DE1498646C - Ionen-Mikroanalysevorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionen-Mikro- Mikroanalysator der eingangs angegebenen Art wird

analysevorrichtung zur Erzielung eines ionenselektiven gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung

Bildes eines Mikrobereichs einer Probe, bestehend aus dadurch gelöst, daß das Energiefilter ein durch den

einer Einrichtung zum Bestrahlen des Mikrobereichs Sektor eines Kugelkondensators gebildetes elektrisches

mit einem Primärteilchenstrahl, wodurch unter ande- 5 Feld und einen am Ausgang des Kondensators ange-

rem auch Sekundärionen emittiert werden, aus einer ordneten Spalt zur Begrenzung der Energiebandbreite

Optik, die den Sekundärionenstrahl zu einem nicht- enthält.

selektiven Bild des Mikrobereichs fokussiert, und aus Eine zweite Ausführungsform der Erfindung besteht

einem Magnetfeld zum Filtern der Sekundärionen darin, daß das Energiefilter eine energieselektiv reflek-

nach ihrer Bewegungsgröße. io tierende Spiegelelektrode enthält.

In der französischen Patentschrift 1 240 658 ist ein In diesem Fall kann das Reflexionsvermögen der ionenoptisches System beschrieben, mit welchem die Spiegelelektrode so eingestellt sein, daß sie aus dem Mikroanalyse einer Probe dadurch ausgeführt werden Sekundärionenstrahl die Ionen beseitigt, deren Energie kann, daß die positiven Sekundärionen aufgefangen über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt,
werden, welche diese Probe beim Auftreffen eines 15 Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Ausführungs-Bündels positiver Primärionen emittiert. form besteht darin, daß das Magnetfeld die Form

Die Vorrichtung liefert mit Hilfe einer Ionenoptik eines Dreieckprismas mit einer Symmetrieebene hat

und eines Massenanalysators ein kennzeichnendes Bild und zwei Sektoren bildet, die eine zur Symmetrieebene

der Oberfläche der Probe. Man erhält dadurch eine senkrechte gemeinsame Seitenfläche haben, wovon je

Karte der Verteilung der Elemente oder Isotopen auf 20 ein Sektor im Strahlengang der Sekundärionen vor

der Oberfläche der Probe. und hinter der Spiegelelektrode angeordnet ist.

Diese Vorrichtung arbeitet zwar völlig befriedigend, Es ist zu bemerken, daß der Kugelkondensator und

sie weist aber den Nachteil auf, daß sie die Sekundär- die Spiegelelektrode jeweils ein Stigmatisches System

ionen mit sehr großen und sehr nahe beieinanderliegen- sind, das es jeweils ermöglicht, gleichzeitig zwei Bilder

den Massen nicht leicht voneinander trennen kann, 25 von zwei Gegenständen (einem Bündelknoten und j

weil nicht alle Sekundärionen die Probe mit der einem davorliegenden Bild der Probe) mit Energie- j

gleichen Anfangsgeschwindigkeit verlassen. filterung zu erhalten. Bei einer Spiegelelektrode gibt

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vor- es, ebenso wie bei einem optischen Spiegel, unendlich

richtung dieser Art, welche Ionen sehr großer und nahe viele konjugierte stigmatische Punkte. Es läßt sich

beieinanderliegender Masse voneinander trennen kann. 30 zeigen, daß die gleiche Bedingung auch bei einem

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch Kugelkondensator erfüllt ist. In beiden Fällen kann

eine zwischen dem selektiven Bild und der Probe an- man also ein Paar von konjugierten stigmatischen

geordneten Einrichtung zum Filtern der Sekundär- Punkten für den Bündelknoten und ein weiteres Paar

ionen nach ihrer Energie. von konjugierten stigmatischen Punkten für das Bild

Es ist zu bemerken, daß es in der Massenspektro- 35 der Probe verwenden.

metrie bekannt ist, eine Energiefilterung in Verbin- Bei dem Kugelkondensator ermöglicht die Hinzudung mit einer Bewegungsgrößenfilterung vorzu- fügung einer zusätzlichen Linse nach der Energienehmen, wobei diese Doppelfilterung schließlich eine filterung des von der ersten Linse gebündelten Sekun-Massenfilterung ermöglicht. därionenstrahls die Wiederherstellung der gewünsch-

Die Anwendung einer Energiefilterung bei dem 40 ten Bedingungen für eine Bewegungsgrößenfilterung

Massenanalysator eines Ionen-Mikroanalysators ergibt mit Hilfe des magnetischen Sektorfeldes,

jedoch Probleme, die bei einem Massenspektrometer Hinsichtlich der Spiegelelektrode ist zu bemerken,

nicht auftreten. Dies beruht auf den folgenden Fak- daß diese Anordnung nur die Beseitigung der Ionen

toren: ermöglicht, die eine vorgegebene Energieschwelle über- (%

Bei einem Massenspektrometer ist es nur erforderlich, 45 schreiten, nicht dagegen der Ionen, deren Energie j

ein hinsichtlich der Art der Ionen selektives Bild eines unter einer vorgegebenen Schwelle liegt. Es ist jedoch j

ersten, das zu analysierende Ionenbündel begrenzen- bekannt, daß die Lösung des ersten Problems oft ■

den Spaltes von länglicher Gestalt zu erhalten. Ein genügt. ;

solches Bild kann als »eindimensional« bezeichnet Es ist auch zu bemerken, daß die Verwendung einer j

werden. Außerdem braucht man sich im allgemeinen 50 Spiegelelektrode zur Durchführung einer Energie- ;

mit der Frage des Stigmatismus nicht in der Längs- filterung gerade deshalb von Vorteil ist, weil ein Magnet- j

richtung des Spaltes, sonders nur in seiner kleinen feld auf jeden Fall für die Bewegungsgrößenfilterung

Querabmessung zu beschäftigen. verwendet werden muß. Dadurch, daß man den von

Bei dem Massenanalysator eines Ionen-Mikroanaly- der Linse gebündelten Sekundärionenstrahl zweimal

sators ist es dagegen erforderlich, daß jede Filterung 55 durch das Magnetfeld hindurchgehen läßt, wird das

so durchgeführt wird, daß zwei zweidimensionale . Problem der Trennung des einfallenden Ionenstrahls

stigmatische Bilder aufrechterhalten werden, von von dem reflektierten Ionenstrahl beseitigt, das sonst

denen das eine dem Bild der Probe (worunter die aufträte, wenn eine Spiegelelektrode zur Beseitigung

analysierte Zone der Probe zu verstehen ist) und das der Ionen verwendet würde, deren Energie über einem

andere einem ersten Bündelknoten entspricht. 60 vorgegebenen Schwellenwert liegt.

Jede Filterung setzt nämlich eine Auswahlblende Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bei-

voraus, die es ermöglicht, die zunächst räumlich von spielshalber erläutert. Darin zeigt

den gewünschten Ionen getrennten unerwünschten F i g. 1 ein Schema einer ersten Ausführungsform

Ionen mit Hilfe einer aktiven Filtereinrichtung zu be- der Erfindung,

seitigen, wobei diese Blende an einem Bündelknoten 65 F i g. 2 eine genauere Darstellung einer möglichen

des durch die Blende hindurchgehenden Bündels an- Ausführungsform der Vorrichtung von F i g. 1,

geordnet sein muß. F i g. 3 ein Schema eines zweiten Ausführungsbei-

Das Problem der Energiefilterung bei einem Ionen- spiels der Erfindung,

F i g. 4 eine möglichst praktische Ausführung der Anordnung von F i g. 3 und

F i g. 5 das Schema einer an sich bekannten Anordnung zum besseren Verständnis der Erfindung.

F i g. 1 zeigt die zu analysierende Probe 1, welche unter dem Aufprall eines Strahls 2 von positiven Primärionen positive Sekundärionen emittiert, welche von einer Beschleunigungsoptik 3 mit den Elektroden 31 bis 34 aufgefangen werden. Im Weg dieses Sekundärionenstrahls ist ein Sektor eines Kugelkondensators 4 angeordnet, der zwei Elektroden 41 und 42 aufweist, welche mittels einer Spannungsquelle 5 an verschiedene Potentiale gelegt sind.

F i g. 1 ist ein Schnitt in einer durch den Mittelpunkt des Kugelkondensators gehenden Radialebene, die senkrecht zu einem magnetischen Sektorfeld 6 steht, von dem später die Rede sein wird.

Die Querschnitte der Elektroden 41 und 42 in dieser Radialebene sind zwei Viertelkreisbögen, und der Beginn des mittleren Kreisbogens mit dem Radius r zwischen diesen beiden Kreisbögen liegt im Abstand r von der Blende 34.

Hinter dem Kugelkondensator 4 ist ein Spalt 9 angebracht, der einige der Ionen zurückhält, welche durch den Kugelkondensator hindurchgegangen sind, während die übrigen Ionen durch eine Linse 10 fokussiert werden.

Die Anordnung enthält ferner das magnetische Sektorfeld 6 für die Bewegungsgrößenfilterung, welches durch eine nicht dargestellte Vorrichtung bekannter Art eingestellt wird, und schließlich den Auswahlspalt 81, auf den ein Elektronenblock 8 folgt.

Zum Verständnis der Wirkungsweise dieser Anordnung soll zunächst an Hand von F i g. 5 erläutert werden, wie gemäß der französischen Patentschrift 1 240 658 die Bedingungen für die Bewegungsgrößenfilterung mit Hilfe eines symmetrischen magnetischen Sektorfeldes erfüllt werden, welches (für Ionen gegebener Masse m₀ und gegebener Geschwindigkeit V₀) zwei stigmatische konjugierte reelle Punkte M und M' aufweist.

Die Kraftlinien des magnetischen Sektorfelds 6 stehen senkrecht zur Zeichenebene. Die Zeichenebene enthält die optische Achse des Systems; diese besteht aus zwei geradlinigen Abschnitten X₁ und X₂ ^zu beiden Seiten des Sektorfeldes 6 und einem gekrümmten Abschnitt X₃ im Inneren des Sektorfeldes. Die geradlinige Verlängerung des Abschnitts X₁ über den Eintrittspunkt I₁ hinaus ist mit X₁', die geradlinige Verlängerung des Abschnitts X₂ über den Austrittspunkt I₂ hinaus mit X₂' bezeichnet.

Die die optische Achse enthaltende Fläche (Zeichenebene) wird »Radialebene« genannt, die die Radial-• ebene entlang der optischen Achse schneidende, senkrecht dazu stehende Fläche heißt »Transversalfläche«.

Es sei ein Punkt P auf dem Abschnitt X₁ der optischen Achse angenommen. Wenn alle (selbstverständlich innerhalb eines nicht zu großen Winkels) durch den Punkt P gehenden, in der Radialebene (Zeichenebene) liegenden Ionenbahnen nach Durchgang durch das Sektorfeld 6 wiederum durch einen auf dem Abschnitt x₂ liegenden Punkt P' gehen, so sind die beiden Punkte P und P' zwei »in radialer Fokussierung konjugierte reelle Punkte«.

Wenn alle durch den Punkt P gehenden, in der Transversalfläche liegenden Ionenbahnen nach Durchgang durch das Sektorfeld 6 wiederum durch einen auf dem Abschnitt X₂ liegenden Punkt P" gehen, so sind die beiden Punkte P und P" zwei »in transversaler Fokusierung konjugierte reelle Punkte«.

Im allgemeinen fällt der Punkt P" nicht mit dem Punkt P' zusammen. Wenn jedoch P" mit P' zusammenfällt, dann sind die Punkte P und P' zwei »stigmatische konjugierte reelle' Punkte«. Bei der in F i g. 5 dargestellten Anordnung sind zwei solche »stigmatische konjugierte reelle Punkte« vorhanden, nämlich die Punkte M und M'.

ίο Es sei andererseits ein Punkt Q auf der Verlängerung X₁' angenommen. Wenn alle in der Radialebene liegenden Ionenbahnen, die zum Punkt Q hin konvergieren (aber ihn wegen des Sektorfeldes nicht erreichen), nach Durchgang durch das Sektorfeld von einem auf der Verlängerung x₂' liegenden Punkt Q' zu kommen scheinen, so sind die Punkte Q und Q' zwei »in radialer Fokussierung konjugierte virtuelle Punkte«.

