DE898208C

DE898208C - Arrangement for exposure of the photographic layer in electron or ion beam devices

Info

Publication number: DE898208C
Application number: DES11093D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Otto Dr-Ing Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1943-04-06
Filing date: 1943-04-07
Publication date: 1953-11-30

Description

Anordnung zur Belichtung der photographischen Schicht in Elektronen- oder Ionenstrahlgeräten Bei Elektronen- oder Ionenstrahlgeräten, beispielsweise Elektronenmikroskopen, ist es bekannt, photographische Aufnahmen von dem zu untersuchenden Objekt dadurch herzustellen, daß die Photoschicht im Vakuumraum selbst angeordnet ist. Diese Schicht, also beispielsweise eine photographische Platte, wird dabei vorzugsweise in der Endbildzone mit einem Leuchtschirm austauschbar angeordnet. Bei .den bekannten Elektronenmikroskopen wird dieser Leuchtschirm, der unmittelbar im Strahlengang vor der photographischen Schicht liegt, als, Belichtungsklappe ausgebildet. Bei dieser Anordnung läßt es sich nicht vermeiden, daß die Photoschicht ungleichmäßig belichtet wird, weil die auf der Seite des hochzuklappenden Randes des Leuchtschirmes liegenden Bereiche länger belichtet werden als die auf der Seite der Drehachse liegenden Bereiche. Um diese ungleichmäßige Belichtung zu vermeiden, ist es bereits vorgeschlagen worden, zwei Belichtungsklappen anzuwenden, von .denen jede die Photoschicht im geschlossenen Zustand völlig verdeckt und deren Drehachsen auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Zu Beginn der Belichtung wird dabei die eine, zunächst die Photoschicht verdeckende Klappe hochgeklappt und zum Ende der Belichtung die andere, schon vorher hochgeklappte, heruntergedreht.Arrangement for exposure of the photographic layer in electron or ion beam devices In electron or ion beam devices, for example Electron microscopes, it is known to take photographs of the object to be examined Manufacture object by arranging the photo layer in the vacuum space itself is. This layer, for example a photographic plate, is used preferably arranged interchangeably with a fluorescent screen in the end image zone. In the known electron microscopes, this fluorescent screen, which is directly lies in the beam path in front of the photographic layer, formed as an exposure flap. With this arrangement, it cannot be avoided that the photo layer becomes uneven is exposed because that is on the side of the flip-up edge of the luminescent screen areas are exposed longer than those on the side of the axis of rotation Areas. In order to avoid this uneven exposure, it has already been suggested have been to use two exposure flaps, each of which has the photo layer in the closed state completely covered and their axes of rotation on opposite Pages are arranged. At the beginning of the exposure, one, first the The flap covering the photo layer is folded up and the other, at the end of the exposure, already folded up, turned down.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Belichtung der photographischen Schicht in Elektronen- oder Ionen.strahlgeräten, insbesondere in Mikroskopen, unter Verwendung einer den Strahlengang von der Photoschicht abschirmenden oder zu ihr zulassenden Belichtungsschirmes. Erfindungsgemäß ist der Belichtungsschirm abweichend von den oben .beschriebenen bekannten Anordnungen nicht unmittelbar vor der photographischen Schicht, sondern an einer Stelle des Strahlenganges an-_geordnet, wo der Strahlquerschnitt noch klein ist. Auf diese Weise gelingt es, eine gleichmäßige Belichtung :der Photoschicht durchzuführen, :da man die zur Einleitung und Beendigung derBelichtungszeit erforderliche Bewegung des. Belichtungsschirmes an :dieser Stelle leicht so schnell durchführen kann, ,daß sich Ungleichmäßigkeiten in der Belichtung nicht ergeben. Der Belichtungsschirm kann. nämlich bei :der Erfindung sehr klein hergestellt und .demzufolge auch leicht beweglich angeordnet werden.The invention relates to an arrangement for the exposure of the photographic Layer in electron or ion beam devices, especially in Microscopes, using a shielding the beam path from the photo layer or to her admitting exposure screen. The exposure screen is according to the invention not immediately ahead of the known arrangements described above the photographic layer, but at one point of the beam path, where the beam cross-section is still small. In this way it is possible to achieve an even Exposure: to carry out the photographic layer: since you have to initiate and terminate The exposure time required movement of the exposure screen at: this point can easily perform so quickly that there is unevenness in the exposure not surrendered. The exposure screen can. namely with: the invention very small manufactured and. therefore also arranged to be easily movable.

Besonders vorteilhaft ist es, den Belichtungsr schirm im Strahlengang unmittelbar hinter :der Projektionslinse anzuordnen. In diesem Fäll kann man nämlich beim Elektronenmikroskop den Zwischenbildleuchtschirm auch unmittelbar vor und sogar während der Belichtung beobachten. Man wird den Belichtungsschirm an einem leichten, durch ein Kugellager am Apparat gestützten Schwenkhebel befestigen. Durch diese Lagerung ergibt sich :die Möglichkeit, die öffnungs- und Schließbewegung des. Schirmes äußerst rasch durchzuführen. Für .die Betätigung des Belichtungsschirmes kann man gemäß der weiteren Erfindung einen Elektromagneten und eine diesem entgegenwirkende Feder anwenden. Dabei wird der Belichtungss,chirm :durch .den Magneten in die eine und beim Ausschalten :des Magneten .durch die Feder in die andere Betriebslage verstellt. Die Anordnung ist in diesem Fall vorzugsweise so durchzubilden, daß der Belichtungsschirm bei eingeschaltetem Magneten :den Strahlengang von der Photoschicht abschirmt und daß die Feder beim Ausschalten des Magneten :den Schirm ruckartig in die andere Betriebslage stellt. Statt eines Belichtungsschirmes können auch zwei oder mehrere, beispielsweise drei im Kreise angeordnete Belichtungsschirme zur Anwendung kommen, :die mit entsprechenden Magneten gleichzeitig betätigt werden. Auf diese Weise läßt sich, wenn die einzelnen Schirme :durch geeignete konstruktive Durchbildung ineinandergreifen, :der Abdeckweg des Strahlenganges beim Öffnen und Schließen noch weiter verringern.It is particularly advantageous to place the exposure screen in the beam path immediately behind: to arrange the projection lens. In this case you can in the case of the electron microscope, the intermediate fluorescent screen also immediately in front of and even watch during exposure. The exposure screen is placed on a light, Fasten the pivot lever supported by a ball bearing on the apparatus. Through this Storage results: the possibility of the opening and closing movement of the umbrella to be carried out extremely quickly. For .the operation of the exposure screen one can according to the further invention an electromagnet and one counteracting this Apply spring. The exposure screen is: by .the magnet in one and when switching off: the magnet. moved into the other operating position by the spring. In this case, the arrangement is preferably to be designed in such a way that the exposure screen with the magnet switched on: shields the beam path from the photo layer and that the spring when the magnet is switched off: the screen jerks into the other Operational situation. Instead of one exposure screen, two or more, For example, three exposure screens arranged in a circle are used, : which are operated simultaneously with the corresponding magnets. That way lets when the individual umbrellas: interlock with one another through suitable structural design, : Reduce the cover path of the beam path even further when opening and closing.

Bei der Erfindung kann man noch eine weitere im Zusammenhang mit der Belichtung der photographischen Schicht zusammenhängende Aufgabe lösen. Man kann nämlich mit einfachen Mitteln hierbei die notwendige Belichtungszeit selbst messen. Zu diesem Zweck wird man beispielsweise den Belichtungsschirm isoliert lagern und den Strom des auffallenden Elektronenstrahls beispielsweise über einen Elektronenvervielfacher oder eine Verstärkerröhre einem Strommesser zuführen und zur Belichtungsmessung verwenden. Dabei muß auf Grund von Versuchen mit Photoplatten eine Eichung .des Strommessers auf Belichtungszeiten vorgenommen werden.In the invention you can still another in connection with the Exposure of the photographic layer to solve a related problem. One can namely measure the necessary exposure time yourself with simple means. For this purpose, for example, the exposure screen will be stored and isolated the current of the incident electron beam, for example via an electron multiplier or feed an amplifier tube to an ammeter and measure the exposure use. A calibration of the .des Ammeter to be made on exposure times.

Der Ein- und Ausschaltzeitpunkt kann beim Erfindungsgegenstand durch Handbedienung bestimmt werden. Vorteilhaft ist es, wenn es sich um kurze Belichtungszeiten handelt, zur Kontrolle der Belichtungszeit ein einstellbares Zeitrelais oder eine Schaltuhr anzuwenden.The switch-on and switch-off times can be achieved with the subject matter of the invention Manual operation can be determined. It is advantageous if the exposure times are short acts, to control the exposure time an adjustable time relay or a To apply the timer.

Die für die Steuerung des Verschlusses und für .die Bemessung :der Belichtungszeit notwendigen elektrischen Leitungen werden vorzugsweise über einen Glasquetschfuß in den Vakuumraum eingeführt. Da die Meßleitung gegen die Umgebung einen großen Isolationswiderstand haben muß, wird man sie in größerem Abstand von den anderen Steuerleitungen im Glas verlegen. Weitere für die Erfindung wesentlichen Merkmale werden in -den folgenden Ausführungsbeispielen behandelt.The ones for the control of the lock and for the dimensioning: the Exposure time necessary electrical lines are preferably via a Glass pinch foot introduced into the vacuum space. Since the measuring line against the environment must have a large insulation resistance, they will be at a greater distance from lay the other control lines in the glass. Further essential for the invention Features are dealt with in the following exemplary embodiments.

Fig. z und 2 zeigen im Längsschnitt und in 'der Draufsicht eine Belichtungsanordnung für ein mit magnetischen Linsen: arbeitendes Elektronenmikroskop. Mit z ist in Fig. "r der Polschuheinsatz des Proj ektivs, bezeichnet. Im Strahlengang unmittelbar hinter dem Projektiv ist der zur Belichtung dienende `V'erschluß angeordnet. Dieser Verschluß besteht aus einem Hebel z, der das Elektronen.-strahlbündel an einer Stelle engen Querschnitts abfangen kann. Der Hebel ist mit Hilfe :des Kugellagers 3 an der Proj ektivlinse drehbar befestigt. Am linken Ende des Hebels greift am Drehpunkt ¢ eine Stange 5 an, :deren Ende den Anker für einen Belichtungsmagneten 6 bildet. Dem Magneten entgegen wirkt :die Feder 7. Die beiden Endlagen des Hebels 3 sind .durch Anschläge B und 9 begrenzt. Um Erschütterungen zu vermeiden, wird man diese Anschläge möglichst weich ausführen, was beispielsweise durch einen Gummibelag am Anschlag oder an der zugeordneten Stelle des Hebels geschehen kann. Bei stromloser Spule zieht :die Feder 7 den Hebel 2 gegen den Anschlag 9 aus :dem Strahlengang heraus, während beim eingeschalteten Magneten 6 der Hebel in. die dargestellte Sperrlage gerückt ist. Mit z:o und rr sind die beiden Steuerleitungen für den Magneten 6 bezeichnet. Bei z2 ist das Anschlußnetz angedeutet. Im Stromkreis des Elektromagneten liegt ein Schalter 13, der mit Hilfe des Handgriffes 14 betätigt werden kann. In der dargestellten Schaltlage ist der Schalter 13 geöffnet, so daß also die Feder 7 :den Hebel :2 in die gestrichelte Lage für die Belichtung verstellt. Mit 15 ist ein von einem Zeitrelais oder einer Schaltuhr 16 gesteuerter Kontakt bezeichnet, :der :das Ende der Belichtungszeit durch WiedereinschaIten des Elektromagneten bestimmt.FIGS. Z and 2 show an exposure arrangement in longitudinal section and in plan view for an electron microscope that works with magnetic lenses. With z in Fig. "r the pole shoe insert of the proj ective, labeled. Immediately in the beam path The shutter used for exposure is located behind the projection lens. This Shutter consists of a lever z that holds the electron beam at one point narrow cross-section can intercept. The lever is with the help of: the ball bearing 3 on the proj ective lens rotatably attached. The left end of the lever engages the pivot point A rod 5, the end of which forms the armature for an exposure magnet 6. The magnet counteracts: the spring 7. The two end positions of the lever 3 are Limited by stops B and 9. In order to avoid shocks, one becomes this Execute stops as softly as possible, which can be achieved, for example, by a rubber covering on the Stop or at the assigned point of the lever can be done. With currentless Coil pulls: the spring 7 the lever 2 against the stop 9: the beam path out, while when the magnet 6 is switched on, the lever is in the locked position shown has moved. The two control lines for the magnet 6 are designated with z: o and rr. The connection network is indicated at z2. Is in the circuit of the electromagnet a switch 13 which can be operated with the aid of the handle 14. In the illustrated In the switching position, the switch 13 is open, so that the spring 7: the lever: 2 in the dotted position for the exposure adjusted. At 15 is one of a timing relay or a timer 16 designates controlled contact: the: the end of the exposure time determined by switching the electromagnet on again.

Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Zur Betrachtung :des Endbildes wird der Schalter 13 und 1q. ausgeschaltet und der Unterbrecherkontakt 15 ist in der Ruhestellung eingeschaltet. Der Belichtungshebel 2 gibt also :den Strahl frei. Zur Belichtung wird der Schalter 13 eingeschaltet und damit der Verschluß gesperrt. Nun wird der Endbildschirm zum Freilegen :der photographischen Platte hochgeklappt und mit Hilfe eines Druckknopfes die Schaltuhr r6 in Betrieb gesetzt, so daß der Erregerstrom des Magneten 6 so lange unterbrochen wird, wie die Belichtungszeit dauern soll.The arrangement works as follows: For viewing: the end image is the switch 13 and 1q. switched off and the breaker contact 15 is switched on in the rest position. The exposure lever 2 releases: the beam. For exposure, the switch 13 is turned on and thus the shutter is locked. Now the end screen is folded up to expose the photographic plate and, with the aid of a push button, the timer r6 is put into operation, so that the excitation current of the magnet 6 is interrupted for as long as the exposure time should last.

An der Stelle 17, an der der Strahl auftrifft, kann die Stromstärke zur Festlegung der Belichtungszeit gemessen werden. Mit 18 ist die Meßleitung bezeichnet. Zur Verstärkung ,des Elektronenstromes kann man beispielsweise einen Elektronenvervielfacher i9 oder eine Verstärkerröhre mit hoher Steilheit verwenden, die derart vom Elektronenstrom gesteuert wird, daß der Strom -durch einen hochohmigen Widerstand geschickt und der auftretende Spannungsabfall zur Steuerwirkung am Gitter verwendet wird. Mit 2o ist ein Strommesser bezeichnet, der unmittelbar in Belichtungszeiten geeicht sein kann.At the point 17 at which the beam strikes, the current intensity to determine the exposure time. The measuring line is designated by 18. An electron multiplier can be used, for example, to amplify the flow of electrons i9 or use an amplifier tube with a high slope, so that the electron flow is controlled that the current - sent through a high resistance and the voltage drop that occurs is used to control the grid. With 2o is an ammeter that is directly calibrated in exposure times can be.

Der Magnet 6 kann eventuell zur Schirmung mit Mu-Metall gekapselt sein. Unbedingt erforderlich ist jedoch eine solche Kapselung nicht, da während der Belichtung die Magnetspule 6 ausgeschaltet ist.The magnet 6 can possibly be encapsulated with mu-metal for shielding be. However, such encapsulation is not absolutely necessary, since during the magnetic coil 6 is switched off during the exposure.

Die in Fig. i dargestellte Konstruktion ermöglicht eine praktisch gleichmäßige Belichtung der Platte, .da der Magnet den Hebel sehr schnell betätigt. Die Bewegungszeit des Hebels ist-also, klein gegenüber Belichtungszeiten von o,5 bis 2 Sekunden. Eine weitere Verringerung des Abdeckweges mit einer doppelseitigen Abdeckung des Strahlquerschnittes kann durch Verwendung zweier Belichtungshebel erreicht werden. Ein Ausführungsbeispiel ist hierfür in Fig. 3 dargestellt. Mit 2,1 und 22 sind die beiden Belichtungshebel bezeichnet, die mit Hilfe von Kugellagern 23 leicht beweglich gelagert sind. Durch eine Zugfeder 24 werden die Hebel normalerweise in der dargestellten Schließlage gehalten. Zum Öffnen des. Strahlenganges werden die beiden Magneten 2:5 und 26, welche parallel geschaltet sind, gleichzeitig eingeschaltet. Mit 27 sind Anschläge bezeichnet, -die die Hebelbewegung begrenzen. Die Hebel können untereinander angeordnet werden, so daß sie im Strahl ineinandergreifen. Man kann sie leicht so ausführen, daß sie sich um wenige Millimeter überlappen.The construction shown in Fig. I enables a practical Even exposure of the plate, because the magnet activates the lever very quickly. The movement time of the lever is, therefore, small compared to exposure times of 0.5 up to 2 seconds. A further reduction in the cover path with a double-sided The cross-section of the beam can be covered by using two exposure levers can be achieved. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 3. With 2.1 and 22, the two exposure levers are designated, which with the help of ball bearings 23 are mounted so that they can move easily. By means of a tension spring 24, the levers are normally held in the illustrated closed position. To open the beam path the two magnets 2: 5 and 26, which are connected in parallel, are switched on at the same time. With 27 stops are designated, -that limit the lever movement. The levers can are arranged one below the other so that they interlock in the beam. One can easily make them so that they overlap a few millimeters.

Eine Ausführungsform der Erfindung, die sich leicht in die übliche bekannte Konstruktion eines mit elektromagnetischen Linsen arbeitenden Elektronenmikroskops einfügen läßt, ist in Fig.4, 5 und 6 dargestellt. In Fig. 4 ist mit 31 die Erregerwicklung des Projektivs bezeichnet. Mit 32 ist der Polschuheinsatzkörper dieser Linse bezeichnet. An einem Ring 33, der leicht in den Spulenkörper 34 eingesetzt werden kann, ist -der Steuermagnet 35, die Gegenfeder 36 und der Belichtungshebel 37 mit Hilfe des Kugellagers 38 befestigt. Bei einer Plattenbelichtung wird der in der Figur nicht .dargestellte Belichtungsleuchtschirm zum Freilegen der Photoplatte hochgeklappt. Beim Anfang dieser Klappbewegung wird der Schalter 39 geschlossen. Damit zieht der Magnet 35 an und sperrt den Strahl. Zum Ende der Klappbewegung wird das: den Schalter 4o steuernde Relais in Betrieb gesetzt, das den Strom ausschaltet und nach der eingestellten Belichtungszeit wieder selbsttätig einschaltet. In Fig. 5 ist ein durch ein Isolationsstück 41 unterbrochener Belichtungshebel 37 dargestellt. In diesem Fall kann man mit dem oberen Ende 42 eine Meßleitung 43 verbinden, die über einen Verstärker 44 zum Strommesser 45 führt. Die Meßleitung ist in diesem Fall vorzugsweise durch einen Glasquetschfuß 46 nach außen geführt.An embodiment of the invention which can be easily incorporated into the usual known construction of an electron microscope operating with electromagnetic lenses is shown in FIGS. In Fig. 4, 31 denotes the excitation winding of the projection lens. The pole piece insert body of this lens is designated by 32. The control magnet 35, the counter spring 36 and the exposure lever 37 are fastened with the aid of the ball bearing 38 on a ring 33, which can easily be inserted into the bobbin 34. In the case of a plate exposure, the fluorescent exposure screen, not shown in the figure, is folded up to expose the photographic plate. At the beginning of this folding movement, the switch 39 is closed. The magnet 35 thus attracts and blocks the beam. At the end of the folding movement, the relay that controls switch 4o is put into operation, which switches off the power and switches it on again automatically after the set exposure time. In FIG. 5, an exposure lever 37 interrupted by an insulating piece 41 is shown. In this case, a measuring line 43 can be connected to the upper end 42, which leads to the ammeter 45 via an amplifier 44. In this case, the measuring line is preferably led to the outside through a glass pinch foot 46.

F'ig.6 zeigt einen Querschnitt durch eine derartige Glasquetschfußdurchführung der Leitungen 43 (Meßleitung) und 47, 48 (Steuerleitungen). Mit 49 ist hier der Glasquetschfuß bezeichnet, dessen unteres. Ende 5o mit Hilfe der Mutter 5 i unter Zwischenlegung der beiden Gummischeiben 52., 53 dicht in die Vakuumwand 54 eingesetzt ist.FIG. 6 shows a cross section through such a glass pinch foot leadthrough of lines 43 (measuring line) and 47, 48 (control lines). At 49 this is the one Glass pinch foot, the lower one. At the end of 5o with the help of the nut 5 i under Interposition of the two rubber disks 52, 53 inserted tightly into the vacuum wall 54 is.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for exposure of the photographic Layer in electron or ion beam devices, especially microscopes, under Use of a shielding the beam path from the photo layer or to it Permitting exposure screen, characterized in that the exposure screen is arranged at a point in the beam path where the beam cross-section is still is small.

2. Arrangement according to claim i for electron microscopes, characterized in that that the movably arranged exposure screen in the beam path immediately behind the projection lens is arranged.

3. Arrangement according to claim i or 2, thereby, through characterized in that the exposure screen on a light, by a ball bearing is attached to the device supported pivot lever.

4. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that the exposure screen by an electromagnet and a spring counteracting this in one or the other Operating position is adjusted.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that that the exposure screen with the magnet switched on, the beam path from the Photo layer shields and that the spring when the magnet is switched off the screen jerks into the other operating position.

6. Arrangement according to claim i or one the following, characterized by the use of two or more in circles arranged exposure screens to reduce the cover path when opening and Closing the beam path.

7. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that @ that the exposure screen is mounted insulated and that , the current of the incident electron beam, for example through an electron multiplier or an amplifier tube is fed to an ammeter and for exposure measurement is used. B. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that that to Control of the exposure time an adjustable relay or a timer is used. G. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized characterized in that the electrical control devices assigned to the exposure device and measuring lines are introduced into the vacuum space via a glass pinch foot. ok Arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that that the parts of the closure located in the vacuum space on a holder, e.g. B. a ring, are coated in such a way that they can be easily installed and removed together can. i i. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that that the release of the shutter depends on the out of the beam path foldable fluorescent screen takes place.