DE1297897B

DE1297897B - Vorrichtung zur Analyse einer Probe durch Bombardieren mit Teilchen

Info

Publication number: DE1297897B
Application number: DE1963C0031515
Authority: DE
Inventors: Slodzian Georges; Castaing Raymond
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Thales SA
Priority date: 1962-11-28
Filing date: 1963-11-27
Publication date: 1969-06-19
Also published as: GB1038220A; FR1349302A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Schicht werden selektiv von den negativ aufgeladenen zur Analyse einer Probe durch Bombardieren mit Bereichen der Probe unter Ausschluß der übrigen Teilchen, die die Emission von kennzeichnenden Bereiche angezogen und löschen deren Ladungen. Ionen durch die Probe auslösen, mit einer Ionen- Dadurch können die noch vorhandenen negativen optik, welche die emittierten Ionen zu einem ein 5 Ladungen völlig beseitigt werden.
Bild der Probenoberfläche erzeugenden Bündel Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an

fokussiert. einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt

Zur Durchführung der Mikroanalyse einer Probe F i g. 1 ein Prinzipschema der erfindungsgemäßen

ist es bekannt, ein Ionenstrahlsystem zu verwenden, Vorrichtung und

das positive Ionen aussendet und die Probe damit io Fig. 2 eine Einzelheit der Vorrichtung von Fig. 1. bombardiert. Diese positiven Ionen reißen aus der F i g. 1 zeigt die zu analysierende Probe 1. Diese

Oberfläche der Probe Sekundärionen, die von einer Probe kann aus Isoliermaterial bestehen und wird Korpuskularoptik aufgefangen werden, welche zur mittels eines Strahlsystems 2 bombardiert.
Erzeugung eines Bildes dieser Oberfläche geeignet ist. Das Strahlsystem 2 enthält eine Ionenquelle 20,

Durch geeignete Filterung der verschiedenen Korn- 15 die positive Ionen (beispielsweise Argon-Ionen) ponenten des Bildes ist es möglich, automatisch eine emittiert, eine Membran 21 und einen Kondensor 22. Karte der Verteilung der verschiedenen die Probe In dem Weg des Strahls ist ein Gefäß 23 angeordnet, bildenden Elemente oder Isotopen auf der Ober- das mit einem Gas unter niedrigem Druck gefüllt fläche der bombardierten Probe zu erhalten. ist. Dieses Gas kann beispielsweise von gleicher Art

Dieses bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, ao wie das in der Ionenquelle verwendete Gas sein. Der daß es sich bei elektrisch schlecht leitenden Proben Druck liegt in der Größenordnung von einigen nur schwierig anwenden läßt. Derartige Proben laden Tausendstel Millimeter Quecksilbersäule. Die Länge sich nämlich unter dem Anprall des Primärionen- des Gefäßes beträgt einige Zentimeter. Das Gefäß Strahls auf ein hohes positives Potential auf, weil ist mit einer Eingangsöffnung 231 und einer Ausdie Zahl der abgegebenen Sekundärionen kleiner als 25 gangsöffnung 232 versehen. Die in das Gefäß eindie Zahl der aufgefangenen Primärionen ist. tretenden Ionen reißen durch Austausch ein Elektron

Die Zielfläche stößt dann den auftreffenden Strahl aus den Gasatomen, ohne daß sie merklich von ab. Dies hat zur Folge, daß das Ausgangspotential ihrer Bahn abweichen, und sie werden dadurch neuder Sekundärionen schlecht definiert ist, selbst wenn tralisiert.

einige Primärionen die Probe erreichen können. 30 F i g. 2 zeigt eine Anordnung, welche zur Beseiti-Dieses Ausgangspotential ändert sich von Punkt zu gung der restlichen Ionen verwendet werden kann. Punkt auf der Auftrefffläche in Abhängigkeit von der Zu diesem Zweck sind am Ausgang des Gefäßes ein elektrischen Leitfähigkeit und dem örtlichen Sekun- Ablenksystem 30 und eine Falle 34 angeordnet,
därionenemissionskoeffizient. Die Ionen werden beispielsweise auf ICTkV be-

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer 35 schleunigt. Die Elektrode 24 liegt an Masse, während Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, bei wel- die Probe auf + 3500 V gegenüber Masse liegt. Das eher dieser Nachteil beseitigt ist. elektrostatische Feld zwischen der Probe 1 und der

