende des weiteren becherförmige η Körpers hinausragen und verschiebbar in eire auf dem feststehenden becherförmigen Körper sitzende zugehörige Nut (19) eingreifen.
7. Mikroskop n5.ch AnsT'uchi 6; c'.e.c'ur'c*]') aAlcpnnTifii c Ji-η e t, daß jede der Nuten (19) in Längsrichtung in einem zugehörigen Führungselement (18) vorgesehen iot, welches starr mit dem feststehenden, becherförmigen Körper verbunden ist.

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