Zwei entsprechende Punkte Q und Q", welche die

gleiche Bedingung für Ionenbahnen erfüllen, die in der Transversalfläche liegen, sind dementsprechend »in transversaler Fokussierung konjugierte virtuelle Punkte«.

Im allgemeinen fallen die Punkte Q' und Q" nicht zusammen. Wenn sie zusammenfallen, handelt es sich um »stigmatische konjugierte virtuelle Punkte«.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Anordnung ist eine Linse 3 so angebracht, daß sie beim Fehlen des Sektorfeldes ein reelles Bild der Probe auf einer Fläche erzeugen würde, die durch den Punkt N auf der Verlängerung X₁' geht. Der auf der optischen Achse liegende Mittelpunkt der Probe 1 würde also im Punkt N abgebildet, und das Bild der Probe wäre auf diesen Punkt »zentriert«. Infolge des Vorhandenseins des Sektorfeldes 6 werden aber die von der Linse 3 kommenden Ionenbahnen so abgelenkt, daß die in der Radialebene liegenden Ionenbahnen beim Austritt aus dem Sektorfeld 6 von dem auf der Verlängerung X₂' liegenden Punkt N' herzukommen scheinen. Die Punkte N und N' sind also zwei in radialer Fokussierung konjugierte virtuelle Punkte gemäß obiger Definition.

Das reelle Bild, das von der Linse 3 beim Fehlen des Sektorfeldes 6 erzeugt würde, stellt also beim Vorhandensein des Sektorfeldes für dieses einen auf den Punkt N zentrierten virtuellen Gegenstand dar, von dem das Sektorfeld ein auf den Punkt N' zentriertes virtuelles Bild erzeugt.

Das aus der Linse 3 und dem magnetischen Sektorfeld 6 bestehende System ist andererseits so ausgeführt, daß der von der Linse 3 gebildete Bündelknoten auf den gegenstandsseitigen Punkt M des Paares von stigmatischen konjugierten reellen Punkten M und M' zentriert ist. Das Sektorfeld 6 ergibt somit bei M' ein Stigmatisches Bild des Bündelknotens.

Da jedoch der Punkt N' in transversaler Fokussierung nicht der konjugierte Punkt zu dem Punkt N ist, wird der transversale Astigmatismus des Bildes bei N' mit Hilfe einer Astigmatismus-Korrektureinrichtung82 korrigiert, welche in der Nähe des Bündelknotens M' angeordnet ist. Eine zweite Linse 8 wandelt dann das so korrigierte virtuelle Bild in ein reelles Ionenbild um. Vorzugsweise sind die Punkte N und N' so gewählt, daß die Konjugation in radialer Fokussierung praktisch für ein verhältnismäßig breites Geschwindigkeitsband gilt; die so gewählten Punkte sollen mit N₀ bzw. N₀ bezeichnet werden.

Das in der französischen Patentschrift 1240 658 beschriebene symmetrische magnetische Sektorfeld ist im einzelnen durch die folgenden Angaben gekenn-