Nach der Erfindung wird dies erreicht durch eine Elektrode 24 übt keine Wirkung auf die neutralen Einrichtung zur Erzeugung eines auf die Probe ge- Atome aus, welche daher durch die Elektrode hinrichteten Bündels elektrisch neutraler Atome. 40 durchgehen und mit großer Geschwindigkeit auf der Die Einrichtung zur Erzeugung des Atomstrahl- Auftrefffläche der Probe 1 ankommen, aus welcher bündeis weist zweckmäßig eine Ionenquelle, eine sie positive Ionen herausreißen.
Fokussierungseinrichtung und ein im Weg des fokus- Diese werden mittels der Ionenoptik 24,25, 26 sierten Ionenbündels angeordnetes, ein Gas enthal- beschleunigt und so gebündelt, daß sie ein Bild der tendes Gefäß auf. 45 Oberfläche der Probe erzeugen. Eine hierfür ge-Die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum eignete Optik ist beispielsweise in der französischen Bombardieren verwendeten elektrisch neutralen Patentschrift 1240 658 beschrieben.
Atome lösen aus der Probe eine Emission von kenn- Als Folge dieses Bombardements mit neutralen zeichnenden Ionen in gleicher Weise wie ein Born- Atomen und auf Grund der Sekundäremission von bardement mit geladenen Teilchen aus. 50 positiven Ionen nimmt die Auftrefffläche 1 örtliche Dieses Bombardieren durch einen Strahl neutraler negative Ladungen an. Diese Ladungen sind offen-Atome gibt den Vorteil, daß die Energie der für das sichtlich nicht gleichförmig über die Oberfläche der Bombardieren verwendeten Teilchen beliebig so ein- Probe verteilt. Wenn diese Ladungen zu groß wergeregelt werden kann, daß die beste Ausbeute an den, besteht offensichtlich die Gefahr, daß sie ört-Ionen erhalten wird, ohne daß man in Richtung 55 liehe Änderungen des Emissionspotentials der Sekunniedriger Energien durch Überlegungen hinsichtlich därionen hervorrufen, deren Energie beim Auftreffen des Eindringens in das Emissionsfeld eingeschränkt auf dem Bild dann eine große Streuung aufweist. Es ist. Ferner ist die sich auf einer elektrisch schlecht ist zu bemerken, daß diese elektrisch negativen leitenden Probe ansammelnde Ladung sehr viel klei- Ladungen einen sehr viel kleineren Absolutwert wie ner als im Fall einer Bombardierung gleicher Dichte 60 die bei der Vorrichtung gemäß der zuvor genannten mit positiven Primärionen. Diese negative Ladung Patentschrift erscheinenden Ladungen haben, bei der stammt dann nämlich ausschließlich von der Ionen- die Sekundärionen durch Primärionen ausgelöst weremission. den. Die negativen Ladungen sind nämlich aus-Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Er- schließlich auf die Sekundäremission zurückzuführen, findung enthält die Vorrichtung eine Einrichtung zur 65 und die Intensität dieser Emission ist sehr viel kleiner Erzeugung einer sich parallel zur Oberfläche der als die Intensität der Primärionen.
Probe mit möglichst kleiner Geschwindigkeit be- Die Erscheinung der elektrostatischen Aufladung wegenden Schicht positiver Ionen. Die Ionen dieser ist daher durch die Verwendung von neutralen

Atomen für das Bombardement beträchtlich verringert.

Um diese Erscheinung noch weiter herabzusetzen, ist ein Strahlsystem 3 vorgesehen. Dieses Strahlsystem emittiert gleichfalls positive Ionen. Es ist möglichst wenig gegen die Normale auf die Oberfläche der Probe geneigt. Es enthält eine Ionenquelle 33, eine Membran 31 und einen Kondensator 32. Die Ionen gehen durch die Elektrode 24 hindurch, und das zwischen dem Kondensator 32 und der Elektrode 24 herrschende Feld ist so bemessen, daß die Ionen auf der Oberfläche der Probe so ankommen, daß die Normalkomponente ihrer Geschwindigkeit im wesentlichen Null ist, wenn keine positiven Ladungen auf dieser vorhanden sind. Sie bilden daher eine örtlich begrenzte Schicht von positiven Ionen, welche sich parallel zur Oberfläche der Probe bewegt. Wenn sie jedoch in die Nähe einer auf der Oberfläche der Probe befindlichen negativen Ladung kommen, zieht diese die positiven Ionen an, wodurch die ao Ladung automatisch neutralisiert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Analyse einer Probe durch Bombardieren mit Teilchen, die die Emission »5 von kennzeichnenden Ionen durch die Probe auslösen, mit einer Ionenoptik, welche die emittierten Ionen zu einem ein Bild der Probenoberfläche erzeugenden Bündel fokussiert, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20,21,22,23) zur Erzeugung eines auf die Probe gerichteten Bündels elektrisch neutraler Atome.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Atomstrahlbündels eine Ionenquelle (20), eine Fokussierungseinrichtung (22) und ein im Weg des fokussierten Ionenbündels angeordnetes, ein Gas enthaltendes Gefäß (23) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (33, 31, 32) zur Erzeugung einer sich parallel zur Oberfläche der Probe mit möglichst kleiner Geschwindigkeit bewegenden Schicht positiver Ionen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der eine Ionenquelle und eine Ionenoptik enthaltenden Einrichtung (33, 31, 32) austretende, auf die Probenoberfläche gerichtete Ionenstrahl einen spitzen Winkel mit letzterer bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen