DE3842757A1 - Tragbares raster-elektronenmikroskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein tragbares Raster-Elektronen­ mikroskop.

In jüngster Zeit fanden Raster-Elektronenmikroskope auf zahlreichen Gebieten wachsenden Einsatz, die sich aufgrund ihrer großen Tiefenschärfe besonders in Fertigungsprozes­ sen und zu Oberflächenuntersuchungen, besonders bei Be­ lastungsprüfungen, eignen.

Ein Nachteil der herkömmlichen Raster-Elektronenmikroskope liegt jedoch in der beschränkten Größe des untersuchten Objektes, so daß destruktive Untersuchungsmethoden not­ wendig sind, bei denen eine Untersuchungsprobe mit solchen Abmessungen genommen werden muß, die noch die Einführung in die Präparatkammer gestatten, womit häufig eine Beein­ trächtigung oder eine irreparable Veränderung bzw. Zer­ störung der Objekte verbunden ist, von denen die Proben genommen wurden.

Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde ein Elektronen­ mikroskop konstruiert, dessen Vakuumteil vom Umgebungsraum durch eine Blende mit sehr geringem Durchmesser, typischerweise 30 µm, getrennt ist, wobei dieser Vakuum­ teil von einer leistungsfähigen Vakuumanlage evakuiert und so dauernd diese künstlich eingefügte Vakuum-Undichtigkeit kompensiert wird.

Zu den Nachteilen dieser Lösung gehören das durch die mikroskopisch kleinen Abmessungen der Blendenöffnung stark eingeschränkte Bildfeld, die Inhomogenität des Vakuums in der Ebene der optischen Achse und die Diffusion der vom Objekt rückgestreuten Elektronen, wodurch in der Folge Bilder mit nur mittlerer Qualität erhalten werden.

Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde ein tragbares Raster-Elektronenmikroskop konstruiert, das eine im unteren Teil offene und zum vakuumdichten Aufsetzen auf eine feste Objektoberfläche der untersuchten Stelle ange­ paßte Kammer aufweist. Der eigentliche Tubus des Raster- Elektronenmikroskops kann zur besseren Wahl der untersuch­ ten Stelle mit einem kugelförmigen Bett verbunden sein, um das der Tubus geneigt werden kann, um so Lage und Richtung des zentralen Elektronenbündels ändern zu können.

Die Nachteile dieser Lösung beruhen darin, daß bei größe­ ren Ausschwenkwinkeln des Tubus eine Bildverzerrung und aufgrund der größeren Entfernung zwischen der untersuchten Oberfläche und der Ausgangslinse der Optik eine Änderung der Bildvergrößerung auftritt. Ein weiterer Nachteil die­ ser Lösung ist, daß zur Durchführung der Untersuchung die Umgebung der untersuchten Stelle eine Planfläche mit Ab­ messungen sein muß, die genau den Abmessungen der Dichtung am Boden der Präparatkammer des Raster-Elektronenmikrosko­ pes entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein tragbares Raster-Elektronenmikroskop anzugeben, das die oben erläu­ terten Nachteile der herkömmlichen tragbaren Raster-Elek­ tronenmikroskope nicht aufweist und insbesondere an die verschiedensten Größen und Formen von Objektoberflächen anpaßbar ist und bei der Verschiebung des Tubus beim Auf­ suchen der Untersuchungsstelle keine Bildverzerrungen oder Änderungen der Vergrößerungen ergibt.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungs­ konzeption.

Das erfindungsgemäße tragbare Raster-Elektronenmikroskop umfaßt als wesentliche Bestandteile einen Tubus und eine den Tubus tragende, mit einer Vakuumanlage verbindbare und auf das zu untersuchende Objekt vakuumdicht aufsetzbare Objektkammer; es ist dadurch gekennzeichnet, daß die Objektkammer im Mittelteil ihres Bodens eine Luke auf­ weist, deren Abmessungen größer sind als die entsprechende maximale Auslenkung des Raster-Elektronenstrahls in der Ebene der Luke und die vakuumdicht auf einer Grundplatte angeordnet ist, die in ihrem der Luke entsprechenden Mit­ telteil eine Öffnung sowie an ihrer unteren Fläche um die Öffnung herum eine verlaufende Vakuumdichtung aufweist.

Die Grundplatte weist vorteilhaft Stellschrauben zum ein­ stellbaren Aufsetzen der Grundplatte auf das zu unter­ suchende Objekt und/oder Verschiebungsschrauben zur Ver­ schiebung der Objektkammer relativ zur Grundplatte auf. Außerdem ist die Ausstattung des Raster-Elektronenmikro­ skops mit einem ganzen Satz von Grundplatten, deren Unter­ fläche und Vakuumdichtung der Größe und Form der jeweili­ gen typischen untersuchten Objektoberfläche angepaßt ist.

Die Vorteile des tragbaren Raster-Elektronenmikroskops gemäß der Erfindung beruhen besonders darauf, daß bei Ver­ schiebung des Mikroskoptubus während der Aufsuchung der Untersuchungsstelle weder eine Bildverzerrung noch eine Veränderung des Vergrößerungsfaktors infolge einer Ände­ rung der Neigung des Raster-Elektronenbündels auftreten können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für un­ terschiedliche untersuchte Oberflächen geeignete, einfach austauschbare Grundplatten mit zugehöriger Dichtung vor­ gesehen sind, die in Größe und Form der jeweiligen Umge­ bung der untersuchten Stelle angepaßt sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der eine beispielhafte Ausführung des trag­ baren Raster-Elektronenmikroskops gemäß der Erfindung dar­ gestellt ist.