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zeichnet, wenn der im Inneren des Sektorfeldes 6 ein reelles Bild des von dem Kugelkondensator erzeugliegende Abschnitt X₃ der optischen Achse ein Viertel- ten virtuellen Bildes der Probe, wobei dieses Bild entkreisbogen mit dem Radius R ist: Die Neigung der sprechend den erwähnten Eigenschaften des Kugel-Eintritts- und Austrittsflächen des Sektorfeldes in kondensators stigmatisch ist. Dieser dritte Bündelbezug auf die in der Zeichenebene liegende Senkrechte 5 knoten und dieses reelle (dritte) Bild der Probe spielen auf die optische Achse entspricht dem Winkel α für das magnetische Sektorfeld 6 die Rolle des Bündel- = arc tang 0,5, wobei die reellen stigmatischen Punk- knotens bzw. des reellen Bildes, das bei der Anordnung te M und M' dann auf der optischen Achse jeweils im nach F i g. 5 (entsprechend der französischen Patent-Abstand2i? von den Schnittpunkten der optischen schrift 1240 658) von der Linse 3 geliefert wird. Zu Achse mit der Eintrittsfläche bzw. der Austrittsfläche io diesem Zweck werden das magnetische Sektorfeld 6 des Sektorfeldes liegen und die Punkte N₀ und N₀ die und die Linse 10 so angeordnet, daß der Punkt M von in radialer Fokussierung virtuellen konjugierten Punkte F i g. 5 mit dem Mittelpunkt des dritten Bündelsind, die jeweils im Abstand 2 R/3 von diesen gleichen knotens zusammenfällt und daß der Punkt N von Schnittpunkten auf den Verlängerungen X₁ bzw. X₂' F i g. 5 in der Mitte des dritten (reellen) Bildes der liegen. 15 Probe liegt, wobei dieses reelle Bild der Probe alier-Für den Kugelkondensator, bei dem die Radial- dings zu einem virtuellen Gegenstand für das Sektorebene definitionsgemäß die die optische Achse und feld wird. Man erhält dann einen stigmatischen Bündas elektrische Feld enthaltende Ebene ist, während delknoten auf der Höhe des Spaltes 81 sowie ein neues die Transversalfläche die entlang der optischen Achse virtuelles Bild der Probe, das, wie zuvor in Zusammensenkrecht auf der Radialebene stehende Fläche ist, 20 hang mit F i g. 5 erläutert wurde, von seinem transgelten hinsichtlich der reellen und virtuellen konju- versalen Astigmatismus auf der Höhe des Bündelgierten Punkte die gleichen Überlegungen wie zuvor knotens bei 81 korrigiert und mit Hilfe einer schemafür das magnetische Sektorfeld. Der Kugelkonden- tisch bei 8 dargestellten Projektionslinse in ein reelles sator weist aber die bemerkenswerte Eigenschaft auf, Ionenbild umgeformt wird.

daß zwei in radialer Fokussierung konjugierte Punkte 25 Vorzugsweise wird dieses reelle Bild, wie in der auch in transversaler Fokussierung konjugiert sind. französischen Patentschrift 1 240 658 angegeben ist, Es gibt daher unendlich viele stigmatische konjugierte auf den Schirm eines Ionenbild-Elektronenbild-Wand-Punktepaare, lers projiziert.

Unter diesen Voraussetzungen arbeitet die Anord- Nun ist es bekannt, daß der Krümmungsradius der

nung von F i g. 1 in folgender Weise: 30 Bahnen in dem magnetischen Sektorfeld bei gegebener

Die Optik 3 ergibt ein erstes reelles Bild der Probe Induktion nur von der Bewegungsgröße m · ν des und einen ersten Bündelknoten, der in dem Spalt der emittierten Teilchens abhängt, d. h. von dem Pro-Blende 34 liegt. Der Kugelkondensator liefert von dukt E · m, wobei E die Energie des Teilchens und m dem ersten Bündelknoten ein reelles Bild, das symme- dessen Masse ist.

trisch zu dem ersten Bild in bezug auf die Symmetrie- 35 Bei einer einfachen magnetischen Filterung ohne ebene des Kugelkondensators liegt und sich in einer vorangehende Energiefilterung würden daher zu den Entfernung von dessen Ausgang befindet, welche gleich Ionen der Masse m, die mit einer Anfangsenergie E dem mittleren Krümmungsradius r der Ionenbahnen emittiert werden, Ionen der Masse m—l ... m—η hinin dem Kugelkondensator ist. Dieses reelle Bild des zukommen, falls es diese Massen gibt, welche mit einer ersten Bündelknotens bildet einen zweiten Bündel- 40 Energie Ε+ΔΕ emittiert werden. Diese Erscheinung knoten, und der Spalt 9 ist auf der Höhe dieses zweiten kann nicht mehr auftreten, wenn die mit einer zu Bündelknotens angeordnet. großen Anfangsenergie emittierten Ionen zuvor be-

Ferner erzeugt der Kugelkondensator 4 ein zweites seitigt werden.

Bild der Probe, welches das virtuelle Bild des virtuellen Eine einfache Rechnung zeigt nämlich, daß die zuGegenstandes ist, den das von der Optik 3 gebildete 45 sätzliche Anfangsenergie AE, die notwendig wäre, reelle Bild der Probe (das wegen des Vorhandenseins damit ein Ion der Masse m—n in dem magnetischen des Kugelkondensators nicht zustande kommt) für den Sektorfeld mit der gleichen Krümmung abgelenkt Kugelkondensator bildet. würde wie ein Ion der Masse m, das mit einer Anfangs-

Die von der Elektronenanordnung 31 bis 34 be- energie Is emittiert wird, folgenden Wert hat:

schleunigten Ionen werden also vom Kondensator 4 5°

zu dem magnetischen Sektorfeld 6 hin abgelenkt. Der AE- "^

Ablenkwinkel hängt für jede Ionenbahn von der m
Energie des betreffenden Ions ab. Zur Vereinfachung

ist angenommen, daß es sich um einfach geladene Daraus folgt, daß eine Vorrichtung, die ausschließ-

Ionen handelt. 55 lieh auf der magnetischen Ablenkung beruht, Ionen

Die Ionen, deren Anfangsenergie zu groß ist, werden mit sehr wenig voneinander verschiedenen Massen

vom oberen Rand des Spaltes 9 abgefangen. Dadurch nicht richtig voneinander trennen kann. Die Blende 34

werden aus dem Sekundärionenstrahl, der durch das bewirkt zwar eine Filterung der Ionen, welche mit

magnetische Sektorfeld 6 geht, die Ionen beseitigt, einer bestimmten Anfangsgeschwindigkeit emittiert

deren Anfangsenergie zu groß ist. 60 werden, jedoch ist diese Filterung unzureichend, weil

In gleicher Weise werden die Ionen, die eine zu sie sich nur auf die Komponente auswirkt, welche

kleine Anfangsenergie haben, vom unteren Rand des senkrecht zur Systemachse der Anfangsgeschwindig-

Spaltes 9 abgefangen und aus dem Sekundärionen- keit der Sekundärionen steht. Der Kugelkondensator,

strahl beseitigt, bevor dieser in das magnetische Sektor- der die Ionen nicht auf Grund ihrer Bewegungsgröße,

feld 6 eintritt. 65 sondern auf Grund ihrer Energie ablenkt, bewirkt

Mit Hilfe der Linse 10 erhält man von dem im diese Filterung in vollkommener Weise.

Spalt 9 befindlichen zweiten Bündelknoten ein reelles Damit die Ionen mit sehr nahe beieinanderliegenden

Bild, das einen dritten Bündelknoten darstellt, sowie Massen, beispielsweise den Massen 250 und 251, ge-

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trennt werden können, muß die Filterung, wie sich Potential angelegt ist. In der Elektrode 103 ist eine

nachweisen läßt, bei E = 2000 Volt bis auf 8 Volt Öffnung 105 angebracht. Die zu schnellen Ionen gehen

genau stattfinden. Es ist ein Kondensator mit ziemlich durch diese Öffnung hindurch und kehren nicht zurück,

großen Abmessungen erforderlich, oder zumindest Die langsameren Ionen werden abgebremst und dann

besteht ein beträchtlicher Abstand zwischen dem ersten 5 von der Elektrode 103 zu dem Sektorfeld 6 zurück-

Bündelknoten und dem Bild, welches der Kugelkon- geworfen, das sie durch den Sektor 62 zu dem Aus-

densator davon liefert. wahlspalt 81 und der Linse 10 hin ablenkt.

Das ionenoptische System mit der Linse 3, dem Bei einer anderen Ausführungsform kann die Elek-

Kondensator 4, der Zwischenlinse 10 und dem magne- trode 103 massiv sein und die zu schnellen Ionen ein-

tischen Sektorfeld 6 liefert bei richtiger Einstellung ein io fangen, während sie die langsameren Ionen zurück-

ionenselektives Bild der Oberfläche der Probe, das schickt.

durch die Ionen einer bestimmten Masse erzeugt wird. Diese Anordnung ergibt nicht nur die gewünschte

Dieses Bild ist achromatisch hinsichtlich der Wirkung Energiefilterung, sondern sie ermöglicht es auch, die

des magnetischen Sektorfeldes, wenn der Punkt N, auf Probe in der Achse des nicht dargestellten Beobach-

welchen das von der Linse 10 gelieferte Bild zentriert 15 tungsschirms anzuordnen.

ist, der zuvor definierte Punkt N₀ ist, d. h. unempfind- Dies ist bei der Anordnung von F i g. 3 der Fall,

