WO2018007136A1 - Ion microscopy device - Google Patents

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WO2018007136A1
WO2018007136A1 PCT/EP2017/064872 EP2017064872W WO2018007136A1 WO 2018007136 A1 WO2018007136 A1 WO 2018007136A1 EP 2017064872 W EP2017064872 W EP 2017064872W WO 2018007136 A1 WO2018007136 A1 WO 2018007136A1
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WO
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ion
photon
pulse
electrode
pulses
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PCT/EP2017/064872
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German (de)
French (fr)
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Nico Klingner
René HELLER
Gregor Hlawacek
Stefan Facsko
Johannes VON BORANY
Richard Arthur WILHELM
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Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E. V.
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Publication date
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    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/24Ion sources; Ion guns using photo-ionisation, e.g. using laser beam
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/26Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
    • 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, ion-optical arrangement
    • H01J37/08Ion sources; Ion guns
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    • 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
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
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    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/08Ion sources
    • H01J2237/0802Field ionization sources
    • H01J2237/0807Gas field ion sources [GFIS]

Definitions

  • the invention relates to an ion microscopy device, i. a microscope based on scanning an object to be examined with an ion beam and detecting the interaction of the ion beam with the object.
  • an examination subject to be examined by irradiating the object with an ion beam and detecting the by the
  • the ion beam used to scan the examination subject is also referred to as the primary ion beam, the ions of the
  • Primary ion beams are also referred to as primary ions.
  • the primary ions emitted by the object are used, e.g. the primary ions passed through the object and / or those of the object
  • the secondary particles generated by interaction of the primary ion beam with the object e.g.
  • Secondary electrons, secondary ions and photons can be used.
  • Imaging can e.g. by detecting the properties and the number of emanating from the object under investigation primary and secondary particles.
  • GFIS gas field ion source
  • Ion microscopes may e.g. Helium ions, neon ions, hydrogen ions and / or nitrogen ions can be used as primary ions. Imaging takes place
  • elemental analysis may also be of interest in order to obtain information about the (local) material composition of the examination subject, e.g. Statements about the chemical composition of the examination object.
  • the pulsed ion beam is generated by providing a continuous ion beam by means of a GFIS and passing this ion beam through an aperture (here a Faraday cup serves as an aperture) by means of an electrostatic deflection unit of the ion microscope by momentarily applying the electric deflection voltage applied to the deflection unit is lowered.
  • the pulsing of the primary ion beam by means of the deflection unit of the ion microscope is associated with large ion pulse durations (of a minimum of about 17 nanoseconds).
  • the time resolution of the time of flight spectrometry is dominated by the pulse duration of the ion pulses, large ion pulse durations are accompanied by a correspondingly low (relative) time and mass resolution.
  • the pulsing of the primary ion beam by means of the deflection unit is accompanied by a moving, not exactly axially along the optical axis extending primary ion beam, resulting in a deterioration of the spatial resolution with pulsed ion beam.
  • Emission gun has a tip, an extraction electrode and an ion collector in a vacuum chamber, and wherein the emission gun has a cleaning light irradiation device for irradiating the tip with ultraviolet or infrared light for the purpose of cleaning the tip.
  • the invention provides an ion microscopy apparatus by means of which imaging and analysis of an object to be examined is possible with high accuracy, for example with high spatial, temporal and / or mass resolution.
  • an ion microscopy apparatus hereinafter also referred to as an ion microscope
  • an ion microscope is provided which is suitable for imaging a
  • the ion microscope has an ion source for generating an ion beam.
  • the ion source comprises an ionization chamber, a gas supply device for supplying a gas into the ionization chamber, a tip-shaped electrode (also referred to as tip electrode or emitter tip) arranged in the ionization chamber, and a counterelectrode, so that the ion source contains all components of a conventional gas field ion.
  • Source and therefore hereinafter also referred to as gas field ion source (GFIS).
  • Gas field ion sources are also referred to as gas field ionization ion sources or gas field ion sources.
  • a gas e.g. Helium, neon, argon, xenon, hydrogen or nitrogen be provided or a gas mixture with one or more of the aforementioned gases as an ingredient.
  • other gases are possible, e.g. Noble gases.
  • the ionization chamber forms a gas receiving volume for receiving the gas supplied by the gas supply device, which gas is ionized upon operation of the ion microscope in the ionization chamber.
  • the counter-electrode is arranged at a distance from the tip-shaped electrode, so that when an electrical voltage is applied between the electrode and the electrode
  • the counterelectrode can be arranged, for example, in the ionization chamber.
  • the ionization chamber can have an outlet opening through which the primary ion beam can emerge from the ionization chamber.
  • the counter electrode can, for example, on the wall of the ionization chamber (eg annular) to the outlet opening to be arranged running around, for example, as a border of the outlet opening.
  • the ion microscope has a voltage source which is used for applying an electrical voltage, in particular a direct electrical voltage (for example in the form of a high voltage), between the electrode and the
  • Counter electrode is formed to generate an electric field.
  • the positive voltage pole is formed on the tip-shaped electrode and the negative voltage pole on the counter electrode, so that the tip-shaped electrode is at a higher electrical potential than the counter electrode.
  • the electric field passes through the ionization chamber and thus also the gas absorbed therein.
  • the ion microscope may be designed to drive the voltage source such that the means of
  • Voltage source between the electrode and the counter electrode applied voltage (in particular the amount of voltage) is adjustable.
  • the ion microscope may e.g. be designed such that it operates in a continuous beam mode, the ion source as a conventional gas field ion source.
  • the voltage source is driven by the ion microscope such that the electric field caused by the electrical voltage between the electrode and the counter electrode for ionizing (at least part) of the in the ionization chamber
  • the voltage source is thus controlled in such a way that the electric field produced between the electrode and the counterelectrode for ionizing (at least a part of) the in the ionization chamber
  • the voltage source is driven in such a way that the magnitude of the voltage applied between the electrode and the counterelectrode is at least so great that the gas received in the ionization chamber is (at least partially) ionized. It can be provided that in the continuous beam mode, the voltage applied between the electrode and the counterelectrode is constant in time and the primary ion beam is formed with a temporally constant ion current.
  • the ion microscope is (for example by means of an ion-optical beam guiding device) designed such that the ion beam can be directed to an object area so that an object to be examined in the object area irradiated with the ion beam and scanned, with backscattered particles of the ion beam and / or sputtered (ie from the examination object
  • interaction particles is understood to mean particles which, due to the interaction of the primary ion beam with the examination subject, are emitted starting from the examination subject, with the exception of secondary electrons and photons.
  • Interactive particles in the form of backscattered particles of the ion beam may e.g. be scattered ions and / or neutralized ions (i.e., atoms) of the primary ion beam at the object to be examined.
  • Interactive particles in the form of sputtered particles of the object under examination may e.g. Be ions and / or atoms of the examination object.
  • the ion microscope has a detector which is arranged and designed in such a way that at least part of the interaction particles can be detected by it (also referred to as interaction particle detector).
  • Interaction particle detector may e.g. be designed to detect electrically neutral and / or electrically charged interaction particles
  • the interaction particle detector may be, for example, a single particle detector.
  • the interaction particle detector may, for example, a micro-channel plate (English "micro-channel plate"), a
  • the interaction particle detector can be arranged and designed in such a way that it can detect interaction particles which can be detected from the object region (or the object under examination) in the direction of the latter
  • the detector can thus be designed and arranged for detecting interaction particles in a backscatter geometry. It can e.g. that the interaction particle detector is arranged on the side of the object region (or of the examination object) facing the primary ion beam or the ion source, that is to say that is arranged at a backscatter angle relative to the primary ion beam.
  • the ion microscope may include, in addition to the interaction particle detector, a secondary electron detector arranged and
  • the ion microscope is formed so that at least a part of the secondary electrons generated by means of the primary ion beam can be detected by it.
  • the ion microscope may be formed in a known manner for imaging the examination subject by means of the detected secondary electrons, the ion microscope comprising e.g. can be operated in continuous-beam mode.
  • the ion microscope also has a device for generating
  • Photon pulses on (hereinafter also referred to as photon pulse generator).
  • the photon pulse generator is designed and arranged such that it can be used to generate photon pulses (ie pulses of photons) which are directed to a position (also referred to below as a photon pulse target position) in the ionization chamber.
  • the photon pulse generator is thus designed and arranged such that the photon pulses generated by it are directed to the photon pulse target position and hit the photon pulse target position, wherein the Photon pulse target position in the ionization chamber is located.
  • the ion microscope may be formed (eg by means of a focusing optics) such that the photon pulses are focused onto the photon pulse target position, in this case the
  • Photon pulse target position also referred to as photon pulse focus position.
  • the ion microscope may e.g. be formed so that the distance between the tip-shaped electrode and the photon pulse target position is not greater than 1 micron.
  • the ion microscope may e.g. be formed such that the photon pulse target position on the tip-shaped
  • Electrode e.g., on the tip of the tip-shaped electrode
  • Photon pulses are directed to the tip-shaped electrode and on the
  • the ion microscope may also be formed such that the target photon pulse position does not lie on the tip-shaped electrode, so that the photon pulses are not directed to the electrode and do not hit the tip-shaped electrode but to a position away from the tip. It can e.g. be provided that the tip-shaped electrode has an axis in the form of a longitudinal axis or
  • Symmetry axis and the photon pulses are directed to a photon pulse target position on this axis, the distance of the target position from the tip of the electrode e.g. at most 1 micrometer.
  • the photon pulse generator may e.g. for generating laser pulses as
  • the photon pulse generator may be e.g. be a pulsed laser.
  • the photon pulses may e.g. Photons one
  • the photon pulses can, for example, photons of a wavelength from 10 nm to 380 nm (ultraviolet radiation or UV radiation), a wavelength of 380 nm to 780 nm (visible light), a wavelength of 780 nm to 1 mm (infrared radiation or IR radiation ) or a wavelength of 30 ⁇ to 3 mm (terahertz radiation or THz radiation) or consist thereof. Terahertz radiation can, for example, support low heating of the tip electrode and short pulse times.
  • the photon pulses are also referred to as optical pulses, but with this designation no limitation of the wavelength of the photons of the photon pulses to visible light is implied.
  • the photon pulse generator is arranged such that the photon pulses generated by it in the
  • the photon pulse generator may be located inside or outside the ionization chamber. It can e.g. be provided that the photon pulse generator outside the ionization chamber
  • the ionization chamber has a window or a recess as an optical input, wherein the photon pulses are irradiated through the optical input into the ionization chamber.
  • a pulsed energy input can take place in a gas contained therein.
  • a temporal structuring of the ion beam generated by the ion source can take place, e.g. by the ionization of the gas is supported by means of the photon pulses.
  • the time-structured ion beam thus generated can subsequently be used for further analysis of the examination subject. Since photon pulses can be generated easily with very short pulse durations and thus one
  • Photon pulses does not require a deviation of the ion beam from the optical axis of the ion microscope or its ion optics and no movement of the ion beam, thereby also an analysis with high spatial resolution allows.
  • Flight distance are covered with the same area of the detectors larger solid angles. As a result of the enlargement of the solid angle, more particles can be detected per amount of primary ions, which improves the statistical uncertainty of the measurement. Alternatively, with the same number of spectrometry particles, fewer primary ions can be applied to the examination object or the sample, resulting in less radiation damage. This allows e.g. the
  • the ion microscope is designed in such a way that in a mode (also referred to as pulse beam mode) the voltage source and the photon pulse generator are controlled in such a way that an electrical voltage (eg time constant) between the electrode and the counterelectrode of the GFIS is created and at the same time by means of the photon pulse generator
  • Photon pulses are generated and registered in the ionization chamber.
  • the ionization chamber of the GFIS and thus also a gas absorbed therein are penetrated by the voltage generated by the electric field.
  • energy is introduced into the ionization chamber penetrated by the electric field or the gas received therein.
  • Voltage source is driven to output a voltage (in particular a DC electrical voltage, for example in the form of a high voltage electrical), so that the gas by means of the electrical voltage
  • the photon pulse generator for generating photon pulses is formed (for example, by being designed to generate photon pulses of corresponding intensity and / or wavelength) that means of the photon pulses, the excited by the electric field gas at least partially ionized is so that in pulse-beam mode by means of a photon pulse (eg by means of each photon pulse), an ion pulse is generated and thus from the ion source, a pulsed ion beam can be generated.
  • the pulse beam mode is thus by means of the voltage source, an electrical
  • Voltage is applied between the electrode and the counter electrode of the GFIS and photon pulses are simultaneously generated by the photon pulse generator and introduced into the ionization chamber, wherein an ionization of the gas caused by the combined effect of the voltage caused by the electrical voltage
  • the counter electrode of the GFIS applied wherein the amount of voltage applied in the continuous-beam mode voltage is greater than the amount of the pulse-beam mode
  • Voltage source provided DC voltages can e.g. be several kilovolts, the voltage in the pulse-beam mode is smaller than in the continuous-beam mode.
  • the ion microscope is designed in such a way that in the pulse beam mode the voltage source is driven by it in such a way that the electric field caused by the electrical voltage between the electrode and the counterelectrode is not sufficient to ionize the electric field
  • Ionisations sort recorded gas to form a continuous Primärionenstrahls sufficient. It can therefore be provided that in the pulse-beam mode, the voltage is adjusted such that the amount of voltage applied between the electrode and the counterelectrode is not large enough to cause ionization of the gas to form a continuous primary ion beam.
  • the ion microscope may in particular be designed in such a way that in the pulse-beam mode the voltage source is driven by it in such a way that the voltage caused by the electrical voltage between the electrode and the counter electrode
  • the ion microscope can thus be designed in such a way that in the pulse-beam mode the voltage source is driven such that the electric field caused by the electrical voltage between the electrode and the counterelectrode alone is insufficient to ionize the gas, and that ionization of the gas only by the entry of a photon pulse takes place (so that an ionization of the gas takes place only by the combined effect of the electrical voltage caused by the electric field and the photon pulses).
  • the photon pulse generator in particular for generating photon pulses directed to a position in the ionization chamber, can be designed in such a way that at least a part of that of the electric field
  • the gas is ionized by means of the photon pulses, so that an ion pulse is generated by means of a photon pulse (for example by means of each photon pulse) and thus a pulsed ion beam can be generated by the ion source.
  • the amount of voltage applied by means of the voltage source between the electrode and the counterelectrode is too small to be in the
  • Ionization chamber gas to be ionized alone by means of the voltage caused by the electric field.
  • the voltage applied by the voltage source is so large that the ionization rate caused solely by the electric field is substantially higher than the threshold value, eg greater than 10 7 ions per second. More generally, it can be provided, for example, that the electrical voltages present in the pulse-beam mode and in the continuous-beam mode are such that the ratio of the ionization rate, which is produced in the continuous-beam mode solely by the electric field, to the ionization rate that is present in the pulse-beam mode.
  • the threshold may be eg 10 3 .
  • the amount of voltage applied between the electrode and the counter electrode by the voltage source is less than in the continuous-beam mode. It may be provided that in the pulse-beam mode, the electric field alone is insufficient for ionizing the gas received in the ionization chamber of the ion source, wherein the residual excitation required for the ionization of the gas is introduced into the gas by means of the photon pulses, so that gas ions are generated by means of each photon pulse which ones are
  • the ion pulses By generating the ion pulses by means of the photon pulses, the ion pulses can be formed with very short ion pulse durations, because
  • Photon pulses can be generated easily with very short pulse durations and the pulse duration of the ion pulse generated by means of a photon pulse essentially corresponds to the duration of the causing photon pulse. Thus, very short ion pulses can be generated over time by means of the photon pulses. Since the generation of the ion pulses by means of the photon pulses does not require a deflection of the primary ion beam from the optical axis of the ion microscope or the ion optics, an exact positioning of the ion beam on the examination object can be carried out with a small incident surface.
  • the interaction of the ion pulses with the examination object can be investigated by means of different methods.
  • temporally short ion pulses with a small-area and exactly positioned impact point on the examination object enable a study with high temporal and / or spatial resolution.
  • To operate the gas field ion source is between the top or
  • tip-shaped electrode and the counter electrode of the GFIS applied an electrical voltage such that the tip is at a more positive or higher electrical potential than the counter electrode.
  • the magnitude of the voltage is set so high, as in the conventional operation of a GFIS, that the high field gradients resulting from the field elevation at the tip end of the electrode bring about ionization of the gas present there. So if a gas in this as well
  • a pulse of coherent photons eg, laser pulses
  • a pulse of coherent photons eg, laser pulses
  • the short-term increased potential difference leads to an increased transition of electrons of the gas atoms into the tip electrode and thus to an increased ionization rate.
  • Tunnel ionization by laser pulses can occur, for example, from power densities of 10 12 to 10 15 W / cm 2 , depending on the wavelength.
  • Pulsed beam mode - in a GFIS tunnel ionization can already take place at lower power densities.
  • the photon pulse is preferably applied to a position very close to the tip or on the surface of the tip of the tip-shaped electrode, so that the field strength of the electric wave with the increased field gradient (of the electric field generated by the electric voltage caused) overlaps near the top.
  • the entry of a photon pulse by absorption of photons by shell electrons of the gas atoms in a GFIS can lead to ionization.
  • By absorbing the electrons are raised to higher energy potentials, whereby the binding to the associated gas atom or to be overcome for the ionization potential barrier is lowered. Due to the potential difference and field elevation near the means of
  • Binding energy of the electrons also increases the transition rate of the electrons.
  • Already excited electrons in higher shells can also absorb further photons, this process being known as multiphoton absorption.
  • the ionization in a GFIS by absorption of photons is therefore also possible by optical pulses with low intensity.
  • the lifetime of the excited states is in the range of femto- to attoseconds for most states, so that the temporal intensity profile of the resulting ion pulse is dominated by the duration of the optical pulse.
  • the distance of the optical excitation pulse must not exceed the range of excited atoms. Due to the short lifetime, the excited atoms would otherwise fall back into stable states before they can reach the area of field elevation.
  • the ionization of a particular element in the ion source can also be done by resonant absorption of photons.
  • the energy of the photons used must correspond to the potential difference of the electrons between two energy states. Accordingly, the
  • the photon pulse generator for generating photon pulses is designed such that the energy of a photon of the photon pulses of the energy difference of two
  • the ion microscopy device may comprise a blanking device (also referred to as "blanking unit") which is arranged in the beam path of the ion beam and is designed to hide the ion beam from the object region (for example electrostatically) first state (also referred to as blanking state), the ion beam is masked out of the object area, and that the ion beam is transmitted to the object area in a second state (also referred to as a pass state), the ion microscope is for driving the Ausblendvorraum so formed that of the ion microscope the
  • Blanking device can be set either in the blanking state or in the on-state.
  • the fade-out device may e.g. a deflection unit, which is designed to deflect the ion beam, and a diaphragm.
  • the deflection unit may e.g. be designed to deflect the primary ion beam by means of electric and / or magnetic fields.
  • the deflection unit and the diaphragm can be arranged and configured in such a way that the ion beam can be selectively directed either to a passage opening of the diaphragm or to a shielding section of the diaphragm by means of the deflection unit so that the ion beam can pass through the ion beam when the ion beam is positioned on the passage opening and Thus, not hidden (pass-state), and that when positioning the
  • the deflection unit may e.g. a
  • the ion microscope is designed for synchronized (temporally coordinated) driving of the photon pulse generator and the masking device.
  • the ion microscope is designed for synchronized (temporally coordinated) driving of the photon pulse generator and the masking device.
  • the temporal structuring of the ion beam generated by means of the photon pulses can be varied by means of the blanking device, which enables, for example, sharper pulse profiles and / or shorter pulse durations.
  • the ion microscope may, for example, be designed in such a way that from it the
  • Blanking device is switched in each case only in a predetermined time window after generating a photon pulse in the forward state and otherwise switched to the blanking state.
  • the ion microscope may e.g. be formed such that from him in each case after a predetermined first period of time after the generation of each photon pulse, the
  • Blanking device is switched to the on state and after a predetermined second period of time after the generation of each photon pulse, the blanking device is switched back to the blanking state (wherein the second time period is greater than the first time period).
  • the ion microscope is synchronized to
  • Blanking is hidden and the remaining part of the ion pulse is not hidden (but is transmitted to the object area or the examination object). Because of the known airspeed of the primary ions (which is due to the mass and charge state of the ions as well as through the
  • Generating charge states, filtering by elements and / or charge states can be performed by partially masking out each ion pulse. Different states of charge or types of ions can thus by the
  • the ion microscope for selecting specific elements and / or charge states may comprise a Wien filter or an omega filter which is arranged in the beam path of the ion beam.
  • Primary ion beam with the examination object can be detected by different methods and used for material analysis and / or imaging.
  • the ion microscope for analyzing the examination subject is formed by means of time-of-flight spectrometry, e.g. by means of backscatter time-of-flight spectrometry (English as ToF-BS for "time of flight
  • Time-of-flight mass spectrometry and / or secondary neutral particle time-of-flight mass spectrometry (referred to as "time of flight neutral neutral mass spectrometry" ToF-SNMS).
  • time-of-flight spectrometry e.g. with known mass of the detected particles whose kinetic energy and known kinetic energy of the detected particles whose mass are determined, which in turn (possibly incorporating the known detection geometry) conclusions on the
  • composition of the examination object are possible.
  • the ion microscope is for detecting the time interval or interval between a photon pulse and the detection of the interaction particles, which are generated by the ion pulse generated by means of this photon pulse, formed by the detector (this period of time is also referred to below as the measuring period).
  • the ion microscope is thus for detecting between a photon pulse and detecting the generated thereby
  • Interacting particle on the detector It can e.g. be provided that the ion microscope for detecting the start time and the stop time and the
  • Determining the measuring period is formed as a difference between the detected stop time and the detected start time.
  • the ion microscope is designed in such a way that it determines the time of flight or duration of flight which the interaction particles travel to cover the distance between the object area (or
  • the measuring time span includes the time of flight of the primary ions from the ion source to the object area or object to be examined (hereinafter also referred to as primary-ion time of flight) and the time of flight of the
  • Interaction particles from the object area or the object to be examined to the interaction particle detector (also referred to as interaction particle flight time), wherein the measurement period beyond, for example, may still include a time portion attributable to the transmitter (hereinafter referred to as the electronic time component).
  • the primary ion time of flight is known because of the known kinetic energy of the primary ions and the known flight distance from the ion source to the object region, and the electronic time fraction is usually negligibly small and / or otherwise determined. Therefore, the interaction particle flight time can be determined, for example, by subtracting from the measurement time period the primary ion time of flight and possibly the electronic time portion.
  • the ion microscope can detect the time of flight be formed, which require the interaction particles of the object area or object to be examined to the detector.
  • Test object as known for Rutherford backscatter spectrometry.
  • the ion microscope for carrying out secondary ion mass spectrometry can be formed by means of time-of-flight spectrometry.
  • the ions released from the examination object by means of sputtering must first be brought to a substantially uniform kinetic energy.
  • the ion microscope can be used e.g. an electrode (also referred to as a secondary ion accelerating electrode) and for applying a
  • Secondary ion acceleration voltage is a DC voltage (of e.g.
  • Secondary ion acceleration voltage corresponding kinetic energy are brought, so now in a known manner by measuring the time of flight of the secondary ions whose mass can be determined.
  • the secondary ion accelerating electrode may be e.g. between the object area and the
  • Interaction particle detector be arranged so that the secondary ions be accelerated by the secondary ion acceleration voltage from the object area toward the interaction particle detector.
  • the ion microscope is designed in such a way that photon pulses directed at it on the object area can be generated, the photon pulses being e.g. can be focused on a position in the object area.
  • the ion microscope may e.g. a photon pulse generator configured to generate photon pulses directed to a position in the object area.
  • This photon pulse generator may e.g. be identical to the photon pulse generator, by means of which the photon pulses directed into the ionization chamber are generated, or may be a separate further photon pulse generator.
  • the photon pulses directed at the object area e.g. electrically neutral interaction particles which are generated by the impact of the primary ion beam on the examination object, are ionized, therefore, the photon pulses directed to the object area are also referred to as Nachionisations- photon pulses.
  • the photon pulses directed to the object area are also referred to as Nachionisations- photon pulses.
  • the ionization chamber photon pulses which are used to ionize the in
  • Ionisationshunt recorded gases serve, also referred to as primary ionization photon pulses.
  • the post ionization photon pulses may be e.g.
  • the ion microscope may e.g. be formed such that in the presence of an examination object in the object area the
  • the ion microscope may in particular be designed such that the post-ionization photon pulses are each directed to the position on which the ion beam impinges in the object region or on the examination object.
  • the ion microscope for generating photon pulses directed onto the object area is designed such that in each case a post-ionization photon pulse and an ion pulse overlap in time in the photon pulse
  • Nachionisations photon pulses enable effective ionization of neutral interaction particles with low energy input, whereby a high ionization yield is possible with little damage to the object to be examined.
  • the ion pulse which is very short in time, it is possible to ionize primary particles scattered with a post-ionization photon pulse and / or sputtered secondary particles during or shortly after a primary ion pulse hits the surface of the examination subject.
  • the post ionization photon pulse may e.g. directly on the point of impact of the primary ion beam on the
  • Secondary particle mass spectrometry on nanometer scale which is not possible with this lateral resolution.
  • secondary neutral particle mass spectrometry can provide quantitatively more accurate values for the composition of the object under investigation.
  • the ion microscope may be formed by means of the secondary ion accelerating electrode for accelerating electroless secondary particles dissolved out of the examination subject, thereby enabling secondary ion mass spectrometry and secondary neutral particle mass spectrometry.
  • the ion microscope may comprise a filter device which is designed for the spatial separation of interaction particles with different electrical charges by means of an electric and / or magnetic field.
  • the filter device may be designed so that sputtered secondary ions of the examination object from sputtered atoms of the examination object can be separated from it (at a secondary ion acceleration voltage applied between the object area and the secondary ion acceleration electrode). The spatial separation of the (electrically charged)
  • Secondary ions from the (electrically neutral) secondary atoms can e.g. take place by means of an electric and / or a magnetic field, wherein the
  • Filter device for generating such a field may be formed and thus may be formed as an electromagnetic filter device.
  • Filter device can be designed in particular for the spatial separation of the secondary ions of the secondary atoms such that exclusively the
  • the filter device may e.g. to be a reflectron.
  • the ions can thus be separated from neutral particles by an electric or magnetic field.
  • an electrostatic deflection is more suitable, wherein a reflectron in addition to the selection can compensate for energy differences of the charged particles, whereby a higher mass resolution is possible.
  • a pulsed ion beam can be generated by means of the ion microscope and a time-resolved measurement of the properties of
  • Interaction particle flight times are closed, for example, on the energy and / or mass of the interaction particles.
  • analyzing the energy and / or the mass of the interaction particles can be, for example, the chemical and analyze the elementary composition of the examination subject.
  • On the basis of the high spatial resolution enabled, for example, an analysis in the nanometer range is possible. Such analysis is of great importance in many areas, for example in materials science, biophysics, microbiology, geology and chemistry.
  • the pulses of the primary ion beam in particular the time or the time window is defined, in which primary ions impinge on the examination object.
  • FIG. 1 shows an ion microscopy device according to one embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows an ion microscopy device or a
  • the ion microscope 1 has an ion source 3 for generating a primary ion beam 5.
  • the ion source 3 has an ionization chamber 7 and a gas supply device 9 for supplying a gas 11 into the ionization chamber 7 (in FIG. 1, the supplied gas is illustrated by the arrow 11).
  • a gas 11 As an example, helium is provided as the gas in the present case, but other gas such as e.g. Neon, another noble gas, hydrogen, nitrogen or a gas mixture may be provided as a gas 11.
  • the ion source 3 also has a tip-shaped electrode 13 and a
  • Ionization chamber 7 has an outlet opening 17 through which the ion beam 5 can emerge from the ionization chamber 7.
  • the counter electrode 15 is arranged as an example at the outlet opening 17.
  • the ion beam 5 can run in a vacuum chamber, wherein FIG. 1 omits a representation of a housing or a vacuum chamber of the ion microscope 1 for the sake of clarity.
  • the ion microscope 1 is designed such that the ion beam 5 is arranged on an object region 19 and an object region 19 arranged in it
  • Object to be examined 21 can be directed so that the primary ion beam 5 hits the object area 1 9 and the examination object 21 arranged there.
  • the ion microscope has e.g. a particle or
  • the particle optics and the ion optical elements 23, 25 are shown only schematically for illustrative purposes, the ion optical elements 23, 25 may e.g. be electrostatic elements.
  • the primary ion beam 5 can be guided over the object region 19 or the examination object 21 and focused thereon.
  • the ion microscope 1 further has a masking device 29 arranged in the beam path of the primary ion beam 5, with a deflection unit 31 and a diaphragm 33.
  • Primary ion beam 5 also referred to as backscattered primary particles
  • sputtered particles of the examination object 21 also sputtered
  • Backscattered primary particles may e.g. Ions and / or neutralized ions (i.e., atoms) of the ionic steel 5.
  • the sputtered secondary particles may e.g. Be ions and / or atoms of the material of the examination object 21.
  • 35 secondary electrons are generated at the impact position.
  • the ion microscope 1 has a detector 39, which is used to detect the
  • the interaction particle detector 39 is on the side facing the primary ion beam 5 and the ion source 3 side of the Object area 19 arranged. The detector 39 is thus arranged relative to the primary ion beam 5 and the object 21 at a backscatter angle or in a backscatter geometry.
  • the interaction particle detector 39 is designed for detecting the interaction particles, in particular for detecting atoms and ions.
  • the interaction particle detector 39 is a single-particle detector, for example with a micro-channel plate (English "micro-channel plate") as a sensitive element.
  • the ion microscope 1 also has a further detector 41 which is connected to the
  • the ion microscope 1 has a voltage source 43, which is designed to apply an electrical voltage between the electrode 13 and the counter electrode 15. From the voltage source 43, a DC voltage in the form of a high voltage is provided, whose positive pole is connected to the tip-shaped electrode 13 and whose negative pole is connected to the counter electrode 15.
  • the voltage source 43 is a controllable or adjustable
  • Voltage source wherein the amount of voltage provided by the voltage source 43 is variably adjustable.
  • an electrical voltage between the electrode 13 and the counter electrode 15 Upon application of an electrical voltage between the electrode 13 and the counter electrode 15, an electric field is formed between them, which passes through the ionization chamber 7 and thus also the gas 11 received therein.
  • the ion microscope 1 is so for driving the voltage source 43
  • the ion microscope 1 has as an example a control device or control unit 45 which is connected to the voltage source 43 and to
  • Driving the voltage source 43 is formed such that the amount of voltage provided by the voltage source 43 is variably set to a predetermined value by the control unit 45.
  • the ion microscope 1 also has a photon pulse generator 47, which is designed and arranged such that photon pulses 49 can be generated by it, which are directed to a position in the ionization chamber 7.
  • the photon pulse generator 47 is a pulsed laser so that the photon pulses 49 are laser pulses.
  • the ionization chamber 7 has an optical input
  • Ionization chamber 7 are irradiated.
  • the photon pulses 49 are focused on the tip of the tip-shaped electrode 13 by means of a focusing lens 53 in such a way that the focus region of the photon pulses 49 overlaps the tip of the electrode 13.
  • the control unit 45 is connected to the masking device 29 (e.g., each by means of a uni- or bidirectional data / communication link)
  • Interaction particle detector 39, the secondary electron detector 41, the voltage source 43 and the photon pulse generator 47 is connected (in Figure 1, the connection between the control unit 45 and the secondary electron detector 41 is not shown).
  • the control unit 45 is for driving the
  • Blanking device 29, the voltage source 43 and the photon pulse generator 47 is formed.
  • the control unit 45 may also be e.g. to read out the
  • Interaction particle detector 39 and the secondary electron detector 41 may be formed.
  • the ion microscope 1 is designed such that it can be operated in a continuous-beam mode and in a pulse-beam mode.
  • the ion source 3 is operated like a conventional gas field ion source.
  • the photon pulse generator 47 and the voltage source 43 are controlled by the control unit 45 such that no photon pulses are generated by the photon pulse generator 47, and that from the voltage source 43, an electrical voltage between the electrode 13 and the counter electrode 15 is created.
  • the voltage source 43 is driven such that the amount of voltage applied between the electrode 13 and the counter electrode 15 for ionizing (at least part of) the gas 11 received in the ionizing chamber 7 is sufficient, even without photon pulses by means of the photon pulse generator 47 in the ionization chamber 7 and the therein
  • the voltage source 43 is thus controlled in such a way that the electric field produced by the electrical voltage between the electrode 13 and the counterelectrode 15 alone is sufficient for ionizing the gas 11 to form a continuous ion beam.
  • the voltage source 43 and the photon pulse generator 47 are controlled by the control unit 45 such that of the
  • Voltage source 43 to form an electric field, a voltage (with a non-zero amount) between the electrode 13 and the
  • Counter electrode 15 is applied, and that at the same time photon pulses 49 are generated by the photon pulse generator 47 and are introduced into the gas 11 penetrated by the electric field.
  • the voltage source 43 is controlled by the control unit 45 in such a way that the voltage caused by the voltage between the
  • Electrode 13 and the counter electrode 15 caused electric field alone is not sufficient to ionize the gas 11 to form a continuous ion beam.
  • the amount of voltage applied between the electrode 13 and the counter electrode 15 is smaller than in the continuous-beam mode.
  • the voltage can be adjusted such that no ionization of the gas 11 takes place by the electric field caused by the voltage alone.
  • an ionization of the gas 11 takes place by introducing photon pulses 49 into the excited and excited by the electric field gas 11 to form ion pulses 5.
  • an ion pulse of each photon pulse 49 is the fifth generated so that in the pulse beam mode of the ion source 3, a pulsed ion beam 5 is generated, wherein the pulse duration of the ion pulses 5 substantially corresponds to the pulse duration of the photon pulses 49 (in Figure 1, each photon pulse through a dash of the pulsed photon beam 49 and each ion pulse through illustrates a dash of the pulsed ion beam 5, wherein the
  • Illustrating the stroke length corresponds in each case to the pulse duration).
  • Photon pulses are generated with a duration of less than 1 ns.
  • the result is a temporally very short ion pulse with a comparable pulse duration, which can be laterally focused by the ion optics to a focal point of a few nanometers and can be scanned over the surface of the examination object 21.
  • Object to be examined 21 is due to the high energy sharpness of the
  • Ion microscope 1 in a known manner for imaging by means of
  • Secondary electron detector 41 may be formed, e.g. by measuring the yield of secondary electrons to obtain an image of the surface of the
  • the ion microscope 1 for analyzing the examination subject 1 is formed by the interaction particle detector 39 in the pulse beam mode.
  • an ion pulse 5 can be generated by a photon pulse 49 introduced into the ionization chamber 7, and interaction particles in the form of backscattered primary particles and / or sputtered secondary particles are generated by the impingement of this ion pulse 5 on the examination object 21.
  • the ion microscope 1 may be e.g. be designed such that in
  • Photon pulse 49 an ion pulse 5 is generated. Some of the interaction particles strike and are detected by the interaction particle detector 39.
  • the control unit 45 is connected to the photon pulse generator 47 and the interaction particle detector 39.
  • the ion microscope 1 is formed by means of the control unit 45 for detecting the period of time (also referred to as measurement period) passing between the detector 39 between a photon pulse 49 and the detection of the interaction particles generated by the ion pulse 5 generated by this photon pulse ,
  • the ion microscope 1 is thus designed to detect the period of time lying between a photon pulse 49 and the detection of the interaction particles generated thereby by the interaction particle detector 39 as a measurement time span.
  • the ion microscope is formed by means of the control unit 45 for detecting the time span between the generation of a photon pulse 49 and the impact of the interaction particles generated thereby on the detector 39.
  • the control unit 45 is connected both to the photon pulse generator 47 and to the interaction particle detector 39 and is designed such that both the time (of generation) of a photon pulse by the photon pulse generator 47 and the times of the photon pulse generator 47 Impact of the interaction particles generated thereby can be detected on the detector 39, so that by means of the control unit 45 and the intermediate measuring period can be detected.
  • the ion microscope 1 is also designed in such a way that it can determine the time of flight, which determines the interaction particles for covering the distance between the object region, based on the detected measuring period (between a photon pulse and the detection of the interaction particles generated thereby by the detector 39) 19 (or the examination object 21) and the interaction particle detector 39 need.
  • the time of flight which determines the interaction particles for covering the distance between the object region, based on the detected measuring period (between a photon pulse and the detection of the interaction particles generated thereby by the detector 39) 19 (or the examination object 21) and the interaction particle detector 39 need.
  • Ion microscope 1 for determining the interaction particle flight time formed by the known time of flight of the primary ions from the ion source 3 to the object to be examined 21 and possibly on the
  • Evaluation is deducted declining time portion.
  • a time-of-flight spectrometry for example a backscatter time-of-flight spectrometry, can be carried out.
  • the primary ion beam 5 and thus e.g. a portion of each ion pulse are faded out of the object area 19, whereby e.g. the time duration of the ion pulses 5 impinging on the object region 19 can be shortened and / or the ion pulses can be filtered according to different elements and / or charge states.
  • the masking device 29 has the deflection unit 31 and the diaphragm 33.
  • the deflection unit 31 is for deflecting the primary ion beam 5 by means of a
  • the deflection unit 31 is a
  • Capacitor in which an electrical field can be generated by applying an electrical voltage, by means of which the primary ion beam 5 can be deflected.
  • the diaphragm 33 has an aperture and a shielding portion. The diaphragm 33 is arranged such that the primary ion beam 5 through the
  • Aperture passes and hits the object area 19 when no electrical voltage is applied to the capacitor 31.
  • the masking device 29 or its capacitor 31 can by means of
  • Control unit 45 are controlled such that the Ausblendvoruze 29 is selectively placed in an on state or in a blanking state.
  • the on-state no voltage is applied to the capacitor 31, so that the primary ion beam 5 is not deflected by the capacitor 31 and strikes the object region 19 or the examination object 21.
  • the blanking state a voltage is applied to the capacitor 31 in such a way that the primary ion beam 5 is directed onto the shielding section of the diaphragm and therefore away from the diaphragm
  • the ion microscope 1 is designed such that the photon pulse generator 47 is synchronized by means of the control unit 45 to the masking device 29
  • the ion microscope 1 is by means of the control unit 45 in particular for the synchronized driving of the photon pulse generator 47 and the Ausblendvornchtung 29 formed such that the generated by means of the photon pulses 49 ion pulses 5 by means of the Ausblendvorraum 29 partially
  • Blanking device 29 is hidden.
  • the masking device 29 can be controlled in particular by means of the control unit 45 such that a part of each ion pulse 5 is masked out of the object region 19 by the masking unit 29 and the remaining part of the ion pulse is not masked out, but is transmitted to the object region 19.
  • the ion pulses have a longer pulse duration before reaching the blanking device 29 than after passing through the blanking device 29, so that the pulse duration of the ion pulses arriving in the object region can be shortened by means of the blanking device 29 (in FIG. 1, where each ion pulse is represented by a dash of the pulsed ion beam 5 illustrated by the
  • Stroke length after passing through the blanking device 29 is smaller than before
  • the ion microscope 1 further optionally has a second photon pulse generator 55 in the form of a pulsed laser 55, which is arranged and configured in such a way that photon pulses 57 directed at the object region 19 can be generated in the form of laser pulses 57, by means of which they are electrically neutral
  • Interaction particles can be ionized.
  • Object area 19 directed photon pulse generator 55 generated photon pulses 57 are also referred to as Nachionisations- photon pulses 57.
  • Post ionization photon pulses 57 are directed to the respective impact position 35 of the primary ion steel 5.
  • the control unit 45 is also connected to the second photon pulse generator 55
  • the control unit 45 may be designed, for example, for the synchronized activation of the first photon pulse generator 47 and of the second photon pulse generator 55 such that in each case a post-ionization photon pulse 57 and an ion pulse 5 impinge on the object region 19 in overlapping temporal or one after-ionization photon pulse 57 in a predetermined time interval after each ion pulse 5 impinges in the object region 19.
  • the ion microscope 1 optionally has a secondary ion accelerating electrode 59 (e.g., in the form of a metal wire mesh) disposed between the object region 19 and the interaction particle detector 39.
  • the ion microscope 1 can be used to apply an electrical voltage (also known as
  • Secondary ion accelerating voltage between the object region 19 and the secondary ion accelerating electrode 59 may be formed such that the object region 19 is at a higher electric potential than the electrode 59 and thus the electrically positively charged secondary ions from the object region 19 to the electrode 59 and thus also towards the
  • Interaction particle detector 39 are accelerated towards.
  • the interaction particles present in the form of secondary ions can be brought to a speed corresponding to the secondary ion acceleration voltage, whereby a secondary ion time-of-flight mass spectrometry can be carried out by means of the ion microscope 1.
  • a secondary neutral particle time-of-flight mass spectrometry can also be carried out by means of the ion microscope 1.
  • Scattered primary particles and sputtered secondary particles can after
  • the interaction particle detector 39 (which may be an individual particle detector, for example).
  • the primary ion generating photon pulse e.g., triggering thereof
  • the mass of the particles In order to enable a clear determination, either the mass or the energy of the particle must be known.
  • backscatter spectrometry the mass is known while for secondary ion spectrometry the sputtered secondary ions using the
  • the ion microscope 1 can also have a filter device (not shown) which is used for the spatial separation of the secondary ions accelerated by means of the secondary ion acceleration electrode 59
  • Secondary atoms is formed. Since the secondary ions are electrically charged, whereas the secondary atoms are electrically neutral, such a spatial separation of the secondary ions and the secondary atoms can take place by means of an electric and / or magnetic field, wherein the filter device can be configured such that it is in an active state such field is generated and no field is generated in a passive state.
  • the filter device may e.g. be formed such that when the active state of the filter device only the (electrically charged) secondary ions are passed to the interaction particle detector 39, but not the (electrically neutral) secondary atoms.
  • the active state of the filter device only the (electrically charged) secondary ions are passed to the interaction particle detector 39, but not the (electrically neutral) secondary atoms.
  • Interaction particle detector 39 e.g. (differently than shown in Figure 1) arranged and / or shielded by a shielding device that the interaction particle detector 39 is not accessible from the object area 19 via a rectilinear route, but exclusively over a curved route, the filter device for guiding the charged secondary ions along the curved route is formed.
  • Filter device may be, for example, a reflectron.

Abstract

The invention relates to an ion microscopy device having an ion source for generating an ion beam, a detector, a voltage source and a photon pulse generator, wherein the ion microscopy device is designed to irradiate an object with the ion beam with the generation of interaction particles, wherein the ion source has a gas ionization chamber, a pointed electrode arranged in the latter and a counter-electrode, the detector is used to capture the interaction particles, the voltage source is used to apply an electrical voltage between the electrode and the counter-electrode, and the photon pulse generator is used to generate photon pulses directed into the ionization chamber in such a manner that an ion pulse can be generated by means of a photon pulse, wherein the ion microscopy device is designed to capture the period of time between a photon pulse and the capture of the interaction particles generated by the ion pulse generated by means of this photon pulse by means of the detector.

Description

lonenmikroskopievorrichtung  lonenmikroskopievorrichtung
Die Erfindung betrifft eine lonenmikroskopievorrichtung, d.h. ein Mikroskop, das darauf basiert, dass ein zu untersuchendes Objekt mit einem lonenstrahl abgetastet wird und die Wechselwirkung des lonenstrahls mit dem Objekt erfasst wird. The invention relates to an ion microscopy device, i. a microscope based on scanning an object to be examined with an ion beam and detecting the interaction of the ion beam with the object.
In lonenmikroskopen wird ein zu untersuchendes Untersuchungsobjekt mittels Bestrahlens des Objekts mit einem lonenstrahl und Erfassens der durch die In ion microscopes, an examination subject to be examined by irradiating the object with an ion beam and detecting the by the
Wechselwirkung des lonenstrahls mit dem Objekt von demselben ausgehenden Teilchen abgebildet. Der zum Abtasten des Untersuchungsobjekts verwendete lonenstrahl wird auch als Primärionenstrahl bezeichnet, die Ionen des Interaction of the ion beam with the object imaged by the same outgoing particle. The ion beam used to scan the examination subject is also referred to as the primary ion beam, the ions of the
Primärionenstrahls werden auch als Primärionen bezeichnet. Zur Bildgebung können z.B. die von dem Objekt ausgehenden Primärionen verwendet werden, z.B. die durch das Objekt hindurchgetretenen Primärionen und/oder die von dem Objekt Primary ion beams are also referred to as primary ions. For imaging, e.g. the primary ions emitted by the object are used, e.g. the primary ions passed through the object and / or those of the object
rückgestreuten Primärionen. Zur Bildgebung können auch die durch Wechselwirkung des Primärionenstrahls mit dem Objekt generierten Sekundärteilchen, z.B. backscattered primary ions. For imaging, the secondary particles generated by interaction of the primary ion beam with the object, e.g.
Sekundärelektronen, Sekundärionen und Photonen, verwendet werden. Die Secondary electrons, secondary ions and photons can be used. The
Bildgebung kann z.B. mittels Erfassens der Eigenschaften und der Anzahl der von dem Untersuchungsobjekt ausgehenden Primär- und Sekundärteilchen erfolgen. Imaging can e.g. by detecting the properties and the number of emanating from the object under investigation primary and secondary particles.
In lonenmikroskopen kann zur Erzeugung der Primärionen eine Gas-Feld-Ionen- Quelle (GFIS, englisch für„gas field ion source") verwendet werden. In In ionic microscopes, a gas field ion source (GFIS) can be used to generate the primary ions
lonenmikroskopen können z.B. Heliumionen, Neonionen, Wasserstoffionen und/oder Stickstoffionen als Primärionen verwendet werden. Die Bildgebung erfolgt Ion microscopes may e.g. Helium ions, neon ions, hydrogen ions and / or nitrogen ions can be used as primary ions. Imaging takes place
standardmäßig durch Erfassen der Sekundärelektronen, z.B. indem mittels eines Sekundärelektronendetektors die Ausbeute an Sekundärelektronen ermittelt und daraus eine Abbildung der Probenoberfläche generiert wird. Neben der normalen Bildgebung kann auch die Elementanalyse von Interesse sein, um Aussagen über die (lokale) Materialzusammensetzung des Untersuchungsobjekts zu erhalten, z.B. Aussagen über die chemische Zusammensetzung des Untersuchungsobjektes. by default by detecting the secondary electrons, e.g. by determining the yield of secondary electrons by means of a secondary electron detector and from this an image of the sample surface is generated. In addition to normal imaging, elemental analysis may also be of interest in order to obtain information about the (local) material composition of the examination subject, e.g. Statements about the chemical composition of the examination object.
Diesbezüglich wird z.B. in dem Artikel„Nanometer scale elemental analysis in the helium ion microscope using time of flight spectroscopy" (N. Klingner et al., Ultramicroscopy, 162, 2016, S. 91 ff.) die Implementierung der Elementanalyse in einem Heliumionenmikroskop mittels Flugzeitspektrometrie beschrieben, wobei ein gepulster lonenstrahl zur Realisierung der Flugzeitspektrometrie verwendet wird. Demgemäß werden die Flugzeiten der von einem Primärionenstrahl generierten gestreuten Primärteilchen und gesputterten Sekundärteilchen, die diese zum In this regard, for example, in the article "Nanometer scale elemental analysis in the helium ion microscope using time of flight spectroscopy" (N. Klingner et al. Ultramicroscopy, 162, 2016, p. 91 ff.) Describes the implementation of elemental analysis in a helium ion microscope by means of time-of-flight spectrometry, in which a pulsed ion beam is used to realize the time-of-flight spectrometry. Accordingly, the flight times of the scattered primary particles and sputtered secondary particles generated by a primary ion beam become the same
Zurücklegen der Strecke bis zu einem Detektor benötigen, erfasst und basierend darauf die am jeweiligen Auftreffpunkt des Primärionenstrahls vorliegende Covering the distance to a detector need, recorded and based thereon present at each impact point of the primary ion beam
Materialzusammensetzung ermittelt. Der gepulste lonenstrahl wird erzeugt, indem mittels einer GFIS ein kontinuierlicher lonenstrahl bereitgestellt wird und dieser lonenstrahl mittels einer elektrostatischen Ablenkeinheit des lonenmikroskops über eine Blende (wobei vorliegend ein Faraday-Becher als Blende fungiert) geführt wird, indem die an der Ablenkeinheit anliegende elektrische Ablenkspannung kurzzeitig abgesenkt wird. Das Pulsen des Primärionenstrahls mittels der Ablenkeinheit des lonenmikroskops geht jedoch mit großen lonenpulsdauern (von minimal ca. 17 Nanosekunden) einher. Da die Zeitauflösung der Flugzeitspektrometrie durch die Pulsdauer der lonenpulse dominiert wird, gehen große lonenpulsdauern mit einer entsprechend geringen (relativen) Zeit- und Massenauflösung einher. Zudem geht das Pulsen des Primärionenstrahls mittels der Ablenkeinheit mit einem bewegten, nicht exakt axial entlang der optischen Achse verlaufenden Primärionenstrahl einher, was in einer Verschlechterung der Ortsauflösung bei gepulstem lonenstrahl resultiert. Material composition determined. The pulsed ion beam is generated by providing a continuous ion beam by means of a GFIS and passing this ion beam through an aperture (here a Faraday cup serves as an aperture) by means of an electrostatic deflection unit of the ion microscope by momentarily applying the electric deflection voltage applied to the deflection unit is lowered. The pulsing of the primary ion beam by means of the deflection unit of the ion microscope, however, is associated with large ion pulse durations (of a minimum of about 17 nanoseconds). Since the time resolution of the time of flight spectrometry is dominated by the pulse duration of the ion pulses, large ion pulse durations are accompanied by a correspondingly low (relative) time and mass resolution. In addition, the pulsing of the primary ion beam by means of the deflection unit is accompanied by a moving, not exactly axially along the optical axis extending primary ion beam, resulting in a deterioration of the spatial resolution with pulsed ion beam.
Die DE 11 2011 104 535 T5 beschreibt eine Emissionskanone zum Emittieren geladener Teilchen, insbesondere für ein lonenmikroskop, wobei die DE 11 2011 104 535 T5 describes an emission gun for emitting charged particles, in particular for an ion microscope, wherein the
Emissionskanone eine Spitze, eine Extraktionselektrode und einen lonenkollektor in einer Vakuumkammer aufweist, und wobei die Emissionskanone ein Reinigungs- Lichtbestrahlungsgerät zum Bestrahlen der Spitze mit ultraviolettem oder infrarotem Licht zum Zweck der Reinigung der Spitze aufweist. Emission gun has a tip, an extraction electrode and an ion collector in a vacuum chamber, and wherein the emission gun has a cleaning light irradiation device for irradiating the tip with ultraviolet or infrared light for the purpose of cleaning the tip.
In dem Artikel„Nanosecond electron microscopes" (O. Bostanjoglo et al., In the article "Nanosecond electron microscopes" (O. Bostanjoglo et al.
Ultramicroscopy, 81 , 2000, S. 141 ff.) wird die Beobachtung von Proben Ultramicroscopy, 81, 2000, p. 141 ff.), The observation of samples
mittels Elektronenmikroskopen beschrieben, wobei die Proben während der described by electron microscopy, the samples during the
Beobachtung mit Laserpulsen bestrahlt werden. Durch die Erfindung wird eine lonenmikroskopievornchtung bereitgestellt, mittels derer eine Abbildung und Analyse eines zu untersuchenden Objekts mit hoher Genauigkeit, z.B. mit hoher Orts-, Zeit- und/oder Massenauflösung, ermöglicht ist. Gemäß der Erfindung wird eine lonenmikroskopievornchtung (im Folgenden auch als lonenmikroskop bezeichnet) bereitgestellt, die zum Abbilden eines Observation be irradiated with laser pulses. The invention provides an ion microscopy apparatus by means of which imaging and analysis of an object to be examined is possible with high accuracy, for example with high spatial, temporal and / or mass resolution. According to the invention, an ion microscopy apparatus (hereinafter also referred to as an ion microscope) is provided which is suitable for imaging a
Untersuchungsobjekts ausgebildet sein kann und mittels derer zudem eine Analyse (z.B. eine Elementanalyse) des Untersuchungsobjektes ermöglicht ist. Das lonenmikroskop weist eine lonenquelle zum Erzeugen eines lonenstrahls auf. Die lonenquelle weist eine Ionisationskammer, eine Gaszuführvorrichtung zum Zuführen eines Gases in die Ionisationskammer, eine in der Ionisationskammer angeordnete spitzenförmige Elektrode (auch als Spitzen elektrode oder Emitterspitze bezeichnet) und eine Gegenelektrode auf, sodass die lonenquelle alle Bestandteile einer herkömmlichen Gas-Feld-Ionen-Quelle aufweist und daher im Folgenden auch als Gas-Feld-Ionen-Quelle (GFIS) bezeichnet wird. Gas-Feld-Ionen-Quellen werden auch als Gasfeldionisations-Ionenquellen oder Gasfeld-Ionenquellen bezeichnet. Als Gas kann z.B. Helium, Neon, Argon, Xenon, Wasserstoff oder Stickstoff vorgesehen sein oder ein Gasgemisch mit einem oder mehreren der vorgenannten Gase als Bestandteil. Jedoch sind auch andere Gase möglich, z.B. Edelgase. An object of investigation can be designed and by means of which an analysis (for example an element analysis) of the examination subject is also made possible. The ion microscope has an ion source for generating an ion beam. The ion source comprises an ionization chamber, a gas supply device for supplying a gas into the ionization chamber, a tip-shaped electrode (also referred to as tip electrode or emitter tip) arranged in the ionization chamber, and a counterelectrode, so that the ion source contains all components of a conventional gas field ion. Source and therefore hereinafter also referred to as gas field ion source (GFIS). Gas field ion sources are also referred to as gas field ionization ion sources or gas field ion sources. As a gas, e.g. Helium, neon, argon, xenon, hydrogen or nitrogen be provided or a gas mixture with one or more of the aforementioned gases as an ingredient. However, other gases are possible, e.g. Noble gases.
Die Ionisationskammer bildet ein Gasaufnahmevolumen zum Aufnehmen des mittels der Gaszuführvorrichtung zugeführten Gases, wobei dieses Gas beim Betreiben des lonenmikroskops in der Ionisationskammer ionisiert wird. Die Gegenelektrode ist in einem Abstand zu der spitzenförmigen Elektrode angeordnet, sodass das bei Anliegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode und der The ionization chamber forms a gas receiving volume for receiving the gas supplied by the gas supply device, which gas is ionized upon operation of the ion microscope in the ionization chamber. The counter-electrode is arranged at a distance from the tip-shaped electrode, so that when an electrical voltage is applied between the electrode and the electrode
Gegenelektrode resultierende elektrische Feld (zumindest teilweise) die Counterelectrode resulting electric field (at least partially) the
Ionisationskammer durchsetzt bzw. in der Ionisationskammer verläuft, sodass die Gasionen unter Ausbildung eines Primärionenstrahls von dem elektrischen Feld beschleunigt werden. Die Gegenelektrode kann z.B. in der Ionisationskammer angeordnet sein. Die Ionisationskammer kann eine Austrittsöffnung aufweisen, durch die hindurch der Primärionenstrahl aus der Ionisationskammer austreten kann. Die Gegenelektrode kann z.B. an der Wand der Ionisationskammer (z.B. ringförmig) um die Austrittsöffnung herum verlaufend angeordnet sein, z.B. als Umrandung der Austrittsöffnung. Ionisationskammer interspersed or runs in the ionization chamber, so that the gas ions are accelerated to form a Primärionenstrahls of the electric field. The counterelectrode can be arranged, for example, in the ionization chamber. The ionization chamber can have an outlet opening through which the primary ion beam can emerge from the ionization chamber. The counter electrode can, for example, on the wall of the ionization chamber (eg annular) to the outlet opening to be arranged running around, for example, as a border of the outlet opening.
Das Ionenmikroskop weist eine Spannungsquelle auf, die zum Anlegen einer elektrischen Spannung, insbesondere einer elektrischen Gleichspannung (z.B. in Form einer elektrischen Hochspannung), zwischen die Elektrode und die The ion microscope has a voltage source which is used for applying an electrical voltage, in particular a direct electrical voltage (for example in the form of a high voltage), between the electrode and the
Gegenelektrode unter Erzeugung eines elektrischen Feldes ausgebildet ist. Mittels der Spannungsquelle wird der positive Spannungspol an der spitzenförmigen Elektrode und der negative Spannungspol an der Gegenelektrode ausgebildet, sodass die spitzenförmige Elektrode auf einem höheren elektrischen Potential liegt als die Gegenelektrode. Das elektrische Feld durchsetzt die Ionisationskammer und somit auch das darin aufgenommene Gas. Das Ionenmikroskop kann zum Ansteuern der Spannungsquelle derart ausgebildet sein, dass von ihm die mittels der Counter electrode is formed to generate an electric field. By means of the voltage source, the positive voltage pole is formed on the tip-shaped electrode and the negative voltage pole on the counter electrode, so that the tip-shaped electrode is at a higher electrical potential than the counter electrode. The electric field passes through the ionization chamber and thus also the gas absorbed therein. The ion microscope may be designed to drive the voltage source such that the means of
Spannungsquelle zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angelegte Spannung (insbesondere der Betrag der Spannung) einstellbar ist. Voltage source between the electrode and the counter electrode applied voltage (in particular the amount of voltage) is adjustable.
Das Ionenmikroskop kann z.B. derart ausgebildet sein, dass von ihm in einem Dauerstrahl-Modus die lonenquelle wie eine herkömmliche Gas-Feld-Ionen-Quelle betrieben wird. In dem Dauerstrahl-Modus wird die Spannungsquelle von dem Ionenmikroskop derart angesteuert, dass das durch die elektrische Spannung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode hervorgerufene elektrische Feld zum Ionisieren (zumindest eines Teils) des in der Ionisationskammer The ion microscope may e.g. be designed such that it operates in a continuous beam mode, the ion source as a conventional gas field ion source. In the continuous beam mode, the voltage source is driven by the ion microscope such that the electric field caused by the electrical voltage between the electrode and the counter electrode for ionizing (at least part) of the in the ionization chamber
aufgenommenen Gases unter Ausbildung eines kontinuierlichen (d.h. absorbed gas to form a continuous (i.e.
ununterbrochenen) Primärionenstrahls ausreicht. In dem Dauerstrahl-Modus ist der Betrag der zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode anliegenden Spannung also groß genug, um eine Ionisation des Gases unter Ausbildung eines uninterrupted) primary ion beam. In the continuous-beam mode, the amount of voltage applied between the electrode and the counter electrode is therefore large enough to cause ionization of the gas to form a gas
kontinuierlichen Primärionenstrahls zu bewirken. to cause continuous primary ion beam.
In dem Dauerstrahl-Modus wird die Spannungsquelle somit derart angesteuert, dass das zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode hervorgerufene elektrische Feld zum Ionisieren (zumindest eines Teils) des in der Ionisationskammer In the continuous beam mode, the voltage source is thus controlled in such a way that the electric field produced between the electrode and the counterelectrode for ionizing (at least a part of) the in the ionization chamber
aufgenommenen Gases ausreicht und die derart generierten Gasionen unter Ausbildung eines kontinuierlichen Primärionenstrahls von der Elektrode in Richtung zu der Gegenelektrode hin beschleunigt werden. Im Dauerstrahl-Modus wird die Spannungsquelle derart angesteuert, dass der Betrag der zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angelegten Spannung mindestens so groß ist, dass das in der Ionisationskammer aufgenommene Gas (zumindest teilweise) ionisiert wird. Es kann vorgesehen sein, dass im Dauerstrahl-Modus die zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode anliegende elektrische Spannung zeitlich konstant ist und der Primärionenstrahl mit einem zeitlich konstanten lonenstrom ausgebildet wird. absorbed gas sufficient and the thus generated gas ions to form a continuous Primärionenstrahls of the electrode in the direction To be accelerated toward the counter electrode. In the continuous-beam mode, the voltage source is driven in such a way that the magnitude of the voltage applied between the electrode and the counterelectrode is at least so great that the gas received in the ionization chamber is (at least partially) ionized. It can be provided that in the continuous beam mode, the voltage applied between the electrode and the counterelectrode is constant in time and the primary ion beam is formed with a temporally constant ion current.
Das lonenmikroskop ist (z.B. mittels einer ionenoptischen Strahlführungseinrichtung) derart ausgebildet, dass der lonenstrahl auf einen Objektbereich gerichtet werden kann, sodass ein in dem Objektbereich angeordnetes Untersuchungsobjekt mit dem lonenstrahl bestrahlt und abgerastert werden kann, wobei rückgestreute Teilchen des lonenstrahls und/oder gesputterte (d.h. aus dem Untersuchungsobjekt The ion microscope is (for example by means of an ion-optical beam guiding device) designed such that the ion beam can be directed to an object area so that an object to be examined in the object area irradiated with the ion beam and scanned, with backscattered particles of the ion beam and / or sputtered (ie from the examination object
herausgelöste) Teilchen des Untersuchungsobjekts als Wechselwirkungsteilchen erzeugt werden. Unter dem Begriff Wechselwirkungsteilchen werden vorliegend Teilchen verstanden, die aufgrund der Wechselwirkung des Primärionenstrahls mit dem Untersuchungsobjekt von dem Untersuchungsobjekt ausgehend emittiert werden, abgesehen von Sekundärelektronen und Photonen. detached) particles of the examination subject are generated as interaction particles. In the present case, the term interaction particles is understood to mean particles which, due to the interaction of the primary ion beam with the examination subject, are emitted starting from the examination subject, with the exception of secondary electrons and photons.
Wechselwirkungsteilchen in Form von rückgestreuten Teilchen des lonenstrahls können z.B. an dem Untersuchungsobjekt gestreute Ionen und/oder neutralisierte Ionen (d.h. Atome) des Primärionenstrahls sein. Wechselwirkungsteilchen in Form von gesputterten Teilchen des Untersuchungsobjekts können z.B. Ionen und/oder Atome des Untersuchungsobjekts sein. Das lonenmikroskop weist einen Detektor auf, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass von ihm zumindest ein Teil der Wechselwirkungsteilchen erfasst werden kann (auch als Wechselwirkungsteilchen-Detektor bezeichnet). Der Interactive particles in the form of backscattered particles of the ion beam may e.g. be scattered ions and / or neutralized ions (i.e., atoms) of the primary ion beam at the object to be examined. Interactive particles in the form of sputtered particles of the object under examination may e.g. Be ions and / or atoms of the examination object. The ion microscope has a detector which is arranged and designed in such a way that at least part of the interaction particles can be detected by it (also referred to as interaction particle detector). Of the
Wechselwirkungsteilchen-Detektor kann z.B. zum Erfassen von elektrisch neutralen und/oder elektrisch geladenen Wechselwirkungsteilchen ausgebildet sein, Interaction particle detector may e.g. be designed to detect electrically neutral and / or electrically charged interaction particles,
insbesondere zum Erfassen von Atomen, Molekülen, Molekülfragmenten und/oder Ionen, z.B. zum Erfassen von Ionen des Primärionenstrahls, neutralisierten Ionen (d.h. Atomen) des Primärionenstrahls, Atomen, Molekülen oder Molekülfragmenten und/oder Ionen des Untersuchungsobjektes. Der Wechselwirkungsteilchen-Detektor kann z.B. ein Einzelteilchendetektor sein. Der Wechselwirkungsteilchen-Detektor kann z.B. eine Mikrokanalplatte (englisch„micro-channel plate"), ein in particular for detecting atoms, molecules, molecular fragments and / or ions, for example for detecting ions of the primary ion beam, neutralized ions (ie atoms) of the primary ion beam, atoms, molecules or molecular fragments and / or ions of the examination subject. The interaction particle detector may be, for example, a single particle detector. The interaction particle detector may, for example, a micro-channel plate (English "micro-channel plate"), a
Halbleiterdetektor oder ein Sekundärelektronenenvervielfältiger sein oder eine Mikrokanalplatte, einen Halbleiterdetektor oder einen Semiconductor detector or a secondary electron multiplier or a microchannel plate, a semiconductor detector or a
Sekundärelektronenvervielfältiger als Detektorelement aufweisen. Have secondary electron multiplier as a detector element.
Der Wechselwirkungsteilchen-Detektor kann derart angeordnet und ausgebildet sein, dass von ihm Wechselwirkungsteilchen erfassbar sind, die von dem Objektbereich (bzw. dem Untersuchungsobjekt) ausgehend in Richtung zu der dem The interaction particle detector can be arranged and designed in such a way that it can detect interaction particles which can be detected from the object region (or the object under examination) in the direction of the latter
Primärionenstrahl zugewandten Seite des Objektbereichs (bzw. des Primary ion beam facing side of the object area (or the
Untersuchungsobjekts) hin emittiert werden. Der Detektor kann somit zum Erfassen von Wechselwirkungsteilchen in einer Rückstreugeometrie ausgebildet und angeordnet sein. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Wechselwirkungsteilchen- Detektor auf der dem Primärionenstrahl bzw. der lonenquelle zugewandten Seite des Objektbereichs (bzw. des Untersuchungsobjekts) angeordnet ist, d.h. relativ zu dem Primärionenstrahl unter einem Rückstreuwinkel angeordnet ist.  Object to be examined). The detector can thus be designed and arranged for detecting interaction particles in a backscatter geometry. It can e.g. that the interaction particle detector is arranged on the side of the object region (or of the examination object) facing the primary ion beam or the ion source, that is to say that is arranged at a backscatter angle relative to the primary ion beam.
Das lonenmikroskop kann zusätzlich zu dem Wechselwirkungsteilchen-Detektor einen Sekundärelektronen-Detektor aufweisen, der derart angeordnet und The ion microscope may include, in addition to the interaction particle detector, a secondary electron detector arranged and
ausgebildet ist, dass von ihm zumindest ein Teil der mittels des Primärionenstrahls generierten Sekundärelektronen erfasst werden kann. Das lonenmikroskop kann auf bekannte Art und Weise zum Abbilden des Untersuchungsobjektes mittels der erfassten Sekundärelektronen ausgebildet sein, wobei das lonenmikroskop z.B. im Dauerstrahl-Modus betrieben werden kann. is formed so that at least a part of the secondary electrons generated by means of the primary ion beam can be detected by it. The ion microscope may be formed in a known manner for imaging the examination subject by means of the detected secondary electrons, the ion microscope comprising e.g. can be operated in continuous-beam mode.
Das lonenmikroskop weist zudem eine Vorrichtung zum Erzeugen von The ion microscope also has a device for generating
Photonenpulsen auf (im Folgenden auch als Photonenpuls-Generator bezeichnet). Der Photonenpuls-Generator ist derart ausgebildet und angeordnet, dass von ihm Photonenpulse (d.h. Pulse von Photonen) erzeugbar sind, die auf eine Position (im Folgenden auch als Photonenpuls-Zielposition bezeichnet) in der Ionisationskammer gerichtet sind. Der Photonenpuls-Generator ist somit derart ausgebildet und angeordnet, dass die von ihm erzeugten Photonenpulse auf die Photonenpuls- Zielposition gerichtet sind und die Photonenpuls-Zielposition treffen, wobei die Photonenpuls-Zielposition in der Ionisationskammer liegt. Das lonenmikroskop kann (z.B. mittels einer Fokussieroptik) derart ausgebildet sein, dass die Photonenpulse auf die Photonenpuls-Zielposition fokussiert werden, in diesem Fall wird die Photon pulses on (hereinafter also referred to as photon pulse generator). The photon pulse generator is designed and arranged such that it can be used to generate photon pulses (ie pulses of photons) which are directed to a position (also referred to below as a photon pulse target position) in the ionization chamber. The photon pulse generator is thus designed and arranged such that the photon pulses generated by it are directed to the photon pulse target position and hit the photon pulse target position, wherein the Photon pulse target position in the ionization chamber is located. The ion microscope may be formed (eg by means of a focusing optics) such that the photon pulses are focused onto the photon pulse target position, in this case the
Photonenpuls-Zielposition auch als Photonenpuls-Fokusposition bezeichnet. Photon pulse target position also referred to as photon pulse focus position.
Die Photonenpuls-Zielposition befindet sich in der Ionisationskammer auf der spitzenförmigen Elektrode oder in der Nähe der spitzenförmigen Elektrode, sodass die Photonenpuls-Zielposition mit dem Bereich der Feldüberhöhung überlappt, der sich bei Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen die Elektrode und die The photon pulse target position is located in the ionization chamber on the tip-shaped electrode or in the vicinity of the tip-shaped electrode such that the target photon pulse position overlaps the field-elevation region that exists between the electrode and the electrode when an electric field is applied
Gegenelektrode ergibt. Das lonenmikroskop kann z.B. derart ausgebildet sein, dass der Abstand zwischen der spitzenförmigen Elektrode und der Photonenpuls- Zielposition nicht größer ist als 1 Mikrometer. Das lonenmikroskop kann z.B. derart ausgebildet sein, dass die Photonenpuls-Zielposition auf der spitzenförmigen Counter electrode results. The ion microscope may e.g. be formed so that the distance between the tip-shaped electrode and the photon pulse target position is not greater than 1 micron. The ion microscope may e.g. be formed such that the photon pulse target position on the tip-shaped
Elektrode (z.B. auf der Spitze der spitzenförmigen Elektrode) liegt, sodass die Electrode (e.g., on the tip of the tip-shaped electrode), so that the
Photonenpulse auf die spitzenförmige Elektrode gerichtet sind und auf der Photon pulses are directed to the tip-shaped electrode and on the
spitzenförmigen Elektrode (z.B. auf deren Spitze) auftreffen. Das lonenmikroskop kann jedoch auch derart ausgebildet sein, dass die Photonenpuls-Zielposition nicht auf der spitzenförmigen Elektrode liegt, sodass die Photonenpulse nicht auf die Elektrode gerichtet sind und nicht auf der spitzenförmigen Elektrode auftreffen, sondern auf eine Position abseits der Spitze. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die spitzenförmige Elektrode eine Achse in Form einer Längsachse bzw. tip-shaped electrode (e.g., on its tip). However, the ion microscope may also be formed such that the target photon pulse position does not lie on the tip-shaped electrode, so that the photon pulses are not directed to the electrode and do not hit the tip-shaped electrode but to a position away from the tip. It can e.g. be provided that the tip-shaped electrode has an axis in the form of a longitudinal axis or
Symmetrieachse aufweist und die Photonenpulse auf eine Photonenpuls- Zielposition auf dieser Achse gerichtet sind, wobei der Abstand der Zielposition von der Spitze der Elektrode z.B. höchstens 1 Mikrometer beträgt. Symmetry axis and the photon pulses are directed to a photon pulse target position on this axis, the distance of the target position from the tip of the electrode e.g. at most 1 micrometer.
Der Photonenpuls-Generator kann z.B. zum Erzeugen von Laserpulsen als The photon pulse generator may e.g. for generating laser pulses as
Photonenpulsen ausgebildet sein, demgemäß kann der Photonenpuls-Generator z.B. ein gepulster Laser sein. Die Photonenpulse können z.B. Photonen einer Accordingly, the photon pulse generator may be e.g. be a pulsed laser. The photon pulses may e.g. Photons one
Wellenlänge im Bereich von 10 nm bis 3 mm aufweisen oder daraus bestehen. Die Photonenpulse können z.B. Photonen einer Wellenlänge von 10 nm bis 380 nm (Ultraviolettstrahlung bzw. UV-Strahlung), einer Wellenlänge von 380 nm bis 780 nm (sichtbares Licht), einer Wellenlänge von 780 nm bis 1 mm (Infrarotstrahlung bzw. IR- Strahlung) oder einer Wellenlänge von 30 μιτι bis 3 mm (Terahertzstrahlung bzw. THz-Strahlung) aufweisen oder daraus bestehen. Durch Terahertzstrahlung können z.B. eine geringe Erwärmung der Spitzenelektrode und kurze Pulszeiten unterstützt sein. Die Photonenpulse werden auch als optische Pulse bezeichnet, wobei mit dieser Bezeichnung jedoch keine Einschränkung der Wellenlänge der Photonen der Photonenpulse auf sichtbares Licht impliziert ist. Der Photonenpuls-Generator ist derart angeordnet, dass die von ihm generierten Photonenpulse in die Have or consist of wavelength in the range of 10 nm to 3 mm. The photon pulses can, for example, photons of a wavelength from 10 nm to 380 nm (ultraviolet radiation or UV radiation), a wavelength of 380 nm to 780 nm (visible light), a wavelength of 780 nm to 1 mm (infrared radiation or IR radiation ) or a wavelength of 30 μιτι to 3 mm (terahertz radiation or THz radiation) or consist thereof. Terahertz radiation can, for example, support low heating of the tip electrode and short pulse times. The photon pulses are also referred to as optical pulses, but with this designation no limitation of the wavelength of the photons of the photon pulses to visible light is implied. The photon pulse generator is arranged such that the photon pulses generated by it in the
Ionisationskammer eingestrahlt werden. Der Photonenpuls-Generator kann innerhalb oder außerhalb der Ionisationskammer angeordnet sein. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Photonenpuls-Generator außerhalb der Ionisationskammer Ionization chamber are irradiated. The photon pulse generator may be located inside or outside the ionization chamber. It can e.g. be provided that the photon pulse generator outside the ionization chamber
angeordnet ist und die Ionisationskammer ein Fenster oder eine Aussparung als optischen Eingang aufweist, wobei die Photonenpulse durch den optischen Eingang hindurch in die Ionisationskammer eingestrahlt werden. is arranged and the ionization chamber has a window or a recess as an optical input, wherein the photon pulses are irradiated through the optical input into the ionization chamber.
Mittels des Photonenpuls-Generators können Photonenpulse in die By means of the photon pulse generator photon pulses in the
Ionisationskammer eingetragen werden, wodurch ein gepulster Energieeintrag in ein darin aufgenommenes Gas erfolgen kann. Mittels des gepulsten Energieeintrags kann eine zeitliche Strukturierung des von der lonenquelle generierten lonenstrahls erfolgen, z.B. indem mittels der Photonenpulse die Ionisierung des Gases unterstützt wird. Der derart erzeugte, zeitlich strukturierte lonenstrahl kann anschließend zur weiteren Analyse des Untersuchungsobjekts verwendet werden. Da Photonenpulse unkompliziert mit sehr kleinen Pulsdauern erzeugbar sind und somit eine Be entered ionization chamber, whereby a pulsed energy input can take place in a gas contained therein. By means of the pulsed introduction of energy, a temporal structuring of the ion beam generated by the ion source can take place, e.g. by the ionization of the gas is supported by means of the photon pulses. The time-structured ion beam thus generated can subsequently be used for further analysis of the examination subject. Since photon pulses can be generated easily with very short pulse durations and thus one
hochaufgelöste zeitliche Strukturierung des lonenstrahls ermöglichen, ist dadurch auch eine Analyse des Untersuchungsobjekts mit einer hohen zeitlichen Auflösung ermöglicht. Da die zeitliche Strukturierung des lonenstrahls mittels der enable high-resolution temporal structuring of the ion beam, this also allows an analysis of the examination subject with a high temporal resolution. Since the temporal structuring of the ion beam by means of
Photonenpulse keine Abweichung des lonenstrahls von der optischen Achse des lonenmikroskops bzw. dessen lonenoptik und keine Bewegung des lonenstrahls erfordert, ist dadurch zudem eine Analyse mit hoher räumlicher Auflösung ermöglicht. Photon pulses does not require a deviation of the ion beam from the optical axis of the ion microscope or its ion optics and no movement of the ion beam, thereby also an analysis with high spatial resolution allows.
Im Hinblick auf die Spektrometrie von gestreuten oder gesputterten Teilchen sind somit z.B. auf einer Größenskala von einigen bis einigen hundert Nanometern bisher nicht erreichbare Zeitauflösungen und damit Energie- und Massenauflösungen möglich. Mit Lasern sind Pulsbreiten im Bereich von Femto- bis Picosekunden technisch einfach zu erreichen. Gelingt es z.B. einen lonenpuls mit einer Pulsbreite von 10 ps zu erzeugen, so kann bei einer Flugzeit von 100 ns eine relative Zeitauflösung von 1 :10000 erzielt werden. Alternativ sind bei gleicher relativer Zeitauflösung durch kürzere Pulse kleinere Flugzeiten und somit kürzere With regard to the spectrometry of scattered or sputtered particles, it is thus possible, for example on a size scale of a few to a few hundred nanometers, to achieve previously unattainable time resolutions and thus energy and mass resolutions. With lasers pulse widths in the range of femtoseconds to picoseconds are technically easy to achieve. If, for example, it is possible to generate an ion pulse with a pulse width of 10 ps, a relative velocity of 100 ns can be achieved Time resolution of 1: 10000 can be achieved. Alternatively, with the same relative time resolution, shorter flight times result in shorter flight times and thus shorter ones
Flugstrecken möglich. Bei der Verwendung gleicher Detektoren am Ende der Air routes possible. When using same detectors at the end of the
Flugstrecke werden so bei gleicher Fläche der Detektoren größere Raumwinkel abgedeckt. Durch die Vergrößerung des Raumwinkels können so pro Menge an Primärionen mehr Teilchen detektiert werden, was die statistische Unsicherheit der Messung verbessert. Alternativ können bei gleicher Anzahl spektrometrierter Teilchen weniger Primärionen auf das Untersuchungsobjekt bzw. die Probe aufgebracht werden, sodass weniger Strahlenschaden entsteht. Dies erlaubt z.B. die Flight distance are covered with the same area of the detectors larger solid angles. As a result of the enlargement of the solid angle, more particles can be detected per amount of primary ions, which improves the statistical uncertainty of the measurement. Alternatively, with the same number of spectrometry particles, fewer primary ions can be applied to the examination object or the sample, resulting in less radiation damage. This allows e.g. the
Untersuchung kleinerer Objekte, bevor eine kritische Menge an Strahlenschaden entstanden ist. Investigating smaller objects before a critical amount of radiation damage has occurred.
Das lonenmikroskop ist derart ausgebildet, dass von ihm in einem Modus (auch als Pulsstrahl-Modus bezeichnet) die Spannungsquelle und der Photonenpuls-Generator derart angesteuert werden, dass mittels der Spannungsquelle eine (z.B. zeitlich konstante) elektrische Spannung zwischen die Elektrode und die Gegenelektrode der GFIS angelegt wird und gleichzeitig mittels des Photonenpuls-Generators The ion microscope is designed in such a way that in a mode (also referred to as pulse beam mode) the voltage source and the photon pulse generator are controlled in such a way that an electrical voltage (eg time constant) between the electrode and the counterelectrode of the GFIS is created and at the same time by means of the photon pulse generator
Photonenpulse erzeugt und in die Ionisationskammer eingetragen werden. Die Ionisationskammer der GFIS und somit auch ein darin aufgenommenes Gas werden von dem mittels der Spannung hervorgerufenen elektrischen Feld durchsetzt. Mittels der Photonenpulse erfolgt ein Energieeintrag in die von dem elektrischen Feld durchsetzte Ionisationskammer bzw. das darin aufgenommene Gas. Die Photon pulses are generated and registered in the ionization chamber. The ionization chamber of the GFIS and thus also a gas absorbed therein are penetrated by the voltage generated by the electric field. By means of the photon pulses, energy is introduced into the ionization chamber penetrated by the electric field or the gas received therein. The
Spannungsquelle wird zum Ausgeben einer Spannung (insbesondere einer elektrischen Gleichspannung, z.B. in Form einer elektrischen Hochspannung) angesteuert, sodass das Gas mittels des durch die elektrische Spannung Voltage source is driven to output a voltage (in particular a DC electrical voltage, for example in the form of a high voltage electrical), so that the gas by means of the electrical voltage
hervorgerufenen elektrischen Feldes angeregt wird, wobei der Photonenpuls- Generator zum Erzeugen von Photonenpulsen derart ausgebildet ist (z.B. indem er zum Erzeugen von Photonenpulsen entsprechender Intensität und/oder Wellenlänge ausgebildet ist), dass mittels der Photonenpulse das durch das elektrische Feld angeregte Gas zumindest teilweise ionisiert wird, sodass im Pulsstrahl-Modus mittels eines Photonenpulses (z.B. mittels jedes Photonenpulses) ein lonenpuls erzeugt wird und somit von der lonenquelle ein gepulster lonenstrahl erzeugbar ist. Im Pulsstrahl-Modus wird somit mittels der Spannungsquelle eine elektrische excited electric field is excited, wherein the photon pulse generator for generating photon pulses is formed (for example, by being designed to generate photon pulses of corresponding intensity and / or wavelength) that means of the photon pulses, the excited by the electric field gas at least partially ionized is so that in pulse-beam mode by means of a photon pulse (eg by means of each photon pulse), an ion pulse is generated and thus from the ion source, a pulsed ion beam can be generated. In the pulse beam mode is thus by means of the voltage source, an electrical
Spannung zwischen die Elektrode und die Gegenelektrode der GFIS angelegt und von dem Photonenpuls-Generator werden gleichzeitig Photonenpulse erzeugt und in die Ionisationskammer eingetragen, wobei eine Ionisation des Gases durch die kombinierte Wirkung des durch die elektrische Spannung hervorgerufenen Voltage is applied between the electrode and the counter electrode of the GFIS and photon pulses are simultaneously generated by the photon pulse generator and introduced into the ionization chamber, wherein an ionization of the gas caused by the combined effect of the voltage caused by the electrical voltage
elektrischen Feldes und der Photonenpulse erfolgt, sodass im Pulsstrahl-Modus ein gepulster lonenstrahl erzeugt wird. Im Dauerstrahl-Modus wird hingegen mittels der Spannungsquelle eine elektrische Spannung zwischen die Elektrode und die electric field and the photon pulses, so that a pulsed ion beam is generated in the pulse beam mode. In continuous wave mode, however, by means of the voltage source, an electrical voltage between the electrode and the
Gegenelektrode der GFIS angelegt, wobei der Betrag der im Dauerstrahl-Modus anliegenden Spannung größer ist als der Betrag der im Pulsstrahl-Modus The counter electrode of the GFIS applied, wherein the amount of voltage applied in the continuous-beam mode voltage is greater than the amount of the pulse-beam mode
anliegenden Spannung, sodass im Dauerstrahl-Modus von dem Photonenpuls- Generator keine Photonenpulse erzeugt werden und eine Ionisation des Gases allein mittels des durch die elektrische Spannung hervorgerufenen elektrischen Feldes erfolgt. Die im Dauerstrahl-Modus und im Pulsstrahl-Modus von der voltage applied, so that in the continuous beam mode of the photon pulse generator no photon pulses are generated and an ionization of the gas is effected solely by means of the electric field caused by the electrical voltage. The in the continuous-beam mode and in the pulse-beam mode of the
Spannungsquelle bereitgestellten Gleichspannungen können z.B. mehrere Kilovolt betragen, wobei die Spannung im Pulsstrahl-Modus kleiner ist als im Dauerstrahl- Modus. Voltage source provided DC voltages can e.g. be several kilovolts, the voltage in the pulse-beam mode is smaller than in the continuous-beam mode.
Gemäß einer Ausführungsform ist das lonenmikroskop derart ausgebildet, dass von ihm in dem Pulsstrahl-Modus die Spannungsquelle derart angesteuert wird, dass das durch die elektrische Spannung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode hervorgerufene elektrische Feld allein nicht zum Ionisieren des in der According to one embodiment, the ion microscope is designed in such a way that in the pulse beam mode the voltage source is driven by it in such a way that the electric field caused by the electrical voltage between the electrode and the counterelectrode is not sufficient to ionize the electric field
Ionisationskammer aufgenommenen Gases unter Ausbildung eines kontinuierlichen Primärionenstrahls ausreicht. Es kann also vorgesehen sein, dass in dem Pulsstrahl- Modus die Spannung derart eingestellt wird, dass der Betrag der zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode anliegenden Spannung nicht groß genug ist, um eine Ionisation des Gases unter Ausbildung eines kontinuierlichen Primärionenstrahls zu bewirken. Das lonenmikroskop kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass von ihm in dem Pulsstrahl-Modus die Spannungsquelle derart angesteuert wird, dass das durch die elektrische Spannung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode Ionisationskammer recorded gas to form a continuous Primärionenstrahls sufficient. It can therefore be provided that in the pulse-beam mode, the voltage is adjusted such that the amount of voltage applied between the electrode and the counterelectrode is not large enough to cause ionization of the gas to form a continuous primary ion beam. The ion microscope may in particular be designed in such a way that in the pulse-beam mode the voltage source is driven by it in such a way that the voltage caused by the electrical voltage between the electrode and the counter electrode
hervorgerufene elektrische Feld allein nicht zum Ionisieren des Gases ausreicht. Das lonenmikroskop kann also derart ausgebildet sein, dass von ihm in dem Pulsstrahl- Modus die Spannungsquelle derart angesteuert wird, dass das durch die elektrische Spannung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode hervorgerufene elektrische Feld allein nicht zum Ionisieren des Gases ausreicht, und dass eine Ionisation des Gases erst durch den Eintrag eines Photonenpulses erfolgt (sodass eine Ionisation des Gases nur durch die kombinierte Wirkung des durch die elektrische Spannung hervorgerufenen elektrischen Feldes und der Photonenpulse erfolgt). Demgemäß kann der Photonenpuls-Generator insbesondere zum Erzeugen von auf eine Position in der Ionisationskammer gerichteten Photonenpulsen derart ausgebildet sein, dass zumindest ein Teil des von dem elektrischen Feld caused electric field alone is not sufficient to ionize the gas. The The ion microscope can thus be designed in such a way that in the pulse-beam mode the voltage source is driven such that the electric field caused by the electrical voltage between the electrode and the counterelectrode alone is insufficient to ionize the gas, and that ionization of the gas only by the entry of a photon pulse takes place (so that an ionization of the gas takes place only by the combined effect of the electrical voltage caused by the electric field and the photon pulses). Accordingly, the photon pulse generator, in particular for generating photon pulses directed to a position in the ionization chamber, can be designed in such a way that at least a part of that of the electric field
durchsetzten Gases mittels der Photonenpulse ionisiert wird, sodass mittels eines Photonenpulses (z.B. mittels jedes Photonenpulses) ein lonenpuls erzeugt wird und somit von der lonenquelle ein gepulster lonenstrahl erzeugbar ist. Gemäß dieser Variante ist also der Betrag der mittels der Spannungsquelle zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angelegten Spannung zu klein, um das in der gas is ionized by means of the photon pulses, so that an ion pulse is generated by means of a photon pulse (for example by means of each photon pulse) and thus a pulsed ion beam can be generated by the ion source. According to this variant, therefore, the amount of voltage applied by means of the voltage source between the electrode and the counterelectrode is too small to be in the
Ionisationskammer aufgenommene Gas allein mittels des durch die Spannung hervorgerufenen elektrischen Feldes zu ionisieren. Das Kriterium, dass das durch die elektrische Spannung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode  Ionization chamber gas to be ionized alone by means of the voltage caused by the electric field. The criterion that this is due to the electrical voltage between the electrode and the counter electrode
hervorgerufene elektrische Feld nicht zum Ionisieren des Gases ausreicht, kann z.B. als erfüllt angesehen werden, wenn die allein durch das elektrische Feld caused electric field is not sufficient to ionize the gas can, for. to be considered fulfilled when alone by the electric field
hervorgerufene lonisationsrate unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt, z.B. kleiner ist als 100 Ionen pro Sekunde (wobei die lonisationsrate die Anzahl der erzeugten Ionen pro Zeit angibt). Im Unterschied dazu ist im Dauerstrahl-Modus die mittels der Spannungsquelle angelegte Spannung derart groß, dass die allein durch das elektrische Feld hervorgerufene lonisationsrate wesentlich höher ist als der Schwellenwert, z.B. größer ist als 107 Ionen pro Sekunde. Allgemeiner kann z.B. vorgesehen sein, dass die im Pulsstrahl-Modus und im Dauerstrahl-Modus vorliegenden elektrischen Spannungen derart sind, dass das Verhältnis der lonisationsrate, die im Dauerstrahl-Modus allein durch das elektrische Feld hervorgerufen wird, zu der lonisationsrate, die im Pulsstrahl-Modus allein durch das elektrische Feld hervorgerufen wird, größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, wobei der Schwellenwert z.B. 103 betragen kann. Im Pulsstrahl-Modus ist der Betrag der mittels der Spannungsquelle zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angelegten elektrischen Spannung geringer als im Dauerstrahl-Modus. Es kann vorgesehen sein, dass im Pulsstrahl-Modus das elektrische Feld allein nicht zum Ionisieren des in der Ionisationskammer der lonenquelle aufgenommenen Gases ausreicht, wobei die zur Ionisierung des Gases erforderliche Restanregung mittels der Photonenpulse in das Gas eingetragen wird, sodass mittels jedes Photonenpulses Gasionen generiert werden, welche for example, is less than 100 ions per second (the ionization rate indicating the number of ions produced per time). In contrast, in the continuous-beam mode, the voltage applied by the voltage source is so large that the ionization rate caused solely by the electric field is substantially higher than the threshold value, eg greater than 10 7 ions per second. More generally, it can be provided, for example, that the electrical voltages present in the pulse-beam mode and in the continuous-beam mode are such that the ratio of the ionization rate, which is produced in the continuous-beam mode solely by the electric field, to the ionization rate that is present in the pulse-beam mode. Mode is caused solely by the electric field is greater than a predetermined threshold, the threshold may be eg 10 3 . In pulse-beam mode, the amount of voltage applied between the electrode and the counter electrode by the voltage source is less than in the continuous-beam mode. It may be provided that in the pulse-beam mode, the electric field alone is insufficient for ionizing the gas received in the ionization chamber of the ion source, wherein the residual excitation required for the ionization of the gas is introduced into the gas by means of the photon pulses, so that gas ions are generated by means of each photon pulse which ones are
anschließend unter Erzeugung eines lonenpulses in dem elektrischen Feld in Richtung zu der Gegenelektrode hin beschleunigt werden, sodass von dem lonenmikroskop im Pulsstrahl-Modus ein gepulster Primärionenstrahl erzeugbar ist. subsequently accelerated in the direction of the counterelectrode, generating an ion pulse in the electric field, so that a pulsed primary ion beam can be generated by the ion microscope in pulse-beam mode.
Indem die lonenpulse mittels der Photonenpulse generiert werden, können die lonenpulse mit sehr kurzen lonenpulsdauern ausgebildet werden, denn By generating the ion pulses by means of the photon pulses, the ion pulses can be formed with very short ion pulse durations, because
Photonenpulse können unkompliziert mit sehr geringen Pulsdauern erzeugt werden und die Pulsdauer des mittels eines Photonenpulses erzeugten lonenpulses entspricht im Wesentlichen der Dauer des verursachenden Photonenpulses. Somit können mittels der Photonenpulse zeitlich sehr kurze lonenpulse generiert werden. Da die Erzeugung der lonenpulse mittels der Photonenpulse keine Auslenkung des Primärionenstrahls von der optischen Achse des lonenmikroskops bzw. der lonenoptik erfordert, kann eine exakte Positionierung des lonenstrahls auf dem Untersuchungsobjekt mit einer kleinen Auftrefffläche erfolgen. Mittels der Ionisation durch optische Pulse bzw. Photonenpulse können somit zeitlich sehr kurze Pulse von Ionen erzeugt werden, welche mit dem Mikroskop auf eine kleine Auftrefffläche (z.B. mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern) fokussiert werden können, sodass die Ionen zeitlich und räumlich fokussiert in das zu untersuchende Objekt eingebracht werden können. Photon pulses can be generated easily with very short pulse durations and the pulse duration of the ion pulse generated by means of a photon pulse essentially corresponds to the duration of the causing photon pulse. Thus, very short ion pulses can be generated over time by means of the photon pulses. Since the generation of the ion pulses by means of the photon pulses does not require a deflection of the primary ion beam from the optical axis of the ion microscope or the ion optics, an exact positioning of the ion beam on the examination object can be carried out with a small incident surface. By ionization by optical pulses or photon pulses thus very short pulses of ions can be generated in time, which can be focused with the microscope on a small impact surface (eg with a diameter of a few nanometers), so that the ions temporally and spatially focused in the to be examined object can be introduced.
Die Wechselwirkung der lonenpulse mit dem Untersuchungsobjekt kann mittels unterschiedlicher Methoden untersucht werden. In jedem Fall ermöglichen zeitlich kurze lonenpulse mit einem kleinflächigen und exakt positionierten Auftreffpunkt auf dem Untersuchungsobjekt eine Untersuchung mit hoher zeitlicher und/oder räumlicher Auflösung. Zum Betreiben der Gas-Feld-Ionen-Quelle wird zwischen der Spitze bzw. The interaction of the ion pulses with the examination object can be investigated by means of different methods. In any case, temporally short ion pulses with a small-area and exactly positioned impact point on the examination object enable a study with high temporal and / or spatial resolution. To operate the gas field ion source is between the top or
spitzenförmigen Elektrode und der Gegenelektrode der GFIS eine elektrische Spannung derart angelegt, dass die Spitze auf einem positiveren bzw. höheren elektrischen Potential liegt als die Gegenelektrode. tip-shaped electrode and the counter electrode of the GFIS applied an electrical voltage such that the tip is at a more positive or higher electrical potential than the counter electrode.
Im Dauerstrahl-Modus wird - wie beim herkömmlichen Betrieb einer GFIS - der Betrag der Spannung so groß eingestellt, dass die durch die Feldüberhöhung am spitzen Ende der Elektrode entstehenden hohen Feldgradienten eine Ionisierung des dort vorhandenen Gases bewirken. Wird also ein Gas in diesen auch als In the continuous-beam mode, the magnitude of the voltage is set so high, as in the conventional operation of a GFIS, that the high field gradients resulting from the field elevation at the tip end of the electrode bring about ionization of the gas present there. So if a gas in this as well
Quellenbereich bezeichneten Bereich eingelassen, gehen aufgrund des hohen Feldgradienten Elektronen der Gasatome in die Spitze über, wodurch positiv geladene Gasionen entstehen, welche wiederum im elektrischen Feld in Richtung zu der Gegenelektrode hin beschleunigt werden. Mit kleineren Spannungen und entsprechend kleineren elektrischen Feldgradienten werden immer weniger Gasatome an der Spitze ionisiert, sodass unterhalb eines entsprechenden Schwellenwertes der Spannung durch das damit einhergehende elektrische Feld praktisch keine Gasionisation mehr erfolgt. In diesem Fall kann eine Ionisierung der Gasatome durch das Einstrahlen eines Photonenpulses in die Ionisationskammer, insbesondere in den Bereich der Feldüberhöhung in der Nähe der Spitze, erfolgen. Die Ionisierung mittels der Photonenpulse kann durch unterschiedliche Prozesse erfolgen. Due to the high field gradient, electrons of the gas atoms pass into the tip due to the high field gradient, resulting in positively charged gas ions, which in turn are accelerated in the electric field towards the counterelectrode. With smaller voltages and correspondingly smaller electric field gradients, fewer and fewer gas atoms are ionized at the tip, so that practically no gas ionization occurs below a corresponding threshold value of the voltage due to the associated electric field. In this case, an ionization of the gas atoms by the irradiation of a photon pulse in the ionization chamber, in particular in the field of field elevation in the vicinity of the tip, take place. The ionization by means of the photon pulses can be effected by different processes.
Gemäß einem ersten lonisierungsprozess führt ein Puls kohärenter Photonen (z.B. Laserpulse) mit hoher Intensität, der in das von dem elektrischen Feld durchsetzte und somit vorgespannte Gas eingeschossen wird, zu einer zusätzlichen lokalen Erhöhung des elektrischen Feldgradienten durch das elektrische Feld der mit den kohärenten Photonen einhergehenden elektromagnetischen Welle. Der kurzzeitig erhöhte Potentialunterschied führt zu einem erhöhten Übergang von Elektronen der Gasatome in die Spitzenelektrode und somit zu einer erhöhten lonisierungsrate. Eine Tunnel-Ionisation durch Laserpulse kann z.B. ab Leistungsdichten von 1012 bis 1015 W/cm2 auftreten, je nach Wellenlänge. Durch den bereits vorhandenen According to a first ionization process, a pulse of coherent photons (eg, laser pulses) of high intensity injected into the gas infiltrated and thus biased by the electric field results in an additional local increase in the electric field gradient by the electric field associated with the coherent photons electromagnetic wave. The short-term increased potential difference leads to an increased transition of electrons of the gas atoms into the tip electrode and thus to an increased ionization rate. Tunnel ionization by laser pulses can occur, for example, from power densities of 10 12 to 10 15 W / cm 2 , depending on the wavelength. By the already existing
Potentialunterschied bei Vorliegen eines elektrischen Feldes - wie vorliegend im Pulsstrahl-Modus - in einer GFIS kann die Tunnel-Ionisation bereits bei kleineren Leistungsdichten stattfinden. Zum effektiven Erhöhen der lonisationsrate wird der Photonenpuls bevorzugt auf eine Position sehr nah an der Spitze oder auf der Oberfläche der Spitze der spitzenförmigen Elektrode aufgebracht, sodass der Bereich der Feldstärke der elektrischen Welle mit dem erhöhten Feldgradienten (des elektrischen Feldes, das mittels der elektrischen Spannung hervorgerufene wird) in der Nähe der Spitze überlappt. Potential difference in the presence of an electric field - as in the present case Pulsed beam mode - in a GFIS tunnel ionization can already take place at lower power densities. For effectively increasing the ionization rate, the photon pulse is preferably applied to a position very close to the tip or on the surface of the tip of the tip-shaped electrode, so that the field strength of the electric wave with the increased field gradient (of the electric field generated by the electric voltage caused) overlaps near the top.
Gemäß einem zweiten lonisierungsprozess kann der Eintrag eines Photonenpulses durch Absorption von Photonen durch Hüllenelektronen der Gasatome in einer GFIS zu einer Ionisation führen. Durch die Absorption werden die Elektronen auf höhere Energiepotentiale gehoben, wodurch die Bindung an das zugehörige Gasatom bzw. die zur Ionisierung zu überwindende Potentialbarriere abgesenkt wird. Durch den Potentialunterschied und die Feldüberhöhung in der Nähe der mittels der According to a second ionization process, the entry of a photon pulse by absorption of photons by shell electrons of the gas atoms in a GFIS can lead to ionization. By absorbing the electrons are raised to higher energy potentials, whereby the binding to the associated gas atom or to be overcome for the ionization potential barrier is lowered. Due to the potential difference and field elevation near the means of
elektrischen Spannung vorgespannten Spitze wird durch die abgesenkte electrical tension toughened tip is lowered by the
Bindungsenergie der Elektronen ebenfalls die Übergangsrate der Elektronen erhöht. Bereits angeregte Elektronen in höheren Schalen können auch weitere Photonen absorbieren, wobei dieser Prozess als Mehrphotonen-Absorption bekannt ist. Die Ionisation in einer GFIS durch Absorption von Photonen ist daher auch durch optische Pulse mit niedriger Intensität möglich. Die Lebensdauer der angeregten Zustände liegt für die meisten Zustände im Bereich von Femto- bis Attosekunden, sodass das zeitliche Intensitätsprofil des entstehenden lonenpulses durch die Dauer des optischen Pulses dominiert wird. Damit die derart optisch angeregten Atome an der Spitze der Elektrode ionisiert werden können, darf der Abstand des optischen Anregungspulses nicht die Reichweite angeregter Atome übersteigen. Durch die geringe Lebenszeit würden die angeregten Atome sonst in stabile Zustände zurückfallen, bevor sie in den Bereich der Feldüberhöhung gelangen können.  Binding energy of the electrons also increases the transition rate of the electrons. Already excited electrons in higher shells can also absorb further photons, this process being known as multiphoton absorption. The ionization in a GFIS by absorption of photons is therefore also possible by optical pulses with low intensity. The lifetime of the excited states is in the range of femto- to attoseconds for most states, so that the temporal intensity profile of the resulting ion pulse is dominated by the duration of the optical pulse. In order for the thus optically excited atoms at the tip of the electrode to be ionized, the distance of the optical excitation pulse must not exceed the range of excited atoms. Due to the short lifetime, the excited atoms would otherwise fall back into stable states before they can reach the area of field elevation.
Die Ionisation eines bestimmten Elementes in der lonenquelle kann auch mittels resonanter Absorption von Photonen erfolgen. Zur resonanten Absorption muss die Energie der verwendeten Photonen dem Potentialunterschied der Elektronen zwischen zwei Energiezuständen entsprechen. Demgemäß kann das The ionization of a particular element in the ion source can also be done by resonant absorption of photons. For resonant absorption, the energy of the photons used must correspond to the potential difference of the electrons between two energy states. Accordingly, the
lonenmikroskop z.B. zum Betreiben der GFIS mit einem vorgegebenen Gas ausgebildet sein, wobei mittels der Gaszuführvorrichtung ein vorgegebenes Gas in die Ionisationskammer der GFIS zugeführt wird, und wobei der Photonenpuls- Generator zum Erzeugen von Photonenpulsen derart ausgebildet ist, dass die Energie eines Photons der Photonenpulse der Energiedifferenz zweier For example, to operate the GFIS with a given gas be formed, wherein by means of the Gaszuführvorrichtung a predetermined gas in the ionization chamber of the GFIS is supplied, and wherein the photon pulse generator for generating photon pulses is designed such that the energy of a photon of the photon pulses of the energy difference of two
Energiezustände der Elektronen des Gases entspricht. Energy states of the electrons of the gas corresponds.
Die lonenmikroskopievorrichtung kann eine Ausblendvorrichtung (englisch auch als „blanking unit" bezeichnet) aufweisen, die im Strahlengang des lonenstrahls angeordnet ist und zum (z.B. elektrostatischen) Ausblenden des lonenstrahls aus dem Objektbereich ausgebildet ist. Die Ausblendvorrichtung ist derart ausgebildet, dass von ihr in einem ersten Zustand (auch als Ausblend-Zustand bezeichnet) der lonenstrahl aus dem Objektbereich ausgeblendet wird, und dass von ihr in einem zweiten Zustand (auch als Durchlass-Zustand bezeichnet) der lonenstrahl zu dem Objektbereich hindurchgelassen wird. Das lonenmikroskop ist zum Ansteuern der Ausblendvorrichtung derart ausgebildet, dass von dem lonenmikroskop die The ion microscopy device may comprise a blanking device (also referred to as "blanking unit") which is arranged in the beam path of the ion beam and is designed to hide the ion beam from the object region (for example electrostatically) first state (also referred to as blanking state), the ion beam is masked out of the object area, and that the ion beam is transmitted to the object area in a second state (also referred to as a pass state), the ion microscope is for driving the Ausblendvorrichtung so formed that of the ion microscope the
Ausblendvorrichtung wahlweise in den Ausblend-Zustand oder in den Durchlass- Zustand versetzt werden kann.  Blanking device can be set either in the blanking state or in the on-state.
Die Ausblendvorrichtung kann z.B. eine Ablenkeinheit, die zum Ablenken des lonenstrahls ausgebildet ist, und eine Blende aufweisen. Die Ablenkeinheit kann z.B. zum Ablenken des Primärionenstrahls mittels elektrischer und/oder magnetischer Felder ausgebildet sein. Die Ablenkeinheit und die Blende können derart angeordnet und ausgebildet sein, dass der lonenstrahl mittels der Ablenkeinheit wahlweise entweder auf eine Durchtrittsöffnung der Blende oder auf einen Abschirmabschnitt der Blende gelenkt werden kann, sodass bei Positionierung des lonenstrahls auf der Durchtrittsöffnung der lonenstrahl durch dieselbe hindurchtreten kann und somit nicht ausgeblendet wird (Durchlass-Zustand), und dass bei Positionierung des The fade-out device may e.g. a deflection unit, which is designed to deflect the ion beam, and a diaphragm. The deflection unit may e.g. be designed to deflect the primary ion beam by means of electric and / or magnetic fields. The deflection unit and the diaphragm can be arranged and configured in such a way that the ion beam can be selectively directed either to a passage opening of the diaphragm or to a shielding section of the diaphragm by means of the deflection unit so that the ion beam can pass through the ion beam when the ion beam is positioned on the passage opening and Thus, not hidden (pass-state), and that when positioning the
lonenstrahls auf dem Abschirmabschnitt der lonenstrahl geblockt und somit ausgeblendet wird (Ausblend-Zustand). Die Ablenkeinheit kann z.B. eine Ion beam is blocked on the shielding of the ion beam and thus hidden (blanking state). The deflection unit may e.g. a
elektrostatische Ablenkeinheit sein und kann z.B. einen Kondensator (auch als Ablenk-Kondensator bezeichnet) aufweisen oder ein Ablenk-Kondensator sein. Die Ausblendvorrichtung bzw. deren Ablenkeinheit kann z.B. eine in herkömmlichen lonenmikroskopen bereits vorhandene Ausblendvorrichtung bzw. Ablenkeinheit sein. Gemäß einer Ausführungsform ist das Ionenmikroskop zum synchronisierten (zeitlich aufeinander abgestimmten) Ansteuern des Photonenpuls-Generators und der Ausblendvorrichtung ausgebildet. Indem der Photonenpuls-Generator synchronisiert zu der Ausblendvorrichtung angesteuert wird, kann die mittels der Photonenpulse generierte zeitliche Strukturierung des lonenstrahls mittels der Ausblendvorrichtung variiert werden, wodurch z.B. schärfere Pulsprofile und/oder kürzere Pulsdauern ermöglicht sind. Das Ionenmikroskop kann z.B. derart ausgebildet sein, dass von ihm die be electrostatic deflection unit and may, for example, a capacitor (also referred to as deflection capacitor) have or be a deflection capacitor. The masking device or its deflection unit can be, for example, a masking device or deflection unit already present in conventional ion microscopes. According to one embodiment, the ion microscope is designed for synchronized (temporally coordinated) driving of the photon pulse generator and the masking device. By activating the photon pulse generator synchronized with the masking device, the temporal structuring of the ion beam generated by means of the photon pulses can be varied by means of the blanking device, which enables, for example, sharper pulse profiles and / or shorter pulse durations. The ion microscope may, for example, be designed in such a way that from it the
Ausblendvorrichtung jeweils nur in einem vorgegebenen Zeitfenster nach Erzeugen eines Photonenpulses in den Durchlass-Zustand geschaltet wird und ansonsten in den Ausblend-Zustand geschaltet wird. Das Ionenmikroskop kann z.B. derart ausgebildet sein, dass von ihm jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen ersten Zeitspanne nach dem Erzeugen eines jeden Photonenpulses die  Blanking device is switched in each case only in a predetermined time window after generating a photon pulse in the forward state and otherwise switched to the blanking state. The ion microscope may e.g. be formed such that from him in each case after a predetermined first period of time after the generation of each photon pulse, the
Ausblendvorrichtung in den Durchlass-Zustand geschaltet wird und nach Ablauf einer vorgegebenen zweiten Zeitspanne nach dem Erzeugen eines jeden Photonenpulses die Ausblendvorrichtung wieder in den Ausblend-Zustand geschaltet wird (wobei die zweite Zeitspanne größer ist als die erste Zeitspanne).  Blanking device is switched to the on state and after a predetermined second period of time after the generation of each photon pulse, the blanking device is switched back to the blanking state (wherein the second time period is greater than the first time period).
Gemäß einer Ausführungsform ist das Ionenmikroskop zum synchronisierten According to one embodiment, the ion microscope is synchronized to
Ansteuern des Photonenpuls-Generators und der Ausblendvorrichtung derart ausgebildet, dass die mittels der Photonenpulse generierten lonenpulse mittels der Ausblendvorrichtung (z.B. beim Durchlaufen der Ausblendvorrichtung) teilweise ausgeblendet werden, sodass ein Teil jedes lonenpulses mittels der Controlling the photon pulse generator and the Ausblendvorrichtung formed such that the pulses of ions generated by the photon pulses by means of the blanking device (for example, when passing through the blanking device) are partially hidden, so that a part of each ion pulse by means of
Ausblendvorrichtung ausgeblendet wird und der übrige Teil des lonenpulses nicht ausgeblendet wird (sondern zu dem Objektbereich bzw. dem Untersuchungsobjekt hindurchgelassen wird). Da aufgrund der bekannten Fluggeschwindigkeit der Primärionen (die durch die Masse und den Ladungszustand der Ionen sowie durch die  Blanking is hidden and the remaining part of the ion pulse is not hidden (but is transmitted to the object area or the examination object). Because of the known airspeed of the primary ions (which is due to the mass and charge state of the ions as well as through the
Beschleunigungsspannung der Primärionen vorgegeben ist) und der bekannten Mikroskopgeometrie bzw. des bekannten Abstands zwischen lonenquelle und Ausblendvorrichtung das Zeitfenster bekannt ist, innerhalb dessen ein lonenpuls die Ausblendvorrichtung passiert, kann die Ausblendvorrichtung derart angesteuert werden, dass von ihr ein Teil jedes lonenpulses ausgeblendet wird. Dadurch kann z.B. die Pulsdauer der lonenpulse weiter verkleinert werden. Werden in der lonenquelle unterschiedliche Elemente ionisiert und/oder unterschiedliche Acceleration voltage of the primary ions is given) and the known microscope geometry or the known distance between the ion source and Blanking the time window is known, within which an ion pulse passes through the blanking device, the blanking device can be controlled such that from it a part of each ion pulse is hidden. As a result, for example, the pulse duration of the ion pulses can be further reduced. In the ion source different elements are ionized and / or different
Ladungszustände erzeugt, kann mittels teilweisen Ausblendens eines jeden lonenpulses eine Filterung nach Elementen und/oder Ladungszuständen erfolgen. Verschiedene Ladungszustände oder lonensorten können somit durch die Generating charge states, filtering by elements and / or charge states can be performed by partially masking out each ion pulse. Different states of charge or types of ions can thus by the
Kombination der photonenpulsinduzierten lonenpulsgeneration mit dem zeitlich korrelierten Ansteuern der Ausblendvorrichtung gefiltert werden. Alternativ oder zusätzlich zu der Ausblendeinheit kann das Ionenmikroskop zur Selektion bestimmter Elemente und/oder Ladungszustände ein Wien-Filter oder ein Omega-Filter aufweisen, das im Strahlengang des lonenstrahls angeordnet ist. Die Wechselwirkung des im Pulsstrahl-Modus vorliegenden gepulsten Combination of the photon pulse-induced ion pulse generation with the time-correlated activation of the masking device are filtered. As an alternative or in addition to the masking unit, the ion microscope for selecting specific elements and / or charge states may comprise a Wien filter or an omega filter which is arranged in the beam path of the ion beam. The interaction of pulsed pulsed-beam mode
Primärionenstrahls mit dem Untersuchungsobjekt kann mittels unterschiedlicher Methoden erfasst und zur Materialanalyse und/oder Bildgebung verwendet werden. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen ist das Ionenmikroskop zur Analyse des Untersuchungsobjekts mittels Flugzeitspektrometrie ausgebildet, z.B. mittels Rückstreu-Flugzeitspektrometrie (englisch als ToF-BS für„time of flight  Primary ion beam with the examination object can be detected by different methods and used for material analysis and / or imaging. According to various embodiments, the ion microscope for analyzing the examination subject is formed by means of time-of-flight spectrometry, e.g. by means of backscatter time-of-flight spectrometry (English as ToF-BS for "time of flight
backscattering spectrometry" bezeichnet), Sekundärionen-backscattering spectrometry "), secondary ion
Flugzeitmassenspektrometrie (englisch als ToF-SIMS für„time of flight secondary ion mass spectrometry") und/oder Sekundärneutralteilchen-Flugzeitmassenspektrometrie (englisch als ToF-SNMS für„time of flight secondary neutral mass spectrometry" bezeichnet). Mittels Flugzeit-Spektrometrie kann z.B. bei bekannter Masse der detektierten Teilchen deren kinetische Energie und bei bekannter kinetischer Energie der detektierten Teilchen deren Masse ermittelt werden, woraus wiederum (ggf. unter Einbeziehung der bekannten Detektionsgeometrie) Rückschlüsse auf die Time-of-flight mass spectrometry (ToF SIMS) and / or secondary neutral particle time-of-flight mass spectrometry (referred to as "time of flight neutral neutral mass spectrometry" ToF-SNMS). By means of time-of-flight spectrometry, e.g. with known mass of the detected particles whose kinetic energy and known kinetic energy of the detected particles whose mass are determined, which in turn (possibly incorporating the known detection geometry) conclusions on the
Zusammensetzung des Untersuchungsobjekts möglich sind. Composition of the examination object are possible.
Das Ionenmikroskop ist zum Erfassen des zeitlichen Abstandes bzw. der Zeitspanne zwischen einem Photonenpuls und dem Detektieren der Wechselwirkungsteilchen, die von dem mittels dieses Photonenpulses erzeugten lonenpuls generiert werden, durch den Detektor ausgebildet (diese Zeitspanne wird nachfolgend auch als Mess- Zeitspanne bezeichnet). Das lonenmikroskop ist somit zum Erfassen der zwischen einem Photonenpuls und dem Erfassen der dadurch generierten The ion microscope is for detecting the time interval or interval between a photon pulse and the detection of the interaction particles, which are generated by the ion pulse generated by means of this photon pulse, formed by the detector (this period of time is also referred to below as the measuring period). The ion microscope is thus for detecting between a photon pulse and detecting the generated thereby
Wechselwirkungsteilchen durch den Detektor liegenden Zeitspanne ausgebildet. Der Beginn dieser Zeitspanne (auch als Startzeit bezeichnet) ist also durch den Interaction particles formed by the detector lying period of time. The beginning of this period (also referred to as start time) is so by the
Photonenpuls gegeben, z.B. durch die Zeit der Erzeugung des Photonenpulses durch den Photonenpuls-Generator. Das Ende dieser Zeitspanne (auch als Stoppzeit bezeichnet) ist durch das Erfassen des jeweiligen Wechselwirkungsteilchens durch den Detektor gegeben, z.B. durch die Zeit des Auftreffens des Given a photon pulse, e.g. by the time of generation of the photon pulse by the photon pulse generator. The end of this period (also referred to as stop time) is given by the detection of the respective interaction particle by the detector, e.g. by the time of the impact of the
Wechselwirkungsteilchens auf dem Detektor. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das lonenmikroskop zum Erfassen der Startzeit und der Stoppzeit sowie zum Interacting particle on the detector. It can e.g. be provided that the ion microscope for detecting the start time and the stop time and the
Ermitteln der Mess-Zeitspanne als Differenz zwischen der erfassten Stoppzeit und der erfassten Startzeit ausgebildet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das lonenmikroskop derart ausgebildet, dass von ihm die Flugzeit bzw. Flugdauer, welche die Wechselwirkungsteilchen zum Zurücklegen der Strecke zwischen dem Objektbereich (bzw. dem Determining the measuring period is formed as a difference between the detected stop time and the detected start time. According to a further embodiment, the ion microscope is designed in such a way that it determines the time of flight or duration of flight which the interaction particles travel to cover the distance between the object area (or
Untersuchungsobjekt) und dem Detektor benötigen, basierend auf der erfassten Mess-Zeitspanne ermittelbar ist. Die Mess-Zeitspanne beinhaltet die Flugzeit der Primärionen von der lonenquelle bis zum Objektbereich bzw. Untersuchungsobjekt (nachfolgend auch als Primärionen-Flugzeit bezeichnet) und die Flugzeit der Examination object) and the detector, based on the detected measurement period can be determined. The measuring time span includes the time of flight of the primary ions from the ion source to the object area or object to be examined (hereinafter also referred to as primary-ion time of flight) and the time of flight of the
Wechselwirkungsteilchen von dem Objektbereich bzw. dem Untersuchungsobjekt bis zu dem Wechselwirkungsteilchen-Detektor (auch als Wechselwirkungsteilchen- Flugzeit bezeichnet), wobei die Mess-Zeitspanne darüber hinaus z.B. noch einen auf die Auswerteelektronik zurückgehenden Zeitanteil beinhalten kann (nachfolgend als Elektronik-Zeitanteil bezeichnet). Die Primärionen-Flugzeit ist aufgrund der bekannten kinetischen Energie der Primärionen und der bekannten Flugstrecke von der lonenquelle bis zu dem Objektbereich bekannt, und der Elektronik-Zeitanteil ist in der Regel vernachlässigbar klein und/oder kann anderweitig ermittelt werden. Daher kann die Wechselwirkungsteilchen-Flugzeit z.B. ermittelt werden, indem von der Mess-Zeitspanne die Primärionen-Flugzeit und ggf. der Elektronik-Zeitanteil abgezogen wird. Somit kann das lonenmikroskop zum Erfassen der Flugzeit ausgebildet sein, welche die Wechselwirkungsteilchen von dem Objektbereich bzw. Untersuchungsobjekt bis zu dem Detektor benötigen. Interaction particles from the object area or the object to be examined to the interaction particle detector (also referred to as interaction particle flight time), wherein the measurement period beyond, for example, may still include a time portion attributable to the transmitter (hereinafter referred to as the electronic time component). The primary ion time of flight is known because of the known kinetic energy of the primary ions and the known flight distance from the ion source to the object region, and the electronic time fraction is usually negligibly small and / or otherwise determined. Therefore, the interaction particle flight time can be determined, for example, by subtracting from the measurement time period the primary ion time of flight and possibly the electronic time portion. Thus, the ion microscope can detect the time of flight be formed, which require the interaction particles of the object area or object to be examined to the detector.
Anhand der Flugzeit kann z.B. für rückgestreute Teilchen des Primärionenstrahls - da deren Masse bekannt ist - deren kinetische Energie ermittelt werden, woraus sich unter Einbeziehung der bekannten Detektionsgeometrie bzw. Streugeometrie Based on the flight time, e.g. for backscattered particles of the primary ion beam - since their mass is known - whose kinetic energy is determined, resulting in the inclusion of the known detection geometry or scattering geometry
(Rückstreuwinkel, von dem Detektor abgedeckter Raumwinkel, Entfernung zwischen Detektor und Objekt) Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des (Backscatter angle, solid angle covered by the detector, distance between detector and object)
Untersuchungsobjekts ziehen lassen, wie für die Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie bekannt. Test object as known for Rutherford backscatter spectrometry.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das lonenmikroskop zur Durchführung von Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) mittels Flugzeitspektrometrie ausgebildet sein. Zu diesem Zweck müssen die aus dem Untersuchungsobjekt mittels Sputterns herausgelösten Ionen zunächst auf eine im Wesentlichen einheitliche kinetische Energie gebracht werden. According to a further embodiment, the ion microscope for carrying out secondary ion mass spectrometry (SIMS) can be formed by means of time-of-flight spectrometry. For this purpose, the ions released from the examination object by means of sputtering must first be brought to a substantially uniform kinetic energy.
Demgemäß kann das lonenmikroskop z.B. eine Elektrode (auch als Sekundärionen- Beschleunigungselektrode bezeichnet) aufweisen und zum Anlegen einer Accordingly, the ion microscope can be used e.g. an electrode (also referred to as a secondary ion accelerating electrode) and for applying a
elektrischen Spannung (auch als Sekundärionen-Beschleunigungsspannung bezeichnet) zwischen den Objektbereich und die Sekundärionen- Beschleunigungselektrode derart ausgebildet sein, dass die aus dem Voltage (also referred to as secondary ion acceleration voltage) between the object region and the secondary ion acceleration electrode to be formed such that the from the
Untersuchungsobjekt herausgelösten Sekundärionen in Richtung zu der Examined object liberated secondary ions towards the
Sekundärionen-Beschleunigungselektrode hin beschleunigt werden. Die Secondary ion accelerating electrode are accelerated towards. The
Sekundärionen-Beschleunigungsspannung ist eine Gleichspannung (von z.B. Secondary ion acceleration voltage is a DC voltage (of e.g.
mehreren 100 Volt, z.B. +/- 500 Volt), deren negativer oder positiver Pol z.B. an der Sekundärionen-Beschleunigungselektrode anliegt. Demgemäß können mittels der Sekundärionen-Beschleunigungselektrode alle Sekundärionen auf eine der several 100 volts, e.g. +/- 500 volts) whose negative or positive pole is e.g. abuts the secondary ion accelerating electrode. Accordingly, by means of the secondary ion accelerating electrode, all secondary ions can be applied to one of the
Sekundärionen-Beschleunigungsspannung entsprechende kinetische Energie gebracht werden, sodass nunmehr auf bekannte Art und Weise mittels Messung der Flugzeit der Sekundärionen deren Masse ermittelbar ist. Die Sekundärionen- Beschleunigungselektrode kann z.B. zwischen dem Objektbereich und dem Secondary ion acceleration voltage corresponding kinetic energy are brought, so now in a known manner by measuring the time of flight of the secondary ions whose mass can be determined. The secondary ion accelerating electrode may be e.g. between the object area and the
Wechselwirkungsteilchen-Detektor angeordnet sein, sodass die Sekundärionen mittels der Sekundärionen-Beschleunigungsspannung von dem Objektbereich in Richtung zu dem Wechselwirkungsteilchen-Detektor hin beschleunigt werden. Interaction particle detector be arranged so that the secondary ions be accelerated by the secondary ion acceleration voltage from the object area toward the interaction particle detector.
Gemäß einer weiteren Ausführung ist das lonenmikroskop derart ausgebildet, dass von ihm auf den Objektbereich gerichtete Photonenpulse erzeugbar sind, wobei die Photonenpulse z.B. auf eine Position in dem Objektbereich fokussiert sein können. Zu diesem Zweck kann das lonenmikroskop z.B. einen Photonenpuls-Generator aufweisen, der zum Erzeugen von auf eine Position in dem Objektbereich gerichteten Photonenpulsen ausgebildet ist. Dieser Photonenpuls-Generator kann z.B. mit dem Photonenpuls-Generator identisch sein, mittels dessen die in die Ionisationskammer gerichteten Photonenpulse erzeugt werden, oder kann ein separater weiterer Photonenpuls-Generator sein. According to a further embodiment, the ion microscope is designed in such a way that photon pulses directed at it on the object area can be generated, the photon pulses being e.g. can be focused on a position in the object area. For this purpose, the ion microscope may e.g. a photon pulse generator configured to generate photon pulses directed to a position in the object area. This photon pulse generator may e.g. be identical to the photon pulse generator, by means of which the photon pulses directed into the ionization chamber are generated, or may be a separate further photon pulse generator.
Mittels der auf den Objektbereich gerichteten Photonenpulse können z.B. elektrisch neutrale Wechselwirkungsteilchen, die durch das Auftreffen des Primärionenstrahls auf dem Untersuchungsobjekt generiert werden, ionisiert werden, daher werden die auf den Objektbereich gerichteten Photonenpulse auch als Nachionisations- Photonenpulse bezeichnet. Zur besseren Unterscheidung werden zudem die in die Ionisationskammer gerichteten Photonenpulse, die zum Ionisieren des in der By means of the photon pulses directed at the object area, e.g. electrically neutral interaction particles which are generated by the impact of the primary ion beam on the examination object, are ionized, therefore, the photon pulses directed to the object area are also referred to as Nachionisations- photon pulses. For a better distinction also be directed into the ionization chamber photon pulses, which are used to ionize the in
Ionisationskammer aufgenommenen Gases dienen, auch als Primärionisations- Photonenpulse bezeichnet. Die Nachionisations-Photonenpulse können z.B. Ionisationskammer recorded gases serve, also referred to as primary ionization photon pulses. The post ionization photon pulses may be e.g.
Laserpulse sein. Durch die Nachionisation kann z.B. die Ausbeute der für die Be laser pulses. By post-ionization, e.g. the yield of for the
Sekundärionen-Massenspektrometrie zur Verfügung stehenden gesputterten Secondary ion mass spectrometry available sputtered
Teilchen erhöht werden und eine Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometrie ermöglicht werden. Das lonenmikroskop kann z.B. derart ausgebildet sein, dass bei Vorhandensein eines Untersuchungsobjekts in dem Objektbereich die Particles are increased and a secondary neutral particle mass spectrometry are enabled. The ion microscope may e.g. be formed such that in the presence of an examination object in the object area the
Nachionisations-Photonenpulse auf dem Untersuchungsobjekt auftreffen oder an dem Untersuchungsobjekt vorbei verlaufen. Das lonenmikroskop kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Nachionisations-Photonenpulse jeweils auf die Position gerichtet werden, auf der der lonenstrahl in dem Objektbereich bzw. auf dem Untersuchungsobjekt auftrifft. Gemäß einer Ausführungsform ist das lonenmikroskop zum Erzeugen von auf den Objektbereich gerichteten Photonenpulsen derart ausgebildet, dass jeweils ein Nachionisations-Photonenpuls und ein lonenpuls zeitlich überlappend in dem Nachionisations photon pulses impinge on the examination subject or run past the examination subject. The ion microscope may in particular be designed such that the post-ionization photon pulses are each directed to the position on which the ion beam impinges in the object region or on the examination object. According to one embodiment, the ion microscope for generating photon pulses directed onto the object area is designed such that in each case a post-ionization photon pulse and an ion pulse overlap in time in the photon pulse
Objektbereich auftreffen oder jeweils ein Nachionisations-Photonenpuls in einem vorgegebenen Zeitabstand nach jedem lonenpuls in dem Objektbereich auftrifft. Impact incident object or in each case a Nachionisations- photon pulse at a predetermined time interval after each ion pulse in the object area hits.
Da mittels der Nachionisations-Photonenpulse ein zeitlich begrenzter und zeitlich auf die lonenpulse abgestimmter Energieeintrag zur Nachionisation möglich ist, ermöglichen die Nachionisations-Photonenpulse eine effektive Ionisation von neutralen Wechselwirkungsteilchen bei geringem Energieeintrag, wodurch eine hohe lonisationsausbeute bei geringer Schädigung des Untersuchungsobjekts ermöglicht ist. Durch den zeitlich sehr kurz gestaltbaren lonenpuls ist es möglich, während oder kurz nachdem ein Primärionenpuls auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts trifft, mit einem Nachionisations-Photonenpuls gestreute Primärteilchen und/oder gesputterte Sekundärteilchen zu ionisieren. Der Nachionisations-Photonenpuls kann z.B. direkt auf den Auftreffpunkt des Primärionenstrahls auf dem Since by means of the post-ionization photon pulses a time-limited and time-matched to the ion pulses energy input for Nachionisation is possible Nachionisations photon pulses enable effective ionization of neutral interaction particles with low energy input, whereby a high ionization yield is possible with little damage to the object to be examined. As a result of the ion pulse, which is very short in time, it is possible to ionize primary particles scattered with a post-ionization photon pulse and / or sputtered secondary particles during or shortly after a primary ion pulse hits the surface of the examination subject. The post ionization photon pulse may e.g. directly on the point of impact of the primary ion beam on the
Untersuchungsobjekt oder kurz über diesen Auftreffpunkt gerichtet werden. Die Ionisation von elektrisch neutralen gesputterten Teilchen ermöglicht die Object of examination or shortly above this point of impact. The ionization of electrically neutral sputtered particles allows the
Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometrie auf Nanometerskala, welche bisher nicht mit dieser lateralen Auflösung möglich ist. Im Vergleich zur Sekundärionen- Massenspektrometrie kann die Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometrie quantitativ genauere Werte zur Zusammensetzung des Untersuchungsobjekts liefern. Secondary particle mass spectrometry on nanometer scale, which is not possible with this lateral resolution. Compared to secondary ion mass spectrometry, secondary neutral particle mass spectrometry can provide quantitatively more accurate values for the composition of the object under investigation.
Das lonenmikroskop kann mittels der Sekundärionen-Beschleunigungselektrode zum Beschleunigen von aus dem Untersuchungsobjekt herausgelösten, elektrisch geladenen Sekundärteilchen ausgebildet sein, wodurch die Sekundärionen- Massenspektrometrie und die Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometrie ermöglicht sind. Zur Erhöhung der Analysequalität kann vorgesehen sein, die elektrisch geladenen Sekundärteilchen von den elektrisch neutralen The ion microscope may be formed by means of the secondary ion accelerating electrode for accelerating electroless secondary particles dissolved out of the examination subject, thereby enabling secondary ion mass spectrometry and secondary neutral particle mass spectrometry. To increase the quality of analysis can be provided, the electrically charged secondary particles of the electrically neutral
Sekundärteilchen zu trennen und lediglich die elektrisch geladenen Sekundärteilchen zur Analyse heranzuziehen. Zu diesem Zweck kann das lonenmikroskop eine Filtervorrichtung aufweisen, die zur räumlichen Trennung von Wechselwirkungs-Teilchen mit unterschiedlichen elektrischen Ladungen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet ist. Die Filtervorrichtung kann z.B. derart ausgebildet ist, dass von ihr (bei zwischen dem Objektbereich und der Sekundärionen-Beschleunigungselektrode anliegender Sekundärionen-Beschleunigungsspannung) gesputterte Sekundärionen des Untersuchungsobjekts von gesputterten Atomen des Untersuchungsobjekts getrennt werden können. Die räumliche Trennung der (elektrisch geladenen) Separate secondary particles and only use the electrically charged secondary particles for analysis. For this purpose, the ion microscope may comprise a filter device which is designed for the spatial separation of interaction particles with different electrical charges by means of an electric and / or magnetic field. By way of example, the filter device may be designed so that sputtered secondary ions of the examination object from sputtered atoms of the examination object can be separated from it (at a secondary ion acceleration voltage applied between the object area and the secondary ion acceleration electrode). The spatial separation of the (electrically charged)
Sekundärionen von den (elektrisch neutralen) Sekundäratomen kann z.B. mittels eines elektrischen und/oder eines magnetischen Feldes erfolgen, wobei die Secondary ions from the (electrically neutral) secondary atoms can e.g. take place by means of an electric and / or a magnetic field, wherein the
Filtervorrichtung zum Erzeugen eines derartigen Feldes ausgebildet sein kann und somit als elektromagnetische Filtervorrichtung ausgebildet sein kann. Die  Filter device for generating such a field may be formed and thus may be formed as an electromagnetic filter device. The
Filtervorrichtung kann insbesondere zur räumlichen Trennung der Sekundärionen von den Sekundäratomen derart ausgebildet sein, dass ausschließlich die Filter device can be designed in particular for the spatial separation of the secondary ions of the secondary atoms such that exclusively the
Sekundärionen auf den Wechselwirkungs-Detektor auftreffen. Die Filtervorrichtung kann z.B. ein Reflektron sein. Secondary ions impinge on the interaction detector. The filter device may e.g. to be a reflectron.
Zur Selektion geladener Sekundärteilchen und Reduzierung des Untergrundes können somit die Ionen durch ein elektrisches oder magnetisches Feld von neutralen Teilchen getrennt werden. Um das lonenmikroskop möglichst wenig zu beeinflussen, ist jedoch eine elektrostatische Ablenkung geeigneter, wobei ein Reflektron zusätzlich zur Selektion Energieunterschiede der geladenen Teilchen ausgleichen kann, wodurch eine höhere Massenauflösung ermöglicht ist. Mittels des lonenmikroskops kann somit ein gepulster lonenstrahl erzeugt werden und eine zeitlich aufgelöste Messung der Eigenschaften von In order to select charged secondary particles and reduce the background, the ions can thus be separated from neutral particles by an electric or magnetic field. In order to influence the ion microscope as little as possible, however, an electrostatic deflection is more suitable, wherein a reflectron in addition to the selection can compensate for energy differences of the charged particles, whereby a higher mass resolution is possible. Thus, a pulsed ion beam can be generated by means of the ion microscope and a time-resolved measurement of the properties of
Wechselwirkungsteilchen, die beim Auftreffen des lonenstrahls auf dem Interaction particles, which upon impact of the ion beam on the
Untersuchungsobjekt generiert werden, erfolgen. Aus diesen Eigenschaften können dann z.B. Aussagen über die chemische Zusammensetzung des Object to be generated, done. From these properties, then, e.g. Statements about the chemical composition of the
Untersuchungsobjekts gewonnen werden. So kann anhand der Be obtained from the examination object. So can on the basis of
Wechselwirkungsteilchen-Flugzeiten z.B. auf die Energie und/oder Masse der Wechselwirkungsteilchen geschlossen werden. Durch Analyse der Energie und/oder der Masse der Wechselwirkungsteilchen lässt sich z.B. die chemische und elementare Zusammensetzung des Untersuchungsobjekts analysieren. Anhand der ermöglichten hohen Ortsauflösung ist z.B. eine Analytik im Nanometerbereich ermöglicht. Eine derartige Analytik ist in vielen Bereichen von großer Bedeutung, z.B. in der Materialforschung, der Biophysik, der Mikrobiologie, der Geologie und der Chemie. Interaction particle flight times are closed, for example, on the energy and / or mass of the interaction particles. By analyzing the energy and / or the mass of the interaction particles can be, for example, the chemical and analyze the elementary composition of the examination subject. On the basis of the high spatial resolution enabled, for example, an analysis in the nanometer range is possible. Such analysis is of great importance in many areas, for example in materials science, biophysics, microbiology, geology and chemistry.
Durch das Pulsen des Primarionenstrahls ist insbesondere der Zeitpunkt bzw. das Zeitfenster definiert, in dem Primärionen auf das Untersuchungsobjekt auftreffen. Indem der die lonenpulse mit kurzen Pulsdauern erzeugt werden können, ist eine Messung der Wechselwirkungsteilchen-Flugzeiten mit einer hohen Zeitauflösung ermöglicht, sodass eine hochaufgelöste Flugzeitspektrometrie ermöglicht ist. By the pulses of the primary ion beam, in particular the time or the time window is defined, in which primary ions impinge on the examination object. By being able to generate the ion pulses with short pulse durations, it is possible to measure the interaction particle flight times with a high time resolution, so that a high-resolution time-of-flight spectrometry is made possible.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beiliegende Figur erläutert, hierbei zeigt schematisch: The invention will now be described by way of example with reference to the attached figure, in which:
Figur 1 eine lonenmikroskopievorrichtung gemäß einer Ausführungsform . 1 shows an ion microscopy device according to one embodiment.
Figur 1 zeigt schematisch eine lonenmikroskopievorrichtung bzw. ein FIG. 1 schematically shows an ion microscopy device or a
lonenmikroskop 1 gemäß einer Ausführungsform. Das lonenmikroskop 1 weist eine lonenquelle 3 zum Erzeugen eines Primärionenstrahls 5 auf. Die lonenquelle 3 weist eine Ionisationskammer 7 und eine Gaszuführvorrichtung 9 zum Zuführen eines Gases 11 in die Ionisationskammer 7 auf (wobei in Figur 1 das zugeführte Gas mittels des Pfeils 11 veranschaulicht ist). Vorliegend ist als Beispiel Helium als Gas vorgesehen, es kann jedoch auch ein anderes Gas wie z.B. Neon, ein anderes Edelgas, Wasserstoff, Stickstoff oder ein Gasgemisch als Gas 11 vorgesehen sein. Die lonenquelle 3 weist zudem eine spitzenförmige Elektrode 13 und eine Ion microscope 1 according to one embodiment. The ion microscope 1 has an ion source 3 for generating a primary ion beam 5. The ion source 3 has an ionization chamber 7 and a gas supply device 9 for supplying a gas 11 into the ionization chamber 7 (in FIG. 1, the supplied gas is illustrated by the arrow 11). As an example, helium is provided as the gas in the present case, but other gas such as e.g. Neon, another noble gas, hydrogen, nitrogen or a gas mixture may be provided as a gas 11. The ion source 3 also has a tip-shaped electrode 13 and a
Gegenelektrode 15 auf, die in der Ionisationskammer 7 angeordnet sind. Die Counter electrode 15, which are arranged in the ionization chamber 7. The
Ionisationskammer 7 weist eine Austrittsöffnung 17 auf, durch die hindurch der lonenstrahl 5 aus der Ionisationskammer 7 austreten kann. Die Gegenelektrode 15 ist als Beispiel an der Austrittsöffnung 17 angeordnet. Der lonenstrahl 5 kann in einer Vakuumkammer verlaufen, wobei in Figur 1 der Übersichtlichkeit halber auf eine Darstellung eines Gehäuses bzw. einer Vakuumkammer des lonenmikroskops 1 verzichtet wurde. Das lonenmikroskop 1 ist derart ausgebildet, dass von ihm der lonenstrahl 5 auf einen Objektbereich 19 und ein in dem Objektbereich 19 angeordnetes Ionization chamber 7 has an outlet opening 17 through which the ion beam 5 can emerge from the ionization chamber 7. The counter electrode 15 is arranged as an example at the outlet opening 17. The ion beam 5 can run in a vacuum chamber, wherein FIG. 1 omits a representation of a housing or a vacuum chamber of the ion microscope 1 for the sake of clarity. The ion microscope 1 is designed such that the ion beam 5 is arranged on an object region 19 and an object region 19 arranged in it
Untersuchungsobjekt 21 gerichtet werden kann, sodass der Primärionenstrahl 5 auf den Objektbereich 1 9 und das dort angeordnete Untersuchungsobjekt 21 trifft. Zu diesem Zweck weist das lonenmikroskop vorliegend z.B. eine Teilchen- bzw. Object to be examined 21 can be directed so that the primary ion beam 5 hits the object area 1 9 and the examination object 21 arranged there. For this purpose, the ion microscope has e.g. a particle or
lonenoptik mit zwei ionenoptischen Elementen 23, 25 und einer Aperturblende 27 auf. Die Teilchenoptik und die ionenoptischen Elemente 23, 25 sind lediglich schematisch zur Veranschaulichung dargestellt, die ionenoptischen Elemente 23, 25 können z.B. elektrostatische Elemente sein. Mittels der Teilchenoptik kann der Primärionenstrahl 5 über den Objektbereich 19 bzw. das Untersuchungsobjekt 21 geführt und darauf fokussiert werden. Das lonenmikroskop 1 weist ferner eine im Strahlengang des Primärionenstrahls 5 angeordnete Ausblendvorrichtung 29 mit einer Ablenkeinheit 31 und einer Blende 33 auf. Ion optics with two ion-optical elements 23, 25 and an aperture 27 on. The particle optics and the ion optical elements 23, 25 are shown only schematically for illustrative purposes, the ion optical elements 23, 25 may e.g. be electrostatic elements. By means of the particle optics, the primary ion beam 5 can be guided over the object region 19 or the examination object 21 and focused thereon. The ion microscope 1 further has a masking device 29 arranged in the beam path of the primary ion beam 5, with a deflection unit 31 and a diaphragm 33.
An der Auftreffposition 35 des Primärionenstrahls 5 auf dem Untersuchungsobjekt 21 entstehen aufgrund der Wechselwirkung des lonenstrahls 5 mit dem Objekt 21 Wechselwirkungsteilchen in Form von rückgestreuten Teilchen des At the impact position 35 of the primary ion beam 5 on the examination object 21, interaction particles in the form of backscattered particles of the object 21 are produced due to the interaction of the ion beam 5 with the object 21
Primärionenstrahls 5 (auch als rückgestreute Primärteilchen bezeichnet) und in Form von gesputterten Teilchen des Untersuchungsobjekts 21 (auch als gesputtertePrimary ion beam 5 (also referred to as backscattered primary particles) and in the form of sputtered particles of the examination object 21 (also sputtered
Sekundärteilchen bezeichnet), die sich von dem Untersuchungsobjekt 21 ausgehend in Richtung zu der dem Primärionenstrahl 5 zugewandten Seite des Objektbereichs 19 bzw. des Untersuchgungsobjektes 21 hin bewegen. In Figur 1 ist die Secondary particles designated), which move from the examination object 21 in the direction of the primary ion beam 5 facing side of the object area 19 and the examination object 21 out. In FIG. 1, the
Bewegungsrichtung der rückgestreuten Primärteilchen und der gesputterten Movement direction of the backscattered primary particles and the sputtered
Sekundärteilchen schematisch mittels der Pfeile 37 veranschaulicht. Die Secondary particles schematically illustrated by the arrows 37. The
rückgestreuten Primärteilchen können z.B. Ionen und/oder neutralisierte Ionen (d.h. Atome) des lonenstahls 5 sein. Die gesputterten Sekundärteilchen können z.B. Ionen und/oder Atome des Materials des Untersuchungsobjekts 21 sein. Zusätzlich zu den Wechselwirkungsteilchen entstehen an der Auftreffposition 35 Sekundärelektronen. Backscattered primary particles may e.g. Ions and / or neutralized ions (i.e., atoms) of the ionic steel 5. The sputtered secondary particles may e.g. Be ions and / or atoms of the material of the examination object 21. In addition to the interaction particles, 35 secondary electrons are generated at the impact position.
Das lonenmikroskop 1 weist einen Detektor 39 auf, der zum Erfassen der The ion microscope 1 has a detector 39, which is used to detect the
Wechselwirkungsteilchen ausgebildet ist. Der Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 ist auf der dem Primärionenstrahl 5 bzw. der lonenquelle 3 zugewandten Seite des Objektbereichs 19 angeordnet. Der Detektor 39 ist somit relativ zu dem Primärionenstrahl 5 und dem Objekt 21 unter einem Rückstreuwinkel bzw. in einer Rückstreugeometrie angeordnet. Der Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 ist zum Erfassen der Wechselwirkungsteilchen, insbesondere zum Erfassen von Atomen und Ionen, ausgebildet. Als Beispiel ist der Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 ein Einzelteilchendetektor, z.B. mit einer Mikrokanal platte (englisch„micro-channel plate") als sensitives Element. Interaction particles is formed. The interaction particle detector 39 is on the side facing the primary ion beam 5 and the ion source 3 side of the Object area 19 arranged. The detector 39 is thus arranged relative to the primary ion beam 5 and the object 21 at a backscatter angle or in a backscatter geometry. The interaction particle detector 39 is designed for detecting the interaction particles, in particular for detecting atoms and ions. As an example, the interaction particle detector 39 is a single-particle detector, for example with a micro-channel plate (English "micro-channel plate") as a sensitive element.
Das lonenmikroskop 1 weist zudem einen weiteren Detektor 41 auf, der zum The ion microscope 1 also has a further detector 41 which is connected to the
Erfassen von Sekundärelektronen ausgebildet ist. Detecting secondary electrons is formed.
Das lonenmikroskop 1 weist eine Spannungsquelle 43 auf, die zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen die Elektrode 13 und die Gegenelektrode 15 ausgebildet ist. Von der Spannungsquelle 43 wird eine Gleichspannung in Form einer Hochspannung bereitgestellt, deren positiver Pol mit der spitzenförmigen Elektrode 13 verbunden ist und deren negativer Pol mit der Gegenelektrode 15 verbunden ist. Die Spannungsquelle 43 ist eine steuerbare bzw. einstellbare The ion microscope 1 has a voltage source 43, which is designed to apply an electrical voltage between the electrode 13 and the counter electrode 15. From the voltage source 43, a DC voltage in the form of a high voltage is provided, whose positive pole is connected to the tip-shaped electrode 13 and whose negative pole is connected to the counter electrode 15. The voltage source 43 is a controllable or adjustable
Spannungsquelle, wobei der Betrag der von der Spannungsquelle 43 bereitgestellten Spannung variabel einstellbar ist. Bei Anliegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode 13 und der Gegenelektrode 15 wird zwischen denselben ein elektrisches Feld ausgebildet, das die Ionisationskammer 7 und somit auch das darin aufgenommene Gas 11 durchsetzt. Voltage source, wherein the amount of voltage provided by the voltage source 43 is variably adjustable. Upon application of an electrical voltage between the electrode 13 and the counter electrode 15, an electric field is formed between them, which passes through the ionization chamber 7 and thus also the gas 11 received therein.
Das lonenmikroskop 1 ist zum Ansteuern der Spannungsquelle 43 derart The ion microscope 1 is so for driving the voltage source 43
ausgebildet, dass von ihm der Betrag der mittels der Spannungsquelle 43 zwischen der Elektrode 13 und der Gegenelektrode angelegten Spannung einstellbar ist. Zu diesem Zweck weist das lonenmikroskop 1 als Beispiel eine Steuereinrichtung bzw. Steuereinheit 45 auf, die mit der Spannungsquelle 43 verbunden ist und zum configured such that the amount of the voltage applied by means of the voltage source 43 between the electrode 13 and the counter electrode is adjustable. For this purpose, the ion microscope 1 has as an example a control device or control unit 45 which is connected to the voltage source 43 and to
Ansteuern der Spannungsquelle 43 derart ausgebildet ist, dass der Betrag der von der Spannungsquelle 43 bereitgestellten Spannung variabel auf einen von der Steuereinheit 45 vorgegebenen Wert eingestellt wird. Das Ionenmikroskop 1 weist zudem einen Photonenpuls-Generator 47 auf, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass von ihm Photonenpulse 49 erzeugbar sind, die auf eine Position in der Ionisationskammer 7 gerichtet sind. Als Beispiel ist der Photonenpuls-Generator 47 ein gepulster Laser, sodass die Photonenpulse 49 Laserpulse sind. Die Ionisationskammer 7 weist als optischen Eingang ein Driving the voltage source 43 is formed such that the amount of voltage provided by the voltage source 43 is variably set to a predetermined value by the control unit 45. The ion microscope 1 also has a photon pulse generator 47, which is designed and arranged such that photon pulses 49 can be generated by it, which are directed to a position in the ionization chamber 7. As an example, the photon pulse generator 47 is a pulsed laser so that the photon pulses 49 are laser pulses. The ionization chamber 7 has an optical input
Sichtfenster 51 auf, durch das hindurch die Photonenpulse 49 in die Viewing window 51, through which the photon pulses 49 in the
Ionisationskammer 7 eingestrahlt werden. Die Photonenpulse 49 werden mittels einer Fokussierlinse 53 derart auf die Spitze der spitzenförmigen Elektrode 13 fokussiert, dass der Fokusbereich der Photonenpulse 49 mit der Spitze der Elektrode 13 überlappt. Ionization chamber 7 are irradiated. The photon pulses 49 are focused on the tip of the tip-shaped electrode 13 by means of a focusing lens 53 in such a way that the focus region of the photon pulses 49 overlaps the tip of the electrode 13.
Die Steuereinheit 45 ist (z.B. jeweils mittels einer uni- oder bidirektionalen Datenbzw. Kommunikationsverbindung) mit der Ausblendvorrichtung 29, dem The control unit 45 is connected to the masking device 29 (e.g., each by means of a uni- or bidirectional data / communication link)
Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39, dem Sekundärelektronen-Detektor 41 , der Spannungsquelle 43 und dem Photonenpuls-Generator 47 verbunden (wobei in Figur 1 die Verbindung zwischen der Steuereinheit 45 und dem Sekundärelektronen- Detektor 41 nicht dargestellt ist). Die Steuereinheit 45 ist zum Ansteuern der Interaction particle detector 39, the secondary electron detector 41, the voltage source 43 and the photon pulse generator 47 is connected (in Figure 1, the connection between the control unit 45 and the secondary electron detector 41 is not shown). The control unit 45 is for driving the
Ausblendvorrichtung 29, der Spannungsquelle 43 und des Photonenpuls-Generators 47 ausgebildet. Die Steuereinheit 45 kann ferner z.B. zum Auslesen des Blanking device 29, the voltage source 43 and the photon pulse generator 47 is formed. The control unit 45 may also be e.g. to read out the
Wechselwirkungsteilchen-Detektors 39 und des Sekundärelektronen-Detektors 41 ausgebildet sein. Interaction particle detector 39 and the secondary electron detector 41 may be formed.
Das Ionenmikroskop 1 ist derart ausgebildet, dass es in einem Dauerstrahl-Modus und in einem Pulsstrahl-Modus betrieben werden kann. The ion microscope 1 is designed such that it can be operated in a continuous-beam mode and in a pulse-beam mode.
In dem Dauerstrahl-Modus wird die lonenquelle 3 wie eine herkömmliche Gas-Feld- lonen-Quelle betrieben. In dem Dauerstrahl-Modus werden der Photonenpuls- Generator 47 und die Spannungsquelle 43 mittels der Steuereinheit 45 derart angesteuert, dass von dem Photonenpuls-Generator 47 keine Photonenpulse erzeugt werden, und dass von der Spannungsquelle 43 eine elektrische Spannung zwischen die Elektrode 13 und die Gegenelektrode 15 angelegt wird. In dem In the continuous jet mode, the ion source 3 is operated like a conventional gas field ion source. In the continuous-beam mode, the photon pulse generator 47 and the voltage source 43 are controlled by the control unit 45 such that no photon pulses are generated by the photon pulse generator 47, and that from the voltage source 43, an electrical voltage between the electrode 13 and the counter electrode 15 is created. By doing
Dauerstrahl-Modus wird die Spannungsquelle 43 derart angesteuert, dass der Betrag der zwischen der Elektrode 13 und der Gegenelektrode 15 anliegenden Spannung zum Ionisieren (zumindest eines Teils) des in der lonisatonskammer 7 aufgenommenen Gases 11 ausreicht, auch ohne dass mittels des Photonenpuls- Generators 47 Photonenpulse in die Ionisationskammer 7 bzw. das darin Continuous beam mode, the voltage source 43 is driven such that the amount of voltage applied between the electrode 13 and the counter electrode 15 for ionizing (at least part of) the gas 11 received in the ionizing chamber 7 is sufficient, even without photon pulses by means of the photon pulse generator 47 in the ionization chamber 7 and the therein
aufgenommene Gas 11 eingetragen werden, wobei die derart generierten Gasionen unter Ausbildung eines kontinuierlichen bzw. ununterbrochenen Primärionenstrahls (nicht dargestellt) von der Elektrode 13 in Richtung zu der Gegenelektrode 15 hin beschleunigt werden. In dem Dauerstrahl-Modus wird die Spannungsquelle 43 also derart angesteuert, dass das durch die elektrische Spannung zwischen der Elektrode 13 und der Gegenelektrode 15 hervorgerufene elektrische Feld allein zum Ionisieren des Gases 11 unter Ausbildung eines kontinuierlichen lonenstrahls ausreicht. recorded gas 11 are registered, wherein the thus generated gas ions (forming not shown) to accelerate from the electrode 13 in the direction of the counter electrode 15 to form a continuous or uninterrupted primary ion beam. In the continuous-beam mode, the voltage source 43 is thus controlled in such a way that the electric field produced by the electrical voltage between the electrode 13 and the counterelectrode 15 alone is sufficient for ionizing the gas 11 to form a continuous ion beam.
In dem Pulsstrahl-Modus werden die Spannungsquelle 43 und der Photonenpuls- Generator 47 mittels der Steuereinheit 45 derart angesteuert, dass von der In the pulse-beam mode, the voltage source 43 and the photon pulse generator 47 are controlled by the control unit 45 such that of the
Spannungsquelle 43 unter Ausbildung eines elektrischen Feldes eine Spannung (mit einem von Null verschiedenen Betrag) zwischen die Elektrode 13 und die Voltage source 43 to form an electric field, a voltage (with a non-zero amount) between the electrode 13 and the
Gegenelektrode 15 angelegt wird, und dass zugleich von dem Photonenpuls- Generator 47 Photonenpulse 49 erzeugt und in das von dem elektrischen Feld durchsetzte Gas 11 eingetragen werden. Im Unterschied zum Dauerstrahl-Modus wird jedoch im Pulsstrahl-Modus die Spannungsquelle 43 mittels der Steuereinheit 45 derart angesteuert, dass das durch die elektrische Spannung zwischen derCounter electrode 15 is applied, and that at the same time photon pulses 49 are generated by the photon pulse generator 47 and are introduced into the gas 11 penetrated by the electric field. In contrast to the continuous-beam mode, however, in the pulse-beam mode, the voltage source 43 is controlled by the control unit 45 in such a way that the voltage caused by the voltage between the
Elektrode 13 und der Gegenelektrode 15 hervorgerufene elektrische Feld allein nicht zum Ionisieren des Gases 11 unter Ausbildung eines kontinuierlichen lonenstrahls ausreicht. Im Pulsstrahl-Modus ist der Betrag der zwischen der Elektrode 13 und der Gegenelektrode 15 anliegenden Spannung kleiner als im Dauerstrahl-Modus. Im Pulsstrahl-Modus kann die Spannung derart eingestellt werden, dass durch das von der Spannung hervorgerufene elektrische Feld allein keine Ionisierung des Gases 11 erfolgt. Im Pulsstrahl-Modus erfolgt eine Ionisation des Gases 11 mittels Eintrags von Photonenpulsen 49 in das von dem elektrischen Feld durchsetzte und angeregte Gas 11 unter Ausbildung von lonenpulsen 5. Im Pulsstrahl-Modus erfolgt somit eine Ionisierung des Gases 11 durch die Kombination der Anregung des Gases 11 durch die zwischen der Elektrode 13 und der Gegenelektrode 15 anliegende elektrische Spannung mit der gleichzeitigen Anregung des Gases 11 durch den Eintrag von Photonenpulsen 49. Dabei wird von jedem Photonenpuls 49 ein lonenpuls 5 generiert, sodass im Pulsstrahl-Modus von der lonenquelle 3 ein gepulster lonenstrahl 5 erzeugt wird, wobei die Pulsdauer der lonenpulse 5 im Wesentlichen der Pulsdauer der Photonenpulse 49 entspricht (in Figur 1 ist jeder Photonenpuls durch einen Strich des gepulsten Photonenstrahls 49 und jeder lonenpuls durch einen Strich des gepulsten lonenstrahls 5 veranschaulicht, wobei zur Electrode 13 and the counter electrode 15 caused electric field alone is not sufficient to ionize the gas 11 to form a continuous ion beam. In the pulse-beam mode, the amount of voltage applied between the electrode 13 and the counter electrode 15 is smaller than in the continuous-beam mode. In the pulse-beam mode, the voltage can be adjusted such that no ionization of the gas 11 takes place by the electric field caused by the voltage alone. In the pulse beam mode, an ionization of the gas 11 takes place by introducing photon pulses 49 into the excited and excited by the electric field gas 11 to form ion pulses 5. In the pulse-beam mode thus takes place an ionization of the gas 11 by the combination of the excitation of the gas 11 by the voltage applied between the electrode 13 and the counter electrode 15 electrical voltage with the simultaneous excitation of the gas 11 by the entry of photon pulses 49. In this case, an ion pulse of each photon pulse 49 is the fifth generated so that in the pulse beam mode of the ion source 3, a pulsed ion beam 5 is generated, wherein the pulse duration of the ion pulses 5 substantially corresponds to the pulse duration of the photon pulses 49 (in Figure 1, each photon pulse through a dash of the pulsed photon beam 49 and each ion pulse through illustrates a dash of the pulsed ion beam 5, wherein the
Veranschaulichung die Strichlänge jeweils der Pulsdauer entspricht). Illustrating the stroke length corresponds in each case to the pulse duration).
Als Beispiel können mittels des Photonenpuls-Generators 47 zeitlich kurze As an example, by means of the photon pulse generator 47 temporally short
Photonenpulse mit einer Dauer von weniger als 1 ns erzeugt werden. Es entsteht ein zeitlich sehr kurzer lonenpuls mit einer vergleichbaren Pulsdauer, der durch die lonenoptik lateral auf einen Fokuspunkt von wenigen Nanometern fokussiert werden kann und über die Oberfläche des Untersuchungsobjekts 21 gerastert werden kann. Die Flugzeit der Primärionen von der lonenquelle 7 bis zur Oberfläche des Photon pulses are generated with a duration of less than 1 ns. The result is a temporally very short ion pulse with a comparable pulse duration, which can be laterally focused by the ion optics to a focal point of a few nanometers and can be scanned over the surface of the examination object 21. The time of flight of the primary ions from the ion source 7 to the surface of the
Untersuchungsobjekts 21 ist aufgrund der hohen Energieschärfe des Object to be examined 21 is due to the high energy sharpness of the
lonenmikroskops und der geringen Strahlaufweitung im Wesentlichen konstant. Ion microscope and the low beam expansion substantially constant.
Sowohl im Dauerstrahl-Modus als auch im Pulsstrahl-Modus kann das Both in continuous-wave mode and in pulse-beam mode, the
lonenmikroskop 1 auf bekannte Art und Weise zur Bildgebung mittels des Ion microscope 1 in a known manner for imaging by means of
Sekundärelektronen-Detektors 41 ausgebildet sein, z.B. indem die Ausbeute an Sekundärelektronen gemessen wird um ein Abbild der Oberfläche des Secondary electron detector 41 may be formed, e.g. by measuring the yield of secondary electrons to obtain an image of the surface of the
Untersuchungsobjekts zu erhalten. Darüber hinaus ist das lonenmikroskop 1 zur Analyse des Untersuchungsobjekts 1 mittels des Wechselwirkungsteilchen-Detektors 39 im Pulsstrahl-Modus ausgebildet. Im Pulsstrahl-Modus kann von einem in die Ionisationskammer 7 eingebrachten Photonenpuls 49 ein lonenpuls 5 generiert werden, und durch das Auftreffen dieses lonenpulses 5 auf dem Untersuchungsobjekt 21 werden Wechselwirkungsteilchen in Form von rückgestreuten Primärteilchen und/oder gesputterten Sekundärteilchen generiert. Das lonenmikroskop 1 kann z.B. derart ausgebildet sein, dass im  To receive the examination object. Moreover, the ion microscope 1 for analyzing the examination subject 1 is formed by the interaction particle detector 39 in the pulse beam mode. In the pulse beam mode, an ion pulse 5 can be generated by a photon pulse 49 introduced into the ionization chamber 7, and interaction particles in the form of backscattered primary particles and / or sputtered secondary particles are generated by the impingement of this ion pulse 5 on the examination object 21. The ion microscope 1 may be e.g. be designed such that in
Pulsstrahl-Modus von jedem in die Ionisationskammer 7 eingebrachten Pulsed beam mode of each introduced into the ionization chamber 7
Photonenpuls 49 ein lonenpuls 5 generiert wird. Einige der Wechselwirkungsteilchen treffen auf den Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 auf und werden von diesem erfasst bzw. detektiert. Die Steuereinheit 45 ist mit dem Photonenpuls-Generator 47 und dem Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 verbunden. Das lonenmikroskop 1 ist mittels der Steuereinheit 45 zum Erfassen der Zeitspanne (auch als Mess- Zeitspanne bezeichnet) ausgebildet, die zwischen einem Photonenpuls 49 und dem Erfassen der Wechselwirkungsteilchen, die von dem mittels dieses Photonenpulses erzeugten lonenpuls 5 generiert werden, durch den Detektor 39 vergeht. Das lonenmikroskop 1 ist also zum Erfassen der zwischen einem Photonenpuls 49 und dem Detektieren der dadurch generierten Wechselwirkungsteilchen durch den Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 liegenden Zeitspanne als Mess-Zeitspanne ausgebildet. Photon pulse 49, an ion pulse 5 is generated. Some of the interaction particles strike and are detected by the interaction particle detector 39. The control unit 45 is connected to the photon pulse generator 47 and the interaction particle detector 39. The ion microscope 1 is formed by means of the control unit 45 for detecting the period of time (also referred to as measurement period) passing between the detector 39 between a photon pulse 49 and the detection of the interaction particles generated by the ion pulse 5 generated by this photon pulse , The ion microscope 1 is thus designed to detect the period of time lying between a photon pulse 49 and the detection of the interaction particles generated thereby by the interaction particle detector 39 as a measurement time span.
Als Beispiel ist das lonenmikroskop mittels der Steuereinheit 45 zum Erfassen der Zeitspanne zwischen dem Erzeugen eines Photonenpulses 49 und dem Auftreffen der dadurch generierten Wechselwirkungsteilchen auf dem Detektor 39 ausgebildet. Die Steuereinheit 45 ist sowohl mit dem Photonenpuls-Generator 47 als auch mit dem Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 verbunden und derart ausgebildet, dass von ihr sowohl der Zeitpunkt (des Auslösens bzw. Erzeugens) eines Photonenpulses durch den Photonenpuls-Generator 47 als auch die Zeitpunkte des Auftreffens der dadurch generierten Wechselwirkungsteilchen auf dem Detektor 39 erfasst werden können, sodass mittels der Steuereinheit 45 auch die dazwischen liegende Mess- Zeitspanne erfasst werden kann. As an example, the ion microscope is formed by means of the control unit 45 for detecting the time span between the generation of a photon pulse 49 and the impact of the interaction particles generated thereby on the detector 39. The control unit 45 is connected both to the photon pulse generator 47 and to the interaction particle detector 39 and is designed such that both the time (of generation) of a photon pulse by the photon pulse generator 47 and the times of the photon pulse generator 47 Impact of the interaction particles generated thereby can be detected on the detector 39, so that by means of the control unit 45 and the intermediate measuring period can be detected.
Das lonenmikroskop 1 ist zudem derart ausgebildet, dass von ihm basierend auf der erfassten Mess-Zeitspanne (zwischen einem Photonenpuls und dem Erfassen der dadurch generierten Wechselwirkungsteilchen durch den Detektor 39) die Flugzeit ermittelt werden kann, welche die Wechselwirkungsteilchen zum Zurücklegen der Strecke zwischen dem Objektbereich 19 (bzw. dem Untersuchungsobjekt 21 ) und dem Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 benötigen. Als Beispiel ist das The ion microscope 1 is also designed in such a way that it can determine the time of flight, which determines the interaction particles for covering the distance between the object region, based on the detected measuring period (between a photon pulse and the detection of the interaction particles generated thereby by the detector 39) 19 (or the examination object 21) and the interaction particle detector 39 need. As an example, that is
lonenmikroskop 1 zum Ermitteln der Wechselwirkungsteilchen-Flugzeit ausgebildet, indem von der erfassten Mess-Zeitspanne die bekannte Flugzeit der Primärionen von der lonenquelle 3 bis zum Untersuchungsobjekt 21 und ggf. ein auf die Ion microscope 1 for determining the interaction particle flight time formed by the known time of flight of the primary ions from the ion source 3 to the object to be examined 21 and possibly on the
Auswerteelektronik zurückgehender Zeitanteil abgezogen wird. Indem von dem lonenmikroskop 1 die Wechselwirkungsteilchen-Flugzeiten erfassbar sind, kann das mittels des lonenmikroskops 1 eine Flugzeitspektrometrie, z.B. eine Rückstreu- Flugzeitspektrometrie, durchgeführt werden. Evaluation is deducted declining time portion. By detecting the interaction particle flight times of the ion microscope 1, the By means of the ion microscope 1, a time-of-flight spectrometry, for example a backscatter time-of-flight spectrometry, can be carried out.
Mittels der Ausblendvorrichtung 29 kann der Primarionenstrahl 5 und somit z.B. ein Teil jedes lonenpulses aus dem Objektbereich 19 ausgeblendet werden, wodurch z.B. die zeitliche Dauer der auf dem Objektbereich 19 auftreffenden lonenpulse 5 verkürzt werden kann und/oder die lonenpulse nach unterschiedlichen Elementen und/oder Ladungszuständen gefiltert werden können. Die Ausblendvorrichtung 29 weist die Ablenkeinheit 31 und die Blende 33 auf. Die Ablenkeinheit 31 ist zum Ablenken des Primärionenstrahls 5 mittels eines By means of the masking device 29, the primary ion beam 5 and thus e.g. a portion of each ion pulse are faded out of the object area 19, whereby e.g. the time duration of the ion pulses 5 impinging on the object region 19 can be shortened and / or the ion pulses can be filtered according to different elements and / or charge states. The masking device 29 has the deflection unit 31 and the diaphragm 33. The deflection unit 31 is for deflecting the primary ion beam 5 by means of a
elektrischen Feldes ausgebildet. Als Beispiel ist die Ablenkeinheit 31 ein formed electric field. As an example, the deflection unit 31 is a
Kondensator, in dem mittels Anlegens einer elektrischen Spannung ein elektrisches Feld erzeugbar ist, mittels dessen der Primarionenstrahl 5 abgelenkt werden kann. Die Blende 33 weist eine Blendenöffnung und einen Abschirmabschnitt auf. Die Blende 33 ist derart angeordnet, dass der Primarionenstrahl 5 durch die Capacitor in which an electrical field can be generated by applying an electrical voltage, by means of which the primary ion beam 5 can be deflected. The diaphragm 33 has an aperture and a shielding portion. The diaphragm 33 is arranged such that the primary ion beam 5 through the
Blendenöffnung hindurchtritt und auf den Objektbereich 19 trifft, wenn keine elektrische Spannung an dem Kondensator 31 anliegt. Die Ausblendvorrichtung 29 bzw. deren Kondensator 31 kann mittels der Aperture passes and hits the object area 19 when no electrical voltage is applied to the capacitor 31. The masking device 29 or its capacitor 31 can by means of
Steuereinheit 45 derart angesteuert werden, dass die Ausblendvorrichtung 29 wahlweise in einen Durchlass-Zustand oder in einen Ausblend-Zustand versetzt wird. In dem Durchlass-Zustand liegt keine Spannung an dem Kondensator 31 an, sodass der Primarionenstrahl 5 nicht von dem Kondensator 31 abgelenkt wird und auf den Objektbereich 19 bzw. das Untersuchungsobjekt 21 trifft. In dem Ausblend-Zustand liegt eine Spannung derart an dem Kondensator 31 an, dass der Primarionenstrahl 5 auf den Abschirmabschnitt der Blende gelenkt wird und daher von dem  Control unit 45 are controlled such that the Ausblendvorrichtung 29 is selectively placed in an on state or in a blanking state. In the on-state, no voltage is applied to the capacitor 31, so that the primary ion beam 5 is not deflected by the capacitor 31 and strikes the object region 19 or the examination object 21. In the blanking state, a voltage is applied to the capacitor 31 in such a way that the primary ion beam 5 is directed onto the shielding section of the diaphragm and therefore away from the diaphragm
Abschirmabschnitt geblockt und aus dem Objektbereich 19 ausgeblendet wird. Das lonenmikroskop 1 ist derart ausgebildet, dass der Photonenpuls-Generator 47 mittels der Steuereinheit 45 synchronisiert zu der Ausblendvorrichtung 29 Shielding blocked and hidden from the object area 19. The ion microscope 1 is designed such that the photon pulse generator 47 is synchronized by means of the control unit 45 to the masking device 29
angesteuert werden kann. Das lonenmikroskop 1 ist mittels der Steuereinheit 45 insbesondere zum synchronisierten Ansteuern des Photonenpuls-Generators 47 und der Ausblendvornchtung 29 derart ausgebildet, dass die mittels der Photonenpulse 49 generierten lonenpulse 5 mittels der Ausblendvorrichtung 29 teilweise can be controlled. The ion microscope 1 is by means of the control unit 45 in particular for the synchronized driving of the photon pulse generator 47 and the Ausblendvornchtung 29 formed such that the generated by means of the photon pulses 49 ion pulses 5 by means of the Ausblendvorrichtung 29 partially
ausgeblendet werden, sodass ein Teil jedes lonenpulses 5 mittels der be hidden, so that a part of each ion pulse 5 by means of
Ausblendvorrichtung 29 ausgeblendet wird. Blanking device 29 is hidden.
Die Ausblendvorrichtung 29 kann mittels der Steuereinheit 45 insbesondere derart angesteuert werden, dass ein Teil jedes lonenpulses 5 von der Ausblendeinheit 29 aus dem Objektbereich 19 ausgeblendet wird und der übrige Teil des lonenpulses nicht ausgeblendet wird, sondern zu dem Objektbereich 19 hindurchgelassen wird. Somit weisen die lonenpulse vor Erreichen der Ausblendvorrichtung 29 eine größere Pulsdauer auf als nach Durchlaufen der Ausblendeinrichtung 29, sodass mittels der Ausblendvorrichtung 29 die Pulsdauer der in dem Objektbereich eintreffenden lonenpulse verkürzt werden kann (in Figur 1 , wo jeder lonenpuls durch einen Strich des gepulsten lonenstrahls 5 veranschaulicht ist, veranschaulicht indem die The masking device 29 can be controlled in particular by means of the control unit 45 such that a part of each ion pulse 5 is masked out of the object region 19 by the masking unit 29 and the remaining part of the ion pulse is not masked out, but is transmitted to the object region 19. Thus, the ion pulses have a longer pulse duration before reaching the blanking device 29 than after passing through the blanking device 29, so that the pulse duration of the ion pulses arriving in the object region can be shortened by means of the blanking device 29 (in FIG. 1, where each ion pulse is represented by a dash of the pulsed ion beam 5 illustrated by the
Strichlänge nach Durchlaufen der Ausblendvorrichtung 29 kleiner ist als vor Stroke length after passing through the blanking device 29 is smaller than before
Durchlaufen der Ausblendvorrichtung 29). Passing through the blanking device 29).
Das lonenmikroskop 1 weist ferner optional einen zweiten Photonenpuls-Generator 55 in Form eines gepulsten Lasers 55 auf, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass von ihm auf den Objektbereich 19 gerichtete Photonenpulse 57 in Form von Laserpulsen 57 erzeugt werden können, mittels derer elektrisch neutrale The ion microscope 1 further optionally has a second photon pulse generator 55 in the form of a pulsed laser 55, which is arranged and configured in such a way that photon pulses 57 directed at the object region 19 can be generated in the form of laser pulses 57, by means of which they are electrically neutral
Wechselwirkungsteilchen ionisiert werden können. Die von dem auf den Interaction particles can be ionized. The one of the on the
Objektbereich 19 gerichteten Photonenpuls-Generator 55 erzeugten Photonenpulse 57 werden auch als Nachionisations-Photonenpulse 57 bezeichnet. Die Object area 19 directed photon pulse generator 55 generated photon pulses 57 are also referred to as Nachionisations- photon pulses 57. The
Nachionisations-Photonenpulse 57 werden auf die jeweilige Auftreffposition 35 des Primärionenstahls 5 gerichtet. Post ionization photon pulses 57 are directed to the respective impact position 35 of the primary ion steel 5.
Die Steuereinheit 45 ist auch mit dem zweiten Photonenpuls-Generator 55 The control unit 45 is also connected to the second photon pulse generator 55
verbunden und zum Ansteuern desselben ausgebildet. Die Steuereinheit 45 kann z.B. zum synchronisierten Ansteuern des ersten Photonenpuls-Generators 47 und des zweiten Photonenpuls-Generators 55 derart ausgebildet sein, dass jeweils ein Nachionisations-Photonenpuls 57 und ein lonenpuls 5 zeitlich überlappend in dem Objektbereich 19 auftreffen oder jeweils ein Nachionisations-Photonenpuls 57 in einem vorgegebenen Zeitabstand nach jedem lonenpuls 5 in dem Objektbereich 19 auftrifft. connected and designed to drive the same. The control unit 45 may be designed, for example, for the synchronized activation of the first photon pulse generator 47 and of the second photon pulse generator 55 such that in each case a post-ionization photon pulse 57 and an ion pulse 5 impinge on the object region 19 in overlapping temporal or one after-ionization photon pulse 57 in a predetermined time interval after each ion pulse 5 impinges in the object region 19.
Das lonenmikroskop 1 weist optional eine zwischen dem Objektbereich 19 und dem Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 angeordnete Sekundärionen- Beschleunigungselektrode 59 (z.B. in Form eines Metall- bzw. Drahtgitters) auf. Das lonenmikroskop 1 kann zum Anlegen einer elektrischen Spannung (auch als The ion microscope 1 optionally has a secondary ion accelerating electrode 59 (e.g., in the form of a metal wire mesh) disposed between the object region 19 and the interaction particle detector 39. The ion microscope 1 can be used to apply an electrical voltage (also known as
Sekundärionen-Beschleunigungsspannung bezeichnet) zwischen den Objektbereich 19 und die Sekundärionen-Beschleunigungselektrode 59 derart ausgebildet sein, dass der Objektbereich 19 auf einem höheren elektrischen Potential liegt als die Elektrode 59 und somit die elektrisch positiv geladenen Sekundärionen von dem Objektbereich 19 zu der Elektrode 59 und somit auch in Richtung zu dem Secondary ion accelerating voltage) between the object region 19 and the secondary ion accelerating electrode 59 may be formed such that the object region 19 is at a higher electric potential than the electrode 59 and thus the electrically positively charged secondary ions from the object region 19 to the electrode 59 and thus also towards the
Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 hin beschleunigt werden. Mittels der Sekundärionen-Beschleunigungselektrode 59 können die in Form von Sekundärionen vorliegenden Wechselwirkungsteilchen auf eine der Sekundärionen- Beschleunigungsspannung entsprechende Geschwindigkeit gebracht werden, wodurch mittels des lonenmikroskops 1 eine Sekundärionen- Flugzeitmassenspektrometrie durchgeführt werden kann. In Kombination mit den Nachionisations-Photonenpulsen 57 kann mittels des lonenmikroskops 1 zudem eine Sekundärneutralteilchen-Flugzeitmassenspektrometrie durchgeführt werden. Interaction particle detector 39 are accelerated towards. By means of the secondary ion acceleration electrode 59, the interaction particles present in the form of secondary ions can be brought to a speed corresponding to the secondary ion acceleration voltage, whereby a secondary ion time-of-flight mass spectrometry can be carried out by means of the ion microscope 1. In combination with the after-ionization photon pulses 57, a secondary neutral particle time-of-flight mass spectrometry can also be carried out by means of the ion microscope 1.
Gestreute Primärteilchen und gesputterte Sekundärteilchen können nach Scattered primary particles and sputtered secondary particles can after
Zurücklegen der Flugstrecke von dem Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 (der als Beispiel ein Einzelteilchendetektor sein kann) registriert werden. Durch die Zeit zwischen dem primärionengenerierenden Photonenpuls (Z.B. Auslösung desselben) und Registrierung der Teilchen durch den Detektor 39 kann auf die Masse bzw. Energie der Teilchen geschlossen werden. Um eine eindeutige Bestimmung zu ermöglichen, muss dabei jedoch entweder die Masse oder die Energie des Teilchens bekannt sein. Bei der Rückstreuspektrometrie ist die Masse bekannt während zur Sekundärionenspektrometrie die gesputterten Sekundärionen mit Hilfe der Covering the flight path from the interaction particle detector 39 (which may be an individual particle detector, for example). By the time between the primary ion generating photon pulse (e.g., triggering thereof) and registration of the particles by the detector 39, one can infer the mass of the particles. However, in order to enable a clear determination, either the mass or the energy of the particle must be known. In backscatter spectrometry, the mass is known while for secondary ion spectrometry the sputtered secondary ions using the
Sekundärionen-Beschleunigungsspannung auf eine weitestgehend konstante bzw. gleiche Energie beschleunig werden. Das lonenmikroskop 1 kann zudem eine Filtervornchtung (nicht dargestellt) aufweisen, die zur räumlichen Trennung der mittels der Sekundärionen- Beschleunigungselektrode 59 beschleunigten Sekundärionen von den Secondary ion acceleration voltage to a largely constant or the same energy to be accelerated. The ion microscope 1 can also have a filter device (not shown) which is used for the spatial separation of the secondary ions accelerated by means of the secondary ion acceleration electrode 59
Sekundäratomen ausgebildet ist. Da die Sekundärionen elektrisch geladen sind, wohingegen die Sekundäratome elektrisch neutral sind, kann eine derartige räumliche Trennung der Sekundärionen und der Sekundäratome mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes erfolgen, wobei die Filtervorrichtung derart ausgebildet sein kann, dass von ihr in einem aktiven Zustand ein derartiges Feld erzeugt wird und in einem passiven Zustand kein Feld erzeugt wird. Secondary atoms is formed. Since the secondary ions are electrically charged, whereas the secondary atoms are electrically neutral, such a spatial separation of the secondary ions and the secondary atoms can take place by means of an electric and / or magnetic field, wherein the filter device can be configured such that it is in an active state such field is generated and no field is generated in a passive state.
Die Filtervorrichtung kann z.B. derart ausgebildet sein, dass bei aktivem Zustand der Filtervorrichtung ausschließlich die (elektrisch geladenen) Sekundärionen auf den Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 geleitet werden, nicht jedoch die (elektrisch neutralen) Sekundäratome. Für eine derartige Ausgestaltung kann der The filter device may e.g. be formed such that when the active state of the filter device only the (electrically charged) secondary ions are passed to the interaction particle detector 39, but not the (electrically neutral) secondary atoms. For such a configuration, the
Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 z.B. (anders als in Figur 1 dargestellt) derart angeordnet und/oder mittels einer Abschirmvorrichtung abgeschirmt sein, dass der Wechselwirkungsteilchen-Detektor 39 ausgehend von dem Objektbereich 19 nicht über eine geradlinige Flugstrecke erreichbar ist, sondern ausschließlich über eine gekrümmte Flugstrecke, wobei die Filtervorrichtung zum Führen der geladenen Sekundärionen entlang der gekrümmten Flugstrecke ausgebildet ist. Die  Interaction particle detector 39 e.g. (differently than shown in Figure 1) arranged and / or shielded by a shielding device that the interaction particle detector 39 is not accessible from the object area 19 via a rectilinear route, but exclusively over a curved route, the filter device for guiding the charged secondary ions along the curved route is formed. The
Filtervorrichtung kann z.B. ein Reflektron sein. Filter device may be, for example, a reflectron.
Liste der verwendeten Bezugszeichen List of reference numbers used
I lonenmikroskop / lonenmikroskopievorrichtung I ion microscope / ion microscopy device
3 lonenquelle 3 ion source
5 lonenstrahl / lonenpuls 5 ion beam / ion pulse
7 Ionisationskammer  7 ionization chamber
9 Gaszuführvorrichtung  9 gas supply device
I I Gas  I i gas
13 spitzenförmige Elektrode  13 tip-shaped electrode
15 Gegenelektrode 15 counterelectrode
17 Austrittsöffnung  17 outlet opening
19 Objektbereich  19 object area
21 Untersuchungsobjekt  21 examination object
23, 25 ionenoptisches Element  23, 25 ion-optical element
27 Aperturblende 27 aperture diaphragm
29 Ausblendvorrichtung  29 Blanking device
31 Ablenkeinheit der Ausblendvorrichtung  31 Deflection unit of the blanking device
33 Blende der Ausblendvorrichtung  33 Aperture stop aperture
35 Auftreffposition des Primärionenstrahls auf dem Untersuchungsobjekt 37 Bewegung rückgestreuter Primärteilchen und gesputterter  35 Impact position of the primary ion beam on the object under examination 37 Movement of backscattered primary particles and sputtered particles
Sekundärteilchen  offspring
39 Wechselwirkungsteilchen-Detektor  39 Interaction particle detector
41 Sekundärelektronen-Detektor  41 secondary electron detector
43 Spannungsquelle  43 voltage source
45 Steuereinheit / Steuereinrichtung 45 control unit / controller
47 erster Photonenpuls-Generator / gepulster Laser  47 first photon pulse generator / pulsed laser
49 Photonenpuls / Laserpuls  49 photon pulse / laser pulse
51 optischer Eingang / Sichtfenster  51 optical input / viewing window
53 Fokussierlinse  53 focusing lens
55 zweiter Photonenpuls-Generator / gepulster Laser 55 second photon pulse generator / pulsed laser
57 Nachionisations-Photonenpulse / Nachionisations-Laserpulse  57 post ionization photon pulses / post ionization laser pulses
59 Sekundärionen-Beschleunigungselektrode  59 secondary ion accelerating electrode

Claims

Patentansprüche claims
1 . lonenmikroskopievorrichtung, aufweisend: 1 . An ion microscopy device comprising:
eine lonenquelle (3) zum Erzeugen eines lonenstrahls (5), wobei die lonenquelle eine Ionisationskammer (7), eine Gaszuführvorrichtung (9) zum Zuführen eines Gases (11 ) in die Ionisationskammer, eine in der Ionisationskammer angeordnete spitzenförmige Elektrode (13) und eine Gegenelektrode (15) aufweist, und wobei die lonenmikroskopievorrichtung zum Richten des lonenstrahls (5) auf einen  an ion source (3) for generating an ion beam (5), the ion source comprising an ionization chamber (7), a gas supply device (9) for supplying a gas (11) into the ionization chamber, a tip - shaped electrode (13) disposed in the ionization chamber, and Counter electrode (15), and wherein the ion microscopy apparatus for directing the ion beam (5) on a
Objektbereich (19) ausgebildet ist, sodass ein in dem Objektbereich angeordnetes Objekt (21 ) mit dem lonenstrahl bestrahlbar ist, wobei rückgestreute Teilchen des lonenstrahls und/oder gesputterte Teilchen des Objekts als Wechselwirkungsteilchen (37) erzeugbar sind, Object region (19) is formed so that an object (21) arranged in the object region can be irradiated with the ion beam, whereby backscattered particles of the ion beam and / or sputtered particles of the object can be generated as interaction particles (37),
einen Detektor (39) zum Erfassen der Wechselwirkungsteilchen,  a detector (39) for detecting the interaction particles,
eine Spannungsquelle (43) zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen die Elektrode (13) und die Gegenelektrode (15), und  a voltage source (43) for applying an electric voltage between the electrode (13) and the counter electrode (15), and
einen Photonenpuls-Generator (47) zum Erzeugen von Photonenpulsen (49), die auf eine Position in der Ionisationskammer (7) gerichtet sind,  a photon pulse generator (47) for generating photon pulses (49) directed to a position in the ionization chamber (7),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die lonenmikroskopievorrichtung in einem Modus zum Ansteuern der  the ion microscopy device in a mode for driving the
Spannungsquelle (43) und des Photonenpuls-Generators (47) derart ausgebildet ist, dass mittels der Spannungsquelle (43) unter Erzeugung eines die Ionisationskammer (7) und ein darin aufgenommenes Gas durchsetzenden elektrischen Feldes eine elektrische Spannung zwischen die Elektrode (13) und die Gegenelektrode (15) anlegbar ist, und dass mittels des Photonenpuls-Generators (47) Photonenpulse (49) erzeugbar und in die von dem elektrischen Feld durchsetzte Ionisationskammer (7) eintragbar sind, sodass das in der Ionisationskammer (7) aufgenommene Gas (11 ) mittels des elektrischen Feldes anregbar ist und mittels jedes Photonenpulses (49) zumindest ein Teil des angeregten Gases ionisierbar ist, sodass mittels eines Voltage source (43) and the photon pulse generator (47) is designed such that by means of the voltage source (43) generating an ionization chamber (7) and a gas absorbed therein an electric field between the electric field electrode (13) and the Counter electrode (15) can be applied, and that by means of the photon pulse generator (47) photon pulses (49) can be generated and introduced into the penetrated by the electric field ionization chamber (7), so that in the ionization chamber (7) recorded gas (11) can be excited by the electric field and by means of each photon pulse (49) at least a portion of the excited gas is ionizable, so by means of a
Photonenpulses ein lonenpuls erzeugbar ist und somit von der lonenquelle ein gepulster lonenstrahl (5) erzeugbar ist, Photon pulse an ion pulse can be generated and thus from the ion source a pulsed ion beam (5) can be generated,
- wobei die lonenmikroskopievorrichtung zum Erfassen der Zeitspanne zwischen einem Photonenpuls (49) und dem Erfassen der Wechselwirkungsteilchen (37), die von dem mittels dieses Photonenpulses erzeugten lonenpuls (5) generiert sind, durch den Detektor (39) ausgebildet ist. wherein the ion microscopy device is for detecting the time span between a photon pulse (49) and the detection of the interaction particles (37) generated by the ion pulse (5) generated by means of this photon pulse, is formed by the detector (39).
2. lonenmikroskopievorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Photonenpuls- Generator (47) zum Erzeugen von Laserpulsen als Photonenpulsen (49) ausgebildet ist. 2. An ion microscopy device according to claim 1, wherein the photon pulse generator (47) is designed to generate laser pulses as photon pulses (49).
3. lonenmikroskopievorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die 3. An ion microscopy device according to claim 1 or 2, wherein the
lonenmikroskopievorrichtung in dem Modus zum Ansteuern der Spannungsquelle (43) derart ausgebildet ist, dass das durch die elektrische Spannung zwischen der Elektrode (13) und der Gegenelektrode (15) hervorgerufene elektrische Feld nicht zum Ionisieren des Gases (11 ) unter Ausbildung eines kontinuierlichen lonenstrahls ausreicht. is formed in the mode for driving the voltage source (43) such that the electrical field caused by the electrical voltage between the electrode (13) and the counter electrode (15) is not sufficient for ionizing the gas (11) to form a continuous ion beam ,
4. lonenmikroskopievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die lonenmikroskopievorrichtung zum Ermitteln der Flugzeit, welche die 4. An ion microscopy device according to any one of claims 1 to 3, wherein the ion microscopy device for determining the time of flight, which the
Wechselwirkungsteilchen (37) zum Zurücklegen der Strecke zwischen dem  Interaction particle (37) for covering the distance between the
Objektbereich (19) und dem Detektor (39) benötigen, basierend auf der erfassten Zeitspanne ausgebildet ist. Object area (19) and the detector (39) need to be formed based on the detected period of time.
5. lonenmikroskopievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend eine Ausblendvorrichtung (29), die im Strahlengang des lonenstrahls (5) angeordnet und zum Ausblenden des lonenstrahls aus dem Objektbereich (19) ausgebildet ist, wobei die lonenmikroskopievorrichtung zum synchronisierten 5. An ion microscopy device according to one of claims 1 to 4, further comprising a masking device (29) which is arranged in the beam path of the ion beam (5) and designed to hide the ion beam from the object region (19), wherein the ion microscopy device for synchronized
Ansteuern des Photonenpuls-Generators (47) und der Ausblendvorrichtung (29) ausgebildet ist. Controlling the photon pulse generator (47) and the Ausblendvorrichtung (29) is formed.
6. lonenmikroskopievorrichtung nach Anspruch 5, wobei die 6. An ion microscopy device according to claim 5, wherein the
lonenmikroskopievorrichtung zum synchronisierten Ansteuern des Photonenpuls- Generators (47) und der Ausblendvorrichtung (29) derart ausgebildet ist, dass die durch die Photonenpulse (49) generierten lonenpulse (5) mittels der Lonenmikroskopievorrichtung for synchronized driving of the photon pulse generator (47) and the Ausblendvorrichtung (29) is designed such that the generated by the photon pulses (49) ion pulses (5) by means of
Ausblendvorrichtung (29) teilweise ausblendbar sind. Blanking device (29) are partially ausblendbar.
7. lonenmikroskopievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die lonenmikroskopievorrichtung zum Erzeugen von auf den Objektbereich (19) gerichteten Photonenpulsen (57) ausgebildet ist. 7. An ion microscopy device according to any one of claims 1 to 6, wherein the Ion microscopy device for generating on the object area (19) directed photon pulses (57) is formed.
8. lonenmikroskopievorrichtung nach Anspruch 7, wobei die 8. An ion microscopy device according to claim 7, wherein the
lonenmikroskopievorrichtung zum Erzeugen von auf den Objektbereich (19) gerichteten Photonenpulsen (57) derart ausgebildet ist, dass jeweils ein Ion microscopy apparatus for generating on the object region (19) directed photon pulses (57) is formed such that in each case one
Photonenpuls (57) und ein lonenpuls (5) zeitlich überlappend in dem Objektbereich (19) auftreffen oder jeweils ein Photonenpuls (57) in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand nach jedem lonenpuls (5) in dem Objektbereich (19) auftrifft. Photon pulse (57) and an ion pulse (5) overlap temporally overlapping in the object area (19) or each a photon pulse (57) at a predetermined time interval after each ion pulse (5) in the object area (19) impinges.
9. lonenmikroskopievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend eine Beschleunigungselektrode (59), wobei die 9. An ion microscopy device according to any one of claims 1 to 8, further comprising an accelerating electrode (59), wherein the
lonenmikroskopievorrichtung zum Anlegen einer Beschleunigungsspannung zwischen den Objektbereich (19) und die Beschleunigungselektrode (59) derart ausgebildet ist, dass der Objektbereich (19) auf einem höheren elektrischen Potential liegt als die Beschleunigungselektrode (59). An ion microscopy device for applying an acceleration voltage between the object region (19) and the acceleration electrode (59) is formed such that the object region (19) is at a higher electric potential than the acceleration electrode (59).
10. lonenmikroskopievorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend eine Filtervorrichtung, die zur räumlichen Trennung von 10. An ion microscopy device according to claim 1, further comprising a filter device for spatially separating
Wechselwirkungs-Teilchen mit unterschiedlichen elektrischen Ladungen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet ist. Interaction particles with different electrical charges by means of an electric and / or magnetic field is formed.
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