Das dargestellte erfindungsgemäße Raster-Elektronenmikro­ skop weist eine Grundplatte 2 mit einer Vakuumdichtung 3 auf, die mit ihrer unteren Fläche vakuumdicht auf die Oberfläche 1 des zu untersuchenden Objekts aufsetzbar ist. Die Grundplatte 2 weist eine Öffnung 4 auf. Auf der Grund­ platte 2 liegt die Objektkammer 5, in deren Boden sich die Luke 6 befindet. An der Objektkammer 5 ist der Tubus 7 angeordnet; mit der Objektkammer 5 ist ferner die Vakuum­ anlage 8 verbunden. Die Grundplatte 2 trägt Stellschrauben 9; die Objektkammer 5 ist mit Verschiebungsschrauben 10 versehen.

Zwischen der Objektkammer 5 und der Grundplatte 2 befindet sich eine zweite Vakuumdichtung 11.

Die beiden Vakuumdichtungen 3 bzw. 11 sind vorzugsweise O- Ring-Dichtungen.

Zur Durchführung von Untersuchungen wird das erfindungsge­ mäße tragbare Raster-Elektronenmikroskop zur zu untersu­ chenden Stelle gebracht, wobei die Grundplatte 2 so auf die zu untersuchende Oberfläche 1 aufgesetzt wird, daß sich die interessierende Fläche innerhalb der Öffnung 4 befindet und die Vakuumdichtung 3 mit ihrem gesamten Um­ fang auf der Oberfläche 1, welche die interessierende Fläche umschließt, aufliegt. Dann wird der Tubus 7 mit Hilfe der Vakuumanlage 8 evakuiert; durch Anziehen der Stellschrauben 9, die auf der untersuchten Oberfläche 1 zur Anlage kommen, wird das Elektronenmikroskop, besonders zur Erzielung einer größeren Vibrationsfreiheit, stabili­ siert. Das Elektronenmikroskop wird dann in Betrieb ge­ setzt, und der Elektronenstrahl rastert die untersuchte Oberfläche 1 in der Nähe der Achse des Tubus 7 ab. Mit den Verschiebungsschrauben 10 kann, bei Übersichtsvergröße­ rung, der Tubus 7 mit der Objektkammer 5 über die unter­ suchte Oberfläche 1 verschoben werden; nach dem Auffinden des gesuchten Details wird zur eigentlichen Untersuchung übergegangen.

Das erfindungsgemäße tragbare Raster-Elektronenmikroskop eignet sich besonders vorteilhaft zur zerstörungsfreien Analyse größerer Flächen, z.B. zur Ermittlung von Ermü­ dungsdeformationen an Flugzeug-Tragflächen, sowie etwa zur Untersuchung von Raketenbauteilen und praktisch beliebi­ gen, auch größeren Maschinenteilen.

Claims (7)

1. Tragbares Raster-Elektronenmikroskop mit einem Tubus (7), einer auf das zu untersuchende Objekt (1) vakuum­ dicht aufsetzbaren den Tubus (7) tragenden Objektkammer (5) und einer mit der Objektkammer verbindbaren Vakuum­ anlage (8), dadurch gekennzeichnet, daß die Objektkammer (5) im Mittelteil ihres Bodens eine Luke (6) aufweist, deren Abmessungen größer sind als die entsprechende maximale Auslenkung des Raster- Elektronenstrahls in der Ebene der Luke (6) und die vakuumdicht auf einer Grundplatte (2) angeordnet ist, die in ihrem der Luke (6) entsprechenden Mittelteil eine Öffnung (4) sowie an ihrer unteren Fläche eine um die Öffnung (4) herum verlaufende Vakuumdichtung (3) aufweist.

2. Raster-Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch eine Grundplatte (2), deren untere Flä­ che in Größe und Form der Oberfläche (1) des zu unter­ suchenden Objekts angepaßt ist.

3. Raster-Elektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen der Objektkammer (5) und der Grundplatte (2) eine um die Luke (6) herum ver­ laufende Vakuumdichtung (11) vorgesehen ist.

4. Raster-Elektronenmikroskop nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vakuumdichtung (3) und/oder die Vakuumdichtung (11) O-Ring-Dichtungen sind.

5. Raster-Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (2) Stellschrauben (9) aufweist, die auf der Oberfläche (1) des zu untersuchenden Objekts aufsetzbar sind.

6. Raster-Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektkammer (5) Verschiebungsschrauben (9) aufweist, mit denen die Ob­ jektkammer (5) relativ zur Grundplatte (2) in der Ebene ihrer unteren Fläche verschiebbar ist.

7. Raster-Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Satz von Grundplatten (2) ausgestattet ist, deren untere Fläche und deren Vakuumdichtung (3) jeweils in Größe und Form einer typischen Oberfläche (1) eines zu untersuchenden Objekts angepaßt ist.