Hch für die geringfügige Uneinheitlichkeit der Energie jedoch natürlich nicht unerläßlich,

der durch den Spalt 9 hindurchgehenden Ionen. Die Verwendung eines derartigen Reflexionssystems

Wenn man bei dieser Anordnung einen Bildwandler und der doppelten Ablenkung ist in dem Aufsatz von verwendet, wie er beispielsweise in der zuvor genann- 20 R. Castaing und L. H e η r y: »Filtrage magneten Patentschrift beschrieben ist, bleiben die stigma- tique des vitesses en microscopic electronique«; Comptischen Eigenschaften erhalten. tes Rendus de l'Academie des Sciences, 2. Juli 1962,

F i g. 2 zeigt ein Beispiel für eine mögliche prak- S. 76 bis 78, beschrieben worden,

tische Ausführung dieser Anordnung. In diesem Aufsatz ist angegeben, daß ein solches

Die Probe 1 wird durch einen Ionenstrahl bombar- 25 System für einen einfallenden Strahl, der die in

diert, der von einem Strahlsystem 2 erzeugt wird, das F i g. 3 angegebene Richtung hat und dessen Teilchen

eine Ionenquelle 21 enthält, welche durch eine Hoch- eine gegebene Bewegungsgröße haben, zwei Paare von

frequenzquelle 211 erregt und über den Gaseingang 212 stigmatischen Punkten besitzt, den mittleren Strahl des

gespeist wird, sowie die Kondensorlinse 22. Die Se- eintretenden Bündels und den mittleren Strahl des

kundärionen werden durch die Linse 3 so beschleunigt 30 nach dem zweiten Durchgang durch das Sektorfeld

und fokussiert, daß sie ein Bild der Oberfläche der austretenden Bündels definiert ist, nämlich ein Paar

Probe erzeugen. Die Linse 3 enthält eine Beschleuni- von reellen stigmatischen Punkten, die zu beiden

gungselektrode 31, Fokussierungselektroden 32 und 33 Seiten des Sektorfelds auf dieser Linie liegen, und ein

und eine Blende 34. Der auf der Höhe der Blende 34 Paar von virtuellen stigmatischen Punkten, die im

erscheinende Bündelknoten wirkt als Ionenquelle für 35 Inneren des Sektorfeldes liegen. Diese Punkte, die in

den Kugelkondensator 4, der zwei Elektroden 41 und dem genannten Aufsatz mit C₁, C₂ bzw. I₁,1₂ bezeich-

42 aufweist. Der Abstand zwischen der Blende 34 und net sind, können also mit den in F i g. 5 dargestellten

dem Eingang des Kondensators ist gleich dem Krüm- Punkten M, M' bzw. N, N' verglichen werden, wobei

mungsradius der mittleren Laufbahn der Elektronen aber die Punkte I₁,1₂ im Gegensatz zu den Punkten N,

in dem Kondensator. 4° N' stigmatisch sind.

In gleicher Entfernung vom Ausgang des Konden- Das aus Sektorfeld und Linsen bestehende System

sators bildet sich der Austrittsbündelknoten. Der der Anordnung von F i g. 3 wird so eingestellt, daß

Spalt 9 ist auf der Höhe dieses Bündelknotens ange- das von der Optik 31 bis 34 gelieferte Bündel seinen

bracht. Eine Linse 10 mit drei Elektroden erzeugt aus Bündelknoten bei C₁ aufweist und daß die Linse bei

diesem Bündelknoten ein Bündelknotenbild, das so 45 I₁ ein reelles Bild der Probe liefert. Dieses reelle Bild

liegt, daß es von dem Sektorfeld 6 fokussiert wird. wird für das Sektorfeld ein virtueller Gegenstand, den

Dieser bewirkt mittels des Spaltes 81 die Energie- es in ein auf den Punkt I₂ zentriertes virtuelles Bild

filterung. umformt. Dieses virtuelle Bild ist aber hier stigmatisch.

Der Stigmator 82 korrigiert den Astigmatismus des Andrerseits erhält man einen neuen Bündelknoten

kennzeichnenden Bildes der Probe. Dieses Bild wird 50 bei C₂.

von dem Bildwandler 11 an sich bekannter Art mit Das bei I₂ erhaltene virtuelle Bild wird dann wie

einem Fenster 111 aufgenommen. zuvor durch die Linse 10 erneut in ein reelles Bild

Das gesamte Gerät wird über die Öffnungen 01, 02, umgeformt.

