DE958584C

DE958584C - Elektronenmikroskop mit quer zur Strahlrichtung auswechselbarem Polschuheinsatzkoerper

Info

Publication number: DE958584C
Application number: DEA2142D
Authority: DE
Inventors: Manfred Von Ardenne
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1944-09-06
Filing date: 1944-09-06
Publication date: 1957-02-21

Description

(XViGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 21. FEBRUAE 1957

A 214.2 VIII el 21g

Polschuheinsatzkörper

(Ges. v. 15. 7.1951)

Es ist bereits ein Elektronenmikroskop mit magnetischen Polschuhlinsen vorgeschlagen, wobei der Polschuheinsatzkörper der Linsen, also beispielsweise des Objektivs, quer zur Strahl richtung auswechselbar ist. Das Objekt, welches in einer Objektpatrone gehaltert wird, ist dabei mit der Patrone von oben her ■—■ also in der Achsrichtung — in den oberen Polschuh einsetzbar. Hier muß also beim Objektwechsel der ganze Polschuheinsatzkörper des Objektivs jedesmal aus dem Mikroskop entnommen werden.

Die Erfindung betrifft Mikroskope mit quer zur Strahlrichtung auswechselbarem Polschuheinsatzkörper. Erfindungsgemäß ist das Objekt unabhängig vom Polschuheinsatzkörper ebenfalls quer zur Strahlrichtung auswechselbar. Man erzielt auf diese Weise den Vorteil, daß nicht jedesmal beim Objektwechsel das Objektiv auch mit entfernt werden muß. Die Objektivjustierung bleibt also nunmehr beim Ein- und Ausschleusen der Objekte mit idealer Exaktheit erhalten. Trotzdem ist bei der neuen Konstruktion die Möglichkeit gegeben, das Objektiv selbst auch leicht aus- und einzuschleusen, was in allen den Fällen von besonderem Vorteil ist, wo es sich darum handelt, verschiedene Objektiveinsätze, beispielsweise Stereoeinsätze, Einsätze mit

Reaktionskammern, mit Erhitzungseinrichtungen od. dgl., wahlweise wirksam zu machen. Die Einschiebbarkeit des Objektes von der Seite her ist besonders vorteilhaft, weil beim Einsetzen und Entnehmen des Objektes nunmehr keine Objektivbewegung in axialer Richtung nötig ist, was sonst besondere Antriebe erfordert. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Bauart besteht darin, daß nunmehr der Magnetkreis der Linse mit ίο Rücksicht auf die notwendige Objektein- und -ausschleusung oder Verstellung nicht mehr geschwächt zu werden braucht, sondern ausschließlich nach den Gesichtspunkten der Herstellung eines besonders leistungsfähigen Magnetsystems bemessen werden kann.

Man wird den Objekthalter im Polschuheinsatzkörper lösbar befestigen und so ausgestalten, daß er aus diesem entnommen werden kann, während sich der Polschuheinsatzkörper in der Betriebslage ao befindet. Es empfiehlt sich, den Polschuheinsatzkörper und den Objekthalter so zu gestalten, daß der Halter nach derselben Seite hin entnehmbar ist, nach der auch der Polschuheinsatzkörper aus dem Vakuumgefäß ausgebaut werden kann. Eine Objekthalterung, die eine besonders ruhige Objektlage während der Aufnahme gewährleistet, ergibt sich, wenn man zweckmäßig als Objekthalter einen die Objektträgerblende aufnehmenden, quer zur Strahlrichtung zwischen den Polschuhen des Objektivs einschiebbaren Schlitten anwendet, der in der Betriebslage von einem Tisch gehalten wird, welcher seinerseits durch eine Feder mit dem Schlitten gegen einen Polschuh gedruckt wird. Das Objekt ist auf diese Weise am Polschuhsystem gut festgelegt. Der erwähnte Tisch kann mit Vorteil einem zum Polschuh mit Spiel angeordneten Kragen aufweisen, an dem die Objektverstellvorrichtungen angreifen. Auf diese Weise ist es möglich, die Querverstellbewegungen des Objektes durchzuführen, ohne daß unsymmetrische Schwächungen des Polschuhmaterials deswegen erforderlich sind.

Das Auflösungsvermögen günstiger Fotoschichten beträgt bei Betriebsspannungen von 60 bis 100 kV und bei schwachem Kontrast etwa 0,12 mm. Um ein Mikroskopauflösungsvermögen von 0,6 · io"*"⁶ mm ausnutzen zu können, muß daher die elektronenoptische Vergrößerung mindestens den Wert V_d = 2 · ιo⁵ erreichen. Sie muß bei den geringen Kontrasten etwa fünf- bis sechsmal so groß gewählt werden wie bei den besten bisher praktisch erreichten Auflösungswerten des Elektronenmikroskops. Das bedeutet jedoch eine etwa dreißigmal höhere beleuchtende Elektronendichte, die an sich durch eine hohe Kondensorapertur von 1,2 ■ 10—² des Objektivsystems sowie auf Kosten der Kathodenlebensdauer durch stärkeres Heizen der Kathode erzielbar ist. Als Folge davon aber ergibt sich auch eine dreißigmal höhere Objektbelastung, wenn man mit Rücksicht auf die zur Scharfstellung erforderliche Beobachtung des Endbildleuchtschirmes die gleiche Elektronendichte wie bisher auf dem Schirm verlangt. Bei einer solchen Vervielfachung der Elektronendichte in der Objektebene würden unter der Voraussetzung üblicher Folienobjekte und Objektträgerblenden mit 0,1 mm Lochdurchmesser Objekttemperaturen von weit über 1000⁰ die Regel bilden. Diese Schwierigkeiten lassen sich bei der vorliegenden Bauart dadurch vermeiden, daß in der Bohrung des dem Strahlerzeuger zugewendeten Polschuhs an einem Rohr eine Feinstrahlblende, die vorzugsweise gleichzeitig als Elektronenauf fänger zur Messung der Objektbelastung dient, befestigt ist und die unmittelbar vor der Bohrung der Objektträgerblende fest justierbar ist. Diese Feinvorblende hat den Zweck, nur gerade diejenige Fläche des Objektes zu durchstrahlen, die im Endbild wiedergegeben wird. Es läßt sich auf diese Weise eine wesentliche Absenkung der Objekttemperatur erzielen. Bei einem Endbilddurchmesser von beispielsweise 100 mm und einer elektronenoptischen Vergrößerung von 2 · 10—³ könnte die Feinvorblende theoretisch bis auf ¹Ii μ Lochdurchmesser reduziert werden, ohne daß bei richtiger Blendenjustierung eine Verkleinerung des Endbildgesichtsfeldes eintreten würde. Praktisch braucht man nicht so weit zu gehen, weil schon bei Feinvorblendendurchmessern von einigen μ und einer Leistungsdichte von beispielsweise 10 W/cm² die Objekterhitzungen in erträglichen Grenzen bleiben. Das die Feinstrahlblende go tragende Rohr wird mit Hilfe einer Einstellstange, die am Polschuheinsatzkörper gehaltert ist, zwischen zwei mit Feingewinde verstellbaren Anschlägen verschiebbar gemacht. Dabei hat die Stange eine Einstellung, in der der Strahl völlig hindurchtreten kann, und eine zweite Einstellung, in der die Feinstrahlblende selbst wirksam gemacht ist. Das kann z. B. dadurch erreicht sein, daß sich neben der die Feinstrahlblende bildenden feinen Bohrung noch eine Bohrung größeren Durchmessers befindet oder daß der Feinstrahlblenden-' körper auf einer Seite eine anderweitige Aussparung besitzt, die die Strahlen ungehindert hindurchtreten läßt. Das Rohr kann man mit Vorteil durch eine Feder gegen einen in die Polschuhbohrung eingelegten Isolierring drücken. Man erzielt auf diese Weise leicht, daß die Feinvorblende thermisch gut vom Objektträger isoliert angeordnet ist.

Damit die Feinvorblende, die einen erheblichen Teil der nicht zur Abbildung benutzten Elektronenstrahlen absorbiert, hierdurch keine kritische Aufheizung erfährt, empfiehlt es sich, nicht nur für gute Wärmeabführung zu sorgen, sondern im Strahlengang vor der Feinvorblende noch eine feste weitere Vorblende anzuwenden, die den Querschnitt des die Feinvorblende treffenden Elektronenbündels möglichst beschränkt. Eine solche Vorblende kann bei der Erfindung an einem Rohr befestigt werden, welches in das die Feinvorblende tragende Rohr hineinragt.

Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale werden in den folgenden Ausführungsbeispielen behandelt.

Die Figuren zeigen als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine für ein Elektronenmikroskop bestimmte Objektivlinse.

In Fig. ι ist ein Längsschnitt, in Fig. 2 eine Draufsicht auf die Linse dargestellt. Das Magnetsystem der Linse besteht aus den beiden kräftig gehaltenen Polkernen i, 2, auf denen die Erregerwicklungen 3, 4 sitzen. Diese Polkerne grenzen unmittelbar an den von der Seite her in das System einschiebbaren Polschuheinsatzkörper 5 an. Der äußere Magnetkreis wird durch die beiden über die Wicklungen gelegten Ouerjoche 6, 7 und zwei die Enden dieser Joche miteinander verbindende, parallel zur Strahlachse liegende Eisenteile 8, 9 geschlossen. Zum Abschluß des Vakuumraumes im Bereich des Polschuheinsatzkörpers 5 dient der aus unmagnetischem Material bestehende Ringkörper

10. Mit 11 und 12 sind die beiden mit Trockendichtungen arbeitenden Absperrventile bezeichnet, die zum Ein- und Ausschleusen des Polschuheinsatzkörpers geschlossen werden. In Fig. 2 sind bei 13 und 14 die Betätigungseinrichtungen für die Objektbewegung und bei 15 die zugeordnete Gegenfeder erkennbar.

In Fig. 3 ist der von der Seite her einführbare Polschuheinsatzkörper im Schnitt dargestellt. Fig. 4 zeigt die Ansicht dieses Körpers in Richtung des Pfeiles χ von Fig. 3. In Fig. 5 ist der Polschuhkörper selbst aufgeschnitten dargestellt, und Fig. 6 zeigt schließlich einen Teilschnitt längs der Linie A-B von Fig. 5. Die beiden Polschuhe 21 und 22 werden durch den unmagnetischen Ring 23 im gewünschten Abstand voneinander gehalten. Mit 24 ist der nach der rechten Seite hin sich erstreckende Halter des Polschuhkörpers bezeichnet. Dieser besitzt bei 25 eine Anschlagfläche und bei 26 einen Dichtungsring, der sich gegen die zugeordnete Dichtungsfläche des unmagnetischen Ringteiles 10 legt. Im Polschuheinsatzkörper lösbar befestigt ist ein Objektträgerschlitten 27, der die Objektträger-

^J blende 28 aufnimmt. Dieser Schlitten wird von der rechten Seite her in einen Tisch 29 geschoben, der seinerseits mit Hilfe einer Feder 30 gegen den oberen Polschuh 21 gedrückt wird. Mit 31 ist ein mit dem Polschuh 21 verschraubtes Ringstück aus unmagnetischem Material bezeichnet, das unten als Gleitfläche 32 für den Objektträgerschlitten 27 dient. Der Tisch 29 besitzt einen sich nach oben hin erstreckenden Kragen 33, der am Polschuh 21 mit Spiel angeordnet ist. An diesem Kragen greifen die Verstellstangen 34 für die Objektquerbewegung an. Im unteren Polschuh 22 ist eine Aperturblende 35 von beispielsweise 0,1 mm Durchmesser eingeschraubt. Unmittelbar vor dem Objekt befindet sich im Strahlengang eine gleichzeitig als Elektronenauffänger zur Messung der Objektbelastung dienende Feinvorblende 36, die an einem Rohr 37 befestigt ist. Dieses Rohr ist axial verschiebbar im Halter 38 befestigt. Das Rotor 38 seinerseits wird mit Hilfe einer Feder 39 gegen einen Gummiring 40 gedrückt, so daß die Feinvorblende thermisch gut vom Objekt isoliert ist. Mit 41 ist eine Einstellstange bezeichnet, die im Polschuheinsatzkörper 24 gehaltert ist und dazu dient, die Feinvorblende relativ zum Objekt zu bewegen.. Die Feder 39 legt sich gegen einen im Polschuh verschraubten Ring 42 an, an dem eine Vorblende 43 mit Hilfe des Rohres 44 befestigt ist. Diese Vorblende schirmt in der oben beschriebenen Weise einen wesentlichen Teil der nicht zur Abbildung benutzten Elektronenstrahlen ab. Aus Fig. 3 ist noch der Handgriff 45 zur Einrückung der Feinvorblende mit durch Feingewinde verstellbaren Anschlägen 46 sichtbar. Der Objekthalter 27 kann durch die Objektwechselöffnung 47, die sich im Deckelteil 48 befindet, nach rechts herausgezogen werden. Mit 49 ist eine Druckschraube, mit 50 die dazugehörige Druckplatte bezeichnet, welche den Objekthalter 27 dicht gegen die Platte 48 drücken. In Fig. 4 sind bei 51 die Justierschrauben für die Feinvorblende sichtbar.

Die Feinvorblende 36 befindet sich in einem solchen experimentell ermittelten Abstand vom Objekt, daß unter Mitwirkung des oberhalb der Objektebene liegenden Feldanteils der Linse gerade eine Ausblendung der beleuchtenden Elektronenstrahlung auf den Wert der günstigsten Apertur (für die hierbeschriebene Konstruktion z. B. 1,2 · io~²) eintritt. Durch diese Bemessung gewinnt man den weiteren Vorteil, daß die Einstellung auf die günstigste Kondensorapertur, die bisher erhebliche Erfahrung verlangte, sehr vereinfacht wird. Nach Einschaltung der Feinvorblende braucht in diesem Falle nur auf größte Helligkeit geregelt zu werden, damit diese wichtige Voraussetzung für bestes Auflösungsvermögen erfüllt wird. Das Vorhandensein der feinen justierbaren Blende 36 dicht oberhalb des Objektes kann auch für die Aufnahme von Feinstrahlbeugungsdiagrammen bei ausgeschalteter Linse nützlich sein.

Die richtige Einjustierung der Feinvorblende 36 kann folgendermaßen geschehen: Zunächst wird nach dem Einsetzen der Objektiveinheit in das Mikroskop die Stange 41 so eingestellt, daß die Feinvorblende noch nicht eingerückt ist. In dieser Stellung wird mit schwacher Beleuchtungsstärke und schwacher Projektivvergrößerung das Objekt durchgemustert und die später mit hoher Vergrößerung aufzunehmende Objektpartie genau in der Mitte des Endbildes justiert. Dann wird die Feinvorblende eingeschoben und ihr Mittelpunkt mit der optischen Achse des Objektivs zur Übereinstimmung gebracht. Nach richtiger Justierung gelangt das ganze Hellfeldbild durch die Bohrungen ins Projektiv. Beim Objektwechsel bleibt die Einstellung der Feinblende erhalten, da hierfür bei der neuen Konstruktion der Polschuheinsatz nicht aus dem Instrument herausgenommen zu werden braucht.

Die in Fig. 6 im Schnitt dargestellte Objekthalterung läßt sich, wie Fig. 7 zeigt, auch leicht so ausgestalten, daß man S tereoaufnahmen herstellen kann. Zu diesem Zweck besitzt der nach der Seite herausnehmbare Objekthalter 27 eine zylindrische Bohrung 52, in die eine entsprechende zylindrische Stange 53 paßt, die die Objektträgarblende 28 aufnimmt. Die Stange 53 kann, durch einen von, außen zu bedienenden Handgriff um. die Achse der zylindrischen Bohrung 52 geschwenkt werden, wobei

sich leicht die gewünschten Stereowinkel einstellen lassen.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronenmikroskop mit quer zur Strahlrichtung auswechselbarem Polschuheinsatzkörper, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt unabhängig vom Polschuheinsatzkö-rper ebenfalls quer zur Strahlrichtung auswechselbar ist.

2. Anordnung nach. Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Objekthalter im PoI-schuheinsatzkö'rper lösbar befestigt ist und aus diesem entnommen werden kann, während sich

!5 der Polschuheinsatakörper in der Betriebslage befindet.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Objekthalter nach derselben: Seite hin enitnehmbar ist, nach der auch der Polschuheinsatzkörper aus dem Vakuumgefäß auszubauen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Objekthalter ein die Objektträgerblenide aufnehmender, quer zur Strahlrichtung- zwischen den Polschuhen einschiebbarer Schlitten dient, der in der Betriebslage! von· einem Tisch gehalten wird, welchen· seinerseits eine Feder mit dem Schlitten gegen einen Polschuh drückt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch einen zum. Polschuh mit Spiel angeordneten Kragen besitzt, an dem die Objektverstellvorrichtungen angreifen.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung des dem Strahlerzeuger zugewendeten Polschuhs an einem Rohr unmittelbar vor der Bohrung der Objektträgerblende eine Feinstrahlblende, die vorzugsweise gleichzeitig als Elektronenauffänger zur Messung der Objektbelastung dient, befestigt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinstrahlblende in Richtung der Mikroskopachse justierbar oder ihr Durchmesser so· gewählt ist, daß sich unter Berücksichtigung des auf der Kondensorseite liegenden Objektivfeldanteils als maximale Kondensorapertur in der Objektebene der für das Auflösungsvermögen günstigste Wert ergibt.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Feinstrahlblende tragende Rohr mit Hilfe einer Einstellstange, die am Polschuheinsatzkörper gehaltert ist, zu verschieben ist.

9. Anordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder das die Feinstrahlblende tragende Rohr gegen einen in die Polschuhbohrung eingelegten Isolierring drückt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feder gegen einen im Polschuh verschraubten Ring legt, an dem eine Vorblende befestigt ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorblende an einem Rohr befestigt ist, welches in das die Feinvorblende tragende Rohr hineinragt.

12. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Objektträgerblende aufnehmende Objekthalter zur Herstellung· von Stereo aufnahmen im Schlitten um eine durch die Objektebene hindurchgehende, quer zur Strahlrichtung liegende Achse schwenkbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schwedische Patentschrift Nr. 109 709.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen