DE2243869C3

DE2243869C3 - Object cooling device for scanning electron microscopes

Info

Publication number: DE2243869C3
Application number: DE19722243869
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr Groboth Gerhard Scholze Peter Wien Horl
Original assignee: österreichische Studiengesellschaft fur Atomenergie GmbH, Wien
Priority date: 1971-09-10
Filing date: 1972-09-07
Publication date: 1977-10-06

Description

Die Erfindung betrifft eine Objektkühleinrichtung für Rasterelekfonenmikroskope, bei der ein Behälter für ein Kühlmittel bezüglich der optischen Achse des Mikroskops exzentrisch zum Objekthalter vorgesehen und zwischen dem Behälter und dem Objekthalter eine das Kühlmittel enthaltende Verbindung vorgesehen ist.The invention relates to an object cooling device for scanning telephone microscopes, in which a container for a coolant is provided eccentrically to the specimen holder with respect to the optical axis of the microscope and a connection containing the coolant is provided between the container and the specimen holder.

Aus der Veröffentlichung R. U y e d a, Electron Microscopy 1966, Vol. 1,6th International Congress for Electron Microscopy, Kyoto, 1966, S. 171 und 172 ist eine Objektkühleinrichtung für Elektronenmikroskope bekannt. Dort ist der vom flüssigen Helium durchströmte Objekthalter durch Röhren mit einem weiter außen liegenden Vorratsgefäß für flüssiges Helium verbunden. In diese Röhren sind Federbälge eingesetzt, die einerseits die thermischen Kontraktionen der Röhren aufnehmen und andererseits den Objekthalter zu verschieben gestatten. Das Erreichen von Temperaturen wesentlich unter dem Siedepunkt von flüssigem Helium durch Abpumpen über dem Heliumbad ist dabei äußerst schwierig, wenn nicht unmöglich. Zum Objektwechsel ist ein kompletter Ausbau der Einrichtung notwendig.From the publication R. U y e d a, Electron Microscopy 1966, Vol. 1,6th International Congress for Electron Microscopy, Kyoto, 1966, pp. 171 and 172 is an object cooling device for electron microscopes known. There the specimen holder through which the liquid helium flows is through tubes with a further outside lying storage vessel for liquid helium connected. In these tubes, spring bellows are used on the one hand take up the thermal contractions of the tubes and on the other hand close the object holder Allow moving. Reaching temperatures well below the boiling point of liquid Helium by pumping it out over the helium bath is extremely difficult, if not impossible. To change the object a complete expansion of the facility is necessary.

Es sind außerdem für Elektronenmikroskope bereits Objektkühleinrichtungen bekannt, bei denen der Kühlmittelbehälter außerhalb des Mikroskops fest angeordnet ist und von dem eine elastische, gut wärmeleitende Verbindung zum Probehalter führt.There are also known object cooling devices for electron microscopes in which the coolant container is fixedly arranged outside the microscope and one of which is elastic, which conducts heat well Connection to the sample holder leads.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Objekthalter Temperaturen unterhalb des Siedepunkts von flüssigem Helium erreichen kann, wobei er gleichzeitig leicht verschoben werden kann.The object of the invention is to design a device of the type mentioned so that the Object holder can reach temperatures below the boiling point of liquid helium, whereby he can be moved easily at the same time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kühlmittelbehälter an einem langen und elastischen Rohr aufgehängt ist und daß ein Teil des Kühlmittelbehälters sich bis in den Bereich unterhalb der F.ndlinse erstreckt, in dem ein mit Kühlrippen versehener Einsatz vorgesehen ist. der den Objektlialter bzw. ein stangenfc. ,niges Objekt trägt.This object is achieved in that the coolant container on a long and elastic tube is suspended and that part of the coolant tank extends into the area below the F.ndlinse extends, in which an insert provided with cooling fins is provided. of the object age or a stangenfc. , some object carries.

Die Objektkühleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Vorteile, daß das Kühlmittelbehälter mit dem Objekt eine Einheit bildet und ein gemeinsames Heliumbad existiert. Hierdurch ist das Erreichen von Temperaturen bis etwa — 272°C durch Reduktion des Druckes über <.!em Heliumbad noch möglich. Mittels des langen und elastischen Rohrs, das als Heliumfüllröhre dient, läßt sich das Objekt leicht verschieben; ein Objektwechsel erfordert nur ein Ausschrauben des Objekthalters.The object cooling device according to the present invention has the advantages that the coolant container forms a unit with the object and a common helium bath exists. This enables the achievement of Temperatures down to about - 272 ° C by reducing the pressure above <.! in a helium bath is still possible. By means of the long and elastic tube, which is used as a helium filling tube is used, the object can be moved easily; a change of object only requires unscrewing the Object holder.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in Jen Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigt:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment that is described in Jen Drawings is shown. It shows:

F i g. 1 den Kühlmittelbehälter undF i g. 1 the coolant tank and

Fig.2 den Objektraum eines Rasterelektronenmikroskops. 2 shows the object space of a scanning electron microscope.

Der Kühlmittelbehältei 1, der vorzugsweise flüssiges Helium enthält, ist an einem Rohr 2 befestigt, das elastisch genug ist, seitliche Bewegungt η aufzunehmen. Diese sind notwendig, da bei einer Objektverschiebung dieser Kühlmittelbehälter mitbewegt wird, wie später nnnh Kacr-ht-igi-igri werden wird. Dhs Rohr 2 cn*^*** °" einem Anschlußstück 3, an welchem die Umfüllvorrichtung für das Kühlmittel bzw. eine Vakuumpumpe angeschlossen werden kann, durch welche der Druck innerhalb des Kühlmittelbehälters erniedrigt werden kann, um so Temperaturen unterhalb des Normalsicdepunktes von flüssigem Helium zu erreichen. Oberhalb des Kühlmittelbehältes i ist ein zweiter Kühlmittelbehälter 4 für flüssigen Stickstoff angeordnet.The coolant container 1, which is preferably liquid Contains helium, is attached to a tube 2, which is elastic enough to accommodate lateral movement t η. These are necessary because when the object is moved, this coolant container is moved along with it, as will be done later nnnh will be Kacr-ht-igi-igri. Dhs tube 2 cn * ^ *** ° " a connection piece 3, on which the transfer device for the coolant or a vacuum pump can be connected, through which the pressure within the coolant tank can be lowered in order to reach temperatures below the normal sicde point of liquid helium. Above A second coolant container 4 for liquid nitrogen is arranged in the coolant container i.

Von diesem Zusatzbehälter 4 gehen aus gut wärmeleitendem Material hergestellte Strahlungsschilde 5 und 6 weg. Diese ätrahlungsschilde bilden vorzugsweise ¹Je Fortsetzung der Behälterwandungen und umgeben den Kühlmittelbehälter 1 auf allen Seiten, um die Wärmeeinstrahlung von außen gering zu halten.Radiation shields 5 and 6 made of material with good thermal conductivity go away from this additional container 4. These radiation shields preferably form ¹ continuation of the container walls and surround the coolant container 1 on all sides in order to keep the heat radiation from the outside low.

Die Kühlmittelbehälter 1 und 4 sind vom Außengefäß 7 umgeben, das vakuumdicht am Gehäuse des Rasterelektronenmikroskops angeflanscht ist. Die Räume zwischen den Kühlmittelbehältern bzw. zwischen de.i Strahlungsschilden und dem Kühlmittelbehälter 1 werden dann durch die Vakuumanlage des Elektronenmikroskops evakuiert.The coolant containers 1 and 4 are surrounded by the outer vessel 7, which is vacuum-tight on the housing of the Scanning electron microscope is flanged. The spaces between the coolant tanks or between de.i radiation shields and the coolant tank 1 are then through the vacuum system of the electron microscope evacuated.

In Fig. 2 ist der bis zur Endlinse hineinragende Teil la des Kuhlmittelbehälters 1 zu sehen. Auch dieser Teil la wird von den Strahlungsschilden 5 abgeschirmt, die auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffes gehalten werden. Zentrisch zur optischen Achse des MikroskopsIn Fig. 2 the protruding up to the end lens part la of the coolant tank 1 can be seen. This part la is also shielded by the radiation shields 5, which on the temperature of the liquid nitrogen are kept. Centric to the optical axis of the microscope

ist in der oberen Platte des Strahlungsschildes 5 ein Rohr 8 eingesetzt, in das eine Blende 9 eingeschraubt ist. Im Teil la des Kühlmittelbehälters ist ein thermisch gut leitender Finsai/ 10 befestigt, dessen Kühlrippen vom Kühlmittel umflossen werden und so einen guten Wärmeentzug gewährleisten. Der Kinsatz 10 besitzt eine zylindrische Bohrung mit Gewinde, in die das stangenförmige Objekt 11 eingeschraubt wird, das somit in seiner Höht verstellbar ist. Die Sicherung erfolgt durch eine Gegenmutter 12. Falls das Objekt nicht in dieser Form ausgeführt werden kann, ist der Teil 11 nur Halter des Objekts und aus sehr gut wärmeleitendem Material hergestellt. Das Objekt selbst vir iⁿ diesem Fall am oberen, abgeschrägten I m!i.· diese· η mers gut leitend befestigt. 8 is a tube inserted into the top plate of the radiation shield 5 is screwed into the a diaphragm. 9 In part la of the coolant container, a thermally highly conductive Finsai / 10 is attached, the cooling fins of which are surrounded by coolant and thus ensure good heat extraction. The insert 10 has a cylindrical bore with a thread into which the rod-shaped object 11 is screwed, which is thus adjustable in height. It is secured by a lock nut 12. If the object cannot be designed in this form, the part 11 is only the holder of the object and is made from a material that is a very good conductor of heat. The object itself vir i ⁿ this case, at the top, bevelled I m! I. · This · η mers good conductor attached.

Der Kiihlmiitelbehalter 1 ist übe den thermischen Isola'or 13 und das führungsrohr 14 jin Oh|eki\crsic!l tisch 15 abgestutzt, der mittels der !riebe 16 vorstellt werden kann. Auf gleicher Hohe der ,ib/iibildeiiden Objektoberilache befinden sich /wci l.lfkiionendeick toren 17, deren Signale durch Lichtleiter 18 /um Ι.κτ nicht gezeichneten Phommuliiplicr goleiiei werden. In gleicher Höhe befindet sich auch emc V ■.•nhiinpl'ingsquelle 19. Durch das Rohr 20 kann soniii d.is ()h|cki 11 bei tiefer Temperatur bedampil werden I tir Yi-iMiche in einem magnetischen Feld sind aiii der oberen l'l.iiie des Strahlungsschildes 5 zwei Spulen 2! jngcbr.u In. niiuels der ..rein Magnetfeld cr/eugi werden k.;nnThe Kiihlmiitelbehalter 1 is over the thermal Isola'or 13 and the guide tube 14 jin Oh | eki \ crsic! L table 15 supported, which introduces 16 by means of the drive can be. At the same level as the, ib / iibildeiiden The object surface is located in / wci l.lfkiionendeick gates 17, their signals through fiber optics 18 / around Ι.κτ not be drawn Phommuliiplicr goleiiei. In emc V ■. • nhiinpl'ingsquelle is also at the same height 19. Soniii d.is () h | cki 11 at low temperature bedampil become I tir Yi-iMiche in a magnetic field there are aiii of the upper l'l.iiie of the radiation shield 5 two coils 2! jngcbr.u In. niiuels der ..rein magnetic field cr / eugi be k.; nn

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Object cooling device for scanning electron microscopes, in which a container for a coolant is provided eccentrically to the object holder with respect to the optical axis of the microscope and a connection containing the coolant is provided between the container and the object holder, characterized in that the coolant container (1) on a long and elastic tube (2) is suspended and that a part {la) of the coolant container (1) extends into the area below the end lens, in which an insert (10) provided with cooling fins is provided which holds the object holder (11) b / w. carries a rod-shaped object.

2. Device according to claim 1, characterized in that that an additional coolant tank (4) is provided above the coolant tank (1), of the radiation shields (5, 6) made of a material that conducts heat well, the first Coolant container (1) and the long and elastic tube (2) surrounded on all sides (Fig. 1).

3. Device according to Ansoruch 1 or 2, thereby characterized in that the Eins-.tz (10) has a cylindrical Has a threaded hole into which the specimen holder (U) or the specimen is screwed is, if necessary, a Lock nut (12) is provided (Fig. 2).

4. A device according to eir * m of the preceding claims, characterized ^r peke nzeichnet that the coolant container (1) with its up in the area below the final lens extending portion {\ y) via a thermal insulator (13) and a guide tube (14 ) is attached to the object adjustment table (15) (Fig. 2).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the A pipe (20) is located at the level of the object surface and leads to an evaporation source (19) (FIG. 2).

S. device according to one of claims 2 to 5, characterized in that it is centered on the optical axis of the microscope in the radiation shield (5) a tube (8) is inserted Ί onto the solenoid coils (21) can be pushed open (Fig. 2).