NL8301033A - Stralingsapparaat met membraanaandrijving voor een objectdrager. - Google Patents

Description

r- % * * PHN 10.617 1 N.V. Philips1 Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Stralingsapparaat met membraanaandr ijving voor een objectdrager.

De uitvinding heeft betrekking op een stralingsapparaat met een mechanisme voor positionering van een object in een geconditioneerde ruimte in het apparaat.

Een dergelijk apparaat/ in de vorm van een electronenbundelschrij f-5 machine/ is bekend uit ü.S. 4.063.103. In een aldaar beschreven apparaat is een draagtafel opgenanen voor een, met een electronenbundel te bestralen object. De objectdrager is hier onderdeel van een positioneringsmechanisme waarmede het object in een vlak dwars op de electronenbundel in twee onderling loodrechte richtingen verplaatsbaar is. Voor het verplaatsen van 10 het object wordt daarbij gebruik gemaakt van twee aandr ij fmotor en die bijvoorbeeld via een balgverbinding met de objectdrager zijn verbonden. In bijvoorbeeld electronenbundelschrijfmachines, electroneranicroscopen zoals raster- en transmiss ie-electronenmicroscopen f röntgen analyse apparaten en dergelijke / is het vaak gewenst een object te kunnen verplaatsen in 15 stappen van ten hoogste bijvoorbeeld 0.2 um over een totale afstand tot bijvoorbeeld ten minste 10 mm? dan we 1 cm een object met kleine, goed gedefinieerde stappen over een groot bereik te kunnen roteren. Hiertoe is de werking van bekende positioneringsmechanisnien veelal onvoldoende nauwkeurig, onvoldoende reproduceerbaar of te tijdrovend. Ook kunnen 20 daarmede vaak niet onvoldoende kleine stappen worden gerealiseerd en treden vaak problemen op bij de afdichting van de geconditioneerde ruimte.

De uitvinding beoogt deze bezwaren te ondervangen en daartoe heeft een apparaat van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding het kenmerk, dat het positioner ingsmechanisme is uitgerust met een 25 membraanaandrijving met een vast opgesteld membraan waarbij een secundaire as van de membraanaandrijving met een objectdrager is gekoppeld.

Doordat in een apparaat volgens de uitvinding het positionerings-mechanisme star met een wanddeel van het apparaat of met een van de onderdelen van de draagtafel kan zijn verbonden en de objectaandrijving via een 30 wrijvingsoverbrenging met een te verplaatsen onderdeel van de draagtafel is verbonden, is een trillingsvrije, en goed reproduceerbare positionering gerealiseerd. Door een gemakkelijk te bereiken grote overbrengverhouding in de membraanaandrijving kan een zeer nauwkeurige verplaatsing worden 8301033 __________. ,·. j

V Z

PHN 10.617 2 bereikt terwijl door de grote flexabiliteit in de besturing van het mechanisme ook snel over een grote afstand of over een grote hoek kan worden verplaatst. Opgemerkt wordt dat het principe van een memhraanaandr ij ving bekend is uit U.S. 4.271.713/ alwaar de werking daarvan uitvoerig is be-5 schreven.

In een voorkeursuitvoering volgens de uitvinding vormt het membraan deel van een scheidingswand van een te conditioneren ruimte voor het object. Hierdoor zijn de andere mogelijk optredende problemen ten aanzien van een blijvende goede afdichting van de scheidingswand vermeden.

10 De uitvinding kan zo worden uitgevoerd# dat althans in daarvoor gewenste richtingen een starre koppeling ontstaat.

In een verdere voorkeursuitvoering wordt een primaire as van de menibraanaandrijving aangedreven door een gelijkstroom electromotor die bijvoorbeeld met een gepulseerde stroom wordt gevoed. Een eenvoudige puls-15 teller kan daarbij dienst doen voor het regelen en meten van de snelheid en oriëntering van de motoras als primaire as van de membraanaandrij ving.

Met de herhalingsfrequentie van de voedingsstroom kan de snelheid van de verplaatsing binnen een groot bereik worden bepaald.

