WO2012123216A1 - X-ray spectroscopy device - Google Patents

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WO2012123216A1
WO2012123216A1 PCT/EP2012/052754 EP2012052754W WO2012123216A1 WO 2012123216 A1 WO2012123216 A1 WO 2012123216A1 EP 2012052754 W EP2012052754 W EP 2012052754W WO 2012123216 A1 WO2012123216 A1 WO 2012123216A1
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electron
light
electron source
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Evangelos Papastathopoulos
Holger Wegendt
Lucian Stefan
Christian Thomas
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Carl Zeiss Microscopy Gmbh
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    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2445—Photon detectors for X-rays, light, e.g. photomultipliers

Definitions

  • the invention relates to a device for the spectroscopic evaluation of X-radiation in the analysis of a sample.
  • the X-radiation is produced by the interaction of an electron beam with the sample material.
  • the inventive device is particularly suitable for elemental analysis and element qualification in material microscopy, z. In metallurgy and particle analysis.
  • the elemental analysis is a method for controlling the purity of metallic and non-metallic material by determining the elements contained therein, such as carbon, hydrogen, nitrogen or sulfur. A distinction is made between qualitative elemental analysis, in which only the constituents are determined, and quantitative elemental analysis, in which the mass fractions of the found elements are determined.
  • EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
  • XRF quential X-ray fluorescence analysis
  • LIBS laser induced breakdown spectroscopy
  • US Pat. No. 6,452,177 B1 describes an electron beam-based material analysis system which is particularly suitable for investigations under atmospheric pressure. Disadvantageously, no light microscopic observation of the sample is possible with this system. Furthermore, the sample area, in which the material analysis takes place, with an analysis point diameter> 100 ⁇ relatively large, so closely spaced structures with a size over 100 ⁇ can not be distinguished from each other. In addition, there is no shielding for the X-radiation, and the time for a measurement is relatively large.
  • the object of the invention is to develop a device for sample analysis by X-ray spectroscopy of the type described above so that the analysis of a sample can be made immediately after or during the light microscopy enlarged representation of the sample. Another object is to avoid the continuous supply of the gas. According to the invention, such a device comprises
  • an electron source from which an electron beam can be aligned with a region of the specimen selected by means of the light-microscopic arrangement
  • an X-ray detector designed to detect the resulting by the interaction of the electron beam with the sample material X-ray radiation
  • Means are provided, through which the sample area to be analyzed
  • a shield is present, which covers the measuring range at least during the
  • the shield is formed as a U-shaped housing and arranged in the device that the opening of the U-shape seen in the direction of gravity is down.
  • the housing forms an upwardly closed measuring chamber, from which a protective gas, which is lighter than air and in the presence of which the sample is examined, can not escape.
  • a protective gas which is lighter than air and in the presence of which the sample is examined.
  • a further advantage results from the fact that due to this embodiment according to the invention a complete, hermetic isolation of the measuring point from the surrounding atmosphere - in contrast to the prior art - is no longer absolutely necessary.
  • a hermetic shield can be provided by appropriate design of the sample support or by additional shielding.
  • an evaluation unit which analyzes the X-ray radiation spectrally
  • a control unit which generates control commands for the light-microscopic arrangement, the electron source, the X-ray detector and the evaluation unit so that the automation of the sample analysis can be carried out as far as possible.
  • the measurement range for the spectroscopic measurement phase is determined on the basis of the light-optical measurement of the sample.
  • the device according to the invention In contrast to the prior art, it is possible with the device according to the invention to carry out both the light microscopic and the electron beam excited examination, without a significant interruption of the workflow is required because of a change between two locally separate devices. As a further advantage, no vacuum environment is required in the X-ray analysis with the device according to the invention, since the sample is examined in the presence of a protective gas under or near ambient pressure.
  • helium as a protective gas in this context allows - both due to the weak scattering of electrons and due to the lower absorption of low-energy X-radiation - the implementation of EDX elemental analysis with a spatial resolution in the range of 1 ⁇ ⁇ 100 ⁇ , while the propagation distance of the electrons or the distance between the sample and the electron source is in the millimeter range. Due to this uncritical positioning of the sample to the electron source higher throughput rates in the analysis of a series of samples are possible with the device according to the invention.
  • the device according to the invention is equipped with adjusting devices for displacing the sample relative to the observation beam path of the light-microscopic device, to the electron beam and to the X-ray radiation detector.
  • the adjusting devices are connected to the control unit and the evaluation unit, so that, depending on the task underlying the analysis and the observation and / or analysis result, setting commands for moving the sample or for displaying the result of the analysis can be generated and output.
  • the device according to the invention can be equipped with means for focusing or collimating the electron beam onto the selected region of the sample.
  • an optoelectronic arrangement preferably consisting of a light source or a laser source and a photodetector arranged in the reception area of the laser light, should be provided.
  • a laser-optical aiming beam in the visible wavelength range, it is easy to mark or calibrate the electron impact location on the specimen.
  • a phosphorescent element may be used for the same purpose.
  • the electron source and the X-ray detector can be designed as an EDX analysis module.
  • the spot size of the focused on the sample electron beam is 5 ⁇ to 100 ⁇ , and the working distance and the distance of the last component of the electron source to the sample is in the measuring position or during the measurement phase 500 ⁇ to 2000 ⁇ . Both components are fixed and connected to a measuring chamber.
  • the selected sample area is centered under the electron source and the X-ray spectrum is automatically evaluated.
  • the sample is thereby displaced relative to the light-microscopic arrangement and the analysis module with the aid of a sliding table, which can preferably be automatically positioned in the coordinates ⁇ , ⁇ , ⁇ .
  • the coordinates of the selected sample area for analysis are identified on the basis of the light microscopic image.
  • this sample area is positioned under the fixed electron source and irradiated to perform the measurement according to the measurement task.
  • a laser range finder or at least one light barrier is provided to avoid collision of the sample with the electron source.
  • This protective arrangement is designed with a measuring accuracy in the micrometer range and is preferably coupled to a cut-off mechanism which optionally stops the relative movement between the sample and the electron source.
  • the sample is shielded from the environment during the analysis by the shield.
  • an aperture can additionally be provided for safe shielding of the X-ray radiation.
  • a gas for example Helium
  • the supplied gas displaces the air present in the chamber volume, which causes a smaller scattering of the electron radiation and absorption of the detection radiation with a constant ambient pressure and with which the spatial resolution and the detection efficiency of the device can be optimized.
  • helium is lighter than the atmospheric air, due to the downwardly open shape of the measuring chamber, the supplied helium remains trapped in the measuring chamber and does not constantly have to be refilled even slightly.
  • a reduction of the air atmosphere within the shield to, for example, 1 to 300 hPa conceivable.
  • the partial evacuation in a similar way as a protective gas atmosphere, ensures a reduced scattering of the electrons and absorption of the detection radiation.
  • the shield is advantageously provided with a closing control mechanism, for example comprising sensors in the form of inductive proximity switches, which control the approach of the underlying plate or the shielding sample carrier and ensure via the control unit that the electron source is switched on only when the shield is completely closed can be.
  • a closing control mechanism for example comprising sensors in the form of inductive proximity switches, which control the approach of the underlying plate or the shielding sample carrier and ensure via the control unit that the electron source is switched on only when the shield is completely closed can be.
  • the radiation shielding is effected by the proximity of the U-shaped upper part of the chamber to the sample carrier, which can be designed, for example, as a sample table.
  • the mutually facing surfaces of the chamber and sample carrier are advantageously designed flat.
  • the chamber is dimensioned larger than the sample carrier, and this is thus placed from below in the chamber.
  • the sample carrier has a centrally arranged device for receiving the sample, which can be designed to be height-adjustable.
  • the chamber facing surface of this device is raised relative to the peripheral sample support surfaces.
  • this device in the Z direction that is, in the direction of the optical axis, be made movable in such a way that the chamber facing surface of the central device relative to the peripheral sample carrier surfaces is raised and lowered.
  • this device is dimensioned so that it can be placed from below in the chamber.
  • the sample table projects beyond the chamber, so that upon closing the chamber comes into contact with the peripheral surfaces of the sample holder.
  • the U-shaped part of the measuring chamber is equipped with movable mechanical elements, which allow a complete closure of the measuring chamber, as will be explained in more detail below.
  • the electron source in the region between the exit position of the electrons and the point of impact on the sample is equipped with an electron-permeable membrane, which consists for example of Si 3 N 4 .
  • the distance between the membrane and the sample surface is, for example, 0.1 mm to 2 mm.
  • means for analyzing selected regions of the sample with ions which, starting from an ion source, serve to excite the sample substance instead of the excitation with electrons.
  • Another conceivable variant is the investigation of the luminescence generated by the electron beam in the sample with the aid of a luminescence detector via the light microscope, but also of a separate detector.
  • a microscopically small sample area can be analyzed in a spatially resolved manner, wherein a point analysis is possible within a few seconds due to the intended beam strengths.
  • the arrangement according to the invention has the following advantages:
  • the sample remains unaffected during elemental analysis. This is an advantage with respect to the study of unstable samples such. B. of particle filters for the residual soil analysis.
  • FIG. 1 shows the basic structure of the device according to the invention for the direct X-ray spectroscopic analysis of a sample 1 including a light-microscopic arrangement for the visual selection of a sample region to be analyzed.
  • a microscope objective 2 and its optical axis 17 are shown by the light-microscopic arrangement.
  • Light microscopes and their beam paths are known per se and therefore require no further explanation at this point.
  • FIG. 1 also shows an electron source 3 which emits an electron beam 4 which is directed onto an area of the sample 1 to be analyzed. Owing to the interactions of the electron beam 4 with the sample material, X-radiation 5 is produced, which is characteristic for the element-specific composition of the sample 1 within the interaction volume.
  • the X-ray emission emanating from the sample 1 during electron irradiation is analyzed spectrally with an X-ray detector 6.
  • X-ray detector 6 can For example, a cooled Si (Li) detector or silicon drift detector can be used.
  • the X-ray detector 6 is brought as close as possible to the electron impact point, so that the X-ray radiation is detected from a large solid angle.
  • the electron source 3 is made compact. It consists of an electron emitter and an electrode arrangement for accelerating and focusing the electron beam.
