[go: up one dir, main page]

DE1798021A1 - Microanalysis device - Google Patents

Microanalysis device

Info

Publication number
DE1798021A1
DE1798021A1 DE19661798021 DE1798021A DE1798021A1 DE 1798021 A1 DE1798021 A1 DE 1798021A1 DE 19661798021 DE19661798021 DE 19661798021 DE 1798021 A DE1798021 A DE 1798021A DE 1798021 A1 DE1798021 A1 DE 1798021A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lens
material sample
ions
mass spectrometer
sector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19661798021
Other languages
German (de)
Other versions
DE1798021B2 (en
Inventor
Liebe Helmut Jakob
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
APPLIED RES LAB Inc
Applied Research Laboratories Inc
Original Assignee
APPLIED RES LAB Inc
Applied Research Laboratories Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by APPLIED RES LAB Inc, Applied Research Laboratories Inc filed Critical APPLIED RES LAB Inc
Publication of DE1798021A1 publication Critical patent/DE1798021A1/en
Publication of DE1798021B2 publication Critical patent/DE1798021B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/28Static spectrometers
    • H01J49/30Static spectrometers using magnetic analysers, e.g. Dempster spectrometer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/58Arrangements for focusing or reflecting ray or beam
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/05Electron or ion-optical arrangements for separating electrons or ions according to their energy or mass
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/252Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/252Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
    • H01J37/256Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers using scanning beams
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/022Circuit arrangements, e.g. for generating deviation currents or voltages ; Components associated with high voltage supply
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/10Ion sources; Ion guns
    • H01J49/14Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers
    • H01J49/142Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers using a solid target which is not previously vapourised
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/20Magnetic deflection
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/28Static spectrometers
    • H01J49/284Static spectrometers using electrostatic and magnetic sectors with simple focusing, e.g. with parallel fields such as Aston spectrometer
    • H01J49/286Static spectrometers using electrostatic and magnetic sectors with simple focusing, e.g. with parallel fields such as Aston spectrometer with energy analysis, e.g. Castaing filter
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/28Static spectrometers
    • H01J49/32Static spectrometers using double focusing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/28Static spectrometers
    • H01J49/32Static spectrometers using double focusing
    • H01J49/322Static spectrometers using double focusing with a magnetic sector of 90 degrees, e.g. Mattauch-Herzog type

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Description

DR.-ING. DIPL-ING. G. RIEBLIHGDR.-ING. DIPL-ING. G. RIEBLIHG Mein ZeichenMy sign

A 333 - Gu/SöA 333 - Gu / Sö

Bine in der Antwort wiederholenRepeat bine in answer

L JL J

899 Lindau (Bodensee) Ihr Zeichen Ihre Nachricht vom Meine Nachricht vom Rennerle 10 Postfach899 Lindau (Bodensee) Your reference Your message from My Message from Rennerle 10 PO Box

6. August 1968August 6, 1968

Betreff:Reference:

Applied Research Laboratories, Inc., Glendale / Californien / USAApplied Research Laboratories, Inc., Glendale / California / USA

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXK=XXXKKXKXKXKKXXKXKKKKKXXKXKKXXKXXXXXXSXsSXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXK = XXXKKXKXKXKKXXKXKKKKKXXKXKKXXKXXXXXXSXsS

Mikroanalysenvorrichtung (Ausscheidung aus Patentanmeldung A 53 728 VIIIc/ 21 g, 21/01)Microanalysis device (elimination from patent application A 53 728 VIIIc / 21 g, 21/01)

SXKXKKKXXXKKXKKKXXXXXXXKKKKXKXKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKXKXXKKXKKKXSXKXKKKXXXKKXKKKXXXXXXXKKKKXKXKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKXKXXKKXKKKX

Die Erfindung betrifft eine Mikroanalysenvorrichtung, bei der ein Ionenstrahl auf einen ausgewählten Oberflächenabschnitt einer Materialprobe gerichtet wird, indem die Ionen nach ihrer Erzeugung, Beschleunigung und Fokussierung in ein schmales Strahlenbündel, dessen Querschnitt an der Materialprobenoberfläche kleiner ist als an der Auslaßblende der Ionenquelle, einer Analysenvorrichtung zugeführt werden.The invention relates to a microanalysis device in which a Ion beam is directed onto a selected surface section of a material sample by accelerating the ions after their generation and focusing into a narrow bundle of rays, the cross-section of which is smaller at the material sample surface than at the Outlet aperture of the ion source, an analysis device are fed.

109835/0672109835/0672

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Empfindlichkeit einer derartigen Mikroanalysenvorrichtung zu erhöhen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im StrahlengangThe invention is based on the object of increasing the sensitivity of such a microanalysis device. These The object is achieved according to the invention in that in the beam path

und/
vor / oder hinter der Materialprobe eine Sektorlinse sowie wenigstens eine elektrische Äquipotentiallinse, die mit der Sektorlinse in Reihe und zwischen ihren Objekt- und Bildebenen angeordnet ist, vorgesehen ist, wobei die Äquipotentiallinse im wesentlichen eine Verkürzung des Abstandes längs der Achse des Teilchenstrahls zwischen den Objekt- und Bildebenen verglichen mit diesem Abstand bei Vorhandensein der Sektorlinse allein bewirkt.
and/
A sector lens and at least one electrical equipotential lens, which is arranged in series with the sector lens and between its object and image planes, is provided in front of / behind the material sample, the equipotential lens essentially reducing the distance along the axis of the particle beam between the object - and image planes compared with this distance in the presence of the sector lens alone.

Hierdurch wird erreicht, daß der Ionenstrahl auf einen kleinen Oberflächenbezirk der Materialprobe scharf eingestellt werden kann, und zwar auf eine Fläche, die kleiner ist als die Ionenaustritts öffnung der Ionenquelle. Das Massenspektrometer, das den Ionenstrahl anschließend analysiert, kann somit eine große Blende und einen hohen Übertragungsfaktor besitzen. Auf diese Weise wird ein verhältnismäßig großer Anteil der ausgestrahlten Ionen im Massenspektrometer gesammelt und bei einer Analyse verwendet. Neben einer hohen Empfindlichkeit wird somit auch ein hoher Rauschabstand erzielt.This ensures that the ion beam hits a small surface area the material sample can be focused, specifically on an area that is smaller than the ion exit opening of the Ion source. The mass spectrometer, which then analyzes the ion beam, can therefore have a large aperture and a high transmission factor own. In this way, a relatively large proportion of the emitted ions is collected in the mass spectrometer and at used in an analysis. In addition to a high sensitivity, a high signal-to-noise ratio is also achieved.

Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Analysiervorrichtung aus einem bezüglich des Winkels und der Energie der IonenParticularly good results can be achieved if the analysis device of one with respect to the angle and the energy of the ions

109835/0672109835/0672

1 7 9 " ? ? 11 7 9 "?? 1

scharf einstellenden, stigmatisch abbildenden Massenspektrometer besteht.there is a sharpening, stigmatic imaging mass spectrometer.

Zur Scharfeinstellung der Analysiervorrichtung auf die Ionen einer bestimmten Alasse kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung zusätzlich eine elektrische Äquipotentiallinse zwischen dem !Massenspektrometer und der Materialprobe angeordnet sein.To focus the analyzer on the ions of a According to an advantageous embodiment of the subject matter of the invention, certain alasse can additionally have an electrical equipotential lens be arranged between the! mass spectrometer and the material sample.