In een verdere voorkeursuitvoering is de secundaire as van het 20 aandrijfmechanisme via een wrijvingswiel overbrenging met bijvoorbeeld een slede van een objectdrager verbonden. Hierbij kan een aandrijf stang van de objectdrager samen met de secundaire as worden geklemd tussen twee rollen waardoor geen dwarskrachten op het bewegingsmechanisme optreden en een spelingsvrije verplaatsing van de objectdrager is gegarandeerd.

25 Voor rotatie van een object kan een relevant onderdeel van de objectdrager direct met de secundaire as van het bewegingsmechanisme zijn gekoppeld. Bij samengestelde verplaatsingen kan een motorunit voor een van de bewegingen op een slede van de objectdrager zijn gemonteerd.

In een voorkeursuitvoering volgens de uitvinding in de 30 vorm van een röntgen analyse apparaat verzorgt een eerste membraanaandrij-ving rotatie van het object en een daarmede electronisch gekoppelde tweede membraanaandr ij ving rotatie van een detector waarbij deze bijvoorbeeld met een hoeksnelheid gelijk aan tweemaal de hoeksnelbeid van het object roteert. Hiermede is op eenvoudige wijze een nauwkeurige hoekinstelling 35 van een object en een juiste positionering van een detector in een dergelijk apparaat bereikt.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In de 8301033 ESN 10.617 3 tekening tocnt :

Figuur 1 een principe schets van een relevant gedeelte van een apparaat met een positioneringsmechanisme volgens de uitvinding, 5 Figuur 2 een meer gedetailleerde schets van een memhraanaan- drijving daarvoor,

Figuur 3 een schetsmatige weergave van een X-Y positionerings-nechanisme voor een electronenmicroscoqp, en

Figuur 4 een relevant gedeelte van een röntgen analyse apparaat 10 met een rotatiemechanisme volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont van een electronenmicroscoop een gedeelte van een huiswand 1 welke wand een vacuumruimte 3 'cmsluit met daarin opgenonen een objectief lens 5, een objectdrager 7 met een object 9, een eerste j detector 11 en een tweede detector 13. Van een het object 9 bestralende j 15 electronenbundel 15 kan een door het object doorgelaten gedeelte 17 i worden gedetecteerd met de detector 11 terwijl door de electronenbundel 15 aan het object opgewekte secundaire electronen, röntgen straling enz. docar de detector 13 kan worden gedetecteerd. De objectdrager 7, die hier uiterst schematisch is weergegeven, verzorgt voor het object bijvoorbeeld 20 translatie bewegingen in onderling loodrechte x, y en z richtingen, een rotatie cm een z-as die hier samenvalt met een hoofdstraal van de bundel 15 en kantelbewegingen cm zowel de x- als de y-as.

Volgens de uitvinding is het apparaat daartoe uitgerust met een memhraanaandrijving 19 zoals meer gedetailleerd in figuur 2 is weerge-25 geven. De memhraanaandrijving bevat een primaire as 23 die bijvoorbeeld is gelagerd in een, twee in een tandem opstelling geplaatste lagers bevattende, duplexlagen 25 voor het kunnen opvangen van hier optredende relatief hoge belasting. Kleumend om de primaire as kan daartoe een flexibel koppelblok 26 zijn gemonteerd dat met een veerkonstruktie 27 is 30 uitgerust. Met de veerkonstruktie 27 worden met een cm de primaire as gecentreerde lagerschijf 29 bijvoorbeeld drie kogels 31 over een membraan 33 gerold. De kogels 31 liggen bijvoorbeeld in een V groef 30 in de lagerschijf en worden in onderlinge positie gehouden door een kogelhouder 32.

Het membraan 33 is met een vacuundichte verbinding 35, bijvoorbeeld een 0 35 ring of in het bijzonder voor een verbeterde vacuumdichting met een bijvoorbeeld indium bevattende sealverbinding met een bus 37 verbonden.