03 und 04 evakuiert. Es ist zu erwähnen, daß in dem zuvor erwähnten

F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der 55 Aufsatz das Sektorfeld-Spiegel-System für die GeErfindung. In dieser Darstellung bezeichnen die glei- schwindigkeitsfilterung von Elektronen verwendet chen Bezugszeichen die gleichen Teile wie in F i g. 1. wird und daß diese Filterung ausschließlich durch das Das Magnetfeld 6 hat die Form eines Dreieckprismas Sektorfeld erfolgt, da alle Elektronen offensichtlich mit einer Symmetrieebene, deren Schnittlinie mit der die gleiche Masse haben. Der Spiegel wird dabei nur Zeichenebene gestrichelt dargestellt ist. Dieses Prisma 60 dazu benutzt, die Elektronen zum Sektorfeld zurückbildet zwei Sektoren 61 und 62, die eine Seitenfläche zuschicken, da diese Anordnung eine in der Elektronengemeinsam haben, die senkrecht auf der Symmetrie- mikroskopie erwünschte gegenseitige Ausrichtung des ebene steht. Der Sektor 61 lenkt die Ionen zu einem Eintrittsbündels und des Austrittsbündels ermöglicht. Ionenspiegel ICO ab, der drei Elektroden 101, 102 und Bei Anwendung auf Ionen mit verschiedenen Massen 103 aufweist. Die Elektrode 103 liegt auf einem posi- 65 und verschiedenen Energien wird dagegen eine doptiven Potential, das etwas höher als das Potential der pelte Filterung ermöglicht. Die Spiegelelektrode 103 Probe 1 ist, während die Elektrode 101 an Masse liegt gewährleistet die Beseitigung der Ionen, deren Energie und an die Elektrode 102 ein dazwischenliegendes gröCer als eine vorgegebene Energie ist.

F i g. 4 zeigt eine mögliche praktische Ausbildung der Vorrichtung von F i g. 3.

Gleiche Teile sind wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Elektrode 103 hat keine Öffnung. Sie fängt die Ionen ein, deren Energie zu groß ist.

Wenn von einer Bewegungsgrößenfilterung oder Energiefilterung die Rede ist, so beziehen sich diese Ausdrücke natürlich auf Ionen gleicher Ladung. Andernfalls erfolgen bekanntlich die Filterungen in Abhängigkeit vom Verhältnis dieser Größen zur Ladung.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Ionen-Mikroanalysevorrichtung zur Erzielung eines ionenselektiven Bilds eines Mikrobereichs einer Probe, bestehend aus einer Einrichtung zum Bestrahlen des Mikrobereichs mit einem Primärteilchenstrahl, wodurch unter anderem auch Sekundärionen emittiert werden, aus einer Optik, die den Sekundärionenstrahl zu einem nichtselektiven Bild des Mikrobereichs fokussiert, und aus einem Magnetfeld zum Filtern der Sekundärionen nach ihrer Bewegungsgröße, gekennzeichnet durch eine zwischen dem selektiven Bild und der Probe angeordneten Einrichtung zum Filtern der Sekundärionen nach ihrer Energie.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiefilter ein durch den Sektor eines Kugelkondensators gebildetes elektriches Feld und einen am Ausgang des Kondensators angeordneten Spalt zur Begrenzung der Energiebandbreite enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld ein magnetisches Sektorfeld ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator zwischen der Optik und dem Sektorfeld angeordnet ist und daß eine Linse zwischen dem Kondensator und dem Sektorfeld eingefügt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiefilter eine energieselektiv reflektierende Spiegelelektrode enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld die Form eines Dreieckprismas mit einer Symmetrieebene hat und zwei Sektoren bildet, die eine zur Symmetrieebene senkrechte gemeinsame Seitenfläche haben, wovon je ein Sektor im Strahlengang der Sekundärionen vor und hinter der Spiegelelektrode angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelektrode eine Öffnung aufweist, durch welche die zu beseitigenden Ionen hindurchgehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelektrode die zu beseitigenden Ionen einfängt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen