DE1190226B - Roentgenstrahl-Mikroanalysator - Google Patents

Roentgenstrahl-Mikroanalysator

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DE1190226B
DE1190226B DEK48422A DEK0048422A DE1190226B DE 1190226 B DE1190226 B DE 1190226B DE K48422 A DEK48422 A DE K48422A DE K0048422 A DEK0048422 A DE K0048422A DE 1190226 B DE1190226 B DE 1190226B
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Germany
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anticathode
electron beam
rays
angle
ray
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Pending
Application number
DEK48422A
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English (en)
Inventor
Shogo Shirai
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Akashi Seisakusho KK
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Akashi Seisakusho KK
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Publication date
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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
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
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    • G01N23/225Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
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Description

  • Röntgenstrahl-Mikroanalysator Die Erfindung betrifft einen verbesserten Röntgenstrahl-Mikroanalysator, der zur Messung der Kristallstruktur an einer kleinen Stelle eines Metalls durch Röntgenbeugung geeignet ist.
  • Ein Röntgenstrahl-Mikroanalysator ist ein Instrument zur Feststellung der chemischen Zusammensetzung an einer bestimmten Stelle der Oberfläche eines Metalls dadurch, daß man einen außerordentlich dünnen Elektronenstrahl auf die betreffende Stelle richtet und die Wellenlängen und Intensitäten der von dieser Stelle ausgehenden charakteristischen Röntgenstrahlung mißt. Bisher wurde hierzu so vorgegangen, daß man den Elektronenstrahl senkrecht auf die Probe auffallen läßt und die Wellenlängen der emittierten Röntgenstrahlen in einem kleinen Winkel zur Oberfläche der Probe (z. B. 100) mißt.
  • Da aber bei dieser Methode die Polschuhe der magnetischen Kondensorlinse zur Konzentration des Elektronenstrahls unmittelbar vor der als Antikathode dienenden Probe angebracht werden müssen, ist praktisch der nutzbare Beugungswinkel der Röntgenstrahlen noch stärker beschränkt. Ferner werden infolge der zahlreichen kleinen Oberflächenunebenheiten der Probe infolge örtlicher Härteunterschiede des Materials Röntgenstrahlen abgeschirmt, wodurch Beobachtungsfehler auftreten. Dies gilt besonders, wenn der Elektronenstrahl auf einen vertieften Teil der Probe gerichtet wird. In diesem Falle werden die unter einem kleinen Winkel gegen die Probenoberfläche emittierten Röntgenstrahlen sehr stark in der Probe absorbiert. Da andererseits die Intensität der kontinuierlichen Röntgenstrahlung (Bremsstrahlung), welche die Messung nur stört, ihr Maximum senkrecht zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls erreicht, wird der Störabstand der Spektralanalyse verschlechtert.
  • Um diese Nachteile zu vermeiden, ist der erfindungsgemäße Röntgenstrahl-Mikroanalysator dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der zu analysierenden Antikathode und der Kondensorlinse für den Elektronenstrahl unmittelbar vor der Antikathode eine Elektronenstrahl-Ablenkvorrichtung befindet. und daß die Richtung der zur Messung herangezogenen, emittierten Röntgenstrahlung mit der Oberfläche der Antikathode etwa einen rechten Winkel bildet.
  • Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin ist F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungform der Erfindung, Fig.2 eine Teilansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3, 4 und 5 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Erflndungsprinzips.