Zur Automatisierung einer Analyse ist es vorteilhaft, wenn eine Ablenkvorrichtung zur Ablenkung des Ionenstrahls über die Materialprobe vorgesehen ist, so daß der Ionenstrahl hintereinander angeordnete einzelne Flächen der Oberfläche der Materialprobe überstreicht, sowie das ein Wandler zur Erzeugung elektrischer Signale in Erwiderung auf Ionen, die vom Massenspektrometer und dem OsziUoskop analysiert werden, vorgesehen ist und durch Mittel zur Modulation der Intensität des Elektronenstrahls des Oszilbskops in Erwiderung auf Signale des Wandlers und Ablenkmittel zur Ablenkung des Elektronenstrahls des Oszilbskopen synchron mit der Ablenkung des Ionenstrahls über die Materialprobe.To automate an analysis, it is advantageous if a deflection device is provided for deflecting the ion beam over the material sample, so that the ion beam is arranged one behind the other Scans areas of the surface of the material sample, as well as a transducer for generating electrical signals in response to ions, which are analyzed by the mass spectrometer and the OsziUoskop, is provided and by means for modulating the intensity of the electron beam of the oscilloscope in response to signals from the transducer and deflection means for deflecting the electron beam of the oscilloscope synchronously with the deflection of the ion beam over the material sample.

Wegen der erfindungsgemäß verwendeten Linsenvorrichtung kann das Massenspektrometer einen Ausgangsschlitz sehr geringer Breite verwenden, wobei es vorteilhaft ist, den Ausgang des Massenspektiometers an einerBecause of the lens device used according to the invention, the mass spectrometer can use an exit slit of very small width, it is advantageous to connect the output of the mass spectiometer to a

109835/0672109835/0672

ORiGHNAl '>;*?·:«; toORiGHNAl '>; *? ·: «; to

Stelle zu halten, um die Intensität der auftreffenden Ionen zu erhöhen.To increase the intensity of the impacting ions.

Zur Ablenkung unerwünschter Ionen von der Fokussiervorrichtung kann in vorteilhafter Weise zwischen der Auslaßblende der Ionenquelle und der Fokussiereinrichtung eine Sektorlinse angeordnet sein.To deflect unwanted ions from the focusing device, it is advantageous to place between the outlet diaphragm of the ion source and a sector lens can be arranged on the focusing device.

Die Erfindung sei im folgenden anhand eines Ausführtingsbeispieles näher erläutert: ■The invention is based on an exemplary embodiment below explained in more detail: ■

Es zeigt:It shows:

Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines bei der Mikroanalysier-Vorrichtung nach der Erfindung verwendeten Linsensystem^;Figure 1 is a schematic cross-sectional view of one of the microanalyzer lens system used according to the invention ^;

Figur 2 eine Einzelheit im Querschnitt der in Figur I schematisch dargestellten Linse;FIG. 2 shows a detail in cross section of that shown schematically in FIG Lens;

Figur 3 eine schematische Querschnitts ansieht eines Linsensystems gemäß einer abgeänderten Form;FIG. 3 shows a schematic cross section of a lens system according to a modified form;

Figur 4 in schematischer Darstellung die Ansicht einer Mikroanalysiervorrichtung, bei der ein Linsensystem nach Figur 1.-3 Verwendung findet undFIG. 4 in a schematic representation the view of a microanalysis device, in which a lens system according to Figure 1.-3 is used and

Figur 5 eine teilweise Seitenansicht in schematischer Ausführung eines Abschnittes, der in Figur 4 dargestellten AnalyeiervorrichtungFigure 5 is a partial side view in a schematic embodiment of a Section, the analyzer shown in Figure 4

in Richtung des Pfeiles 5 nach Figur 4 gesehen. 109835/0672 seen in the direction of arrow 5 according to FIG. 109835/0672

INSPECTEDINSPECTED

179P021179P021

In den Figuren 1-3 sind Sektor feldlins en dargestellt, die in der eingangs gekennzeichneten Art die Empfindlichkeit der Mikroanalysiervorrichtung nach der Erfindung erhöhen.In FIGS. 1-3, sector field lenses are shown which, in the type identified at the outset, increase the sensitivity of the Increase microanalyzer according to the invention.

Unter Bezugnahme auf Figur 1 ist dort die Wirkung der Serienschaltung einer elektrischen Äquipotentiallinse 10 mit einer elektrischen Sektorfeldlinse 12 dargestellt, diezrB, Jn Form eines sphärisch gekrümmten ringförmigen Kondensators ausgebildet sein kann. Wenn die Sektor linse 12 allein betrieben wird, hat sie eine Winkelöffnung -^T und ihre Objektbrennpunktebene, die wie in Figur 1 zu sehen rechts ist, wäre verhältnismäßig weit von der Linse 12 entfernt, wie dies durch den Dingpunkt 16 angedeutet ist. Die winklige Bildabweichung der Linse 12 wird durch die Linie 18 dargestellt, die senkrecht zum Gauss* sehen Bildpunkt 22 auf der Hauptachse steht. Die winklige Bildabweichung deutet die Breite des Bildes des einzelnen, theoretisch dimensionslosen Dingpunkte 16 an.Referring to Figure 1, there is the effect of the series connection an electric equipotential lens 10 with an electric sector field lens 12, the zrB, Jn form of a spherically curved annular capacitor can be formed. When the sector lens 12 is operated alone, it has one Angular aperture - ^ T and its object focal plane, which as in FIG. 1 can be seen on the right, would be relatively far away from the lens 12, as is indicated by the object point 16. The angular image deviation of the lens 12 is represented by the line 18, which is perpendicular to the Gauss * image point 22 on the Main axis is. The angular image deviation indicates the width of the image of the individual, theoretically dimensionless thing point 16.

Wenn die Äquipotentiallinse 10 in Tandem bzw. in Reihe und vor die Sektorlinse 12 geschaltet wird, wird die Dingebene näher zur Sektorlinse 12 bewegt, zu einer vom Bildpunkt 24 angedeuteten Stelle, undWhen the equipotential lens 10 is connected in tandem and in front of the sector lens 12, the thing plane becomes closer to the sector lens 12 moved to a point indicated by the image point 24, and

tQ zwar mit einer entsprechenden Zunahme der Winkelöffnung, die nun cotQ with a corresponding increase in the angular opening, which is now co

ω zu oC ' wird. Die Streuung wird jedoch nicht wesentlich erhöht und der cn ω becomes oC ' . However, the scatter is not significantly increased and the cn

ο Ort des Bildpunktes 22 wird nicht verändert. σ>ο The location of the image point 22 is not changed. σ>

In Figur 2 ist eine Ionenquelle 26 schematisch dargestellt. Die Quelle kann von irgendeiner geeigneten Art sein, wie z. B. in Form einesAn ion source 26 is shown schematically in FIG. The source can be of any suitable type, such as e.g. B. in the form of a

OWeWAl INSPECTEDOWeWAl INSPECTED

179:" 0 2 1179: "0 2 1

Gefäßee-μη dem ein Edelglas durch eine Dauerfunkenentladung erregt wird. Ionen verlassen die Quelle 26 durch eine Öffnung 28 und werden mit der Beschleuniger-Elektrode 30 gegen das Verteilersystem der Erfindung beschleunigt. Anschließend durchlaufen sie einen Satz von Ablenkplatten 32, die steuerbar erregt werden, um die .RiphtungGefäßee-μη dem a noble glass through a continuous spark discharge is excited. Ions leave the source 26 through an opening 28 and are with the accelerator electrode 30 against the distribution system the invention accelerated. They then pass through a set of baffles 32 which are controllably energized to rotate

und die Position des Strahlenbündels oinzu&te¥£€n. Dann betreten sie die ÄquipQtenttaHinse 10, bestehend aus einer ersten, geerdeten Elektrode 34, einer zweiten geerdeten Elektrode 36 und einer geladenen Elektrode 38, die sich zwischen diesen beiden geerdeten Elektroden befindet und dagegen abisoliert ist. Zwischen der Äquipotentiallinse 10 und dem Kugelkondensator 12 sitzt die Blende 40.and the position of the beam oinzu & te ¥ £ € n. They then enter the equipotential lens 10, consisting of a first, grounded electrode 34, a second grounded electrode 36 and a charged electrode 38, which is located between these two grounded electrodes and is stripped from it. The diaphragm 40 is seated between the equipotential lens 10 and the spherical capacitor 12.

Der Kugelkondensator 12 enthält innere und äußere kugelförmige gekrümmte Platten 42 bzw. 44, deren gegenüberliegenden Oberflächen um einen gemeinsamen Mittelpunkt gekrümmt sind. Die Platten 42 und 44 sind an-geeigneten Lagern befestigt, wie z, B. an.den dargestellten Befestigern 46 und durch die Isolierabstandsstücke 48 davon isoliert. Die Ionen treten längs der Achse 20 aus dem Kugelkondensator 12 aus und diejenigen mit gewählter Energie verlaufen auf herkömmliche Weise zwecks Modulation mittels irgendwelcher geeigneter Vorrichtungen durch eine Austrittsblende (nicht dargestellt).The spherical capacitor 12 includes inner and outer spherical curved ones Plates 42 and 44, respectively, the opposing surfaces of which are curved about a common center point. The plates 42 and 44 are attached to suitable bearings such as those shown Fasteners 46 and through the insulating spacers 48 thereof isolated. The ions exit the spherical capacitor 12 along the axis 20 and those of selected energy are conventional Manner for the purpose of modulation by means of any suitable devices through an exit aperture (not shown).

Figur 3 zeigt die Wirkung der Verwendung zweier Äquipotentiallinsen in Verbindung mit einer einzelnen Sektorfeldlinse 12*. Sowohl die Objekt -Figure 3 shows the effect of using two equipotential lenses in conjunction with a single sector field lens 12 *. Both the object

109835/067 2109835/067 2

INSPECTEDINSPECTED

179-121179-121

als auch die Bildebene werden dabei näher an die Sektorfeldlinie 12* herangebracht, als dies ohne die flquipotentiallinsen der Fall ist und trotz allem besteht noch keine bemerkenswerte Zunahme der winkligen, Bildabweichung des Systems im Vergleich zur winkligen Bildabweichung der alleinig angewandten Sektorfeld-and the image plane are brought closer to the sector field line 12 * than would be the case without the flipotential lenses is the case and in spite of everything there is still no notable increase in the angular, image deviation of the system in comparison to the angular image deviation of the sector field used alone

Ein weiterer \*orteil der Anwendung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie die Scharfeinstellung mit elektrischen Vorrichtungen gestattet, anstelle der physischen Bewegung der Ionenquelle in bezug auf die Sektorfeldlinie. Die optimale Scharfeinstellung kann ohne weiteres dadurch erzielt werden, daß das Brechungsvermögen der Äquipotentiallinse verstellt wird, indem das Potential auf der Mittelelektrode so lange eingestellt wird, bis die Objekt- oder Bildebene je nach Fall mit der tatsächlichen Position des Objekts oder mit derjenigen der bildaufnehmenden Vorrichtung ausfluchtet.Another advantage of using the present invention is in that it allows focusing with electrical devices rather than physically moving the ion source on the sector field line. Optimal focus can easily be achieved by changing the refractive power of the Equipotential lens is adjusted by adjusting the potential on the center electrode until the object or image plane depending aligns with the actual position of the object or with that of the image-taking device, as the case may be.

Im Falle erfindungsgemäßer Systeme, die zur Scharfeinstellung in nur einer Koordinaten-Richtung angeordnet sind, wie dies z. B. der Fall ist bei einem in Reihe mit einer elektrischen Äquipotential-Schlitzlinse angeordneten gleichmäßigen Magnetsektor fällt, ist die Rauirnvinkelaufnahme größer als diejenige des Sektorfeldes, und zwar proportional im Verhältnis der Objektenentfernung des Sektorfeldes allein zur ObjektenfernungIn the case of systems according to the invention, the focus in only one Coordinates direction are arranged, as z. B. is the case with one arranged in series with an electrical equipotential slit lens uniform magnetic sector falls, the rough angle recording is greater than that of the sector field, in proportion to the ratio the object distance of the sector field solely for the object distance

109 83 B / 067 2109 83 B / 067 2

der Reihenschaltung.the series connection.

Bei Systemen, die zur Scharfeinstellung in zwei zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen angeordnet sind, wie z. B. im System der Figur 1 und 2, bestehend aus einem elektrischen Kugelkondensator und einer äquipotentialen, koaxialen Blendenlinse, ist die Raumwinkelaufnahme um das Quadrat des Verhältnisses der betreffenden Objektenentfernung größer, verglichen mit der Sektorlinse allein.For systems that focus in two mutually perpendicular Coordinate directions are arranged, such as. B. in the system of Figures 1 and 2, consisting of an electric spherical capacitor and an equipotential, coaxial diaphragm lens, the solid angle recording is around the square of the ratio of the relevant object distance larger compared to the sector lens alone.

In allen Fällen jedoch ist die Abweichungszunahme im Vergleich zu denjenigen der Sektorfeldlinsen allein um eine Größenordnung kleiner als die Abweichungen der Sektor feldlinse und folglich bei den meisten Anwendungen von keiner praktischen Auswirkung.In all cases, however, the increase in deviation is one order of magnitude smaller than that of the sector field lenses alone than the deviations of the sector field lens and consequently for most Applications of no practical impact.

Die Größe des Beschußstrahls an seinem Stoßmittelpunkt auf der P Materialprobe bestimmt das Auflösungsvermögen des AnalysatorsThe size of the bombardment beam at its impact center on the material sample determines the resolving power of the analyzer

und dies kann in Vergleich mit dem bisher erzielten Auflösungsvermögen gestellt werden. Die durch das Spektrometer geschossenen Ionen werden einfach demoduliert und nicht zur Erzeugung eines vergrößerten Ionenbildes der erregten Oberfläche der Materialprobe verwendet. Es können somit verhältnismäßig große Streuungen ohne ins Gewicht fallenden Verlust des Auflösungsvermögens im Spektrometer toleriert werden, so daß es möglich ist, ein Spektrometer mit einer großen Öffnung zu verwenden, womit ein verhältnismäßig großer Anteil sekundärer Ionen in das Spektrometer gerichtet und von diesem analysiert werden kann,and this can be compared with the resolving power achieved so far be asked. The ions shot through the spectrometer are simply demodulated and not used to generate an enlarged one Ion image of the excited surface of the material sample used. There can therefore be relatively large spreads without any weight falling loss of resolution in the spectrometer can be tolerated, so that it is possible to use a spectrometer with a large aperture to use, with which a relatively large proportion of secondary ions can be directed into the spectrometer and analyzed by it,

109835/0672109835/0672

INSPECTEDINSPECTED

- Figur 2 zeigt die Ausführung einer sektorförmigen Feldlinse. Es bezeichnen hierbei die gleichen Zahlen die gleichen Teile. Bei dem Einblick 26 sind Vorrichtungen vorhanden 32, die der Erzeugung der elektrischen Äquipotentiallinien dienen. Mechanische Einstellmöglichkeiten über in Kugeln gelagerte Linsen 34, 38 mit dem Eintritt 40 gestatten die Fortleitung entlang der Mittellinie 20 und den inneren Begrenzungsflächen 42, 44 der sektorförmigen Feldlinse 12, Das Gehäuse 46 dieser Linse umschließit die eigentliche Linse, die in Halterungen 48 gehalten wird.- Figure 2 shows the design of a sector-shaped field lens. The same numbers denote the same parts. In the insight 26 there are devices 32 that generate serve the electrical equipotential lines. Mechanical adjustment options via lenses 34, 38 mounted in balls with the entrance 40 allow the propagation along the center line 20 and the inner boundary surfaces 42, 44 of the sector-shaped field lens 12, The housing 46 of this lens encloses the actual lens, the is held in brackets 48.

Gemäß Figur 4 und 5 umfaßt ein Analysator eine Ionenquelle 110, die von irgendeiner erwünschten Art sein kann. Sie kann z.B. aus einem Gefäß bestehen, das eine Atmosphäre eines Edelgases, wie z. B. Argon, unter einem Druck von ein paar wenigen Mikron Quecksilbersäule enthält. Elektroden (nicht dargestellt) innerhalb des Gefäßes werden zur Erzeugung einer Niederspannungslichtbogenentladung durch das Gas zur Hervorbringung von Ionen erregt, wobei die positiven durch eine Öffnung 112 in einen verhältnismäßig hoch aevakuierten Abschnitt des Analysators entweichen. Die Ionenquelle 110 wird passenderweise unter einem verhältnismäßig hohen positiven Potential gehalten, etwa 20 KV in bezug auf Erdung und die Ionen werden über eine geerdete Beschleunigungselektrode 114 von der Öffnung 112 weg gegen eine Filtervorrichtung 116 beschleunigt.According to Figures 4 and 5, an analyzer comprises an ion source 110, which can be of any desired type. You can, for example, from consist of a vessel containing an atmosphere of a noble gas, such as. B. argon, under a pressure of a few microns of mercury contains. Electrodes (not shown) within the vessel are used to generate a low voltage arc discharge excited by the gas to produce ions, the positive ones escape through an opening 112 into a relatively highly evacuated portion of the analyzer. The ion source 110 is suitably used kept under a relatively high positive potential, about 20 KV with respect to ground, and the ions are grounded through a Accelerating electrode 114 away from opening 112 against a filter device 116 accelerated.

Die von der Öffnung 112 ausgestrahlten Ionen enthalten keinen größerenThe ions emitted from aperture 112 do not contain any larger one

109835/0672 QfflaiNAUNSPECTEü109835/0672 QfflaiNAUNSPECTEü

Anteil der Ionen des Edelgases, aber zugleich auch einen geringen Anteil verunreinigter Ionen, die von Gasen herrühren, welche von den Wandungen des das Gas umgebenden Gefäßes sowie von Teilchen herrühren, die von den den Lichtbogen erzeugenden Elektroden abgespritzt werden. Zweck dieser Filtervorrichtung 116 ist es, die Fremdionen von den Ionen des Edelgases abzulenken und die Edelgasionen in wesent-φ licher reiner Form in einer Richtung gegen die zu analysierendeProportion of the ions of the noble gas, but at the same time also a small proportion of contaminated ions, which originate from gases which from the walls of the vessel surrounding the gas and from particles that are sprayed off by the electrodes that generate the arc will. The purpose of this filter device 116 is to deflect the foreign ions from the ions of the noble gas and the noble gas ions in essential φ licher pure form in one direction against the one to be analyzed

Materialprobe 124 zu konzentrieren. Wie dargestellt, besteht der Filter 116 aus einem, keilförmigen magnetischen Sektorfeld, dessen Symmetrieebene in der Ebene der Zeichnung liegt und das sich gegen die Ionenquelle 110 verjüngt. Ein derartiges Feld stellt sich sowohl in der Symmetrieebene als auch in der Richtung senkrecht dazu scharf ein, so daß die erwünschten Ionen mit gewähltem Moment aus diesen längs parallelen Wegen austreten.Concentrate material sample 124. As shown, the filter exists 116 from a wedge-shaped magnetic sector field, the plane of symmetry of which lies in the plane of the drawing and which is against the ion source 110 tapers. Such a field is sharply established both in the plane of symmetry and in the direction perpendicular to it, so that the desired ions emerge from these parallel paths at a selected moment.

Nachdem die Edelgasionen durch den Filter 116 verlaufen sind, durchstreichen sie eine elektrische Äquipotentiallinse 118. Diese Linse erzeugt ein Ionenbild 119 der Öffnung 112, das ungefähr um zehn Durchmesser verkleinert ist. Die Linse 118 kann auch als Kondensat or linse bezeichnet werden. Ein Teil der von der Kondensat or linse 118 austretenden Ionen wird von einer Objektivlinse 122 aufgenommen, die wie dargestellt, ebenfalls eine Äquipotentiallinse ist und oft auf der Oberfläche der zu analysierenden Materialprobe 124 eine weitere Verkleinerung erzeugt. Der Ionenstrahl wird somit gereinigt und auf eine Stelle auf der Oberfläche der Materialprobe konzentriert, die ungefähr l/lOO desAfter the noble gas ions have passed through the filter 116, strike out they an electric equipotential lens 118. This lens produces an ion image 119 of the opening 112 that is approximately ten diameters is reduced in size. The lens 118 can also be used as a condensate lens are designated. A part of the emerging from the condensate or lens 118 Ions are picked up by an objective lens 122 which, as shown, is also an equipotential lens and often on the surface the material sample 124 to be analyzed generates a further reduction. The ion beam is thus cleaned and applied to one point the surface of the material sample, which is approximately 1/100 des

109835/0672109835/0672

ORiQfN INSPECTEDORiQfN INSPECTED

Durchmessers der Ionenöffnung 112 beträgt, so daß z.B. eine Fläche von ungefähr nur einem Mkron Durchmesser vom Ionenstrahl beschossen wird, wenn die Öffnung 112 ungefähr 0,1mm Durchmesser hat.Diameter of the ion aperture 112 is such that, for example, an area approximately only one micron diameter of the ion beam is fired when the opening 112 is approximately 0.1 mm in diameter.

Oberhalb der Objektivlinse 122 befindet sich ein Ablenkplattenpaar 126 zur Ablenkung des Ionenstrahls in zwei Koordinatenrichtungen. Der Ionenstrahl kann somit eine ausgewählte Fläche der Materialprobe abtasten.A pair of deflector plates is located above the objective lens 122 126 for deflecting the ion beam in two coordinate directions. The ion beam can thus cover a selected area of the material sample scan.

Wo immer der Ionenstrahl auf die Materialprobe auftritt, werden Teilchen der Materialprobe von der Oberfläche abspritzen. Diese Teilchen sind vorherrschend neutrale Atome, welche die Zusammensetzung der Materialprobe darstellen. Ein kleiner Bruchteil der abgespritziten Teilchen^ jedoch besteht aus positiven Ionen. Die Material probe wird unter einem positiven Potential gehalten, das typischerweise 2,5 kg/Volt in Bezug zur Erdung (Erde) beträgt, so daß die ausgestrahlten positiven Ionen über die geerdete Elektrode 127 gegen das Massenspektrometer beschleunigt werden, welches im allgemeinen durch 130 gekennzeichnet ist. Auf Grund der geringen Größe der ionenausstrahlenden Stelle auf der Oberfläche der Materialprobe braucht man keinen Eintrittsschlitz für das Massenspektrometer.Wherever the ion beam hits the material sample, there will be Spray particles of the material sample from the surface. These particles are predominantly neutral atoms that make up the composition represent the material sample. A small fraction of the particles sprayed off, however, consist of positive ions. The material sample is held below a positive potential, typically 2.5 kg / volt with respect to ground (earth) so that the emitted positive ions are accelerated via the grounded electrode 127 against the mass spectrometer, which in general is indicated by 130. Due to the small size of the ion-emitting There is no need for an entry slot for the mass spectrometer on the surface of the material sample.

Die grtindlegenden Einzelheiten des Massenspektrometers nach der Erfindung sind in Figur 4 und 5 dargestellt.The main details of the mass spectrometer according to the Invention are shown in FIGS.

. 1 0,9 8 3 5 / 0 67 2. 1 0.9 8 3 5/0 67 2

Das Spektrometer 130 besitzt eine doppelte Scharfeinstellung, was besagt, daß das Spektrometer gleichzeitig sowohl eine Winkelals auch eine Energiescharfeinstellung erzeugt. Es handelt sich um stigmatische Bilderzeugung, d* h. daß der Gauss'sehe Bildpunkt oder der Bildpunkt erster Ordnung in der radialen Ebene (die Ebene der Krümmung des mittleren Teilchenwegs 136, die zugleich die Ebene φ der Zeichnung darstellt) mit dem Bildpunkt erster Ordnung auf derThe spectrometer 130 has double focus, which means that the spectrometer has both an angle and a also generates an energy focus. It is about stigmatic image generation, i. E. that the Gaussian see pixel or the first order image point in the radial plane (the plane of curvature of the mean particle path 136, which is also the plane φ of the drawing) with the first-order pixel on the

axialen Ebene (der Ebene durch den mittleren Teilchenweg am BiIdpunkt, die senkrecht zur Radialebene verläuft) zusammenfällt. Das Spektrometer besitzt ebenfalls einen verhältnismäßig großen Aufnahmewinkel* Diese Merkmale tragen zu einem verhältnismäßig hohen Ionenübertragungsfaktor bei, wodurch die Analyse eines verhältnismäßig großen Anteils der von der Materialprobe 124 ausgestrahlten Ionen ermöglicht und somit eine hohe Empfindlichkeit geschaffen wird.axial plane (the plane through the mean particle path at the image point, which runs perpendicular to the radial plane) coincides. The spectrometer also has a relatively large recording angle * These features contribute to a relatively high ion transfer factor, making the analysis of a relatively high allows a large proportion of the ions emitted by the material sample 124 and thus a high sensitivity is created.

Das erste Bestandteil des Massen-spektrometers 130 ist eine elektrische Äquipotentiallinse 132, die von der Beschleunigerelektrode 128 aus Ionen auf einen kugelförmig gekrümmten, ringförmigen Kondensator richtet, worin der mittlere Teilchenweg 136 um einen Winkel von ungefähr 45° abgelenkt wird. Die Eintrittsöffnung des Kondensators 134 wird von einer Blende 135 definiert, die vorzugsweise einstellbar ist, um somit die Einstellung des Auflösungsvermögens und der Empfindlichkeit dieses Spektrometers zu gestatten. Der Ringkondensator wirkt alsThe first component of the mass spectrometer 130 is an electrical one Equipotential lens 132 extending from the accelerator electrode 128 Ions are directed onto a spherically curved, annular capacitor wherein the central particle path 136 is at an angle of approximately Is deflected by 45 °. The inlet opening of the condenser 134 is defined by a diaphragm 135, which is preferably adjustable, thus allowing the resolution and sensitivity of this spectrometer to be adjusted. The ring capacitor acts as a

10 9 8 3 5/067210 9 8 3 5/0672

Energiefilter, um die Ionen gemäß ihren betreffenden EnergienEnergy filters to the ions according to their respective energies

zu zerstreuen. Ionen mit Energien innerhalb eines ausgewählten Bereiches verlaufen dann durch eine Blende 138, den Energiewähler, der ebenfalls vorzugsweise verstellbar ist und nur den Ionen im ausgewählten Energiebereich den Zutritt in ein keilförmiges, magnetisches Sektorfeld 140 ermöglicht. Das magnetische Sektorfeld 140 zerstreut die Ionen gemäß ihrer betreffenden Momente oder Massen und bewirkt eine Scharfeinstellung von Ionen einer gewählten Masse auf die Austritteöffnung 142, deren Breite ebenfalls vorzugsweise verstellbar ist. Die Breite der Austritts öffnung 142 bestimmt das Masseauflösungsvermögen des Spektrometers. Dieses Auflösungsvermögen wird ebenfalls von den Größen der Eintritts öffnung in der Blende 135 und der der Wähleröffnung in der Blende 138 bestimmt. Während des Betriebes werden all diese Öffnungen für gewöhnlich miteinander eingestellt, um ein maximales Auflösungsvermögen zu erreichen, das mit einer erwünschten Empfindlichkeit übereinstimmt.to disperse. Ions with energies within a selected range then pass through an aperture 138, the energy selector, which is also preferably adjustable and only the ions in the selected one Energy range allows access to a wedge-shaped, magnetic sector field 140. The sector magnetic field 140 dissipates the ions according to their respective moments or masses and effects a focusing of ions of a selected mass on the exit opening 142, the width of which is also preferably adjustable. the The width of the outlet opening 142 determines the mass resolution of the spectrometer. This resolving power is also of the sizes of the entrance opening in the aperture 135 and that of the selector opening determined in the aperture 138. During operation, all of these Openings usually set together to a maximum Achieving resolving power with a desired sensitivity matches.

Ionen, die durch die Austritts öffnung 142 verlaufen, treffen auf den Empfänger 144 eines Elektronenverstärkers 146, der in Erwiderung auf die Intensität der beim Empfänger 144 ankommenden Ionenströmung ein elektrisches Signal erzeugt. Dieses Signal kann auf einem Meßinstru-Ions that run through the outlet opening 142 hit the Receiver 144 of an electron amplifier 146 which, in response to the intensity of the ion flow arriving at the receiver 144 generates an electrical signal. This signal can be used on a measuring instru-

1 098 35/Q6 7 21 098 35 / Q6 7 2

ment wiedergegeben werden oder - wie dargestellt - wird vorzugsweise verstärkt und verwendet, um die Intensität des Elektronenstrahls eines Oszillosk'opes 148 zu modulieren.ment or - as shown - is preferred amplified and used to modulate the intensity of the electron beam of an oscilloscope 148.

In der dargestellten Ausführungsform ist die Strahlablenkung des Oszilloskopen 148 mit der Ablenkung des primären Ionenstrahls in beiden Koordinatenrichtungen synchronisiert, so daß beim Abtasten einer ausgewählten Fläche der Materialprobe durch das beschießende Ionenbündel der Bildschirm des Oszilloskopen ein vergrößertes Bild darstellen wird. Dieses vergrößerte Bild zeigt die Verteilung eines gewählten Elementes oder einer Isotope auf der Oberfläche der Materialprobe, wobei Unterschiede in Konzentration von Punkt zu Punkt durch Helligkeitsunterschiede aufgezeigt werden. Das betreffende Element oder die Isotope werden durch passende Abstimmung des Massenspektrometers nach bekannten Grundlagen gewählt. In the illustrated embodiment, the beam deflection of the oscilloscope 148 is with the deflection of the primary ion beam synchronized in both coordinate directions, so that when a selected area of the material sample is scanned by the bombarding Ion beam the screen of the oscilloscope will represent an enlarged image. This enlarged image shows the Distribution of a selected element or an isotope on the surface of the material sample, with differences in concentration can be shown from point to point by differences in brightness. The element or isotopes in question are determined by matching it of the mass spectrometer is chosen according to known principles.

Zwischen der zweiten Beschleunigungselektrode 128 und dem Eingang zum Massenspektrometer 130 befindet sich vorzugsweise ein Nebensatz von Ablenkplatten 150, um das Auflösungsvermögen der Mikrosonde auf ein Höchstmaß zu erhöhen,und zwar durch Kompensierung der Auswirkung, die durch das Abtasten der Oberfläche der Materialprobe mittels des Beschießungsstrahls entsteht. Beim Nichtvorhandensein von Neben-A subordinate clause is preferably located between the second acceleration electrode 128 and the input to the mass spectrometer 130 baffles 150 to maximize the resolution of the microprobe by compensating for the effect which is created by scanning the surface of the material sample by means of the bombardment beam. In the absence of secondary

109835/0672109835/0672

Abienkungsplatten 150 wird sich der Bündelknoten des sekundären Ionenstrahls ander Austrittsoffnung 142 des Massenspektrometer bewegen, sowie der primäre oder Beschießungsstrahl die Materialprobenoberfläche abtastet und es wäre notwendig, daß die Austrittsoffnung 142 genügend erweitert wird, um diese Bewegung zu ermöglichen. Eine Vergrößerung der Austrittsoffnung 142 würde das Massenauflösungsvermögen des Spetrometers verringern. Die Anbringung von Neben-Ablenkungsplatten 150'macht die Vergrößerung der Austrittsoffnung 142 hinfällig, da durch die synchrone Erregung der Neben-Ablenkplatten 150 und der primären Ablenkplatten 126 der Bündelknoten an der Austritts öffnung 142 ruhig gehalten werden kann.Deflection plates 150 will become the bundle knot of the secondary Ion beam at the outlet opening 142 of the mass spectrometer move as the primary or bombardment beam scans the material sample surface and it would be necessary that the exit opening 142 is expanded enough to allow this movement. An enlargement of the outlet opening 142 would reduce the mass resolution of the spectrometer. The attachment of secondary baffle plates 150 'makes the outlet opening larger 142 obsolete because of the synchronous excitation of the secondary deflector plates 150 and the primary baffles 126 of the bundle knot can be kept quiet at the outlet opening 142.

Gemäß eines weiteren Merkmales der Erfindung ist zur Erhöhung der lonenausstrahlung der Materialprobe 124 eine Elektronenschleuder vorgesehen. Nur ein kleiner Bruchteil der von der Materialprobe in Erwiderung auf die Ionenbeschießung abgespritzten Teilehen verlassen die Materialprobe 124 in einem ionisierten Zustand, Die meisten der abgespritzten Teilchen sind in Form λ^οη neutralen Atomen und Molekülen. Gemäß der Erfindung ist die Elektronenschleuder 152 seitlich gegen das Ionenbündel versetzt und so angeordnet, um einen Elektronenstrahl auf die Fläche der unter Prüfung stehenden Materialprobe 124 zu richten. Durch geeignete Wahl der Größe des Elektronenstrahls, des Stroms undAccording to a further feature of the invention is to increase the Ion emission of the material sample 124 provided an electron gun. Only a small fraction of that from the material sample in Response to ion bombardment leave hosed parts the material sample 124 in an ionized state, most of the Hosed particles are in the form of λ ^ οη neutral atoms and molecules. According to the invention, the electron gun 152 is against the side The ion beam is offset and arranged to form an electron beam Point at the surface of the material sample 124 under test. By appropriately choosing the size of the electron beam, the current and

109835/0672109835/0672

der Energie, die passenderweise getrennt für jeden der der Analyse unterworfenen Bestandteil durch Ausprobieren ermitelt werden, kann ein wesentlicher Anteil der versprühten neutralen Teilchen durch den Elektronenbeschu ß ionisiert werden, womit die Menge der für die Analyse zur Verfügung stehenden Ionen weiter vermehrt wird.the energy, appropriately determined separately for each of the components subject to the analysis by trial and error can be, a substantial proportion of the neutral particles sprayed by the electron bombardment ß ionized, which the Amount of ions available for analysis is further increased.

Typische Betriebsspannungen (alle relativ zur Erdung) der verschiedenen Elemente der Mikrosonde sind in der Zeichnung angegeben. Diese Werte stellen bei der Ausübung der Erfindung keine beschränkenden Faktoren dar, sondern wurden als innerhalb optimaler Bereiche für eine Ionenmikrosonde liegend gefunden, in der die verschiedenen Elemente folgende, betreffende , angenäherte Abmessungen und Abstände haben:Typical operating voltages (all relative to ground) of the various Elements of the microprobe are indicated in the drawing. These values are not limiting factors in practicing the invention but were found to be within optimal ranges for an ion microprobe in which the various elements relevant, approximate dimensions and distances have:

Entfernung von der Ionenauslaßöffnung 112 zumDistance from ion outlet port 112 to

Filter 116 5"Filter 116 5 "

mittlerer Krümmungsradius des mittleren Ionenwegesmean radius of curvature of the mean ion path

durch den Filter 116 5,5"through the filter 116 5.5 "

Abstand zwischen den betreffenden Mittelelektroden der Äquipotentiallinsen 118 und 126 10 "Distance between the relevant central electrodes of the equipotential lenses 118 and 126 10 "

Abstand zwischen den Mittelelektroden der zweiten Äquipotential linse 126 und der Materialprobe 124 J "Distance between the center electrodes of the second equipotential lens 126 and the material sample 124 J "

109835/0 672109835/0 672

ORIQINAL INSPECTEOORIQINAL INSPECTEO

mittlerer Krümmungsradius des Kugelkondensators 134. 10 "mean radius of curvature of spherical capacitor 134. 10 "

Die Einlaßöffnung 135 und die Wählerblende 138: verstellbar von ungefähr 1 mm bis etwa 10 mm DurchmesserInlet 135 and selector aperture 138: adjustable from about 1 mm to about 10 mm in diameter

Durchschnittlicher Radius des mittleren Ionenweges durchAverage radius of the mean ion path through

das magnetische Sektorfeld 140 5,5 "the magnetic sector field 140 5.5 "

Breite der Auslaßöffnung 142:Width of outlet opening 142:

verstellbar zwischen 1,2 mm und 10 Mikronadjustable between 1.2 mm and 10 microns

Die dargestellte Ausf ührungsform befaßt sich hauptsächlich mit der Idee der Mikroanalyse mittels sekundärer Ionenemission zur Erzeugung einer guten Auflösung, indem nur ein sehr geringer Oberflächenabschnitt einer Materialprobe unter Analyse erregt und ein Massenspektrometer mit großer Öffnung verwendet wird, um die von der erregten Oberfläche ausgestrahlten Ionen zu analysieren. Das bei der Anwendung dieser Erfindung erreichbare Auflösungsvermögen kann den besten bisher in der Mikroanalyse erreichten gleichgestellt werden, während die Empfindlichkeit, d. h, die Fähigkeit Bestandteile aufzufinden, die nur in kleinen Konzentrationen vorhanden sind, um einen wesentlichen Faktor verbessert wird.The embodiment shown deals mainly with the idea of microanalysis using secondary ion emission Producing good resolution by using only a very small surface area of a material sample under analysis and a large aperture mass spectrometer is used to measure the to analyze ions emitted from the excited surface. That at The resolving power achievable with the application of this invention can be equated with the best so far achieved in microanalysis, while the sensitivity, i.e. h, the ability to find constituents, which are only present in small concentrations, is improved by a substantial factor.

In der Ausführungsform der Figuren 4 und 5 deckt das Massenspektrometer den Massenbereich bis zur Masse 1000. Sein Massenauflösungs- In the embodiment of Figures 4 and 5, the mass spectrometer covers the mass range up to mass 1000. Its mass resolution

109 835/067 2109 835/067 2

OHiOSNAL INSPECTEDOHiOSNAL INSPECTED

vermögen kann kontrollierbar von ungefähr 100 bis ungefähr 10 000 verändert werden. Die Konzentrationsempfindlichkeit liegt bei den meisten Elementen im Bereich von ein paar wenigen Teilchen pro Million und ein paar Teilchen pro Billion für diejenigen Elemente, die verhältnismäßig leicht ionisiert werden, wie z.B. die Alkalimetalle,power can be controllably varied from about 100 to about 10,000. The concentration sensitivity ranges from a few particles per million for most elements to a few particles per trillion for those Elements that are relatively easily ionized, such as the alkali metals,

PatentansprücheClaims

»IIIIIIISSII««"IIIIIIISSII" "

1:098 35/06721: 098 35/0672

INSPECTEDINSPECTED

Claims (6)

- 19 P ate η t a η s ρ r ti c h e- 19 P ate η t a η s ρ r ti c h e 1. Mikroanalysenvorrichtung, bei der ein Ionenstrahl auf einen ausgewählten Oberflächenabschnitt einer Materialprobe gerichtet wird, indem die Ionen nach ihrer Erzeugung, Beschleunigung und Fokussierung in ein schmales Strahlenbündel, dessen Querschnitt an der Materialprobenoberfläche kleiner ist als an der Auslaßblende der Ionenquelle, einer Analysenvorrichtung zugeführt \verden, d a du r c h gekennzeichnet , daß sie im Strahlengang vor und/oder hinter der Materialprobe eine Sektorlinse sowie wenigstens eine elektrische Äquipotentiallinse , die mit der Sektorlinse in Reihe und zwischen ihren Objekt- und Bildebenen angeordnet ist, vorgesehen ist, wobei die Äquipotentiallinse im wesentlichen eine Verkürzung des Abstandes längs der Achse des Teilclienstrahls zwischen den Objekt- und Bildebenen verglichen mit diesem Abstand bei Vorhandensein der Sektorlinse allein bewirkt.1. Microanalysis device in which an ion beam is applied to a selected one Surface section of a material sample is directed by the ions after their generation, acceleration and focusing into a narrow bundle of rays, the cross-section of which is on the surface of the material sample is smaller than at the outlet diaphragm of the ion source, fed to an analysis device, because it is characterized in that it is in the beam path in front of and / or behind the material sample a sector lens and at least one electrical equipotential lens, which with the sector lens in series and between their object and Image planes is arranged, is provided, wherein the equipotential lens essentially a shortening of the distance along the axis of the Teilclienststrahls between the object and image planes compared effected with this distance in the presence of the sector lens alone. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysiervorrichtung aus einem bezüglich des Winkels und der Energie scharf einstellenden, stigmatisch abbildenden Massenspektrometer besteht.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the analyzing device consists of one with respect to the angle and the energy there is a sharpening, stigmatic imaging mass spectrometer. 3, Vorrichtung nach.Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine elektrische Äquipotentiallinse zwischen dem Massenspektrometer und der Materialprobe angeordnet ist,3, device according to claim 2, characterized in that in addition, an electrical equipotential lens between the mass spectrometer and the material sample is arranged, 1098 35/06721098 35/0672 173^-321173 ^ -321 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Ablenkvorrichtung zur Ablenkung des Ionenstrahls über die Materialprobe, so daß dieser aufeinanderfolgende, einzelne Flächen der Oberfläche der Materialprobe überstreicht, einen Wandler zur Erzeugung elektrischer Signale in Erwiderung auf Ionen, die vom Massenspektrometer und dem Oszilloskbp analysiert werden, durch Mittel zur Modulation der Intensität des Elektronenstrahls des Oszilloskops in Erwiderung auf Signale des Wandlers und Ablenkmittel zur Ablenkung des Elektronenstrahls des Oszilloskopen sychron mit der Ablenkung des Ionenstrahls über die Materialprobe.4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized by a deflection device for deflecting the ion beam over the material sample, so that this successive, individual surfaces sweeps over the surface of the material sample, a transducer for generating electrical signals in response to ions emitted by the Mass spectrometer and the oscilloskbp are analyzed by means of modulating the intensity of the electron beam of the oscilloscope in response to signals from the transducer and deflection means for deflecting the electron beam of the oscilloscope in synchronism with the deflection of the ion beam over the material sample. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenspektrometer einen sehr schmalen Ausgangsschlitz verwendet und daß die Ablenkung der analysierenden Ionen durch das Massenspektrometer der Art ist, daß der gewählte Ausgang des Massenspektrometer an einer Stelle unverändert gehalten wird.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that that the mass spectrometer uses a very narrow exit slit and that the deflection of the ions to be analyzed by the Mass spectrometer of the type is that the selected output of the mass spectrometer is kept unchanged at one point. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Auslaßblende der Ionenquelle und der Fokussiereinrichtung eine Sektorlinse zur Ablenkung unerwünschter Ionen von der Fokussiereinrichtung angeordnet ist.6. Apparatus according to claim 1, characterized in that between the outlet aperture of the ion source and the focusing device, a sector lens for deflecting undesired ions from the focusing device is arranged. 1098 3 5/06721098 3 5/0672 BADBATH L e e r s e i t eL e r s e i t e
DE19661798021 1965-10-11 1966-10-11 DEVICE FOR CONFIRMING A PRIMARY ION BEAM FROM A MICROANALYZER Pending DE1798021B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US49437865A 1965-10-11 1965-10-11
US49438865A 1965-10-11 1965-10-11
US49449065A 1965-10-11 1965-10-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE1798021A1 true DE1798021A1 (en) 1971-08-26
DE1798021B2 DE1798021B2 (en) 1977-10-20

Family

ID=27413976

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19661798021 Pending DE1798021B2 (en) 1965-10-11 1966-10-11 DEVICE FOR CONFIRMING A PRIMARY ION BEAM FROM A MICROANALYZER
DE1966A0053727 Granted DE1539659B2 (en) 1965-10-11 1966-10-11 STIGMATIC IMAGING SYSTEM FOR A DOUBLE FOCUSING MASS SPECTROMETER
DE1539660A Expired DE1539660C3 (en) 1965-10-11 1966-10-11 Device for imaging and analyzing ions

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1966A0053727 Granted DE1539659B2 (en) 1965-10-11 1966-10-11 STIGMATIC IMAGING SYSTEM FOR A DOUBLE FOCUSING MASS SPECTROMETER
DE1539660A Expired DE1539660C3 (en) 1965-10-11 1966-10-11 Device for imaging and analyzing ions

Country Status (4)

Country Link
US (2) US3445650A (en)
DE (3) DE1798021B2 (en)
FR (1) FR1508152A (en)
GB (1) GB1145107A (en)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3610921A (en) * 1968-05-01 1971-10-05 Perkin Elmer Corp Metastable mass analysis
JPS4833903B1 (en) * 1969-04-08 1973-10-17
JPS5034439B1 (en) * 1969-05-16 1975-11-08
JPS5036397B1 (en) * 1969-07-11 1975-11-25
DE1937482C3 (en) * 1969-07-23 1974-10-10 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen Microbeam probe
BE758925A (en) * 1969-11-14 1971-04-16 Bayer Ag METHOD FOR THE ANALYSIS OF SOLID BODY SURFACES BY MASS SPECTROMETRY
FR2087652A5 (en) * 1970-05-27 1971-12-31 Onera (Off Nat Aerospatiale)
DE2031811B2 (en) * 1970-06-26 1980-09-25 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen Double focusing stigmatic imaging mass spectrometer
US3659236A (en) * 1970-08-05 1972-04-25 Us Air Force Inhomogeneity variable magnetic field magnet
US3842269A (en) * 1971-10-05 1974-10-15 Max Planck Gesellschaft Mass spectrometer of high detection efficiency
US3930155A (en) * 1973-01-19 1975-12-30 Hitachi Ltd Ion microprobe analyser
US4100409A (en) * 1973-02-02 1978-07-11 U.S. Phillips Corporation Device for analyzing a surface layer by means of ion scattering
JPS5015594A (en) * 1973-06-08 1975-02-19
US3878392A (en) * 1973-12-17 1975-04-15 Etec Corp Specimen analysis with ion and electrom beams
US3916191A (en) * 1974-03-01 1975-10-28 Minnesota Mining & Mfg Imaging apparatus and method for use with ion scattering spectrometer
US4107527A (en) * 1977-07-13 1978-08-15 Valentin Tikhonovich Cherepin Ion-emission microanalyzer microscope
AT353519B (en) * 1978-03-07 1979-11-26 Oesterr Studien Atomenergie DEVICE FOR CONCENTRATING THE PRIMAERION BEAM
JPS5917500B2 (en) * 1981-03-18 1984-04-21 株式会社東芝 Neutral particle detection device
US4847504A (en) * 1983-08-15 1989-07-11 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for ion implantation
DE3403254A1 (en) * 1984-01-31 1985-08-01 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München METHOD AND DEVICE FOR COMPENSATING CHARGES IN SECONDARY ISSUE MASS SPECTROMETRY (SIMS) ELECTRICALLY BAD CONDUCTING SAMPLES
FR2575597B1 (en) * 1984-12-28 1987-03-20 Onera (Off Nat Aerospatiale) APPARATUS FOR VERY HIGH RESOLUTION ION MICROANALYSIS OF A SOLID SAMPLE
GB8703012D0 (en) * 1987-02-10 1987-03-18 Vg Instr Group Secondary ion mass spectrometer
US4843239A (en) * 1987-05-18 1989-06-27 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wisserschaften E.V. Compact double focussing mass spectrometer
NL8701871A (en) * 1987-08-10 1989-03-01 Philips Nv LOADED PARTICLE DEVICE WITH BUNDLE MIXER.
FR2624610B1 (en) * 1987-12-11 1990-03-30 Cameca TIME-OF-FLIGHT, CONTINUOUSLY SCAN ANALYSIS METHOD AND ANALYSIS DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD
US4800273A (en) * 1988-01-07 1989-01-24 Phillips Bradway F Secondary ion mass spectrometer
GB8812940D0 (en) * 1988-06-01 1988-07-06 Vg Instr Group Mass spectrometer
US5220167A (en) * 1991-09-27 1993-06-15 Carnegie Institution Of Washington Multiple ion multiplier detector for use in a mass spectrometer
GB2269934B (en) * 1992-08-19 1996-03-27 Toshiba Cambridge Res Center Spectrometer

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3103584A (en) * 1963-09-10 Electron microanalyzer system
US2772363A (en) * 1952-03-21 1956-11-27 Cons Electrodynamics Corp Method and apparatus for ionization of solids
US2947868A (en) * 1959-07-27 1960-08-02 Geophysics Corp Of America Mass spectrometer
US3061720A (en) * 1960-02-29 1962-10-30 Ewald Heinz Spectrograph
FR1352167A (en) * 1962-11-28 1964-02-14 Ct Nat De La Rech Scient Et Cs New device for microanalysis by secondary ionic emission

Also Published As

Publication number Publication date
FR1508152A (en) 1968-01-05
DE1539659A1 (en) 1969-12-18
US3445650A (en) 1969-05-20
US3517191A (en) 1970-06-23
DE1539660C3 (en) 1978-06-01
DE1539660A1 (en) 1970-04-09
GB1145107A (en) 1969-03-12
DE1798021B2 (en) 1977-10-20
DE1539659B2 (en) 1977-07-07
DE1539660B2 (en) 1977-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1798021A1 (en) Microanalysis device
DE2223367C3 (en) Micro-beam probe for the quantitative detection of charged secondary particles
EP3712924B1 (en) Device and method for electron transfer from a sample to an energy analyser and an electron spectrometer device
DE2842527A1 (en) ELECTROSTATIC EMISSION LENS
EP0218920A2 (en) Omega-type electron energy filter
DE69118492T2 (en) Mass spectrometer with electrostatic energy filter
DE69117347T2 (en) Energy analyzers for charge particle
DE1937482B2 (en) Microbeam probe
DE3231036C2 (en)
DE2538123A1 (en) ARRANGEMENT FOR MASS SPECTROMETRIC DETECTION OF IONS
DE2255302B2 (en) Equipment for secondary ion mass spectroscopy
DE3904032A1 (en) ELECTRONIC MICROSCOPE FOR THE STUDY OF SOLID CARBON SURFACES
EP1559126B9 (en) Energy filter image generator for electrically charged particles and the use thereof
DE2420275C3 (en) Device for analyzing a surface layer by ion scattering
DE2705430C3 (en) Electrostatic analyzer for charged particles
DE69229702T2 (en) Devices for energy analysis of charge particle
DE2608958A1 (en) DEVICE FOR GENERATING RAYS FROM CHARGED PARTICLES
DE102017208005B3 (en) Particle source for generating a particle beam and particle-optical device
DE69629536T2 (en) Method and device for mass analysis of a dissolved sample
DE2659385C3 (en) Ion microprobe analyzer
DE102017009299B3 (en) Apparatus for analyzing a sample by means of electrons, and use and method
DE102020104151B3 (en) Imaging device for electrons and an imaging method for reducing the background signal in imaging electron-optical devices
DE102014019408B4 (en) Imaging energy filter device and method of operation thereof
DE2752933A1 (en) ELECTRON MICROSCOPE
DE2733966C3 (en) ion emission microscope microanalyzer