Tegen de tegenoverliggende zijde van het membraan is met een kleminrichting 36 een montageblok 38 geklemd. De bus 37 vormt hier een huis voor het pri- 8301033 c w PHN 10.617 4 maire gedeelte van de membraanaandrijving en is bijvoorbeeld vast verbonden met de huiswand 1. Tegenover een door de kogels 3 te doorlopen kogelbaan 39 over het membraan bevindt zich een drager 41 die aan een van het membraan afgekeerde zijde een bij voorkeur eveneens in een duplex-5 lager 43 gelagerde secundaire as 45 vormt. Tegenover een binnen de kogelbaan 39 gelegen centraal gedeelte van het membraan is een, net bijvoorbeeld een centraal in de secundaire as gelegen pen of kogel 40 gelagerde plaat 42 gemonteerd. Met de plaat 42 wordt het membraan ontlast van een anders door de vacuumdruk opgewekte wrijvingskracht. Aan de secundaire as 10 45 is bij voorkeur via een aan de hand van figuur 3 nader te beschrijven konstruktie met wrijvingswielen en een aandrijfstang of strip voor een van de onderdelen van de objectdrager 7 bevestigd. Rotatie van de primaire as 23 resulteert in een rotatie van de secundaire as 45 met een overbreng-verhouding die afhankelijk is van de druk van de kogels 31 op het membraan, 15 de diameter van de kogelbaan 39, de diameter van de kogels, de dikte van het membraan en de elastische eigenschappen van het membraan en de drager 41. De overbrengverhouding kan door keuze van deze grootheden binnen wijde grenzen, bijvoorbeeld tussen 1 op 500 en 1 op 50.000 gekozen worden. Voor de aandrijfmotor kan gebruik gemaakt worden van een gelijkstroommotor of 20 van een stappenmotor 21. De aandrijfmotor is opgenomen in een huisgedeelte 49 dat net bijvoorbeeld een 0 ring verbinding 51 afsluitbaar is en van een stroomtoevoerleiding 53 is voorzien. Bij gebruik van een gelijkstrocm-motor kan de rotatiesnelheid van de primaire as worden gestuurd net de frequentie van een pulsvormige voedingsstroom. Voor weergave daarvan kan 25 een teller indicator worden gebruikt. Het meten van de translatie of de rotatie van het object kan met daartoe bekende methodieken warden uitgevoerd. Voor het meten, dan wel tellen van de in een apparaat volgens de uitvinding te realiseren kleine stappen in de verplaatsing in de objectdrager, kan bijvoorbeeld gebruik gemaakt worden van de in de U.S.

30 3.962.663 beschreven inductieve positie bepalende inrichting.

Een in Figuur 3 weergegeven voorkeursuitvoering van een x, y translatie mechanisme met membraanaandr ij ving toont een basisplaat 50 met daarop een eerste draagslede 52, die, met op zich bekende middelen, hier aangegeven als rollen 54 in een x-richting verplaatsbaar is. Cp de 35 draagslede 52 is met rollen .56 een in y-richting beweegbare draagslede 58 geplaatst. Een met de grondplaat 50 verbonden membraanaandr ij f inrichting 60 drijft via een wrijvingsoverbrenging 62 een aandrijfstang of folie 64 en daarmede de eerste draagslede 52 aan. De wrijvingsoverbrenging 62 8301033 PHN 10.617 5

* I

bevat hier twee rollen 66 en 68, die met behulp van een net de grondplaat verbonden beugel 70 met de aandrijf stang 64 en een secundaire as 72 van de membraanaandrijving kleunend zijn gekoppeld.

Met een instelschroef 74 kan de klemkracht van die koppeling wor-5 den ingesteld.

Op geheel overeenkomstige wijze verzorgt een met de eerste draag-slede 52 verbonden membraanaandrijving 80 een verplaatsing van de draag-slede 58 in een y-richting. Een aandrijfmotor 82 is hier duidelijkheidshalve aan een onderzijde van de eerste draagslede gemonteerd en met een geheel 10 analoge wrijvingsoverbrenging 84 verbonden met een tweede aandrijf stang 86. De grondplaat 50 is ter plaatse van een, bij verplaatsing van de eerste draagslede, door de tweede membraanaandrijving te bestrijken traject, van een opening voorzien. Met een geringe aanpassing van de wrijvingsoverbrenging en aandrijf stang kan op overeenkomstige wijze een kantelbeweging 15 aan het object gegeven worden.

