DE965057C - An der Hochvakuumpumpe arbeitendes elektronenoptisches Geraet - Google Patents

Description

Bei Elektronenmikroskopen ist es bekannt, den Bereich des Strahlenganges, in dem sich das zu untersuchende Objekt während des Betriebes befindet, als Reaktionskammer auszubilden, der von außen her Gase oder Dämpfe zugeführt werden, die während des Betriebes des Mikroskops mit den zu untersuchenden Objektartikeln chemisch reagieren. Derartige Reaktionskammern werden also vom Elektronenstrahl durchsetzt, und es muß dafür gesorgt werden, daß das mit höherem Druck zugeleitete Reaktionsgas das für den ordnungsgemäßen Betrieb der Röhre erforderliche Hochvakuum nicht allzu sehr verschlechtert. Es ist daher üblich, die Reaktionskammer gegenüber den übrigen Innenteilen des Elektronenmikroskops durch enge Drosselblenden abzuschließen, die das Reaktionsgas nur ganz langsam in den Vakuumraum einströmen lassen und durch die gleichzeitig die abbildenden Elektronenstrahlen hindurchtreten. Bei diesen bekannten Anordnungen steht das in die Kammern eingeführte Reaktionsgas verhältnismäßig still, da es ja nur durch die beiden feinen Blenden abströmen kann. Eine intensive Kühlwirkung durch das Gas ist bei diesen bekannten Anordnungen beispielsweise nicht ohne weiteres zu erwarten. Es ist ferner bekannt, an die vom Strahl durchsetzte Reaktionskammer eine besondere Absaugleitung anzuschließen, an die getrennte Hochvakuumpumpen angeschlossen werden. Mit dieser Anordnung kann man erreichen, daß sich die durch das Vor-

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handensein des Reaktionsgases mögliche Vakuumverschlechterung nicht aus den Hochvakuumraum des Mikroskops erstreckt. Bei der bekannten Anordnung ist jedoch für diesen Zweck neben der für den Betrieb des Apparates benötigten Hochvakuumpumpe noch mindestens eine zweite, besondere Hochvakuumpumpe nötig.

Die Erfindung betrifft ein an der Hochvakuumpumpe arbeitendes elektronenoptisches Gerät, insbesondere ein Elektronenmikroskop, mit einer vom Elektronenstrahl durchsetzten Kammer, in der während des Betriebs der Röhre ein höherer Druck als im übrigen Vakuumraum aufrechterhalten wird. Erfkidungsgemäß wird an die Kammer zur Auf rech terhaltung eines bestimmten Druckes eine besondere, zur Vorvakuumpumpe der Anlage führende Leitung angeschlossen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß eine besondere, zweite Hochvakuumpumpe nicht notwendig ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es bei der üblichen Anordnung von dem Strahldurchtritt dienenden, hinreichend feinen Blenden gelingt, schon mit der für die Anlage ohnehin nötigen Vorvakuumpumpe einen solchen Druck in der Kammer höheren Druckes einzuregeln, daß eine wesentliche Beeinträchtigung des Druckes im Hochvakuumteil der Röhre nicht eintreten kann. Die bei der Erfindung angewendete Vorvakuumpumpenleitung ermöglicht es, das in die Kammer eingeführte Gas in einem intensiven Strom, der durch die Kammer quer zum Elektronenstrahlengang verläuft, abzusetzen. Ein solcher Querstrom des Gases kann für die verschiedensten, bei elektronenoptischen Geräten auftretenden Probleme mit Vorteil benutzt werden. So ist es beispielsweise möglich, mit einer Anordnung nach der Erfindung eine intensive Kühlung des Objektes während des Betriebes durch das in die Objektkammer eingeleitete Gas durchzuführen. Da die Untersuchung insbesondere von strahlenempfindlichen Objekten vielfach daran scheitert, daß es nicht gelingt, die in dem bestrahlten Objektbereich entstehende Wärme ausreichend rasch abzuführen, kann die Erfindung in dieser Beziehung die erforderliche Abhilfe bringen. Um die Kühlung in diesen Fällen besonders intensiv zu gestalten, ist 4-5 es vorteilhaft, die Zufuhrleitung für das Gas nach der weiteren Erfindung als Düse auszubilden, deren Öffnung sich in unmittelbarer Nähe des Objektbereiches befindet. Das Gas strömt bei einer solchen Anordnung besonders stark über die zu kühlenden Objektteile und wird dann während des Betriebes laufend durch die besondere Pumpenleitung abgesaugt. Die bei der Erfindung angewendete besondere Pumpenleitung wird man mit Vorteil an die in der Anlage ohnehin vorhandene Vorvakuumpumpe anschließen.

Bei Anwendung der Erfindung kann man auch ein: anderes Problem in Angriff nehmen, nämlich solche Objekte zu untersuchen, die sich in Luft befinden müssen. In diesem Falle wird man gemäß der Erfindung die mit der Außenluft in Verbindung stehende Objektkammer durch zwei enge Strahldurchtrittsblenden gegenüber einer an die Vorvakuumleitung angeschlossenen, beispielsweise zwischen den Polschuhen gebildeten Kammer abschließen. Durch die Zwischenschaltung der auf Vorvakuumdruck stehenden Kammer zwischen die unter Atmosphärendruck stehende Objektkammer und die unter Hochvakuum stehenden Räume der Mikroskop röhre gelingt es, bei entsprechender Abmessung dieser Kammern auf einer verhältnismäßig kurzen Strahllänge den Atmosphärendruck aufrechtzuerhalten.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ergibt sich für das Einbringen von Objekten in Elektronenstrahlgeräte dadurch, daß erfindungsgemäß im Strahlengang ein Objekttisch quer verschiebbar ist, der die Abdichtung der Röhrenteile an dieser Stelle des Strahlenganges bewirkt, wobei in den Röhrenteilen vor und hinter dem Objekttisch enge Drosselblenden angeordnet sind und die im Tisch vorgesehene, für die Aufnahme der Objekte bestimmte Bohrung in der Betriebsstellung mit einer zur Vorvakuumpumpe führenden Leitung verbunden ist. Eine solche Vorrichtung zum Einbringen von Objekten kann also ohne Anwendung \On Schleusen arbeiten, und trotzdem kann sich der Objekttisch derart außerhalb des Vakuumgefäßes befinden, daß die Kreuztischverschiebung für diesen Tisch im Gegensatz zu den, bisher üblichen Objekttischkonstruktionen bei Elektronenmikroskopen genau so einfach gebaut werden kann wie beim Lichtmikroskop, da die Verschiebeeinrichtung bei der Einrichtung nach der Erfindung außerhalb des Vakuumraumes liegt.

Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale werden in den folgenden Ausführungsbeispielen behandelt. Fig. 1 zeigt eine A^orrichtung zur Kühlung von Objekten in Elektronenmikroskopen. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein magnetisches Objektiv, das mit einem Polschuhsystem ausgerüstet ist. Gegen den oberen Polschuh wird die Objektpatrone P gedrückt, die in ihrem unteren Teil eine Drosselblende B1 und die Objektträgerblende 0 aufnimmt. Im unteren Polschuh ist eine Drosselblende B 2 vorgesehen. Durch die Blenden B ι und B 2 wird die zwischen den beiden Polschuhen gebildete Kammer hinreichend abgeschlossen, so· daß bei Einführung von Kühlluft in die Kammer durch die Leitung L und die Düse D keine zu große Verschlechterung des Vakuums in den übrigen Vakuumräumen des Mikroskops eintritt. Mit VV ist die zur Vorvakuumpumpe führende, gemäß der Erfindung angewendete Absaugleitung bezeichnet, die der in die Objektkammer eingeführten Kühlluft einen Weg quer zum Strahlengang aufzwingt. Durch die düsenförmige Ausgestaltung der Zuluftleitung D wird die Kühlluft !besonders intensiv gegen den Unterteil der Objektträgerblende geblasen, an der sich der Objektträger film befindet. Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der an Stelle einer Objektpatrone ein von der Seite her zwischen die Polschuhe einschiebbarer Objektblendenhalter H ι angewendet wird, ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Zur Abdichtung der Objektkammer gegenüber den oberen und unteren Teilen des Mikroskopinnenraumes dienen hier die beiden Drosselblenden B 2 und B 3, die in die Pol-

schuhe eingesetzt sind. Die Luftzufuhrleitung D ist bei dieser Ausführungsform durch die Absaugleitung VV hindurchgeführt.

Eine Ausführungsform der Erfindung, die dazu S dienen kann, Objekte zu untersuchen, die sich in Luft befinden müssen, ist in Fig. 3 schematisch angedeutet. Die Objektträgerblende O ist hier zwischen zwei Drosselblenden B 4 und B 5 in ein Halterohr eingesetzt, das als Luftzufuhrleitung L ausgestaltet ist und mit der Außenluft in Verbindung steht. Entsprechende Luftzufuhrschlitze sind in den Blenden B 4 und B 5 vorgesehen. Dieser Objekthalter H2 ragt in die zwischen den beiden Polschuhen gebildete Objektkammer hinein, die ihrerseits mit der Vorvakuumpumpe in Verbindung steht.

Durch Anwendung der in Fig. 4 dargestellten Anordnung, bei der die beiden, Blenden B 6 und B¹/ ohne Zwischenfügung einer Objektträgerblende in Anwendung kommen, können Beugungsuntersuchungen von in gasförmigen Mitteln schwebenden Objekten gemacht werden, wenn man die gasförmigen Mittel mit den Objekten durch die Leitung L zuführt. Der bei Fig. 4 dargestellte Halter H2 wird für solche Untersuchungen an Stelle des entsprechenden Halters in die Objektkammer der Fig. 3 eingeführt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen schließlich schematisch als Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie man das Prinzip, eine Objektkammer anzuwenden, die 'an die Vorvakuumpumpe angeschlossen ist, dazu benutzen kann, eine einfache Vorrichtung zum Einbringen von Objekten zu schaffen, die ohne Anwendung von Schleusen arbeitet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist mit Λ der Strahlerzeuger, mit Ob das Objektiv, mit Pr des Projektiv des Elektronenmikroskops bezeichnet. Zur Erregung beider Linsen dient eine magnetostatische Anordnung mit einem E-förmigen Jochmagnetsystem, wobei der Mittelschenkel NS als Permanentmagnetstab ausgebildet ist. Mit HV sind die Anschlußleitungen der Hochvakuumpumpe, mit VV ist eine Leitung bezeichnet, die zur Vorvakuumpumpe führt. Zwischen den beiden Polschuhen des Objektivs ist ein Objekttisch T quer verschiebbar, der eine Bohrung Bo besitzt, die das Objekt O aufnimmt und eine zweite Bohrung Be aufweist, die gemäß Fig. 6 dann zwischen die beiden Polschuhe geschaltet ist, wenn der Objekttisch T zum Objektwechsel nach rechts verschoben ist. Zum Einführen des Objektes wird der Tisch T aus der in Fig. 6 dargestellten Lage so weit nach links verstellt, bis das Objekt sich im Strahlengang befindet. In jeder der beiden Endlagen des Objekttisches ist die Vorvakuumleitung VV an die Bohrung Bt bzw. Bo angeschlossen, so daß der Bereich des Mikroskops zwischen den beiden in die Objektivpol schuhe eingesetzten Blenden B 2 und B 3 ständig an der Vorpumpe liegt. Die Gleitflächen des Tisches T und der Polschuhe sind entsprechend fein bearbeitet und gegebenenfalls mit Vakuumfett geschmiert, so daß hier eine hinreichende Abdichtung des Vorvakuums nach außen möglich ist. Die Bohrung Be kann auch so ausgestaltet sein, daß an dieser Stelle eine zweite Objektträgerblende eingesetzt werden kann. Der dargestellte Objekttisch erhält neben der für das Einbringen der Objekte in den Strahlengang benötigten Querverstellbewegung noch die üblichen Feinverstellmittel, um den interessierenden Objektbereich während des Betriebes absuchen zu können. Wesentlich für die Erfindung ist es in diesem Falle, daß sich der Objekttisch außerhalb des Vakuumgefäßes befindet, so daß die Kreuztischbewegung für die zuletzt erwähnte Querverschiebung so einfach gebaut sein kann wie beim Lichtmikroskop, da hierbei keine Verstelltriebe durch die Vakuumwand in den Innenraum der Röhre eingeführt werden müssen.

Die bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung zur Anwendung kommenden engen Drosselblenden können solche Blenden sein, wie sie als Objektträgerblenden in Elektronenmikroskopen üblich sind. Der Blendendurchmesser kann in der Größenordnung von 20 bis 70 μ liegen.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. An der Hochvakuumpumpe arbeitendes elektronenoptisches Gerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer vom Elektronenstrahl durchsetzten Kammer, wobei die Strahldurchtrittsöffnungen durch Drosselstellen gebil-.det werden, welche während des Betriebes der Röhre in der Kammer einen höheren Druck als im übrigen Vakuumraum aufrechtzuerhalten gestatten, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kammer zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Druckes eine besondere, zur Vorvakuumpumpe der Anlage führende Leitung angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1 zur Untersuchung von Objekten, die betriebsmäßig durch Zuführung von Gasen, Dämpfen u. dgl. chemischen Reaktionen unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer eine Zufuhrleitung für das Gas und eine an die Vorvakuumpumpe angeschlossene Absaugleitung besitzt.

3. Anordnung zur Zufuhr von Kühl- oder Reaktionsgas für die Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung für das Gas als Düse ausgebildet ist, deren öffnung sich in unmittelbarer Nähe des Objektbereiches befindet.

4. Anordnung zur Untersuchung von in Luft befindlichen Objekten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Außenluft in Verbindung stehende Objektkammer durch zwei enge Strahldurchtrittsblenden gegenüber einer an die Vorvakuumleitung angeschlossenen, z. B. zwischen den Polschuhen gebildeten Kammer abgeschlossen ist.

5. Anordnung zur Einbringung von Objekten

in Elektronenstrahlgeräte ohne Unterbrechung des Vakuumbetriebes nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß im Strahlengang ein Objekttisch quer verschiebbar ist, der die Abdichtung der Röhrenteile an dieser Stelle des Strahlenganges bewirkt, in den Röhrenteilen vor und hinter dem Objekttische enge Drosselblenden angeordnet sind und die im Tisch vorgesehene, für die Aufnahme der Objekte bestimmte Bohrung in der Betriebsstellung mit einer zur Varvakuumpumpe führenden Leitung verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 696 999, 659 092; schweizerische Patentschrift Nr. 233 969; Ar denn e, »Elektronen-Übermikroskopie«, Verlag Julius Springer Berlin, 1940, S. 258.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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