DE2730889C2

DE2730889C2 - Einrichtung zur ortsauflösenden Materialuntersuchung einer Probe

Info

Publication number: DE2730889C2
Application number: DE2730889A
Authority: DE
Inventors: Benno 8044 Lohof Reuter
Original assignee: GESELLSCHAFT fur STRAHLEN- und UMWELTFORSCHUNG MBH 8000 MUENCHEN DE
Current assignee: GESELLSCHAFT fur STRAHLEN- und UMWELTFORSCHUNG MBH 8000 MUENCHEN DE
Priority date: 1977-07-08
Filing date: 1977-07-08
Publication date: 1985-07-11
Also published as: GB2002198B; GB2002198A; US4264815A; DE2730889A1; JPS5445195A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur ortsaufloesenden Materialuntersuchung einer Probe mit einer Roentgensonde unter Ausnutzung des Rasterprinzips, wobei Roentgenstrahlung in einer Quelle erzeugt, mittels eines optischen Systems auf die Probe gerichtet und die Strahlung hinter der Probe in einem Detektorsystem nachgewiesen wird. Die Roentgenstrahlung ist in einem Target erzeugbar, und die von dem Target ausgehende Roentgenstrahlung ist mit dem optischen System auf die Probe als Roentgensonde abbildbar. Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, dass eine Aufgliederung des Gesamtsystems in praktisch drei Teile moeglich ist. Das elektronenoptische System (oder ein Laserstrahl bzw. ein Protonenstrahl) erzeugt auf dem Target eine punktfoermige Roentgenquelle, das Abbildungssystem bildet diese Quelle auf die Probe ab und das Detektorsystem misst die gesamte durch die Probe durchtretende Strahlung. Durch diesen Komponentenaufbau kann den unterschiedlichen Vakuumanforderungen optimal Rechnung getragen und eine hohe Flexibilitaet erreicht werden. So kann z.B. auch eine stationaere Elektronensonde verwendet werden. Die zweidimensionale Abtastung der Probe muesste dann allerdings durch eine Verschiebung entweder des optischen Systems oder der Probe erfolgen. Mit der Erfindung ist es demnach moeglich, unter Ausnutzung des rastermikroskopischen Prinzips bei gleichzeitiger raeumlicher Trennung von Target und Probe eine direkte elektronische Bildregistrierung vor...U.S.W

Description

25 Die Erfindung wird im folgenden mittels zweier Ausführungsbeispiele anhand eines Blockschaltbildes nach F1 g. 1 und einer schematisierten Strahlenerzeugungs-

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Abbildungs- und Nachweisanordnung gemäß der F i g. 2 Oberbegriff des Anspruches 1. näher erläutert

Eine derartige Einrichtung ist aus der US-PS 30 Der Strahl 3 eiser Elektronenmikrosonde 17 (siehe 38 52 605 bekannt Fig. 1) wird auf das Target 4 fokussiert Gesteuert von

Eine ähnliche Einrichtung ist s-is »Science, Vol. 178, der Ablenkeinheit 11 kann der Elektronenfokus 14 das Seiten 608 bis 611,10. Nov. 1972« bekannt Bei ihr wird Target 4 abrastern. Synchron dazu wird ein Elektronendie Synchrotron-Strahlung eines Rektronen-Synchro- strahl 10 über den Bildschirm 9 des Anzeigegerätes 15 trons zur Bestrahlung eines mechanisch rasterförmig 35 geführt Die im Target 4 erzeugte charakteristische bewegten Objektes benutzt wobei jeweils ein Intensi- Röntgenstrahlung 5 wird von einem abbildenden Sytätsverlust an Strahlung sowohl an einer Spiegeloptik stern 6 auf die Probe 2 fokussiert und bildet die Mikroals auch an einer Blende in Kauf genommen wird. Dies sonde 1. Die gesamte durch die Probe 2 hindurchtretenist praktisch nur möglich, wenn ein Elektronen-Syn- de Strahlung 8, wahlweise auch die darin erzeugte Sechrotron oder eine Quelle mit ähnlich hoher Strahlungs- 40 kundärstrahlung, wird mit einem flächenhaften Detekausbeute zur Verfügung steht Ein wesentlicher Nach- torsystem 7 (in der Mitte ein Zählrohr und seitlich dazu teil dieser Einrichtung Hegt auch darin, daß ihr Auflö Durchflußzähler) gemessen. Das geeignet verstärkte Sisungsvermögen begrenzt ist, da zwar theoretisch der gnal 16 steuert die Intensität des Elektronenstrahls 10 Dlenderidurchmessei auf 1 μιϊι begrciizibar wäre, Bcu- im Anzeigegerät i5. Da die Onskoordinate dieses gungseffekte und der nicht beliebig verringerbare Ab- 45 Strahls 10 linear mit der Position des Röntgenfokus stand von Objektoberfläche (aufgrund der Rauhigkei- (Auftreffpunkt der Mikrosonde 1 auf der Probenoberten der Objektoberfläche) zur Blende dies aber unmög- fläche 2) auf der Probe 2 verknüpft ist, wird auf dem Hch machen. Bildschirm 9 das Röntgenbild der Probe 2 erhalten. Die

Weiterhin ist es bekannt, als optisches System eine Vergrößerung ist dabei über die Ablenkeinheit 11 belieaus der Holographie bekannte Zonenplatte (Journal of 50 big einstellbar. Das Auflösungsvermögen jedoch ist ge-Physics E: Scientific Instruments 1976, Vol. 9, Sei- geben durch den Durchmesser des Röntgenfokus auf ten 746-751) oder eine Spiegeloptik zu verwenden. der Probe 2. Der minimal erzeugbare Elektronenstrahl-

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, fokusdurchmesser des Elektronenstrahles 3 der Mikroeine Einrichtung zu bieten, mit der eine ortsauflösende sonde 17 ist zwar auf 1 μπι aufgrund von Raumladungs-Materialuntersuchung mit Röntgenstrahlung an mikro- 55 effekten innerhalb des Strahles 3 begrenzt, der korresskopischen Proben bei Ausnutzung des Rasterprinzips pondierende Röntgenfokus der Mikrosonde 3 kann möglich ist. aber optisch noch verkleinert werden. Dies bedeutet

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnen- eine höhere Auflösung. Die nötige Röntgenintensität den Merkmalen des Anspruches 1 beschrieben. der Mikrosonde 1 kann durch einen Strahlstrom von

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, 60 10-⁶ Ampere Elektronenstrom des Elektronenstrahles daß mit der vom Detektorsystem aufgenommenen 3 erzielt werden.

Strahlung die Intensität eines synchron zu dem Elektro- Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 2

nenstrahl der Mikrosonde über den Bildschirm eines zeigt schematisiert den Elektronenstrahl 3 eines hier Anzeigegerätes rasterförmig laufenden weiteren Elek- nicht näher dargestellten Rasterelektronenmikroskops, tronenstrahls steuerbar ist. ₆5 Der Elektronenstrahl 3 ist auf das Target 4 fokussiert

Weitere Vorteile der Erfindung liegen darin, daß eine und bildet darauf einen rasterförmig bewegbaren Rönt-Aufgliederung des Gesamtsystems in praktisch drei Tei- genfokus 14. Das Target 4 ist eine einige μπι starke Folie Ie möglich war. Das elektronenoptische System (oder aus einem Material, dessen ^«-Strahlung verwendet

3

werden solL Für weiche Röntgenstrahlung kommt hierfür die Linie 1130nm des Beryllium, die Linie 440 nm des Kohlenstoffes, die Linie 237 nm des Eisendioxid und die Linie 83 nm des Aluminium in Frage. Die Verwendung einer Folie als Target 4 ermöglicht Röntgenquellen 14 mit Durchmessern < 1 .um. Die Folie 4 dient zugleich als Vakuumsperre zwischen den Bereichen 18 und 19.

Senkrecht zur optischen Achse 20 angeordnet sind das Target 4, die Zonenplatte 6 und die Probe 2. Von der auf die Zonenplatte 6 auftreffenden Röntgenstrahlung 5 wird etwa 10% auf die Probe 2 fokussiert und bildet die Röntgensonde 1. Der Probenraum 21 ist durch Berylliumfenster 12 und 13 beidseitig verschlossen. Dadurch kann der Gasdruck im Probenraum 21 unabhängig vom Druck im Erzeugungs- und Abbildungsraum 18 bzw. 19 sowie im Detektorraum eingestellt werden. Die durch die Probe 2 hindurchtretende Strahlung 8 wird über das mittig angeordnete Zählrohr 22 registriert Seitlich angeordnete Durchflußzähler 23 und 24 ermöglichen die Messung der Röntgenfluoreszenz der Probe 2.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 ein Laserstrahl bzw. ein Protonenstrahl) erzeugt auf Patentansprüche: dem Target eine punktförmige Röntgenquelle, das Ab bildungssystem bUdet diese Quelle auf die Probe ab und

1. Einrichtung zur ortsauflösenden Materialunter- das Detektorsystem mißt die gesamte durch die Probe suchung einer Probe, mit einer Röntgensonde unter 5 durchtretende Strahlung. Durch diesen Komponenten-Ausnutzung des Rasterprinzips, bei der ein Elektro- aufbau können den unterschiedlichen Vakuumanfordenenstrahl mittels eines elektronenoptischen Systems rangen optimal Rechnung getragen und eine hohe FIeauf einem Target rasterförmig ablenkbar und damit xibilität erreicht werden. So kann z. B. auch eire statioein rasterförmig laufender QueUpunkt für Röntgen- näre Elektronensonde verwendet werden. Die zweidistrahlung erzeugbar ist, die mittels eines Abbil- 10 mensionale Abtastung der Probe müßte dann allerdings dungssystems auf die Probe gerichtet ist, und bei der durch eine Verschiebung entweder des optischen Sydie Röntgenstrahlung hinter der Probe in einem De- stems oder der Probe erfolgen.

tektorsystem nachweisbar ist, dadurch ge- Mit der Erfindung ist es demnach möglich, unter Auskennzeichnet, daß im Abbildungssystem (6; nutzung des rastermikroskopischen Prinzips bei gleich-19) eine Zonenplatte oder eine Spiegeloptik ange- 15 zeitiger räumlicher Trennung von Target und Probe ordnet ist wodurch eine sich rasterförmig bewegen- eine direkte elektronische Bildregistrierung vorzunehde Röntgenmikrosonde (1) erzeugbar ist, daß das men, bei einer geringen Wärmebelastung der Probe, Target (4) aus einer Folie besteht und daß das Target ohne energiedispersive Intensitätsmessung, mit Steige-(4) das elektronenoptische System (17) vom Abbil- rung des theoretischen Auflösungsvermögens durch dungssysten\(6; 19) vakuumdicht trennt 20 Verkleinerung der Röntgenqueile, bei geringen Vaku-

2. einrichtung nach Ansprach "i, dadurch gekenn- umanforderungen bzw. Schutzgasatmosphäre im Prozeichnet daß das Target (4) aus Beryllium, Kohlen- benraum und einem geringen Präparationsaufwand der stoff, Eisenoxid oder Aluminium besteht Probe. Außerdem ist die Untersuchung von nichtleitfä-

higen Proben ermöglicht