DE910946C

DE910946C - Magnetic lens for corpuscular beam devices

Info

Publication number: DE910946C
Application number: DES11359D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Ruska
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-04-29
Filing date: 1942-04-30
Publication date: 1954-05-10

Description

Es sind magnetische Linsen für Korpuskularstrahlapparate, insbesondere Elektronenmikroskope, bekannt, die ein einen Ringraum umschließendes Magnetgehäuse mit einem eisenfreien Spalt im Innern besitzen. Dabei wird durch Anwendung von dem eisenfreien Spalt zugeordneten Polschuhen der wirksame Linsenbereich gebildet. Diese Polschuhe gestatten es bekanntlich, sehr kurzbrennweitige Linsen zu bauen, was besondersThere are magnetic lenses for particle beam apparatus, especially electron microscopes, known that a magnet housing enclosing an annular space with an iron-free gap in the Own inside. In this case, pole pieces associated with the iron-free gap are used the effective lens area is formed. As is well known, these pole pieces allow it very much to build short focal length lenses, something special

ίο für hochauflösende Mikroskope von Bedeutung ist. Man muß bei derartigen als Objektiv dienenden Polschuhlinsen das zu untersuchende Objekt sehr nahe an den wirksamen Linsenbereich, d. h. also an den Bereich der Polschuhe, heranführen, was besondere konstruktive Maßnahmen für die Verstellvorrichtungen des Objekthalters bedingt. So ist es beispielsweise bekannt, in A^erbindung mit einer Polschuhlinse eine oberhalb dieser Linse befindliche, mit einem drehbaren Hahnküken arbeitende Schleuse anzuwenden, die eine Querbohrung als ao Schleusenraum für die Objektpatrone besitzt. Diese Objektpatrone wird bei der bekannten Anordnung dann durch einen besonderen Antrieb in der Strahlrichtung aus der Schleusenkammer heraus an den benachbarten Polschuh herangeführt.ίο is important for high resolution microscopes. With pole shoe lenses of this type serving as an objective, the object to be examined has to be very much close to the effective lens area, d. H. So bring something special to the area of the pole shoes Constructive measures for the adjusting devices of the object holder are required. That's the way it is for example known, in association with a pole piece lens, a lens located above this lens, Applying a sluice that works with a rotatable cock plug, which has a cross hole as ao Has lock space for the object cartridge. This object cartridge is in the known arrangement then out of the lock chamber by a special drive in the direction of the jet brought up to the neighboring pole piece.

Die Erfindung betrifft die konstruktive Ausbildung einer magnetischen PolschuhMnse, um in besonders einfacher Weise an den wirksamen Linsenbereich von außen herankommen zu können. Erfindungsgemäß ist in das Innere des vom Magneteisen umschlossenen Ringraumes im Bereich des eisenfreien Spaltes eine aus unmagnetischem Mate-The invention relates to the structural design of a magnetic pole piece sleeve in order to to be able to access the effective lens area from the outside in a particularly simple manner. According to the invention, in the interior of the annular space enclosed by the magnet iron in the area of the iron-free gap one made of non-magnetic material

rial bestehende Scheibe angeordnet, die sich vom Spalt bis zum äußeren Mantelteil des Magnetgehäuses erstreckt und mit Radialbohrungen versehen ist, die dazu dienen, auf den wirksamen Linsenbereich wirkende Engriffe von außen her durchzuführen. Diese Konstruktion kann zur Lösung der verschiedenartigsten, bei der Polschuhlinse auftretenden Aufgaben mit Vorteil angewendet werden. So kann man z. B. durch eine Radialbohrung ίο der Scheibe einen Halter für die Objektträgerblende von der Seite her einschiebbar machen. In diesem Falle gibt die Radialbohrung in der Scheibe eine gute Führung für den Objektträger, so daß dessen Einstellung und Halterung, beispielsweise durch Anwendung von geeigneten Anschlägen, ohne weiteres durch das bloße Einschieben des Halters möglich ist. Ferner kann man durch Rädialbohrungen der Scheibe Verstellstangen für zwischen den Polschuhen liegende Blenden von der Seite her einführen. So läßt sich beispielsweise durch eine Radialbohrung der Scheibe eine \^rerstellstange für eine Objektträgerblende oder für sonstige dem Objektiv zugeordnete Blenden von der Seite her einführen. Eine andere Anwendungsmöglichkeit der erwähnten Radialbohrungen besteht darin, daß eine -solche Bohrung beispielsweise einen zur Vakuumpumpe führenden Kanal bildet. Ferner lassen sich mit Hilfe solcher Bohrungen auch leicht Kanäle für die Durchleitung von Reagenzgas umschließen. Das kommt beispielsweise in Frage, wenn man chemische Reaktionen mit den Objekten während der Untersuchung im Elektronenmikroskop durchführen will.rial existing disk is arranged, which extends from the gap to the outer shell part of the magnet housing and is provided with radial bores, which serve to carry out actions acting on the effective lens area from the outside. This construction can be used with advantage to solve the most varied of tasks occurring with the pole piece lens. So you can z. B. make a holder for the slide aperture from the side through a radial bore ίο the disc. In this case, the radial bore in the disk provides good guidance for the specimen slide so that it can be adjusted and held, for example by using suitable stops, by simply pushing in the holder. Furthermore, adjusting rods for diaphragms located between the pole pieces can be introduced from the side through radial bores in the disc. Thus, for example, by a radial bore of the disc a \ ^r erstellstange for a slide shutter or for other the lens introduce associated aperture from the side. Another possible application of the radial bores mentioned is that such a bore forms, for example, a channel leading to the vacuum pump. Furthermore, with the help of such bores, channels for the passage of reagent gas can also easily be enclosed. This comes into question, for example, if you want to carry out chemical reactions with the objects during the examination in the electron microscope.

Bei der Erfindung ist es möglich, daß die empfindlichen Teile des Objektivs (die Polschuhe) beim Objektwechsel unverändert im Mikroskop verbleiben können. Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale ergeben sich bei der Behandlung des folgenden Ausführungsbeispieles.
Fig. ι zeigt schematisch einen Querschnitt durch das Objektiv eines Elektronenmikroskops, welches mit einer Anordnung zur Untersuchung von elektronendurchstrahlten Objekten bei Gasdrucken oberhalb 20 mm Hg ausgerüstet ist. Mit 1 ist die magnetische Ummantelung der Objektivspule 2 bezeichnet. 3 ist der obere, 4 der untere Polschuh des Objektivs. Zwischen den beiden Polschuhen ist ein vom Vakuumraum getrennter eisenfreier Raum 5 vorgesehen, in dem sich der wirksame Linsenbereich befindet und der durch eine Leitung 6 mit einer nicht dargestellten Vorvakuumpumpe verbunden werden kann. In das Innere des vom Magneteisen 1 umschlossenen Ringraumes ist im Bereich des eisenfreien Spaltes 5 eine aus unmagnetischem Material bestehende Scheibe 24 angeordnet, die sich vom Spalt 5 bis zum äußeren Mantelteil des Magnetgehäuses 1 erstreckt. Die Scheibe 24 enthält eine Reihe von Radialbohrungen, die dazu dienen, auf den wirksamen Linsenbereich wirkende Eingriffe von außen her durchzuführen. Eine solche Radialbohrung bildet z.B. die Vakuumleitung 6. Der Raum 5 steht mit dem oberen Teil 7 des Hauptvakuums über eine Drosselblende 8 in Verbindung, die mit Hilfe der Schraube 9 im Polschuh 3 befestigt ist. In entsprechender Weise steht der Raum 5 mit dem unteren Teil des Hauptvakuumraumes 10 über eine Drosselblende 11 in Verbindung, die mit Hilfe des Halters 12 in den unteren Polschuh eingeschraubt ist. Die Halter 9 und 12 können aus magnetischem Material bestehen und bilden dann die inneren Teile der Polschuhe. In den Raum 5 kann von der Seite her in eine Radialbohrung der Scheibe 24 ein rohrförmiger Objekthalter 13 eingeschoben werden, der mit Hilfe der Gummidichtung 14 abgedichtet wird. Dieser Objekthalter besitzt zwei Gaskammern 15, 16, die durch das Mittelstück 17 voneinander getrennt sind. Im Bereich der Gerätachse ist am Mittelstück 17 die Objektträgerblende 18 befestigt. Die Hohlräume 15 und 16 stehen mit dem Raum 5 über die Drosselblenden 19, 20 in Verbindung, so daß das Volumen hohen Druckes des Halters über diese beiden Drosselblenden 19, 20 mit dem Vor vakuum raum 5 und dieser über die Drosselblenden 8 und 11 mit dem Hauptvakuumraum 7, ro verbunden ist. Der Objekthalter 13 kann« zum Ein- und Ausschleusen des Objektes seitlich aus dem Mikroskop entnommen werden. Bei Untersuchungen von Folien, die mit Objekten beschickt sind, kann entweder in beide Kammern 15, 16 das Prüfgas einge- _go leitet werden, oder aber man kann die Anordnung auch so betreiben, daß das Prüf gas nur in diejenige Kammer, beispielsweise die Kammer 15, eingeleitet wird, welche der mit den Objekten beschickten Folienseite zugekehrt ist, während in die andere Kammer 16 zur Vermeidung des Zerreißens der Folie ein Gegendruckgas, vorzugsweise Wasserstoff, eingeleitet wird, das bei den jeweils gegebenen Druckverhältnissen eine besonders kleine Streuung der Elektronen zur Folge hat.With the invention it is possible that the sensitive parts of the objective (the pole pieces) can remain unchanged in the microscope when the object is changed. Further features essential to the invention emerge from the treatment of the following exemplary embodiment.
Fig. Ι shows schematically a cross section through the lens of an electron microscope, which is equipped with an arrangement for examining objects irradiated with electrons at gas pressures above 20 mm Hg. The magnetic casing of the objective coil 2 is denoted by 1. 3 is the upper, 4 is the lower pole piece of the lens. Provided between the two pole shoes is an iron-free space 5, which is separated from the vacuum space and in which the effective lens area is located and which can be connected by a line 6 to a fore-vacuum pump (not shown). In the interior of the annular space enclosed by the magnet iron 1, in the area of the iron-free gap 5, a disk 24 made of non-magnetic material is arranged, which extends from the gap 5 to the outer casing part of the magnet housing 1. The disk 24 contains a series of radial bores which are used to carry out interventions acting on the active lens area from the outside. Such a radial bore forms the vacuum line 6, for example. The space 5 is connected to the upper part 7 of the main vacuum via a throttle orifice 8 which is fastened in the pole piece 3 with the aid of the screw 9. In a corresponding manner, the space 5 is connected to the lower part of the main vacuum space 10 via a throttle orifice 11, which is screwed into the lower pole shoe with the aid of the holder 12. The holders 9 and 12 can be made of magnetic material and then form the inner parts of the pole pieces. A tubular object holder 13, which is sealed with the aid of the rubber seal 14, can be pushed into the space 5 from the side into a radial bore in the disk 24. This specimen holder has two gas chambers 15, 16 which are separated from one another by the central piece 17. In the area of the device axis, the slide aperture 18 is attached to the center piece 17. The cavities 15 and 16 are in communication with the space 5 via the orifices 19, 20, so that the volume of high pressure of the holder via these two orifices 19, 20 with the front vacuum space 5 and this via the orifices 8 and 11 with the Main vacuum chamber 7, ro is connected. The object holder 13 can be removed from the side of the microscope in order to transfer the object in and out. In investigations of films which are charged with objects, either in both chambers 15, 16, the test gas einge- _go forwards are or can be the arrangement also operate so that the test gas only in the one chamber, for example the chamber 15 , is introduced, which faces the side of the film loaded with the objects, while a counter-pressure gas, preferably hydrogen, is introduced into the other chamber 16 to avoid tearing the film, which under the given pressure conditions results in a particularly small scattering of the electrons .

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den in die Kammer 5 eingeführten Objekthalter 13. Um beliebige Objektausschnitte aufsuchen zu können, besitzt der Objekthalter eine federnde Wand 21, die mit den beiden Verstellstiften 22 und 23 zusammenarbeitet. Diese Verstellstifte sind gegenüber der Achse des Halters 13 je um 120⁰ räumlich versetzt und mit von außen zu bedienenden Verstellschrauben od. dgl. versehen, so daß es möglich ist, beliebige Querbewegungen des Objektes gegenüber no der Strahlachse durchzuführen. Die Verstellstifte 22 und 23 sind ähnlich wie der Objekthalter in Radialbohrungen der unmagnetischen Scheibe 24 eingesetzt.2 shows a top view of the object holder 13 inserted into the chamber 5. In order to be able to search for any desired object sections, the object holder has a resilient wall 21 which works together with the two adjusting pins 22 and 23. This moving pins are each spatially offset from the axis of the holder 13 by 120 ⁰ and od with from the outside to use adjusting screws. Like. Provided, so that it is possible to perform any transverse movement of the object relative to no, the beam axis. The adjusting pins 22 and 23 are inserted into radial bores of the non-magnetic disk 24 in a manner similar to the object holder.

Claims

Patent claims:

i. Magnetic lens for particle beam apparatus, especially electron microscopes, with a magnet housing which encloses an annular space and which has an iron-free inside Has a gap that forms the effective lens area through the use of pole pieces, characterized in that in the interior of the annular space enclosed by the magnetic iron in the area of the iron-free gap one of un-

magnetic material existing disc is arranged, which extends from the gap to the outer shell part of the magnet housing extends and is provided with radial bores. which are used to intervene on the effective lens area from the outside perform.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that that a holder for the slide aperture can be inserted from the side through a radial bore in the disk.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that that through a radial bore in the disc adjusting rods for diaphragms lying between the pole pieces from the side are insertable.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that through a radial bore an adjusting rod for a slide aperture can be inserted from the side of the disc.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that that a channel leading to a vacuum pump is formed through a radial bore in the disc.

6. Arrangement according to claim 1, characterized in that that a channel for the passage of reagent gas is enclosed by a radial bore in the disk.

1 sheet of drawings

1 9517 4.54