Figuur 4 toont een röntgen analyse apparaat, uitgerust met een membraanaandrijving 90, die in principe gelijk is aan de membraanaandrijving 19. Het membraan 33 maakt hier deel uit van een afdichtende wand 92 t voor een ruimte 94 waarin een te onderzoeken monster 96 kan worden opge-20 steld. Het monster is kantelbaar cm een as 98, gekoppeld net de secundaire as 45 van de membraanaandrijving opgesteld. Van het apparaat zijn verder een röntgenbuis 100 waarin in een lijnvormig trefvlak 102 een röntgen stralenbundel 104 kan worden opgewekt die via een stralingsingangsspleet 106 het monster bestraalt.

25 Een aan het monster gediffracteerde bundel 110 wordt via een detectorspleet 112 ingevangen in een detector 114. Door kantelen van het monster kan dit qp tekende wijze hoekafhankelijk en daarmede golflengte afhankelijk geanalyseerd worden. Hierbij dient de detector met de detectorspleet, zoals bijvoorbeeld In een Bragg-Brentano opstelling, met de 30 békende dubbele hoeksnelheid ten opzichte van het monster met het monster itee te roteren. Hiertoe kan een niet getekende tweede membraan-aandrijving dienen die electronisch met de aandrijving van de eerste wordt gestuurd. Er kan ook worden gewerkt met een enkele membraanaandrijving en een 2 op 1 koppeling tussen een monster rotatie om de as 98 en een 35 detector rotatie cm die as. Ook hier kan dan weer, bijvoorbeeld met behulp van de inductieve plaatsbepaler de oriëntatie van zowel het monster als de detector worden gemeten.

8301033

Claims (10)

1. Stralingsapparaat met een mechanisme voor positionering voor een te bestralen object in een geconditioneerde ruimte in het apparaat met het kenmerk, dat het positioneringsmechanisme is uitgerust met een membraanaan-dr ij ving (19) met een vast opgesteld membraan (33) waarbij een secundaire 5 as (45) van de membraanaandrijving met een objectdrager (7) is gekoppeld.

2. Stralingsapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het vast opgestelde membraan (33) van de membraanaandrijving deel uit maakt van een de geconditioneerde ruimte (3) begrenzende wand (1).

3. Stralingsapparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat tegen-10 over een centraal gedeelte van het membraan een via een centraal in een secundaire as van de membraanaandrijving gepositioneerde pen of kogel (40) gelagerde steunplaat (42) is gemonteerd.

4. Stralingsapparaat volgens conclusie 1, 2 of 3 met het kenmerk, dat een membraanaandrijving daarvan is uitgerust met een gelijkstroommotor 15 (21) met een gepulseerde gelijkstroomvoedingsbron.

5. Stralingsapparaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat daaraan een inductieve plaatsopnemer voor het meten van een door de membraanaandrijving gerealiseerde verplaatsing van een object is toegevoegd.

6. Stralingsapparaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een secundaire as van de membraanaandrijving via een wrijvings-overbrenging (60) met een te verplaatsen onderdeel van de objectdrager is verbonden.

7. Stralingsapparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de 25 wrijvingsoverbrenging is uitgerust met twee wrijvingswielen (66, 68), waartussen een aandrijf stang of een folie (64) voor de objectdrager met de secundaire as van de membraanaandrijving is ingeklemd.

8. Stralingsapparaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het membraan via een metaal bevattende seal verbinding (35) 30 met de wand van de geconditioneerde ruimte is verbonden.

9. Stralingsapparaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat dit is uitgerust met een electronenbron voor het opwekken van een electronenbundel voor het bestralen van een verplaatsbaar opgesteld object.

10. Stralingsapparaat volgens een der conclusies 1-8, met het ken merk, dat dit is uitgerust met een röntgenbron (100) voor het opwekken van een röntgenbundel (104) voor bet bestralen van een roteerbaar opgesteld object (96).' 8301033