  • the electron energy is advantageously 0.1 to 30 KeV.
  • a length of a simple electrode arrangement of ⁇ 3 mm is sufficient. Free electrons are generated in an electron emitter, for example, which are then accelerated along the acceleration path and concentrated in a single lens before they exit through the aperture. In a very simplified embodiment, it is also possible to dispense with the single lens by cutting off the electron beam 4 only through the aperture, although a smaller current is to be accepted.
  • the electron optics may, for example, consist of a layer system of conductive and insulating layers, wherein the conductive layers are set to different potentials, so that the free electrons are bundled, accelerated and focused by the resulting fields.
  • the electron beam 4 are compared to a scanning electron microscope not so high demands.
  • a beam width of a few micrometers is sufficient, since the spatial resolution, which is determined by the interaction volume, is usually not better due to the energy used for the analysis.
  • the electron beam 4 can remain aligned with the sample during the measuring phase and does not have to be scanned over the sample 1, which means a reduction of the technical complexity.
  • Within the electron source 3 there is a vacuum, so that free electrons can be generated and used with as few scattering processes as possible for the excitation of X-radiation.
  • the electron source 3 is preferably located in an encapsulated vacuum tube, which is kept in a high vacuum state.
  • the electron source 3 is designed in such a way that the generation of the free electrons takes place in the upper region, which is then focused towards the lower end by means of an electron optics or shaped with the aid of at least one aperture to the intended beam diameter. Finally, the electrons will leave the electron source 3 through a suitable device, for example through a Si 3 N 4 membrane.
  • the distance between the sample 1 and the exit opening of the electrons, such as a membrane, is for example 0.5 mm.
  • the electron source 3 can be arranged to be movable in the direction of the sample 1. The reverse variant is possible.
  • a regulation of this distance can be provided. For example, for conductive samples 1, this distance may be controlled based on electrical resistance or impedance measurement.
  • the X-ray radiation 5 is detected by means of the X-ray detector 6.
  • the output signal of the X-ray detector 6 is applied to an evaluation unit (not shown) and is analyzed there by means of suitable software, after which a classification of, for example, determined particles or inclusions in metal samples is carried out. Finally, the corresponding element distribution in the analyzed sample area can be visually perceptible displayed on a monitor or stored as a measurement protocol or printed output.
  • the entire system is controlled by a central processing unit that controls the light microscope assembly and receives and processes its data.
  • this arithmetic unit is also connected to the electron source 3, the X-ray detector 6 and the drives for a carriage 10 which can be moved in the coordinates X, Y and Z, on which a sample table 7 with the sample 1 is located.
  • Sample table and slide can also be formed into a structural unit fused (not shown).
  • the electron source 3 and the X-ray detector 6 are enclosed by a housing 8 and thus designed as an EDX analysis module. As shown in FIG. 1, the housing 8 is provided with an opening 9 arranged at the bottom as seen in the direction of gravity.
  • the sample table 7 with the sample 1 is moved out of the region of the microscope objective 2 and displaced in the direction X until the region of the sample to be analyzed 1 in the optical axis 1 1 of the electron source 3 is located.
  • the drive of the carriage 10 is then controlled so that its displacement in the direction Z is carried out until the surface of the sample is immersed in the helium atmosphere.
  • a minimum distance between the housing 8 and the sample table 7 is present to ensure the mobility of the sample during the spectroscopic measurement phase.
  • the opening 9 is not completely closed by the sample table 7.
  • the measurement volume within the housing 8 remains shielded anyway, since the height the specimen surface is higher than the lower edge of the U-shaped housing 8.
  • the profile of the specimen stage may be peripherally lowered to provide more effective shielding. With this shield, the electron source 3, the X-ray detector 6, and the sample area to be analyzed are sufficient but not completely separated from the surrounding free atmosphere.
  • a control mechanism can thereby ensure an automatic and secure closure of the shield and only switch on the electron source 3 or start the sample analysis only if the closure has taken place correctly.
  • the range for the X-ray analysis is fixedly connected to the light microscopic arrangement, and the moving distance of the carriage 10 in the direction X always corresponds to the distance between the optical axis 17 of the microscope objective 2 and the optical axis 1 1 of the electron source 3.
  • the under the microscope objective 2 selected sample area with the analyzed sample area is identical.
  • one or more locations of the sample at which e.g. different particles or inclusions are located automatically, for example via an image recognition software, or manually identified, whereby the coordinates (X, Y and / or Z) of the sample sites are detected. These are then analyzed sequentially spectroscopically. Fast movements are possible by using adjusted limit switches.
  • sample surfaces can be detected manually or automatically by means of a series of overlapping images and calculated by the processing unit into a tiled image. It is also possible to detect the coordinates of points of interest found on a tile image and then to analyze them sequentially spectroscopically.
  • the device according to the invention is optionally equipped with a gas supply 12, which is provided in particular for charging the volume within the closed housing 8 with helium in order to effect a small scattering of the electrons.
  • the feed takes place via a line 13 from a gas reservoir, not shown, through an outer wall of the housing 8.
  • a valve 14 is arranged, which is controlled by the control unit of the arrangement.
  • FIG. 2 shows a variant of the exemplary embodiment explained above with reference to FIG.
  • the same reference numbers are used again for the same assemblies, which have already been explained with reference to FIG. 1, in FIG. 2 - and also subsequently in FIGS. 3 and 4.
  • the EDX analysis module is connected to a shield in the form of an annular telescope housing 16, which is designed so that before the start of the sample analysis due to the relative movement between the EDX analysis module and the carriage 1 0, a closure of the volume within the housing 8 with higher security.
  • a seal 18 is additionally provided here.
  • the seal may be elastic, for example made of rubber as a circumferential sealing ring or, for example, as a brush seal. Any other design is possible as well.
  • the light barrier formed by a light source 19 and a photodetector 20 and associated with the arithmetic unit and at least one traversing device of the carriage 10, the specimen table 7 and / or the preferably central device arranged inside the specimen table therefore becomes an automatic control of the positioning taken care of the sample area to be analyzed.
  • the light barrier is expediently arranged at a minimum distance below the outlet opening. As soon as the light barrier registers an approaching obstacle, the movement device is stopped via the computing unit.
  • the light barrier can also serve or also serve to optimally position the sample area to be analyzed in the focus of the electron beam 4.
  • the electron source 3 is only turned on and the sample analysis is only started when the sample 1 is positioned in the focus of the electron beam 4.
  • a gas supply 12 is optionally available for the purpose already described.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment in which the EDX analysis module is constructed in such a miniaturized manner that the sample analysis can be carried out while the sample 1 is still in the position under the microscope objective 2.
  • a closing device here again an annular telescopic housing 16 is provided with a seal 18.
  • the irradiation of the electrons takes place by means of a channel 21 through the telescope housing 1 6 therethrough.
  • the x-ray radiation 5 passes through the channel 21 to the x-ray detector 6.
  • a gas supply 12 is likewise optionally present here.
  • the electron source 3 is only switched on and the sample analysis is only started if the closure has been carried out correctly.
  • FIG. 4 shows an embodiment variant of the embodiment explained above with reference to FIG. 3, in which, however, a housing 22 fixedly connected to the carriage 10 is provided. which surrounds the sample 1 and through the outer wall of the channel 21 is passed. Likewise, a gas supply 12 is passed through the outer wall of the housing 22.
  • the housing 22 has an opening at the top, which is closed with a cover 23 when the carriage 10 is moved in the direction Y, so that in this case too, a sufficiently closed measuring volume is formed.
  • the electron source 3 is only switched on and the sample analysis is started only when the closure has been carried out correctly.
  • an aperture 24 is still present here, which further increases the effect of shielding against the emission of X-radiation.

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Abstract

The invention relates to a device for spectroscopically evaluating X-ray radiation (5) when analysing a sample (1). In this case, the X-ray radiation (5) is produced from the interaction between an electron beam (4) and the sample material. The device according to the invention is particularly suitable for analysing and qualifying elements during materials microscopy, for example in metallurgy and particle analysis. According to the invention, such a device comprises: - an optical microscope arrangement for observing the sample (1), an electron source (3) which can orient an electron beam (4) with respect to a region of the sample (1) selected using the optical microscope arrangement, and an X-ray detector (6) designed to detect the X-ray radiation (5) produced by the interaction between the electron beam (4) and the sample material, wherein means are provided, as a result of which the sample region to be analysed is in the focal plane of an objective of the optical microscope arrangement during an observation phase and is in the region of the electron beam (4) and in the reception range of the X-ray detector (6) during a measuring phase, and a screen in the form of a U-shaped housing (8) is present.

Description

Titel  title
Einrichtung zur Röntgenspektroskopie  Device for X-ray spectroscopy
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur spektroskopischen Auswertung von Röntgenstrahlung bei der Analyse einer Probe. Die Röntgenstrahlung entsteht dabei aus der Wechselwirkung eines Elektronenstrahls mit dem Probenmaterial. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist insbesondere geeignet zur Elementanalyse und Elementqualifizierung bei der Materialmikroskopie, z. B. in der Metallurgie und bei der Partikel-Analyse. The invention relates to a device for the spectroscopic evaluation of X-radiation in the analysis of a sample. The X-radiation is produced by the interaction of an electron beam with the sample material. The inventive device is particularly suitable for elemental analysis and element qualification in material microscopy, z. In metallurgy and particle analysis.
Stand der Technik State of the art
Die Elementanalyse ist eine Methode zur Reinheitskontrolle von metallischem und nichtmetallischem Material durch Ermittlung der darin enthaltenen Elemente, wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff oder Schwefel. Es wird zwischen qualitativer Elementanalyse, bei der lediglich die Bestandteile bestimmt werden, und quantitativer Elementanalyse unterschieden, bei der auch die Massenanteile der gefundenen Elemente bestimmt werden.  The elemental analysis is a method for controlling the purity of metallic and non-metallic material by determining the elements contained therein, such as carbon, hydrogen, nitrogen or sulfur. A distinction is made between qualitative elemental analysis, in which only the constituents are determined, and quantitative elemental analysis, in which the mass fractions of the found elements are determined.
Nach dem heutigen Stand der Technik werden zur Elementanalyse unterschiedliche Verfah- ren eingesetzt wie EDX (Energiedispersive Röntgenspektroskopie), XRF (Sequentielle Röntgen-Fluoreszenz-Analyse), LIBS (Laser induced breakdown spectroscopy) oder Photolumineszenz. According to the current state of the art, different methods are used for elemental analysis, such as EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy), XRF (sequential X-ray fluorescence analysis), LIBS (laser induced breakdown spectroscopy) or photoluminescence.
Die Kombinationen dieser Verfahren mit der lichtmikroskopischen Beobachtung der Probe haben den Nachteil einer räumlichen Trennung von Lichtmikroskop und Analysegerät. Der dabei erforderliche Wechsel von Gerät zu Gerät bei der Untersuchung ein- und derselben Probe ist mit einer erheblichen Unterbrechung des Arbeitsablaufs verbunden. Insbesondere bei der Elementanalyse mit EDX-Spektroskopie, welche für die Metallographie und für die Partikelanalyse den Standard darstellt, findet die Untersuchung der Probe im Vakuum statt, weshalb die aus dem Lichtmikroskop entnommene Probe zunächst in ein Vakuum eingeschleust und dann die betreffende Probenstelle wieder aufgesucht und positioniert werden muss. Dies geht mit einer Reihe weiterer Nachteile einher, wie beispielsweise der Gefahr einer Beschädigung der Probe. The combinations of these methods with the light microscopic observation of the sample have the disadvantage of a spatial separation of light microscope and analyzer. The required change from device to device in the examination of the same sample is associated with a significant interruption of the workflow. In particular, in elemental analysis with EDX spectroscopy, which is the standard for metallography and particle analysis, the sample is examined in vacuo, Therefore, the sample taken from the light microscope first introduced into a vacuum and then the relevant sample site must be visited and positioned again. This is accompanied by a number of other disadvantages, such as the risk of damaging the sample.
Bei der Verwendung von Röntgenstrahlung als Anregungsstrahlung anstelle eines Elektronenstrahls kann aufgrund der geringeren Wechselwirkungen mit den Bestandteilen der Luft auf die Anlegung eines Vakuums verzichtet werden. Bei solchen Einrichtungen ist nach dem Stand der Technik jedoch eine technologisch aufwendige und verbrauchsintensive kontinu- ierliche Zufuhr eines Schutzgases, wie Helium, erforderlich. Dies ist beispielsweise bei den Röntgenfluoreszenzanalysegeräten nach EP 781 992 B1 oder JP 03771697 B2 der Fall. Weiterhin nachteilig bei solchen Ausführungen ist, dass insbesondere bei XRF-Analysen die Messgeschwindigkeit sowie die Sensitivität bei der Detektion von Leichtelementen, z. B. C oder O, die besonders wichtig für die Metallographie sind, nicht in dem Maße möglich ist, wie das mit EDX der Fall wäre. Zudem stellt hierbei die Art und Weise der Abschirmung gegen eine Ausbreitung der Röntgenstrahlung einen erheblichen Aufwand dar. When using X-radiation as excitation radiation instead of an electron beam, the application of a vacuum can be dispensed with because of the lower interactions with the components of the air. In such devices, however, a technologically complex and consumption-intensive continuous supply of an inert gas, such as helium, is required in the prior art. This is the case, for example, in the case of the X-ray fluorescence analyzers according to EP 781 992 B1 or JP 03771697 B2. Another disadvantage of such embodiments is that especially in XRF analyzes the measurement speed and the sensitivity in the detection of light elements, eg. C or O, which are particularly important for metallography, is not possible to the extent that would be the case with EDX. In addition, the manner of shielding against the propagation of X-radiation is a considerable expense.
In US 6,452,177 B1 ist ein elektronenstrahlbasiertes Materialanalysesystem beschrieben, das insbesondere für Untersuchungen unter Atmosphärendruck geeignet ist. Nachteiliger weise ist mit diesem System keine lichtmikroskopische Beobachtung der Probe möglich. Weiterhin ist der Probenbereich, in dem die Materialanalyse stattfindet, mit einem Analyse- Punkt-Durchmesser > 100 μιτι verhältnismäßig groß, wodurch eng beieinander liegende Strukturen mit einer Größe über 100 μιτι nicht voneinander unterschieden werden können. Zudem ist keine Abschirmung für die Röntgenstrahlung vorhanden, und die Zeitdauer für eine Messung ist relativ groß. US Pat. No. 6,452,177 B1 describes an electron beam-based material analysis system which is particularly suitable for investigations under atmospheric pressure. Disadvantageously, no light microscopic observation of the sample is possible with this system. Furthermore, the sample area, in which the material analysis takes place, with an analysis point diameter> 100 μιτι relatively large, so closely spaced structures with a size over 100 μιτι can not be distinguished from each other. In addition, there is no shielding for the X-radiation, and the time for a measurement is relatively large.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Einrichtung zur Probenana- lyse durch Röntgenspektroskopie der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, dass die Analyse einer Probe unmittelbar nach oder während der lichtmikroskopisch vergrößerter Darstellung der Probe vorgenommen werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die kontinuierliche Zufuhr des Gases zu vermeiden. Erfindungsgemäß umfasst eine solche Einrichtung  Proceeding from this, the object of the invention is to develop a device for sample analysis by X-ray spectroscopy of the type described above so that the analysis of a sample can be made immediately after or during the light microscopy enlarged representation of the sample. Another object is to avoid the continuous supply of the gas. According to the invention, such a device comprises
eine lichtmikroskopische Anordnung zur Beobachtung der Probe,  a light microscope arrangement for observing the sample,
eine Elektronenquelle, von der ein Elektronenstrahl auf einen mittels der lichtmikroskopischen Anordnung ausgewählten Bereich der Probe ausrichtbar ist, einen Röntgenstrahlen-Detektor, ausgebildet zur Detektion der durch die Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit dem Probenmaterial entstehenden Röntgenstrahlung, wobei an electron source, from which an electron beam can be aligned with a region of the specimen selected by means of the light-microscopic arrangement, an X-ray detector, designed to detect the resulting by the interaction of the electron beam with the sample material X-ray radiation, wherein
Mittel vorgesehen sind, durch die sich der zu analysierende Probenbereich  Means are provided, through which the sample area to be analyzed
während einer lichtoptischen Beobachtungsphase in der Fokusebene eines Objektivs der lichtmikroskopischen Anordnung befindet, und  is located in the focal plane of an objective of the light-microscopic arrangement during a light-optical observation phase, and
während einer spektroskopischen Messphase im Bereich des Elektronenstrahls und im Empfangsbereich des Röntgenstrahlen-Detektors befindet, und eine Abschirmung vorhanden ist, die den Messbereich zumindest während der is present during a spectroscopic measurement phase in the region of the electron beam and in the reception range of the X-ray detector, and a shield is present, which covers the measuring range at least during the
Messphase von der Umgebung abschirmt und damit die Ausbreitung derShielding phase of the environment shields and thus the spread of
Röntgenstrahlen über den Messbereich hinaus verhindert. X-rays beyond the measuring range prevented.
Dabei ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung die Abschirmung als U-förmiges Gehäuse ausgebildet und so in der Einrichtung angeordnet, dass sich die Öffnung der U-Form in Schwerkraftrichtung gesehen unten befindet. So bildet das Gehäuse eine nach oben geschlossene Messkammer, aus der ein Schutzgas, das leichter ist als Luft und in dessen Gegenwart die Probe untersucht wird, nicht entweichen kann. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Messkammer nicht bei jedem Probenwechsel wieder neu mit Schutzgas gefüllt werden muss. Jede zu untersuchende Probe wird so zugeführt, dass sie von unten in die Messkammer und damit in das dort vorhandene Schutzgas eintaucht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung eine vollständige, hermetische Isolation der Messstelle von der umgebenden Atmosphäre - im Gegensatz zum Stand der Technik - nicht mehr zwingend erforderlich ist. Optional kann eine hermetische Abschirmung jedoch durch entsprechende Gestaltung der Probenauflage oder durch zusätzliche Abschirmmittel vorgesehen sein. In this case, in a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, the shield is formed as a U-shaped housing and arranged in the device that the opening of the U-shape seen in the direction of gravity is down. Thus, the housing forms an upwardly closed measuring chamber, from which a protective gas, which is lighter than air and in the presence of which the sample is examined, can not escape. The advantage of this embodiment is that the measuring chamber does not have to be refilled with inert gas each time the sample is changed. Each sample to be examined is fed so that it dives from below into the measuring chamber and thus into the protective gas present there. A further advantage results from the fact that due to this embodiment according to the invention a complete, hermetic isolation of the measuring point from the surrounding atmosphere - in contrast to the prior art - is no longer absolutely necessary. Optionally, however, a hermetic shield can be provided by appropriate design of the sample support or by additional shielding.
Weiterhin sind eine Auswerteeinheit vorhanden, welche die Röntgenstrahlung spektral analysiert, und eine Steuereinheit, die Steuerbefehle für die lichtmikroskopische Anordnung, die Elektronenquelle, den Röntgenstrahlen-Detektor und die Auswerteeinheit generiert, so dass eine weitestgehende Automatisierung der Probenanalyse erfolgen kann. Dabei wird der Messbereich für die spektroskopische Messphase auf der Basis der lichtoptischen Vermessung der Probe festgelegt. Furthermore, there are an evaluation unit which analyzes the X-ray radiation spectrally, and a control unit which generates control commands for the light-microscopic arrangement, the electron source, the X-ray detector and the evaluation unit so that the automation of the sample analysis can be carried out as far as possible. The measurement range for the spectroscopic measurement phase is determined on the basis of the light-optical measurement of the sample.
