DE907327C

DE907327C - Beam generation system for corpuscular beam devices

Info

Publication number: DE907327C
Application number: DES12146D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Habil Bodo V Borries
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1944-07-18
Filing date: 1944-07-18
Publication date: 1954-03-25

Description

Strahleizeugungssystem für Korpuskularstrahlapparate Bei Korpuskularstrahlapparaten, insbesondere Elektronenmikroskopen, sind bereits verschiedentlich Einrichtungen vorgeschlagen worden, die beim Strahlerzeugungssystem eine Relativverstellung der Kathode gegenüber dem Wehneltzylinder ermöglichen. Vielfach wird Wert darauf gelegt, die Kathode in allen drei Koordinaten um geringfügige Beträge gegenüber dem Wehneltzylinder zu verstellen. Die Verstellung in axialer Richtung wird dabei zur Emissionsregelung und die Verstellung in der Ebene senkrecht zur- Achse zum Justieren des Strahles auf das Objekt benutzt. Da sich die Kathode in dem Wehneltzylinder auf Hochspannung und im Vakuum befindet, müssen bei den bisherigen Anordnungen die Verstellglieder durch die Vakuumwand gehen und die Hochspannung überbrücken. Das bringt verschiedene konstruktive Schwierigkeiten mit sich.Beam generation system for corpuscular beam devices For corpuscular beam devices, electron microscopes, in particular, are already various devices been proposed that a relative adjustment of the beam generating system Allow cathode compared to the Wehnelt cylinder. In many cases, emphasis is placed on the cathode in all three coordinates by insignificant amounts compared to the Wehnelt cylinder to adjust. The adjustment in the axial direction is used to regulate emissions and the adjustment in the plane perpendicular to the axis for adjusting the beam used on the object. Since the cathode in the Wehnelt cylinder is on high voltage and is in a vacuum, the adjusting elements must be in the previous arrangements go through the vacuum wall and bridge the high voltage. That brings different ones constructive difficulties with it.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stra'hlerzeugungssystem für Korpuskularstrahlapparate mit Einrichtungen zur Relativverstellung der Kathode gegenüber dem Wehneltzylinder. Erfindungsgemäß ist die Kathode mit einem an dem die Hochspannung zuführenden Kabelende einvulkanisierten Rohr gehaltert, und die Verstellvorrichtungen greifen außen an diesem Kabelende an. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung der ganzen Kathodenverstelleinrichtung, und die bisher auftretenden Schwierigkeiten, die sich durch die Notwendigkeit, mit den Verstellvorrichtungen durch die Vakuumwand gehen zu müssen, ergeben, sind nunmehr beseitigt, da die Verstellglieder außen am Kabelende angreifen. Das Halterohr der Kathode kann so ausgestaltet sein, daß es um die Seele des Kabels greift und außen von einer did. aufvulkanisierten Gummischicht umgeben ist. Indem man diese Gummischicht am Kabelende mit einem Gummiflansch versieht, kann man das Kabelende selbst unmittelbar zur Abdichtung des Vakuumraumes nach außen hin benutzen. Dabei sorgt die Beweglichkeit des Gummiflansches dafür, daß die erforderlichen Verstellbewegungen der Kathode gegenüber dem Wehneltzylinder durchgeführt werden können. Der gesamte Gummiflansch wird am äußeren Rand vorzugsweise mit einer Mutter gegen die Vakuumwand des Strahlerzeugers gepreßt. Beim Lösen dieser Mutter kann die Kathode mit dem Kabelende aus der Apparatur gezogen werden, so daß man sie auch leicht auswechseln kann.The invention relates to a beam generation system for corpuscular beam apparatus with devices for the relative adjustment of the cathode in relation to the Wehnelt cylinder. According to the invention, the cathode is provided with one end of the cable that supplies the high voltage vulcanized pipe supported, and the adjusting devices attack the outside this end of the cable. This results in a significant simplification of the whole Kathodenverstelleinrichtung, and the difficulties that have arisen so far by the need with the adjustment devices through the Vacuum wall to have to go, are now eliminated, as the adjusting members attack the outside of the cable end. The holding tube of the cathode can be designed so that it reaches around the soul of the cable and on the outside of a did. vulcanized Rubber layer is surrounded. By attaching this rubber layer to the end of the cable with a rubber flange provides, you can use the cable end itself directly to seal the vacuum space use towards the outside. The mobility of the rubber flange ensures that that the required adjustment movements of the cathode with respect to the Wehnelt cylinder can be carried out. The entire rubber flange is preferred on the outer edge pressed with a nut against the vacuum wall of the jet generator. When solving this Mother can pull the cathode with the cable end out of the apparatus so that you can also easily change them.

Für die Anordnung der äußeren Verstelleinrichtungen der Kathode kann man nun außen auf der Gummischicht des Kabelendes Druckkörper, die beispielsweise einvulkanisiert sein können, anwenden. Gegen diese Druckkörper können, dann die üblichen Verstelleinrichtungen, beispielsweise Verstellschrauben und Gegenfedern., drücken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn man als Druckkörper geteilte Ringe anwendet, die außen auf der Gummischicht des Kabelendes fest einvulkanisiert werden. So kann man einen Ring anwenden, der von einer relativ hierzu in einem mit der Vakuumwand fest verbundenen Gewinde verdrehbaren Mutter gefaßt ist, bei deren Betätigung das Kabelende mit der Kathode relativ zum Wehneltzylinder in der Strahlrichtung verschoben werden kann. Durch Drehen an einer solchen Mutter lassen sich sehr feine Verstellbewegungen der Kathode in axialer Richtung erzielen. Auch für die Querbewegung der Kathode relativ zum Wehneltzylinder kann man mit Vorteil einen außen auf der Gummischicht des Kabelendes fest einvulkanisierten Ring' anwenden, an dem dann in üblicher Weise zwei gegenüber der Vakuumwand des Apparates festgelegte Verstellschrauben und eine diesen gegenüberliegende Gegenfeder angreifen können. Der zuerst genannte, mit der Verstellmutter zusammenarbeitende aufvulkanisierte Ring wird vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Dichtungsflansches angeordnet,während der zweite, die Querverstellungen vermittelnde Ring weiter entfernt vom Flansch angeordnet ist. An denn zuerst genannten Ring, der also bei einem Strahierzeuger mit nach unten gerichtetem Elektronenstrahl am unteren Kabelende sitzt, kann bei der Ausgestaltung der Erfindung ein Rohr befestigt sein, welches die beiden Verstellschrauben und die Gegenfeder trägt, die die Querverstellung der Kathode bewirken. Bei Betätigen dieser Verstellschrauben wird nämlich das Kabelende und damit das darin einvulkanisierte Halterohr der Kathode zur Seite gedrückt und geneigt, wodurch sich die 1 Kathode in einer zur Achse senkrechten Ebene bewegt. Für sehr hohe Ansprüche können kleine Schwingungen der Kathode stören, die dadurch auftreten können, daß das verhältnismäßig schwere Kabel bei äußeren Erschütterungen gegen die Apparatur schwingt. Um dies zu verhindern, kann die Kathode an einem Einsatzkörper befestigt sein, der mit dem in das Kabelende einvulkanisierten Kathodenträgerrohr so gekuppelt ist, daß sich kleine Schwingungen des Kabels gegenüber dem Vakuumgefäß nicht auf die Kathode übertragen können. Der Kathodeneinsatzkörper kann beispielsweise zu diesem Zweck mit Reibung gegen einen Ring anliegen, der seinerseits mit Reibung im Wehneltzylinder gleitet. An dem Kathodenträgerrohr kann dann ein Korb befestigt sein, der mit Hilfe von drei Federn bei axialer Bewegung nur axiale Kräfte und mit Hilfe von drei Armen bei seitlicher Bewegung nur seitliche Kräfte auf den Kathodeneinsatzkörper überträgt. Der erwähnte Ring wird dabei mit Spiel gegen die Federn festgelegt, so daß eine Entkupplung gegen Schwingungen gewährleistet ist. Ebenso wird auch der Kathodeneinsatzkörper mit Spiel gegen die drei Arme des Korbes festgelegt.For the arrangement of the external adjustment devices of the cathode can you now on the outside of the rubber layer of the cable end pressure body, for example can be vulcanized. Against this pressure hull, then the common adjustment devices, such as adjusting screws and counter springs., to press. It is particularly advantageous if split rings are used as pressure hulls, which are vulcanized into the outside of the rubber layer of the cable end. So can one apply a ring that is relative to this in one with the vacuum wall firmly connected thread rotatable nut is taken, when actuated the Cable end with the cathode shifted relative to the Wehnelt cylinder in the beam direction can be. By turning such a nut, very fine adjustment movements can be made achieve the cathode in the axial direction. Also for the transverse movement of the cathode relative to the Wehnelt cylinder, one can advantageously have one on the outside of the rubber layer of the cable end firmly vulcanized ring 'apply, on which then in the usual way two adjusting screws fixed against the vacuum wall of the apparatus and one can attack these opposing counter springs. The first mentioned, with the Adjusting nut working together vulcanized ring is preferably in the immediate Located near the sealing flange, while the second, the transverse adjustments mediating ring is arranged further away from the flange. Because of the first mentioned Ring, i.e. the one in a beam generator with an electron beam directed downwards seated at the lower end of the cable, a pipe can be attached in the embodiment of the invention be, which carries the two adjusting screws and the counter spring that the transverse adjustment effect of the cathode. When these adjusting screws are actuated, the end of the cable and thus the holding tube of the cathode vulcanized into it is pushed to the side and inclined, whereby the 1 cathode moves in a plane perpendicular to the axis. For very high demands, small oscillations of the cathode can interfere with it can occur that the relatively heavy cable with external vibrations swings against the apparatus. To prevent this, the cathode can be attached to an insert body be attached to the cathode support tube vulcanized into the cable end is coupled in such a way that there are small vibrations in the cable with respect to the vacuum vessel cannot transfer to the cathode. The cathode insert body can for example for this purpose rest with friction against a ring, which in turn with friction slides in the Wehnelt cylinder. A basket can then be attached to the cathode support tube be that with the help of three springs with axial movement only axial forces and with With the help of three arms when moving sideways, only lateral forces on the cathode insert body transmits. The mentioned ring is fixed with play against the springs, see above that a decoupling against vibrations is guaranteed. Likewise, the Cathode insert body set with play against the three arms of the basket.

Der Anodenteil, zwei den Wehneltzylinder tragende Isolatorringe und der Wehneltzylinder selbst können mit einer Mutter im Gehäuse des Vakuumgefäßes verschraubt und der Kathodenstecker in seiner Fassung mit einer Überwurfmütter befestigt sein.The anode part, two insulator rings carrying the Wehnelt cylinder and the Wehnelt cylinder itself can with a nut in the housing of the vacuum vessel screwed and the cathode plug fastened in its socket with a cap nut be.

Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale ergeben sich bei der Beschreibung des in den Figuren dargestellten Augführungsbeispiels.Further features essential to the invention emerge from Description of the example shown in the figures.

Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch das Strahlerzeugungssystem eines Elektronenmikroskops; Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-B von Fig. r und Fig.3 einen Schnitt längs der Linie C-D von Fig. 2.Fig. I shows a longitudinal section through the beam generating system of a Electron microscope; Fig. 2 shows a section along the line A-B of Fig. R and FIG. 3 shows a section along the line C-D of FIG.

Mit i ist der obere, -den Strahlerzeuger umschließende Teil des Vakuumgefäßes bezeichnet, in den die Anode 2 von oben her eingesetzt ist. Auf diese Anode ist ein ringförmiger Isolator 3 gelegt, in den der Wehneitzylinder q. eingesetzt ist. Ein weiterer Isolator 5 stützt den Wehneltzylinder im oberen Teil ab, und die Teile 2 bis 5 sind mit Hilfe eines Druckringes 6 im Gefäßteil x festgeschraubt. Gegen den oberen Flansch 7 des Gefäßteils i ist der Gummiflansch 8 mit seinem äußeren Rand gepreßt. Für dieses Anpressen sorgen ein Druckring g und die Mutter io. Um die Seele ii des Hochspannungskabels i2 greift ein Rohr 13, das zur Halterung der Kathode dient. Dieses Rohr ist am Ende des Kabels in der aus der Figur ersichtlichen Weise einvulkanisiert. Das Rohr 13 ist außen: von einer dick aufvulkanisierten Gummischicht ;iq. umgeben, die auch gleich an ihrem Ende als Dichtungsflansch 8 ausgebildet ist. Außen sind auf der Gummischicht zwei Ringe 15, 16 fest vulkanisiert, die mit den Verstelleinrichtungen der Kathode zusammenarbeiten. Der Ring 16 ist in einem Rohr 17 festgeschraubt, dessen unteres Ende von einer ,Mutter 18 so umfaßt ist, daß beim Drehen der Mutter 18 im Gewinde ig der Ring 16 und das Rohr nicht mitgedreht, aber entsprechend den Bewegungen der Mutter 18 auf und ab geführt wird. Hierdurch wird das untere Kabelende mit der daran befestigten Kathode 2o relativ zum Wehneltzylinder in der Achsrichtung auf und ab bewegt. Im oberen Teil des Rohres 17 sind vorzugsweise unterhalb i2o° gegeneinander versetzt zwei Verstellschrauben 21 angeordnet, die mit einer ihnen wirkungsmäßig gegenüberliegenden Gegenfeder 22 zusammenarbeiten. Durch Betätigen der Verstellschrauben 21 wird das Kabelende und damit die Kathode 2o quer zum Wehneltzylinder verschoben.With i is the upper part of the vacuum vessel that encloses the jet generator denotes, in which the anode 2 is inserted from above. On this anode is placed an annular insulator 3, in which the expansion cylinder q. is used. Another insulator 5 supports the Wehnelt cylinder in the upper part, and the parts 2 to 5 are screwed tight in the vessel part x with the aid of a pressure ring 6. Against the upper flange 7 of the vessel part i is the rubber flange 8 with its outer Pressed edge. A pressure ring g and the nut io ensure this pressing. Around the core ii of the high-voltage cable i2 engages a tube 13 that is used to hold the Cathode is used. This tube can be seen at the end of the cable in the figure Vulcanized way. The tube 13 is on the outside: from a thickly vulcanized rubber layer ; iq. surrounded, which is also designed as a sealing flange 8 at its end. On the outside, two rings 15, 16 are firmly vulcanized on the rubber layer, which with the Adjusting devices of the cathode work together. The ring 16 is in a tube 17 screwed, the lower end of a nut 18 is so encompassed that when Turning the Nut 18 in the thread ig the ring 16 and the pipe not rotated, but is guided up and down according to the movements of the nut 18. This makes the lower end of the cable with the cathode 2o attached to it relative Moved up and down to the Wehnelt cylinder in the axial direction. In the upper part of the tube 17, two adjustment screws are preferably offset from one another below i2o ° 21 arranged with a counter spring 22 opposite them in terms of their effect work together. By operating the adjusting screws 21, the cable end and so that the cathode 2o moved across the Wehnelt cylinder.

An dem in das Kabelende einvulkanisierten Rohr 13 ist unten ein Korb 23 festgeschraubt, der mit Hilfe von drei Federn 2q. bei axialer Bewegung nur Kräfte in axialer Richtung und mit Hilfe von drei Armen 25 bei seitlicher Bewegung nur seitliche Kräfte auf den Kathodeneinsatzkörper 26 überträgt. Dieser Kathodeneinsatzkörper 26 liegt mit Reibung gegen einen Ring 27 an, der seinerseits mit Reibung im Wehneltzylinder q. gleitet. Der Ring 27 ist mit Spiel gegen die Federn 24 und der Kathodeneinsatzkörper 26 mit Spiel gegen die Arme 25 des Korbes 23 festgelegt. Die Reibung des Ringes 27 kann dadurch erreicht werden, daß man ihn nach Art eines Kolbenringes als Sprengring ausbildet, man kann auch Federn einlegen; die Reibung des Einsatzkörpers 26 gegen den Ring 27 kann durch drei Spiralfedern 28 erreicht werden. Der Kathodenstecker 29 ist in der Fassung 30 mit Hilfe einer überwurfmutter 31 befestigt. Das Auswechseln der Kathode geschieht dadurch, daß die Mutter -i.o gelöst und damit der Dichtungsflansch des Kabelendes vom Gehäuseteil i gelöst wird. Hiernach kann. man das Kabelende mit dem ganzen Kathodensystem nach oben herausziehen und nach Lösen der überwurfmutter 31 den Kathodenstecker aus der Fassung herausziehen und somit die Kathode auswechseln. .On the tube 13 vulcanized into the cable end, a basket 23 is screwed down, which with the help of three springs 2q. in the case of axial movement only transmits forces in the axial direction and with the aid of three arms 25 only transmits lateral forces to the cathode insert body 26 in the case of lateral movement. This cathode insert body 26 rests with friction against a ring 27, which in turn with friction in the Wehnelt cylinder q. slides. The ring 27 is fixed with play against the springs 24 and the cathode insert body 26 with play against the arms 25 of the basket 23. The friction of the ring 27 can be achieved by designing it as a snap ring in the manner of a piston ring; springs can also be inserted; the friction of the insert body 26 against the ring 27 can be achieved by three spiral springs 28. The cathode plug 29 is fastened in the socket 30 with the aid of a union nut 31. The replacement of the cathode is done by loosening the nut -io and thus loosening the sealing flange of the cable end from the housing part i. After that can. pull out the cable end with the entire cathode system upwards and after loosening the union nut 31 pull the cathode plug out of the socket and thus replace the cathode. .

Die Erfindung kann mit Vorteil bei Elektronenmikroskopen, besonders bei Kleingeräten und auch bei Elektronenbeugungsröhren, angewendet werden.The invention can be used to advantage in electron microscopes, in particular in small devices and also in electron diffraction tubes.

Claims

PATE = NT CLAIMS; i. Beam generation system for corpuscular beam apparatus with a device for the relative adjustment of the cathode in relation to the Wehnelt cylinder, in particular for electron microscopes, characterized in that the cathode with a tube vulcanized into the cable end that feeds the high voltage is and that the adjusting devices attack the outside of this cable end.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that the holding tube of the cathode around the core of the cable and surrounded on the outside by a thickly vulcanized rubber layer is.

3. Arrangement according to claims i and 2, characterized in that the rubber layer of the cable end has a rubber flange serving for sealing, which is attached to the outer Edge preferably pressed against the vacuum wall of the jet generator with a nut will. q ..

Arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that that on the outside of the rubber layer of the cable end a ring is firmly vulcanized, the by a thread that can be rotated relative to this in a thread firmly connected to the vacuum wall Nut is taken so that the cable end with the cathode relative to the Wehnelt cylinder can be shifted in the beam direction.

5. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that on the outside of the rubber layer of the Cable end a ring is firmly vulcanized, on which two opposite the vacuum wall attack fixed adjusting screws and a counter spring opposite them, which serve to move the cathode transversely relative to the Wehnelt cylinder.

6. Arrangement according to claims q. and 5, characterized in that the one with the adjusting nut cooperating ring is firmly connected to a tube in which the transverse adjustment Serving two adjusting screws and the counter spring are inserted.

7. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized; that the cathode is attached to an insert body with the cathode support tube in the cable end is coupled in such a way that there are small vibrations in the cable with respect to the vacuum vessel cannot transfer to the cathode. B. Arrangement according to claim 7, characterized in that that the cathode insert body rests against a ring with friction, which in turn slides with friction in the Wehnelt cylinder. G. Arrangement according to claim 8, characterized in that that a basket is attached to the cathode support tube: that with the help of three springs with axial movement only axial forces and with the help of three arms with lateral Movement only transfers lateral forces to the cathode insert body. ok arrangement according to claims 8 and 9, characterized in that the ring with play against the springs and that the cathode insert body with play against the three arms of the basket is fixed.