  • Gemäß Fig. 1 wird ein Elektronenstrahl e von einer Elektronenkanone ausgesandt, die in bekannter Weise aus Kathode 1, Wehneltzylinder 2 und Beschleunigungsanode 3 besteht. Eine erste magnetische Linse mit den Polschuhen 5 und den Spulen 4 ergibt den Überkreuzungspunkt p, woraufhin der Elektronenstrahl eine zweite magnetische Sammellinse durchläuft, die aus den Spulen 6 mit den Polschuhen 7 besteht. Unmittelbar hinter dieser Linse befindet sich erfindungsgemäß eine Ablenkvorrichtung 8, die aus zwei parallelen sektorförmigen ebenen Polschuhen beiderseits des Elektronenstrahls besteht. Schließlich gelangt der Elektronenstrahl auf die zu untersuchende Antikathode 9. Nach dem Durchgang durch die zweite Sammelinse erfährt der Elektronenstrahl e in der Ablenkvorrichtung 8 wegen des senkrecht zu seiner Richtung verlaufenden homogenen Magnetfeldes zwischen den Polschuhen der Ablenkvorrichtung eine Ablenkung in einer Ebene parallel zu den Flächen der Polschuhe und seine Überkreuzungsstelle q befindet sich infolgedessen seitlich von der Achse z der Elektronenlinse. Wenn also die Antikathode 9 an dieser Stelle angebracht wird und ihre zu untersuchende Fläche 10 parallel oder in einem geeigneten Winkel zur Achse z gestellt wird, so kann der Elektronenstrahl e unter einem verhältnismäßig großen Winkel von z. B. 60 bis 900 auf die Oberfläche gerichtet werden und bildet trotzdem einen kleinen Brennfleck an der Auftreffstelle. Da die Oberfläche 10 etwa parallel oder unter einem kleinen Winkel gegen die Achse z geneigt ist, ist die Richtung des Lotes y im Auftreffpunkt weitgehend unbehindert, ohne daß die Polschuhe oder Spulen der zweiten Sammellinse störend in Erscheinung treten.
  • Wenn somit ein zur spektroskopischen Auswertung dienender Kristall 11 in Richtung des Lotes y angebracht wird, so können die von der Antikathode senkrecht zu ihrer Oberfläche ausgesandten Röntgenstrahlen x unbehindert auf den Kristall 11 auftreffen. Verschiebt man den Kristall 11 in Richtung des Lotes y, wie es durch die Pfeile g angedeutet ist, und dreht man gleichzeitig den Kristall 11 und die Meßvorrichtung 12 um die Mittelachse des Kristalls, wie es durch die Pfeile h und i angedeutet ist, so gelangen die charakteristischen Röntgenstrahlen, die von der Oberfläche der Antikathode 9 ausgehen, auf die Meßvorrichtung. An die Meßvorrichtung 12 sind beispielsweise ein Verstärker 13, ein Zählrohr 14 und ein Registriergerät 15 angeschlossen, so daß eine quantitative Analyse durchgeführt werden kann.
  • Einige der auf die Antikathode auftreffenden Elektronenstrahlen werden an der Oberfläche derselben reflektiert bzw. gebeugt. Die gebeugten Elektronenstrahlen f verlassen die Antikathode unter kleinem Winkel gegen die z-Achse. Auch in dieser Richtung sind aber weder Polschuhe noch andere Hindernisse vorhanden, weshalb die Analyse dadurch vervollständigt werden kann, daß man das Elektronenbeugungsspektrum mittels der photographischen Platte 16 gleichzeitig aufnimmt.
  • Bringt man die Antikathode 9 in entsprechender räumlicher Orientierung an, so kann der Elektronenstrahl auch senkrecht auf die Oberfläche 10 auffallen. In diesem Falle ist es möglich, die charakteristische Röntgenstrahlung rechtwinklig zur Beobachtungsfläche durch den Raum zwischen den magnetischen Polschuhen der Ablenkvorrichtung zu beobachten. Statt dessen kann auch eine elektrostatische Ablenkvorrichtung Verwendung finden. Um ferner die Bildfehler infolge der Ablenkung zu verringern, können gemäß Fig. 2 zwei hintereinandergeschaltete Ablenkvorrichtungen 8' und 8" Verwendung finden, die entgegengesetzte Ablenkungen erzeugen, so daß der Gesamtablenkwinkel auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden kann.
  • Die Vorteile der Erfindung gegenüber der bekannten Anordnung werden nun an Hand von F i g. 3 bis 5 im einzelnen erläutert. Auch wenn die Oberfläche der Antikathode glatt poliert ist, sind örtliche Strukturunterschiede gemäß 17 und 18 in F i g. 3 vorhanden, die zu kleinen Unebenheiten infolge der Härteunterschiede führen. Wenn man zur Untersuchung des Materials im tiefer gelegenen Teil 19 den Elektronenstrahl e' senkrecht auf die Antikathode auffallen läßt und die emittierten Röntgenstrahlen x' unter einem kleinen Winkel ß' zur Oberfläche untersucht, so ergibt sich ein gewisser Meßfehler, weil die Röntgenstrahlen teilweise durch die Seitenwand des vertieften Teils aufgefangen werden.
  • Wenn dagegen erfindungsgemäß sowohl der Einfallswinkel os des Elektronenstrahls e als auch der Abstrahlungswinkel ß der untersuchten Röntgensrahlen x um 909 liegen, so können die erwähnten Nachteile vermieden werden.
  • In Fig.4 ist die Richtungsverteilung der durch den Aufprall eines senkrecht auf die Oberfläche 10 auftreffenden Elektronenstrahls e erzeugten Röntgenstrahlen dargestellt. Die charakteristische Röntgenstrahlung hängt in ihrer Zusammensetzung vom Material der Beobachtungsfläche ab, zeigt aber keine Richtungsabhängigkeit, wie die Intensitätsverteilungskurve s angibt. Die Intensität ist also in allen Richtungen nahezu dieselbe. Dagegen erreicht die Intensität der Bremsstrahlung ihr Maximum senkrecht zur Auftreffrichtung des Elektronenstrahls e, wie es durch die Kurve t angegeben ist. Trifft also der Elektronenstrahl senkrecht auf die Antikathode auf und werden die Röntgenstrahlen x' unter einem kleinen Winkel lS' abgenommen, so ist das Intensitätsverhältnis der charakteristischen Röntgenstrahlung j' zur Bremsstrahlung k' klein, und es ergibt sich ein geringer Störabstand, was die Messung erheblich erschwert. Ist dagegen erfindungsgemäß der Winkel a-;S zwischen Elektronenstrahl e und abgenommenem Röntgenstrahl x klein, so wird das Verhältnis der Intensitäten j und k größer, und es kann eine sehr genaue Messung vorgenommen werden.
  • F i g. 5 zeigt den Einfluß der Eindringtiefe auf das Meßergebnis. Wenn der \Vinkd ß' gegen die Oberfläche 10 klein ist, so ergibt sich eine große Strecke 1' innerhalb des Körpers. die von den an einem Punkt v in einem gewissen Abstand I von der Oberfläche erzeugten Röntgenstrahlen zurückgelegt wird.
  • Damit ist wegen der Dämpfungswirkung die Intensität dieser Röntgenstrahlen stark geschwächt. Erfindungsgemäß können dagegen die Röntgenstrahlen x nahezu senkrecht zur Oberfläche 10 abgenommen werden, weshalb nur die Strecke I von den im Inneren erzeugten Röntgenstrahlen zurückgelegt werden muß und die Intensität entsprechend gesteigert ist. Damit läßt sich die Genauigkeit der quantitativen Analyse wesentlich verbessern.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Röntgenstrahl-Mikroanalysator, d a du r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß zwischen der zu untersuchenden Antikathode (9) und der Elektronensammellinse (7) unmittelbar vor der Antikathode eine Ablenkvorrichtung (8) für den Elektronenstrahl angeordnet ist und daß die Richtung der zur Untersuchung herangezogenen, von der Antikathode ausgehenden charakteristischen Röntgenstrahlung mit der Oberfläche (10) der Antikathode einen Winkel von etwa 900 bildet.
DEK48422A 1961-12-09 1962-12-10 Roentgenstrahl-Mikroanalysator Pending DE1190226B (de)

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JP1190226X 1961-12-09

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DEK48422A Pending DE1190226B (de) 1961-12-09 1962-12-10 Roentgenstrahl-Mikroanalysator

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DE (1) DE1190226B (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0263876A1 (de) * 1986-04-09 1988-04-20 Varian Associates, Inc. Ionenstrahlabtastverfahren und vorrichtung
US4922106A (en) * 1986-04-09 1990-05-01 Varian Associates, Inc. Ion beam scanning method and apparatus
US6661016B2 (en) 2000-06-22 2003-12-09 Proteros, Llc Ion implantation uniformity correction using beam current control

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