Im Unterschied zum Stand der Technik ist es mit der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, sowohl die lichtmikroskopische als auch die elektronenstrahlangeregte Untersuchung durchzuführen, ohne dass eine erhebliche Unterbrechung des Arbeitsablaufes wegen eines Wechsels zwischen zwei örtlich voneinander getrennten Geräten erforderlich ist. Als ein weiterer Vorteil ist bei der Röntgenanalyse mit der erfindungsgemäßen Einrichtung keine Vakuumumgebung erforderlich, da die Probe in Gegenwart eines Schutzgases unter oder nahe Umgebungsdruck untersucht wird. Insbesondere der Einsatz von Helium als Schutzgas ermöglicht in diesem Zusammenhang - sowohl aufgrund der schwachen Streu- ung von Elektronen als auch aufgrund der geringeren Absorption von niederenergetischer Röntgenstrahlung - die Durchführung von EDX-Elementanalysen mit einer räumlichen Auflösung im Bereich von 1 0 μιτι bis 100 μιτι, während die Propagationsstrecke der Elektronen bzw. der Abstand zwischen der Probe und der Elektronenquelle im Millimeterbereich liegt. Aufgrund dieser unkritischen Positionierung der Probe zur Elektronenquelle sind mit der erfindungsgemäßen Einrichtung höhere Durchsatzraten bei der Analyse einer Serie von Proben möglich. In contrast to the prior art, it is possible with the device according to the invention to carry out both the light microscopic and the electron beam excited examination, without a significant interruption of the workflow is required because of a change between two locally separate devices. As a further advantage, no vacuum environment is required in the X-ray analysis with the device according to the invention, since the sample is examined in the presence of a protective gas under or near ambient pressure. In particular, the use of helium as a protective gas in this context allows - both due to the weak scattering of electrons and due to the lower absorption of low-energy X-radiation - the implementation of EDX elemental analysis with a spatial resolution in the range of 1 μιτι μιτι 100 μιτι , while the propagation distance of the electrons or the distance between the sample and the electron source is in the millimeter range. Due to this uncritical positioning of the sample to the electron source higher throughput rates in the analysis of a series of samples are possible with the device according to the invention.
Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 angegeben. Design features of the device according to the invention are specified in the claims 2 to 10.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Einrichtung ausgestattet mit Stelleinrichtungen zum Verschieben der Probe relativ zu dem Beobachtungsstrahlengang der lichtmikroskopischen Einrichtung, zu dem Elektronenstrahl und zu dem Röntgen- strahlen-Detektor. Dabei sind die Stelleinrichtungen mit der Steuereinheit und der Auswerteeinheit verbunden, so dass in Abhängigkeit von der der Analyse zugrunde liegenden Aufgabe sowie vom Beobachtungs- und/oder Analyseergebnis Stellbefehle zum Verschieben der Probe oder zur Anzeige des Analayseergebnisses generiert und ausgegeben werden können. In a preferred embodiment, the device according to the invention is equipped with adjusting devices for displacing the sample relative to the observation beam path of the light-microscopic device, to the electron beam and to the X-ray radiation detector. In this case, the adjusting devices are connected to the control unit and the evaluation unit, so that, depending on the task underlying the analysis and the observation and / or analysis result, setting commands for moving the sample or for displaying the result of the analysis can be generated and output.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Einrichtung mit Mitteln zur Fokussierung oder Kolli- mierung des Elektronenstrahls auf den ausgewählten Bereich der Probe ausgestattet sein. Furthermore, the device according to the invention can be equipped with means for focusing or collimating the electron beam onto the selected region of the sample.
Zur Kennzeichnung bzw. zur Kalibrierung der Elektronenauftreffstelle auf der Probe sollte eine optoelektronische Anordnung, bevorzugt bestehend aus einer Licht- bzw. einer Laserquelle und einem im Empfangsbereich des Laserlichtes angeordneten Photodetektor, vorgesehen sein. Mit einem laseroptischen Zielstrahl im sichtbaren Wellenlängenbereich kann leicht eine Kennzeichnung oder Kalibrierung der Elektronenauftreffstelle auf der Probe vorgenommen werden. Alternativ kann zum gleichen Zweck ein phosphoreszierendes Element genutzt werden. For marking or for calibrating the point of impact of the electron on the sample, an optoelectronic arrangement, preferably consisting of a light source or a laser source and a photodetector arranged in the reception area of the laser light, should be provided. With a laser-optical aiming beam in the visible wavelength range, it is easy to mark or calibrate the electron impact location on the specimen. Alternatively, a phosphorescent element may be used for the same purpose.
Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, wenn ein oder mehrere, der lichtmikroskopischen Einrichtung zugeordnete Objektive gemeinsam mit einem Modul, das als Baueinheit im wesentlichen die Elektronenquelle und den Röntgenstrahlen-Detektor umfasst, auf einer Wech- seleinrichtung angeordnet und so zum Zweck der aktiven Verwendung wahlweise gegeneinander austauschbar sind. It is also within the scope of the invention if one or more objectives assigned to the light-microscopic device, together with a module which essentially comprises the electron source and the X-ray detector as a structural unit, are mounted on an exchange unit. seleinrichtung arranged and so for the purpose of active use are selectively interchangeable.
Dabei können die Elektronenquelle und der Röntgenstrahlen-Detektor als EDX- Analysemodul ausgebildet sein. Die Spotgröße des auf die Probe fokussierten Elektronenstrahls beträgt dabei 5 μιτι bis 100 μιτι, und der Arbeitsabstand bzw. der Abstand des letzten Bauelementes der Elektronenquelle zu der Probe beträgt in der Messposition bzw. während der Messphase 500 μιτι bis 2000 μιτι. Beide Komponenten sind fixiert und mit einer Messkammer verbunden. In this case, the electron source and the X-ray detector can be designed as an EDX analysis module. The spot size of the focused on the sample electron beam is 5 μιτι to 100 μιτι, and the working distance and the distance of the last component of the electron source to the sample is in the measuring position or during the measurement phase 500 μιτι to 2000 μιτι. Both components are fixed and connected to a measuring chamber.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der Bereich zur visuellen Beobachtung der Probe mit Hilfe der lichtmikroskopischen Anordnung einerseits und der Bereich zur Analyse der Probe mit dem Elektronenstrahl und dem Röntgenstrahlen-Detektor andererseits räumlich voneinander getrennt angeordnet, wobei jedoch von der Beobach- tungsposition hin zur Mess- bzw. Analyseposition oder umgekehrt kürzeste Verschiebewege für die Probe und vorzugsweise auch eine automatisierte Verschiebung vorgesehen sind. In a likewise advantageous embodiment of the invention, the area for visual observation of the sample by means of light microscopic arrangement on the one hand and the region for analyzing the sample with the electron beam and the X-ray detector on the other hand spatially separated from each other, however, from the observation position to the measurement or analysis position or vice versa shortest displacement paths for the sample and preferably also an automated displacement are provided.
Mit diesem optional vorgesehenen automatischen Verschieben der Probe relativ zur Elektronenquelle wird der selektierte Probenbereich unter der Elektronenquelle zentriert, und das Röntgenspektrum wird automatisch ausgewertet. With this optional automatic displacement of the sample relative to the electron source, the selected sample area is centered under the electron source and the X-ray spectrum is automatically evaluated.
Die Probe wird dabei mit Hilfe eines Schiebetisches, der vorzugsweise in den Koordinaten Χ,Υ,Ζ automatisch positioniert werden kann, relativ zu der lichtmikroskopischen Anordnung und dem Analysemodul verschoben. Hierbei werden die Koordinaten des zur Analyse aus- gewählten Probenbereiches auf Basis der lichtmikroskopischen Abbildung identifiziert. Anschließend wird dieser Probenbereich unter der ortsfesten Elektronenquelle positioniert und bestrahlt, um die Messung entsprechend der Messaufgabe durchzuführen. Optional ist ein Laser-Entfernungsmesser oder mindestens eine Lichtschranke vorhanden, um eine Kollision der Probe mit der Elektronenquelle zu vermeiden. Diese Schutzanordnung ist mit einer Messgenauigkeit im Mikrometerbereich ausgebildet und vorzugsweise mit einem Abschaltmechanismus gekoppelt, der gegebenenfalls die Relativbewegung zwischen Probe und E- lektronenquelle stoppt. The sample is thereby displaced relative to the light-microscopic arrangement and the analysis module with the aid of a sliding table, which can preferably be automatically positioned in the coordinates Χ, Υ, Ζ. The coordinates of the selected sample area for analysis are identified on the basis of the light microscopic image. Subsequently, this sample area is positioned under the fixed electron source and irradiated to perform the measurement according to the measurement task. Optionally, a laser range finder or at least one light barrier is provided to avoid collision of the sample with the electron source. This protective arrangement is designed with a measuring accuracy in the micrometer range and is preferably coupled to a cut-off mechanism which optionally stops the relative movement between the sample and the electron source.
In den beiden grundlegenden Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Probe während der Analyse durch die Abschirmung von der Umgebung abgeschirmt. Zur sicheren Abschirmung der Röntgenstrahlung kann zusätzlich eine Apertur vorgesehen sein. In the two basic embodiments of the device according to the invention, the sample is shielded from the environment during the analysis by the shield. For safe shielding of the X-ray radiation, an aperture can additionally be provided.
Da die Elektronen der Elektronenstrahlung an Luft eine starke Streuung erfahren, wird beispielsweise durch die Abschirmung hindurch über eine Gasleitung ein Gas, beispielsweise Helium, in das Kammervolumen zugeführt. Das zugeleitete Gas verdrängt die in dem Kammervolumen vorhandene Luft, was eine geringere Streuung der Elektronenstrahlung und Absorption der Detektionsstrahlung bei gleich bleibendem Umgebungsdruck bewirkt und womit die Ortsauflösung und die Detektionseffizienz der Einrichtung optimiert werden kann. Da Helium leichter ist als die atmosphärische Luft, verbleibt aufgrund der nach unten geöffneten Form der Messkammer das zugeführte Helium eingeschlossen in der Messkammer und muss nicht ständig auch nur geringfügig nachgefüllt werden. Alternativ ist eine Reduzierung der Luftatmosphäre innerhalb der Abschirmung auf beispielsweise 1 bis 300 hPa denkbar. Die partielle Evakuierung sorgt in ähnlicher Weise wie eine Schutzgasatmosphäre für eine verminderte Streuung der Elektronen und Absorption der Detektionsstrahlung. Since the electrons of the electron beam in air undergo a strong scattering, for example, through the shielding through a gas line, a gas, for example Helium, fed into the chamber volume. The supplied gas displaces the air present in the chamber volume, which causes a smaller scattering of the electron radiation and absorption of the detection radiation with a constant ambient pressure and with which the spatial resolution and the detection efficiency of the device can be optimized. Since helium is lighter than the atmospheric air, due to the downwardly open shape of the measuring chamber, the supplied helium remains trapped in the measuring chamber and does not constantly have to be refilled even slightly. Alternatively, a reduction of the air atmosphere within the shield to, for example, 1 to 300 hPa conceivable. The partial evacuation, in a similar way as a protective gas atmosphere, ensures a reduced scattering of the electrons and absorption of the detection radiation.
Die Abschirmung ist vorteilhaft mit einem Kontrollmechanismus für die Schließung ausgestattet, beispielsweise Sensoren in Form induktiver Näherungsschalter umfassend, welche die Annäherung der unterliegende Platte bzw. des abschirmenden Probenträgers kontrollie- ren und über die Steuereinheit dafür sorgen, dass die Elektronenquelle nur bei vollständig geschlossener Abschirmung eingeschaltet werden kann. The shield is advantageously provided with a closing control mechanism, for example comprising sensors in the form of inductive proximity switches, which control the approach of the underlying plate or the shielding sample carrier and ensure via the control unit that the electron source is switched on only when the shield is completely closed can be.
Um einen hohen Durchsatz bei der spektroskopischen Analyse der Probe zu ermöglichen, ist vorzugsweise keine vollständige Schließung der Messkammer vorzusehen. Die Strah- lungsabschirmung erfolgt durch die Nähe des U-förmigen oberen Teils der Kammer zum Probenträger, der beispielsweise als Probentisch ausgeführt sein kann. Die einander zugewandten Oberflächen von Kammer und Probenträger sind dabei vorteilhafter Weise eben ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kammer größer dimensioniert ist als der Probenträger, und dieser somit von unten in der Kammer platzierbar ist. In order to allow a high throughput in the spectroscopic analysis of the sample, preferably no complete closure of the measuring chamber is provided. The radiation shielding is effected by the proximity of the U-shaped upper part of the chamber to the sample carrier, which can be designed, for example, as a sample table. The mutually facing surfaces of the chamber and sample carrier are advantageously designed flat. However, it is also possible that the chamber is dimensioned larger than the sample carrier, and this is thus placed from below in the chamber.
Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Probenträger eine zentral angeordnete Einrichtung zur Aufnahme der Probe aufweist, die höhenverstellbar ausgeführt sein kann. Die der Kammer zugewandte Oberfläche dieser Einrichtung ist gegenüber den peripheren Probenträgerflächen erhaben. Alternativ kann diese Einrichtung in Z-Richtung, das heißt in Richtung der optischen Achse, beweglich ausgeführt sein in der Weise, dass die der Kammer zugewandte Oberfläche der zentralen Einrichtung gegenüber den peripheren Probenträgerflächen anhebbar und absenkbar ist. Bezüglich ihrer äußeren Abmessungen ist diese Einrichtung so dimensioniert, dass sie von unten in der Kammer platzierbar ist. Der Probentisch überragt in seinen äu ßeren Abmessungen die Kammer jedoch, so dass bei der Schlie- ßung die Kammer mit den peripheren Flächen des Probenträgers in Kontakt tritt. In jedem Fall ist bei der Schließung der Messkammer darauf zu achten, dass die untere Kante der U- Form niedriger als die Oberfläche der Messprobe liegt, damit gewährleistet ist, dass der Messbereich vollständig von der Schutzgasatmosphäre umgeben ist. In einer weiteren Ausführung ist der U-förmige Teil der Messkammer mit beweglichen mechanischen Elementen bestückt, welche eine vollständige Schließung der Messkammer ermöglichen, wie weiter unten noch näher erläutert ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Elektronenquelle im Bereich zwischen der Austrittsposition der Elektronen und der Auftreffstelle an der Probe mit einer elektronendurchlässigen Membran bestückt, die beispielsweise aus Si3N4 besteht. Der Abstand zwischen der Membran und der Probenoberfläche beträgt beispielsweise 0,1 mm bis 2 mm. In den Gegenstand der Erfindung sind selbstverständlich alle in technischer Hinsicht äquivalenten Mittel und deren Wirkungs-Zusammenhänge einbezogen. So beispielsweise auch Mittel zur Analyse ausgewählter Bereiche der Probe mit Ionen, die, von einer lonenquelle ausgehend, zur Anregung der Probensubstanz anstelle der Anregung mit Elektronen dienen. Eine weitere denkbare Variante ist die Untersuchung der durch den Elektronenstrahl in der Probe erzeugten Lumineszenz mit Hilfe eines Lumineszenzdetektors über das Lichtmikroskop, aber auch eines separaten Detektors. Furthermore, it is within the scope of the invention that the sample carrier has a centrally arranged device for receiving the sample, which can be designed to be height-adjustable. The chamber facing surface of this device is raised relative to the peripheral sample support surfaces. Alternatively, this device in the Z direction, that is, in the direction of the optical axis, be made movable in such a way that the chamber facing surface of the central device relative to the peripheral sample carrier surfaces is raised and lowered. In terms of its external dimensions, this device is dimensioned so that it can be placed from below in the chamber. However, in its external dimensions, the sample table projects beyond the chamber, so that upon closing the chamber comes into contact with the peripheral surfaces of the sample holder. In any case, when closing the measuring chamber, make sure that the lower edge of the U-shape is lower than the surface of the test sample to ensure that the measuring range is completely surrounded by the protective gas atmosphere. In a further embodiment, the U-shaped part of the measuring chamber is equipped with movable mechanical elements, which allow a complete closure of the measuring chamber, as will be explained in more detail below. In a further preferred embodiment, the electron source in the region between the exit position of the electrons and the point of impact on the sample is equipped with an electron-permeable membrane, which consists for example of Si 3 N 4 . The distance between the membrane and the sample surface is, for example, 0.1 mm to 2 mm. In the subject of the invention, of course, all technically equivalent means and their effect relationships are included. For example, means for analyzing selected regions of the sample with ions which, starting from an ion source, serve to excite the sample substance instead of the excitation with electrons. Another conceivable variant is the investigation of the luminescence generated by the electron beam in the sample with the aid of a luminescence detector via the light microscope, but also of a separate detector.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann ein mikroskopisch kleiner Probenbereich ortsaufgelöst analysiert werden, wobei aufgrund der vorgesehenen Strahlstärken innerhalb weniger Sekunden eine Punktanalyse möglich ist. With the device according to the invention, a microscopically small sample area can be analyzed in a spatially resolved manner, wherein a point analysis is possible within a few seconds due to the intended beam strengths.
Im Vergleich zum Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Anordnung folgende Vorteile auf: Compared to the prior art, the arrangement according to the invention has the following advantages:
- sowohl die lichtmikroskopische Beobachtung als auch die Elementanalyse finden am selben Gerät statt, die Probe muss nicht transportiert und nicht in die Vakuumkammer eines Elektronmikroskops eingeschleust werden, wodurch sich die für die Analyse benötigte Zeit wesentlich verringert, - both the light microscopic observation and the elemental analysis take place on the same device, the sample does not have to be transported and not be introduced into the vacuum chamber of an electron microscope, which significantly reduces the time required for the analysis,
sowohl die lichtmikroskopische Beobachtung als auch die Elementanalyse finden nicht im Vakuum statt. Damit ist ein höherer Durchsatz bei Routineuntersuchungen möglich. both light microscopic observation and elemental analysis do not take place in a vacuum. This allows a higher throughput for routine examinations.
Weiterhin hat der Nutzer während der lichtmikroskopischen Beobachtung einen direkten Überblick und eine unmittelbare Zugriffsmöglichkeit auf die Probe, ohne dass dabei der technologische Ablauf beeinträchtigt wird, Furthermore, during the light microscopic observation, the user has a direct overview and an immediate access to the sample without impairing the technological process,
bei einer Anregung mit Röntgenstrahlung ist im Stand der Technik aufgrund des ge- genüber Elektronenstrahlung geringeren Wirkungsquerschnittes, das heißt der gegenüber Elektronenstrahlung reduzierten Ausbeute an Röntgenfluoreszenz und der Möglichkeit einer Wiederabsorption der Röntgenfluoreszenz bei Emissionslinien mit weniger als 2 KeV, die Detektion von Elementen, die leicht sind, wie insbesondere Kohlenstoff oder Sauerstoff, sehr eingeschränkt. Bei der vorliegenden Erfindung da- gegen findet die Generierung der charakteristischen Röntgenstrahlung durch direkte Bestrahlung der Probe mit Elektronen statt, was einen höheren Wirkungsquerschnitt im Bereich < 2 KeV zur Folge hat, In the case of excitation with X-ray radiation, the detection of elements is easy in the prior art because of the lower cross section compared to electron radiation, that is to say the reduced X-ray fluorescence compared with electron beam radiation and the possibility of re-absorption of X-ray fluorescence at emission lines of less than 2 KeV are very limited, in particular carbon or oxygen. In the present invention against the generation of the characteristic X-ray radiation takes place by direct irradiation of the sample with electrons, resulting in a higher cross section in the range <2 KeV,
es ist keine kontinuierliche Helium-Zuführung erforderlich, da der gesamte Messraum einmalig mit Helium gefüllt und die Füllung aufgrund der speziellen Gehäuseform erhalten bleibt,  no continuous helium supply is required since the entire measuring space is filled once with helium and the filling is retained due to the special housing shape,
die Probe bleibt während der Elementanalyse unberührt. Dies ist ein Vorteil in Bezug auf die Untersuchung von unstabilen Proben, wie z. B. von Partikelfiltern für die Restschmutzanalyse.  the sample remains unaffected during elemental analysis. This is an advantage with respect to the study of unstable samples such. B. of particle filters for the residual soil analysis.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, zugehörigen Zeichnungen zeigen:  The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, in which:
Fig.1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung, 1 shows the basic structure of the device according to the invention,
Fig.2 eine erweiterte Darstellung des prinzipiellen Aufbaus der erfindungsgemäßen 2 shows an expanded representation of the basic structure of the invention
Einrichtung in Anlehnung an Fig.1 , Device based on FIG. 1,
Fig.3 eine erweiterte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung anhand des prinzipiellen Aufbaus nach Fig.1 , 3 shows an expanded embodiment of the device according to the invention with reference to the basic structure of Figure 1,
Fig.4 eine Variante der Ausführungsform nach Fig.3.  4 shows a variant of the embodiment of Figure 3.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
Fig.1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung zur direkten rönt- genspektroskopischen Analyse einer Probe 1 einschließlich einer lichtmikroskopischen Anordnung zur visuellen Auswahl eines zu analysierenden Probenbereiches. Der Übersichtlichkeit halber sind von der lichtmikroskopischen Anordnung lediglich ein Mikroskopobjektiv 2 und dessen optische Achse 17 dargestellt. Lichtmikroskope sowie deren Strahlengänge sind an sich bekannt und bedürfen insofern an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterung. 1 shows the basic structure of the device according to the invention for the direct X-ray spectroscopic analysis of a sample 1 including a light-microscopic arrangement for the visual selection of a sample region to be analyzed. For the sake of clarity, only a microscope objective 2 and its optical axis 17 are shown by the light-microscopic arrangement. Light microscopes and their beam paths are known per se and therefore require no further explanation at this point.
Aus Fig.1 sind weiterhin ersichtlich eine Elektronenquelle 3, die einen Elektronenstrahl 4 abstrahlt, der auf einen zu analysierenden Bereich der Probe 1 gerichtet ist. Aufgrund der Wechselwirkungen des Elektronenstrahls 4 mit dem Probenmaterial entsteht Röntgenstrah- lung 5, die charakteristisch ist für die elementspezifische Zusammensetzung der Probe 1 innerhalb des Wechselwirkungsvolumens. FIG. 1 also shows an electron source 3 which emits an electron beam 4 which is directed onto an area of the sample 1 to be analyzed. Owing to the interactions of the electron beam 4 with the sample material, X-radiation 5 is produced, which is characteristic for the element-specific composition of the sample 1 within the interaction volume.
Die bei Elektronenbestrahlung von der Probe 1 ausgehende Röntgenemission wird mit einem Röntgenstrahlen-Detektor 6 spektral analysiert. Als Röntgenstrahlen-Detektor 6 können beispielsweise ein gekühlter Si(Li)-Detektor oder Siliziumdriftdetektor genutzt werden. Der Röntgenstrahlen-Detektor 6 wird möglichst nahe an die Elektronenauftreffstelle gebracht, damit die Röntgenstrahlung aus einem großen Raumwinkel erfasst wird. Die Elektronenquelle 3 ist kompakt ausgeführt. Sie besteht aus einem Elektronenemitter sowie einer Elektrodenanordnung zur Beschleunigung und zur Fokussierung des Elektronenstrahls. Die Elektronenenergie beträgt vorteilhaft 0,1 bis 30 KeV. The X-ray emission emanating from the sample 1 during electron irradiation is analyzed spectrally with an X-ray detector 6. As X-ray detector 6 can For example, a cooled Si (Li) detector or silicon drift detector can be used. The X-ray detector 6 is brought as close as possible to the electron impact point, so that the X-ray radiation is detected from a large solid angle. The electron source 3 is made compact. It consists of an electron emitter and an electrode arrangement for accelerating and focusing the electron beam. The electron energy is advantageously 0.1 to 30 KeV.
Um einen Elektronenstrahl 4 mit einer solchen Energie zu erzeugen, ist eine Baulänge einer einfachen Elektrodenanordnung von < 3 mm ausreichend. Man generiert beispielsweise in einem Elektronenemitter freie Elektronen, die dann entlang der Beschleunigungsstrecke beschleunigt und in einer Einzellinse gebündelt werden, bevor sie durch die Apertur austreten. In einer sehr vereinfachten Ausführungsform kann auch auf die Einzellinse verzichtet werden, indem der Elektronenstrahl 4 nur durch die Apertur abgeschnitten wird, wobei je- doch ein geringerer Strom in Kauf zu nehmen ist. In order to produce an electron beam 4 with such an energy, a length of a simple electrode arrangement of <3 mm is sufficient. Free electrons are generated in an electron emitter, for example, which are then accelerated along the acceleration path and concentrated in a single lens before they exit through the aperture. In a very simplified embodiment, it is also possible to dispense with the single lens by cutting off the electron beam 4 only through the aperture, although a smaller current is to be accepted.
Die Elektronenoptik kann beispielsweise aus einem Schichtsystem aus leitenden und isolierenden Schichten bestehen, wobei die leitenden Schichten auf unterschiedliche Potentiale gelegt werden, so dass die freien Elektronen durch die entstehenden Felder gebündelt, beschleunigt und fokussiert werden. The electron optics may, for example, consist of a layer system of conductive and insulating layers, wherein the conductive layers are set to different potentials, so that the free electrons are bundled, accelerated and focused by the resulting fields.
An den Elektronenstrahl 4 werden im Vergleich zu einem Rasterelektronenmikroskop keine so hohen Anforderungen gestellt. So ist eine Strahlbreite von einigen Mikrometern ausreichend, da die Ortsauflösung, die durch das Wechselwirkungsvolumen bestimmt wird, auf- grund der zur Analyse verwendeten Energie in der Regel nicht besser ist. Ferner kann der Elektronenstrahl 4 während der Messphase auf die Probe ausgerichtet bleiben und muß nicht scannend über die Probe 1 bewegt werden, was eine Verringerung des technischen Aufwandes bedeutet. Innerhalb der Elektronenquelle 3 herrscht Vakuum, so dass freie Elektronen generiert und unter möglichst wenigen Streuprozessen für die Anregung von Röntgenstrahlung verwendet werden können. Die Elektronenquelle 3 befindet sich vorzugsweise in einem gekapselten Vakuumrohr, das im Hochvakuumzustand gehalten wird. Die Elektronenquelle 3 ist derart ausgestaltet, dass im oberen Bereich die Erzeugung der freien Elektronen stattfindet, die dann zum unteren Ende hin mit Hilfe einer Elektronenoptik fokussiert oder mit Hilfe von mindestens einer Apertur auf den beabsichtigten Strahldurchmesser geformt wird. Schließlich werden die Elektronen die Elektronenquelle 3 durch eine geeignete Vorrichtung hindurch, beispielsweise durch eine Si3N4-Membrane, verlassen. Der Abstand zwischen der Probe 1 und der Austrittsöffnung der Elektronen, etwa einer Membrane, beträgt beispielsweise 0,5 mm. Um diesen Abstand zu optimieren, kann die E- lektronenquelle 3 in Richtung der Probe 1 beweglich angeordnet sein. Auch die umgekehrte Variante ist möglich. Optional kann eine Regelung dieses Abstands vorgesehen sein. Bei leitenden Proben 1 zum Beispiel kann dieser Abstand auf Basis einer elektrischen Widerstands- oder Impedanzmessung kontrolliert werden. At the electron beam 4 are compared to a scanning electron microscope not so high demands. Thus, a beam width of a few micrometers is sufficient, since the spatial resolution, which is determined by the interaction volume, is usually not better due to the energy used for the analysis. Furthermore, the electron beam 4 can remain aligned with the sample during the measuring phase and does not have to be scanned over the sample 1, which means a reduction of the technical complexity. Within the electron source 3 there is a vacuum, so that free electrons can be generated and used with as few scattering processes as possible for the excitation of X-radiation. The electron source 3 is preferably located in an encapsulated vacuum tube, which is kept in a high vacuum state. The electron source 3 is designed in such a way that the generation of the free electrons takes place in the upper region, which is then focused towards the lower end by means of an electron optics or shaped with the aid of at least one aperture to the intended beam diameter. Finally, the electrons will leave the electron source 3 through a suitable device, for example through a Si 3 N 4 membrane. The distance between the sample 1 and the exit opening of the electrons, such as a membrane, is for example 0.5 mm. In order to optimize this distance, the electron source 3 can be arranged to be movable in the direction of the sample 1. The reverse variant is possible. Optionally, a regulation of this distance can be provided. For example, for conductive samples 1, this distance may be controlled based on electrical resistance or impedance measurement.
Die Röntgenstrahlung 5 wird mit Hilfe des Röntgenstrahlen-Detektors 6 detektiert. Das Aus- gangssignal des Röntgenstrahlen-Detektors 6 liegt an einer (nicht dargestellten) Auswerteeinheit an und wird dort mit Hilfe einer geeigneten Software analysiert, wonach eine Klassifizierung beispielsweise von ermittelten Partikeln oder Einschlüssen in Metallproben vorgenommen wird. Schließlich kann die entsprechende Elementverteilung in dem analysierten Probenbereich visuell wahrnehmbar auf einem Monitor angezeigt oder als Messprotokoll abgespeichert oder gedruckt ausgegeben werden. The X-ray radiation 5 is detected by means of the X-ray detector 6. The output signal of the X-ray detector 6 is applied to an evaluation unit (not shown) and is analyzed there by means of suitable software, after which a classification of, for example, determined particles or inclusions in metal samples is carried out. Finally, the corresponding element distribution in the analyzed sample area can be visually perceptible displayed on a monitor or stored as a measurement protocol or printed output.
Das gesamte System wird von einer zentralen Recheneinheit kontrolliert, die die lichtmikroskopische Anordnung steuert und deren Daten empfängt und verarbeitet. Diese Recheneinheit ist steuerungstechnisch auch mit der Elektronenquelle 3, dem Röntgenstrahlen-Detektor 6 sowie den Antrieben für einen in den Koordinaten X, Y und Z verfahrbaren Schlitten 10 verbunden, auf dem sich ein Probentisch 7 mit der Probe 1 befindet. Probentisch und Schlitten können auch zu einer Baueinheit verschmolzen ausgebildet sein (nicht gezeigt). The entire system is controlled by a central processing unit that controls the light microscope assembly and receives and processes its data. In terms of control technology, this arithmetic unit is also connected to the electron source 3, the X-ray detector 6 and the drives for a carriage 10 which can be moved in the coordinates X, Y and Z, on which a sample table 7 with the sample 1 is located. Sample table and slide can also be formed into a structural unit fused (not shown).
Die Elektronenquelle 3 und der Röntgenstrahlen-Detektor 6 sind von einem Gehäuse 8 um- schlössen und so als EDX-Analysemodul ausgebildet. Das Gehäuse 8 ist, wie in Fig.1 gezeigt, mit einer in Schwerkraftrichtung gesehen unten angeordneten Öffnung 9 versehen. The electron source 3 and the X-ray detector 6 are enclosed by a housing 8 and thus designed as an EDX analysis module. As shown in FIG. 1, the housing 8 is provided with an opening 9 arranged at the bottom as seen in the direction of gravity.
Mit dem Schlitten 10 wird der Probentisch 7 mit der Probe 1 , nachdem an der Position der lichtmikroskopischen Anordnung ein zu analysierender Probenbereich ausgewählt worden ist, aus dem Bereich des Mikroskopobjektivs 2 herausbewegt und in Richtung X soweit verschoben, bis sich der zu analysierende Bereich der Probe 1 in der optischen Achse 1 1 der Elektronenquelle 3 befindet. With the carriage 10, after a sample region to be analyzed has been selected at the position of the light-microscopic arrangement, the sample table 7 with the sample 1 is moved out of the region of the microscope objective 2 and displaced in the direction X until the region of the sample to be analyzed 1 in the optical axis 1 1 of the electron source 3 is located.
Der Antrieb des Schlittens 10 wird daraufhin so angesteuert, dass dessen Verschiebung in Richtung Z erfolgt, bis die Oberfläche der Probe in die Helium-Atmosphäre eingetaucht ist. Dabei bleibt ein minimaler Abstand zwischen dem Gehäuse 8 und dem Probentisch 7 vorhanden, um die Beweglichkeit der Probe während der spektroskopischen Messphase zu gewährleisten. Die Öffnung 9 ist dabei durch den Probentisch 7 nicht vollständig verschlossen. Das Messvolumen innerhalb des Gehäuses 8 bleibt trotzdem abgeschirmt, da die Höhe die Probenoberfläche höher liegt als der untere Rand des U-förmigen Gehäuses 8. Bei sehr dünnen Proben kann das Profil des Probentisches peripher abgesenkt sein, um eine effektivere Abschirmung zu bewirken. Mit dieser Abschirmung sind die Elektronenquelle 3, der Röntgenstrahlen-Detektor 6 und der zu analysierende Probenbereich von der umgebenden freien Atmosphäre ausreichend, aber nicht vollständig getrennt. Ein Kontrollmechanismus kann dabei für ein automatisches und sicheres Schließen der Abschirmung sorgen und die Elektronenquelle 3 nur dann einschalten bzw. die Probenanalyse nur dann starten, wenn die Schließung korrekt erfolgt ist. The drive of the carriage 10 is then controlled so that its displacement in the direction Z is carried out until the surface of the sample is immersed in the helium atmosphere. In this case, a minimum distance between the housing 8 and the sample table 7 is present to ensure the mobility of the sample during the spectroscopic measurement phase. The opening 9 is not completely closed by the sample table 7. The measurement volume within the housing 8 remains shielded anyway, since the height the specimen surface is higher than the lower edge of the U-shaped housing 8. For very thin specimens, the profile of the specimen stage may be peripherally lowered to provide more effective shielding. With this shield, the electron source 3, the X-ray detector 6, and the sample area to be analyzed are sufficient but not completely separated from the surrounding free atmosphere. A control mechanism can thereby ensure an automatic and secure closure of the shield and only switch on the electron source 3 or start the sample analysis only if the closure has taken place correctly.
Der Bereich für die Röntgenanalyse ist mit der lichtmikroskopischen Anordnung gestellfest verbunden, und die Bewegungsstrecke des Schlittens 10 in Richtung X entspricht stets dem Abstand zwischen der optischen Achse 17 des Mikroskopobjektiv 2 und der optischen Achse 1 1 der Elektronenquelle 3. So ist gewährleistet, dass der unter dem Mikroskopobjektiv 2 ausgewählte Probenbereich mit dem analysierten Probenbereich identisch ist. Auf der Basis des lichtoptisch erfassten Bildes werden eine oder mehrere Stellen der Probe, an denen sich z.B. verschiedene Partikel oder Einschlüsse befinden, automatisch, beispielsweise über eine Bilderkennungssoftware, oder manuell identifiziert, wobei die Koordinaten (X, Y und/oder Z) der Probenstellen erfasst werden. Im Anschluss werden diese sequentiell spektroskopisch analysiert. Schnelle Bewegungsabläufe sind durch Verwendung von einjustierten Endlagenschaltern möglich. Größere Probenoberflächen können manuell oder automatisch mittels einer Serie von überlappenden Bildern erfasst und von der Recheneinheit zu einem Kachelbild verrechnet werden. Es ist ebenso möglich, die Koordinaten von auf einem Kachelbild aufgefundenen interessierenden Stellen zu erfassen und anschließend sequentiell spektro- skopisch zu analysieren. The range for the X-ray analysis is fixedly connected to the light microscopic arrangement, and the moving distance of the carriage 10 in the direction X always corresponds to the distance between the optical axis 17 of the microscope objective 2 and the optical axis 1 1 of the electron source 3. Thus, it is ensured that the under the microscope objective 2 selected sample area with the analyzed sample area is identical. On the basis of the light-optically acquired image, one or more locations of the sample, at which e.g. different particles or inclusions are located automatically, for example via an image recognition software, or manually identified, whereby the coordinates (X, Y and / or Z) of the sample sites are detected. These are then analyzed sequentially spectroscopically. Fast movements are possible by using adjusted limit switches. Larger sample surfaces can be detected manually or automatically by means of a series of overlapping images and calculated by the processing unit into a tiled image. It is also possible to detect the coordinates of points of interest found on a tile image and then to analyze them sequentially spectroscopically.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist optional mit einer Gaszuführung 12 ausgestattet, die insbesondere zur Beschickung des Volumens innerhalb des geschlossenen Gehäuses 8 mit Helium vorgesehen ist, um eine geringe Streuung der Elektronen zu bewirken. Die Zufüh- rung erfolgt über eine Leitung 13 von einem nicht dargestellten Gasreservoir her durch eine Außenwandung des Gehäuses 8 hindurch. In die Leitung 13 ist ein Ventil 14 eingeordnet, welches von der Steuereinheit der Anordnung kontrolliert wird. The device according to the invention is optionally equipped with a gas supply 12, which is provided in particular for charging the volume within the closed housing 8 with helium in order to effect a small scattering of the electrons. The feed takes place via a line 13 from a gas reservoir, not shown, through an outer wall of the housing 8. In line 13, a valve 14 is arranged, which is controlled by the control unit of the arrangement.
Fig.2 zeigt eine Variante des vorstehend anhand Fig .1 erläuterten Ausführungsbeispieles. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden für gleiche Baugruppen, die schon anhand Fig .1 erläutert worden sind, in Fig.2 - und auch nachfolgend in Fig.3 und Fig.4 - wieder dieselben Bezugszeichen verwendet. In Fig.2 ist das EDX-Analysemodul mit einer Abschirmung in Form eines ringförmigen Teleskopgehäuses 16 verbunden, das so gestaltet ist, dass vor Beginn der Probenanalyse aufgrund der Relativbewegung zwischen dem EDX-Analysemodul und dem Schlitten 1 0 eine Schließung des Volumens innerhalb des Gehäuses 8 mit höherer Sicherheit erfolgt. Diesbe- züglich ist hier zusätzlich auch eine Dichtung 18 vorgesehen. Die Dichtung kann elastisch beispielsweise aus Gummi als umlaufender Dichtungsring oder beispielsweise auch als Bürstendichtung ausgeführt sein. Jede andere Ausführung ist ebenso möglich. FIG. 2 shows a variant of the exemplary embodiment explained above with reference to FIG. For reasons of clarity, the same reference numbers are used again for the same assemblies, which have already been explained with reference to FIG. 1, in FIG. 2 - and also subsequently in FIGS. 3 and 4. 2, the EDX analysis module is connected to a shield in the form of an annular telescope housing 16, which is designed so that before the start of the sample analysis due to the relative movement between the EDX analysis module and the carriage 1 0, a closure of the volume within the housing 8 with higher security. In this regard, a seal 18 is additionally provided here. The seal may be elastic, for example made of rubber as a circumferential sealing ring or, for example, as a brush seal. Any other design is possible as well.
Da die Probe zur Messung sehr dicht an die Austrittsöffnung der Elektronenquelle herange- führt wird, besteht insbesondere bei Proben mit unebener Oberfläche die Gefahr einer Beschädigung der an der Austrittsöffnung angeordneten empfindlichen Membran. Mittels einer aus einer Lichtquelle 19 und einem Photodetektor 20 gebildeten und steuerungstechnisch mit der Recheneinheit sowie wenigstens einer Verfahreinrichtung des Schlittens 10, des Probentisches 7 und/oder der bevorzugt zentralen innerhalb des Probentisches angeordne- ten Einrichtung verbundenen Lichtschranke wird deshalb für eine automatische Kontrolle der Positionierung des zu analysierenden Probenbereiches gesorgt. Die Lichtschranke ist sinnvoller Weise in einem Mindestabstand unter der Austrittsöffnung angeordnet. Sobald die Lichtschranke ein nahendes Hindernis registriert, wird steuerungstechnisch über die Recheneinheit die Verfahreinrichtung gestoppt. Since the sample for measurement is brought very close to the outlet opening of the electron source, there is the risk of damage to the sensitive membrane arranged at the outlet opening, in particular for samples with an uneven surface. The light barrier formed by a light source 19 and a photodetector 20 and associated with the arithmetic unit and at least one traversing device of the carriage 10, the specimen table 7 and / or the preferably central device arranged inside the specimen table therefore becomes an automatic control of the positioning taken care of the sample area to be analyzed. The light barrier is expediently arranged at a minimum distance below the outlet opening. As soon as the light barrier registers an approaching obstacle, the movement device is stopped via the computing unit.
Die Lichtschranke kann zugleich oder ebenso dazu dienen, um den zu analysierenden Probenbereich im Fokus der Elektronenstrahlung 4 optimal zu positionieren. Die Elektronenquelle 3 wird nur dann eingeschaltet und die Probenanalyse nur dann gestartet, wenn die Probe 1 im Fokus der Elektronenstrahlung 4 positioniert ist. Auch hierbei ist optional eine Gaszuführung 12 zu dem bereits beschriebenen Zweck vorhanden. The light barrier can also serve or also serve to optimally position the sample area to be analyzed in the focus of the electron beam 4. The electron source 3 is only turned on and the sample analysis is only started when the sample 1 is positioned in the focus of the electron beam 4. Here, too, a gas supply 12 is optionally available for the purpose already described.
In Fig.3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das EDX-Analysemodul derart miniaturisiert aufgebaut ist, dass die Probenanalyse durchgeführt werden kann, während sich die Probe 1 noch in der Position unter dem Mikroskopobjektiv 2 befindet. Als Schließvorrichtung ist hier wiederum ein ringförmiges Teleskopgehäuse 16 mit einer Dichtung 18 vorgesehen. Die Einstrahlung der Elektronen erfolgt mittels eines Kanals 21 durch das Teleskopgehäuse 1 6 hindurch. Ebenfalls, jedoch in entgegensetzter Richtung zum E- lektronenstrahl 4, gelangt die Röntgenstrahlung 5 durch den Kanal 21 zum Röntgenstrahlen- Detektor 6. Eine Gaszuführung 12 ist hier ebenfalls optional vorhanden. Die Elektronenquel- le 3 wird nur dann eingeschaltet und die Probenanalyse nur dann gestartet, wenn die Schließung korrekt erfolgt ist. FIG. 3 shows a further exemplary embodiment in which the EDX analysis module is constructed in such a miniaturized manner that the sample analysis can be carried out while the sample 1 is still in the position under the microscope objective 2. As a closing device here again an annular telescopic housing 16 is provided with a seal 18. The irradiation of the electrons takes place by means of a channel 21 through the telescope housing 1 6 therethrough. Likewise, however, in the opposite direction to the electron beam 4, the x-ray radiation 5 passes through the channel 21 to the x-ray detector 6. A gas supply 12 is likewise optionally present here. The electron source 3 is only switched on and the sample analysis is only started if the closure has been carried out correctly.
Fig.4 zeigt eine Ausgestaltungsvariante des vorstehend anhand Fig.3 erläuterten Ausführungsbeispiels, bei der jedoch ein mit dem Schlitten 10 fest verbundenes Gehäuse 22 vor- gesehen ist, das die Probe 1 umschließt und durch dessen Außenwand der Kanal 21 hindurchgeführt ist. Ebenso ist eine Gaszuführung 12 durch die Außenwand des Gehäuses 22 hindurchgeführt. 4 shows an embodiment variant of the embodiment explained above with reference to FIG. 3, in which, however, a housing 22 fixedly connected to the carriage 10 is provided. which surrounds the sample 1 and through the outer wall of the channel 21 is passed. Likewise, a gas supply 12 is passed through the outer wall of the housing 22.
Das Gehäuse 22 weist nach oben eine Öffnung auf, die mit einem Deckel 23 verschlossen wird, wenn der Schlitten 10 in Richtung Y bewegt wird, so dass auch hierbei ein hinreichend geschlossenes Messvolumen entsteht. Die Elektronenquelle 3 wird auch hier nur dann eingeschaltet und die Probenanalyse nur dann gestartet, wenn die Schließung korrekt erfolgt ist. The housing 22 has an opening at the top, which is closed with a cover 23 when the carriage 10 is moved in the direction Y, so that in this case too, a sufficiently closed measuring volume is formed. Here too, the electron source 3 is only switched on and the sample analysis is started only when the closure has been carried out correctly.
Vorteilhaft ist hier weiterhin eine Apertur 24 vorhanden, die den Effekt der Abschirmung gegen Austritt von Röntgenstrahlung weiter erhöht. Advantageously, an aperture 24 is still present here, which further increases the effect of shielding against the emission of X-radiation.
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
1 Probe 1 sample
2 Mikroskopobjektiv 2 microscope objective
3 Elektronenquelle3 electron source
4 Elektronenstrahl 4 electron beam
5 Röntgenstrahlung 5 x-ray radiation
6 Röntgenstrahlen-Detektor6 x-ray detector
7 Probentisch 7 sample table
8 Gehäuse  8 housing
9 Öffnung  9 opening
10 Schlitten  10 sleds
1 1 Optische Achse  1 1 Optical axis
12 Gastzufuhr  12 guest feed
13 Leitung  13 line
14 Ventil  14 valve
15 (nicht besetzt)  15 (not occupied)
16 Teleskopgehäuse 16 telescope housings
17 Optische Achse 17 Optical axis
18 Dichtung  18 seal
19 Lichtquelle  19 light source
20 Photodetektor  20 photodetector
21 Kanal  21 channel
22 Gehäuse  22 housing
23 Deckel  23 lids
24 Apertur  24 aperture

Claims

Patentansprüche claims
Einrichtung zur Analyse einer Probe (1 ) mittels Rontgenspektroskopie bei oder nahe dem Umgebungsdruck, insbesondere zur Elementanalyse und Elementqualifizierung, umfassend Device for analyzing a sample (1) by means of X-ray spectroscopy at or near the ambient pressure, in particular for elemental analysis and element qualification
eine lichtmikroskopische Anordnung zur Beobachtung der Probe (1 ), eine Elektronenquelle (3), von der ein Elektronenstrahl (4) auf einen mittels der lichtmikroskopischen Anordnung ausgewählten Bereich der Probe (1 ) ausrichtbar ist, und  a light-microscopic arrangement for observing the sample (1), an electron source (3) from which an electron beam (4) can be aligned with a region of the sample (1) selected by means of the light-microscopic arrangement, and
einen Röntgenstrahlen-Detektor (6), ausgebildet zur Detektion der durch die Wechselwirkung des Elektronenstrahls (4) mit dem Probenmaterial entstehenden Röntgenstrahlung (5), wobei  an X-ray detector (6), designed to detect the X-radiation (5) produced by the interaction of the electron beam (4) with the sample material, wherein
Mittel vorgesehen sind, durch die sich der zu analysierende Probenbereich während einer Beobachtungsphase in der Fokusebene eines Objektivs der lichtmikroskopischen Anordnung befindet, und  Means are provided, through which the sample area to be analyzed is located during an observation phase in the focal plane of an objective of the light-microscopic arrangement, and
während einer Messphase im Bereich des Elektronenstrahls (4) und im Empfangsbereich des Röntgenstrahlen-Detektors (6) befindet, und  during a measuring phase in the area of the electron beam (4) and in the reception area of the X-ray detector (6), and
eine Abschirmung vorhanden ist, die den Messbereich während der Messphase von der Umgebung abschirmt.  a shield is provided which shields the measuring area from the environment during the measuring phase.
Einrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Abschirmung in Form eines U-förmigen Gehäuses (8) ausgebildet und so angeordnet ist, dass sich die Öffnung 9 der U-Form in Schwerkraftrichtung gesehen unten befindet. Device according to claim 1, in which the shield is designed in the form of a U-shaped housing (8) and arranged so that the opening 9 of the U-shape, viewed in the direction of gravity, is located at the bottom.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der Device according to claim 1 or 2, in which
eine Vorrichtung zum Beschicken des Messvolumens innerhalb des Gehäuses (8) mit einem Schutzgas, vorzugsweise mit Helium, vorgesehen ist, das U-förmige Gehäuse (8) während der Messphasen mit einem Schutzgas gefüllt ist, und  a device for charging the measuring volume within the housing (8) with a protective gas, preferably with helium, is provided, the U-shaped housing (8) is filled during the measuring phases with a protective gas, and
die Elektronenquelle (3) und der Röntgenstrahlen-Detektor (6) als EDX- Analysemodul ausgebildet sind.  the electron source (3) and the X-ray detector (6) are designed as an EDX analysis module.
Einrichtung nach Anspruch 3, bei der die Vorrichtung zum Beschicken des Messvolumens, eine Abschirmschließvorrichtung, ein Kontrollmechanismus für die Schließung und die Elektronenquelle (3) mit einer Steuereinheit so in Verbindung stehen, dass die Beaufschlagung des zu analysierenden Probenbereichs mit Elektronen nur in Abhängigkeit von der erfolgten Schließung möglich ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der Device according to claim 3, in which the device for feeding the measuring volume, a shielding closing device, a closing control mechanism and the electron source (3) are connected to a control unit in such a way that the loading of the sample region to be analyzed with electrons depends only on the successful closure is possible. Device according to one of claims 1 to 3, in which
eine Vorrichtung zur Vermeidung von Kollisionen zwischen der Probe (1 ) und der Elektronenquelle (3) vorhanden ist, vorzugsweise in Form einer Lichtschranke. a device for preventing collisions between the sample (1) and the electron source (3) is present, preferably in the form of a light barrier.
Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welcher der Elektronenstrahl (4) durch eine elektronentransparente Membran hindurch auf die Probe (1 ) gerichtet ist. Device according to one of the preceding claims, in which the electron beam (4) is directed through an electron-transparent membrane onto the sample (1).
Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei der zwischen der Elektronenquelle (3) und der Probe (1 ) mindestens ein Kanal (21 ) vorgesehen ist, durch den hindurch der Elektronenstrahl (4) zur Probe (1 ) geleitet wird, und/oder die Röntgenstrahlung (5), jedoch entgegengesetzt zum Elektronenstrahl (4), durch den Kanal (21 ) hindurch auf den Röntgenstrahlen-Detektor (6) gerichtet ist. Device according to one of the preceding claims, wherein between the electron source (3) and the sample (1) at least one channel (21) is provided through which the electron beam (4) is passed to the sample (1), and / or the X-ray radiation (5), but opposite to the electron beam (4), is directed through the channel (21) to the X-ray detector (6).
Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, ausgestattet mit einer vorzugsweise mit der Steuereinheit und der Abschirmschließvorrichtung verbundenen Vorrichtung zum Verschieben der Probe (1 ) von der Beobachtungsposition in der lichtmikroskopischen Anordnung zu der Analyseposition im Gehäuse (8) und damit im Bereich des Elektronenstrahls (4). Device according to one of the preceding claims, equipped with a device preferably connected to the control unit and the shielding closure device for moving the sample (1) from the observation position in the light microscope arrangement to the analysis position in the housing (8) and thus in the region of the electron beam (4). ,
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der Mittel vorgesehen sind, durch welche die Probe (1 ) während der Messphase in der Beobachtungsposition relativ zur optischen Achse (17) des Objektivs verbleibt. Device according to one of Claims 1 to 7, in which means are provided by which the sample (1) remains in the observation position relative to the optical axis (17) of the objective during the measuring phase.
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