DE911409C

DE911409C - Korpuskularstrahlapparat, insbesondere Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE911409C
Application number: DES10272D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Ruska
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1942-04-29
Filing date: 1942-04-30
Publication date: 1954-05-13

Description

Bei Untersuchungen von Objekten in Korpuskularstrahlapparaten kommt es mitunter darauf an, Gase oder Dämpfe während der Untersuchung an das Objekt herantreten zu lassen. Es ist zu diesem Zweck bereits vorgeschlagen worden, in der Nähe des Objektes, und zwar vorzugsweise im wirksamen iLinsenbereich der Objektivlinse, eine Kammer anzuordnen, die an einen äußeren Gasbehälter oder einen Gasentwickler angeschlossen werden kann. Da bei derartigen Anordnungen der Elektronenstrahl auf einer bestimmten Weglänge innerhalb des Apparates höheren Druck hat als der übrige Vakuumraum des Gerätes, muß dabei, insbesondere, wenn diese Wegstrecke verhältnismäßig lang ist, mit einer Verschlechterung des Auflösungsvermögens der Objektivldnse gerechnet werden.

Die Erfindung betrifft einen •Korpuskularstrahlapparat, insbesondere ein Elektronenmikroskop, mit einer Vorrichtung, die es gestattet, Objekte bei höherem Druck als im Vakuumgefäß zu untersuchen. Erfindungsgemäß ist der itm Strahlengang zwischen Objektivblende und Objekt liegende Teil des Apparates durch eine Druckabfallblende in zwei Abschnitte unterteilt, wobei der Abschnitt zwischen Objekt und Druckabfallblende an einem Gasbehälter oder Gasentwickler anschließbar ist, während an dem Abschnitt zwischen Druckabfallblende und Objektivblende Saugkanäle angeschlossen sind, durch die das Gas seitlich aus dem Strahlengang weggepumpt wird. Auf diese Weise ist es möglich, Objekte bei hohem Druck innerhalb des Gerätes zu untersuchen, ohne daß deswegen eine wesentliche Verschlechterung des Auflösiungsver-

mögens der Objektivlinse eintritt. Die Strecke im Strahlengang, auf welcher ein verhältnismäßig hoher Druck herrscht, wird nämlich mit Hilfe der Druckabfallblende auf ein Minimum verkleinert. S Man wird die Druckabfallblende möglichst nahe an das Objekt heranrücken und ihren Durchmesser etwa gleich dem Durchmesser der Objektträgerblendie wählen. Der Abstand zwischen Druckabfallblende und Objekt kann beispielsweise etwa ίο Vio mm betragen. Der erhöhte Druck tritt also dann nur auf dieser kurzen Wegstrecke ein, denn im Strahlengang hinter der Druckabfallblende wird das Gas seitlich aus dein Strahlengang weggepumpt, so daß die Strecke zwischen iDruckabfallblende und Aperturblende schon wieder einen gegenüber dem Objektraum stark verminderten Druck aufweist. Durch die Erfindung wird erreicht, daß die die Elektronen zerstreuende Gasstrecke größenordnungsmäßig kleiner ist als die Objektivlinsenbrennweite. Dadurch, daß nicht die Aperturblende des Objektivs zur Druckabfallblende gemacht wird, kann die Objektivblende an dem für die Ausblendung der Strahlen günstigsten Ort, dem bildseitigen Brennpunkt, verbleiben.

Man kann bei der praktischen Ausgestaltung der Erfindung in dem Objektivblendenträger seitliche Absaugkanäle vorsehen, die den Raum zwischen Druckabfallblende und Objektivblende mit dem Hauptvakuumraum des Gerätes verbinden. Die Erfindung kann man sowohl bai magnetischen als auch bei elektrostatischen Objektiven anwenden. Im ersten Falle wird man die Druekabfallblende vorzugsweise in einen auswechselbaren Polschuheinsatzkörper einbauen, der eine Reaktionskammer besitzt, die durch nach außen führende Kanäle mit dem Gasbehälter verbunden werden kann. Bei Anwendung der Erfindung für elektrostatische Objektive kann die OruckabfaUblende durch die dem Objekt zugekehrte Elektrode der Linse gebildet werden, so daß im felderfüllten Linsenraum schon wieder geringerer Druck als in der Kammer herrächt.

Die Erfindung kann insbesondere mit Vorteil zur Untersuchung von Objekten angewendet werden, die auf einer dünnen Trägerfolie aufgebracht sind. Diese Folie kann dann nach der Seite des Strahlerzeugers selbst schon den Abschluß der Kammer hohen Druckes bilden. Man kann die Erfindung aber auch so ausgestalten, daß den auf der Folie befindlichen Objekten das Druckgas von beiden Seiten her zugeführt wird. Um auch in diesem Falle die von den Elektrodenstrahlen durchsetzte Strecke höheren Druckes möglichst klein zu halten, wird man auch an der der Objektivblende abgewendeten Seite des Objektes eine Druckabfallblende und gegebenenfalls im Strahlengang davor noch eine zweite Blende anordnen, zwischen denen die zum seitlichen Absaugen des Gases bestimmten Kanäle angeschlossen sind; Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen.

In Fig. ι ist ein Schnitt durch den Polschuheinsatzkörper einer elektromagnetischen Objektivlinse eines Elektronenmikroskops dargestellt. Mit 1 ist der obere Polschuh, mit 2 der untere Polschuh bezeichnet. Beide Teile sind durch ein aus unmagnetischem Material bestehendes Zwischenstück 3 fest zusammengeschraubt. Die äußere Mantelfläche 4 des so gebildeten einheitlichen Polschuheinsatzkörpers ist konisch abgedreht, so daß der Körper in eine entsprechende konische Bohrung ! des magnetischen Objektivs eingesetzt werden kann. ^; Mit 5 ist die Objektpatrone bezeichnet, Sie ist in j einen Halter 6 eingesetzt, der sich seinerseits mit j der unteren ebenen Fläche 7 auf eine entsprechende ebene Anlagefläche des Polschuhes r legt. Die dem j Objektiv zugeordnete Aperturblende 8, welche vorzugsweise im bildseitigen Brennpunkt der Linse angeordnet ist, ist oben an einem Halter 9 befestigt, der in dem unteren Polschuh 2 eingeschraubt ist.

Um Objekte, die auf einer Folie 10 angeordnet sind, bei höherem Druck untersuchen zu können, ist der Polschuheinsatzkörper als Druckkammer 11 j ausgebildet. Diese Kammer kann durch Kanäle 12 mit einem äußeren, in der Figur nicht dargestellten Gasbehälter verbunden werden. An dem Kanal 13 ! kann eine Saugpumpe angeschlossen werden, durch welche die Gase aus der Reaktionskammer 11 [ wieder abgesaugt werden. Um bei diesen Untersuchungen nur eine möglichst kurze Strecke hin- go durch die Elektronenstrahlen auf hohem Druck zu j belassen, ist zwischen der Objektträgerblende 14 und der Objektivblende 8 eine Druckabfallblende 15 vorgesehen, die dem Objekt möglichst weit genähert ist. Der Durchmesser dieser Druckabfallblende entspricht etwa dem Durchmesser der Objektträgerblende 14. Die Blende 15 ist oben auf dem Polschuh 2 aufgesetzt. Die durch die öffnung der Blende 15 nach unten strömenden Gase werden aus dem Raum 16 zwischen der Blende 15 und 8 seitlich abgesaugt; zu diesem Zweck sind entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Schnitt im Halter 9 Kanäle 17 ausgespart, die mit dem Hauptvakuumraum des Apparates in Verbindung stehen.

Fig. 3 zeigt schematisch eine elektrostatische Objektivlinse. Mit 21 ist die innere, an hoher Spannung liegende Elektrode der Linse, mit 22 die obere und mit 23 die untere, vorzugsweise auf ErdpQtential befindliche Elektrode bezeichnet. Die Objektpatrone 24 trägt am unteren Ende die Objektfolie25. Wie die Figur erkennen läßt, ist so das Objekt sehr nahe an den Linsenbereich herangerückt. Der Raum 26, welcher durch die Elektrode 22 und die obere Abdeckplatte 27 gebildet wird, dient als Druckgaskammer. Mit 28 ist die Gaszuleitung, mit 29 die Saugleitung bezeichnet. In diesem Falle wirkt die Öffnung der oberen Elektrode 22 selbst als Druckabfallblende; unmittelbar im Strahlengang hinter dieser Blende werden die. durch sie hindurchtretenden Gase seitlich in Riehtung der Pfeile 30 abgesaugt.

Wie schon eingangs erwähnt wurde, kann man die Anordnung auch so durchbilden, daß den auf einer Folie od. dgl. befindlichen Objekten Druckgas von beiden Seiten her zugeführt wird. Fig. 4 zeigt hierfür schematisch ein Ausführungsbeispiel.

Claims

Mit 3i ist ein Objektträger bezeichnet, auf dem die Trägerfolie 32 befestigt ist. Dieser Objektträger kann in eine Reaktionskammer 33 von der Seite her eingesetzt werden, der das Gas durch eine Leitung 34 zugeführt wird. Bei 35 ist die Absaugleitung für das Gas angedeutet. Die mittleren Teile 36 und 37 der Reaktionskammerwandungen bilden Druckabfallblenden. Oberhalb der Blende 36 ist eine Blende 38 und unterhalb der Blende 37 eine weitere

ίο Blende 39 so angeordnet, daß das aus den Blenden 36 und 37 nach oben bzw. unten ausströmende Gas seitlich in Richtung der Pfeile 40 abgesaugt werden kann. Bei der dargestellten Anordnung kann die Blende 39 beispielsweise die Aperturblende des in diesem Falle in seinen Einzelheiten nicht dargestellten Objektivs sein. Um sehr hohe Drucke im Objektraum anwenden zu können, kann unter Umständen zwischen Objekt und Objektivblende und gegebenenfalls auch auf der anderen Seite des

ao Objektes die Anwendung mehrerer Druckabfallblenden in Betracht kommen, wobei die Zwischenräume zwischen den einzelnen Blenden durch getrennte Hochvakuumpumpen leergepumpt werden.

a₅ Patentansprüche:

ι . Korpuskularstrahlapparat, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer Vorrichtung, die es gestattet, Objekte bei höherem Druck als im Vakuumgefäß zu untersuchen, dadurch gekennzeichnet, daß der im Strahlengang zwischen Objektivblende und Objekt liegende Teil durch eine Druckabfallblende in zwei Abschnitte unterteilt ist und daß der Abschnitt zwischen Objekt und Druckabfallblende an einem Gasbehälter oder Gasentwickler anschließbar ist, während an den Abschnitt zwischen Druckabfallblende und Objektivblende Saugkanäle angeschlossen sind, durch die das Gas seitlich aus dem Strahlengang weggepumpt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabfallblende möglichst nahe an das Objekt herangerückt ist und daß ihr Durchmesser etwa dem Durchmesser der Objektträgerblende entspricht.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Objektivblendenträger seitliche Absaugkanäle vorgesehen sind, die den Raum zwischen Druckabfallblende und Objektivblende mit dem Hauptvakuumraum des Gerätes verbinden.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden für ein magnetisches Objektiv, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabfallblende in einen auswechselbaren Polschuh einsatzkörper eingebaut ist, der eine Druckkammer besitzt, die durch nach außen führende Kanäle mit dem Gasbehälter verbunden werden kann.
5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2 für elektrostatisches Objektiv, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabfallblende in der dem Objekt zugekehrten Elektrode der Linse liegt.
6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, insbesondere zur Untersuchung von Objekten, die sich auf dünnen Folien befinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas dem Objekt von beiden Seiten her zugeführt wird und daß auch an der der Objektivblende abgewendeten Seite eine Druckabfallblende und gegebenenfalls noch eine zweite Blende angeordnet sind, so daß zwischen den beiden Blenden die zum seitlichen Absaugen des Gases bestimmten Kanäle angeschlossen sind.
7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anwendung höherer Drucke im Objektraum zwischen Objekt und Objektivblende und gegebenenfalls auch auf der anderen Seite des Objektes mehrere Druckabfallblenden hintereinanderliegen, wobei die Räume zwischen den einzelnen Blenden durch getrennte Hochvakuumpumpen leergepumpt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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