DE1598245C

DE1598245C - Ion microanalysis device

Info

Publication number: DE1598245C
Application number: DE19661598245
Authority: DE
Inventors: Raymond; Slodzian Georges; Paris Castaing
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique; CSF-Compagnie Generale de Telegraphic Sans FiI; Paris
Priority date: 1965-02-09
Filing date: 1966-02-08
Publication date: 1973-08-09

Description

bereiches einer Probe, mit einer Einrichtung zum Bestrahlen des Mikrobereichs mit einem Primärteilchenstrahl, wodurch Sekundärionen emittiert werden, einer Optik, die den Sekundärionenstrahl zu einem nichtselektiven Bild des Mikrobereichs fokussiert, einem Magnetfeldprisma zum Filtern der Sekundärionen nach ihrer Bewegungsgröße, einem energieselektiv reflektierenden elektrostatischen Spiegel, dessen letzte Elektrode zum Einfangen der zu beseitigenden Ionen massiv ist und der so angeordnet ist, daß er Ionen nach einem ersten Durchgang durch das Magnetfeldprisma empfängt und die reflektierten Ionen ein zweites Mal durch das Magnetfeldprisma schickt, wobei das Magnetfeldprisma so ausgebildet ist, daß seine optische Achse für den ersten Durchgang des Sekundärionenstrahls ein erstes Paar von stigmatischen Punkten, dessen bildseitiger Punkt reell ist und mit dem Bündelknoten nach dem ersten Durchgang zusammenfällt, und ein zweites Paar von stigmatischen Punkten, die beide virtuell sind, aufweist, wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der elektrostatische Spiegel jenseits des Bündelknotens angeordnet ist, und daß auf der Höhe dieses Bündelknotens eine Blende vorgesehen ist, welche die Ionen ausfiltert, deren Verhältnist P-) der Be-area of a sample, with a device for irradiating the micro area with a primary particle beam, thereby emitting secondary ions, an optic that converts the secondary ion beam into a Focused nonselective image of the micro area, a magnetic field prism to filter the secondary ions according to their movement size, an energy-selectively reflecting electrostatic mirror, its the last electrode for trapping the ions to be removed is solid and is arranged in such a way that that it receives ions after a first pass through the magnetic field prism and the reflected Sends ions a second time through the magnetic field prism, whereby the magnetic field prism is formed is that its optical axis is a first pair for the first passage of the secondary ion beam of stigmatic points whose image-side point is real and with the bundle knot after the first Passage coincides and has a second pair of stigmatic points, both of which are virtual, this is achieved according to the invention in that the electrostatic mirror is beyond the bundle knot is arranged, and that a diaphragm is provided at the level of this bundle knot, which filters out the ions, the ratio of which is P-)

\ c J\ c J

wegungsgröße zur Ladung außerhalb eines vorgegebenen Wertintervalls liegt, und daß der elektrostatische Spiegel einem konvexen Spiegel äquivalent ist, dessen Mittelpunkt am bildseitigen Punkt des ersten Paares von stigmatischen Punkten liegt.The amount of movement to the charge lies outside a predetermined value interval, and that the electrostatic Mirror is equivalent to a convex mirror, the center of which is at the image-side point of the first Pair of stigmatic points.

Bei der nach der Erfindung ausgeführten Ionen-Mikroanalysevorrichtung ist es möglich, an der Stelle des nach dem ersten Durchgang erhaltenen Bündelknotens eine Blende anzubringen, die eine Lochblende oder eine Spaltblende sein kann. Diese Blende läßt nur Ionen durchgehen, deren Bewegungsgröße zwischen bestimmten Grenzen enthalten ist, während die übrigen Ionen von den Rändern der Blende abgefangen werden. Dadurch werden die zuvor geschilderten unerwünschten Erscheinungen beseitigt.In the ion microanalysis device embodied according to the invention it is possible in the place of the bundle knot obtained after the first pass to attach a diaphragm, which can be a pinhole or a slit diaphragm. This aperture allows only ions to pass through whose magnitude of movement is contained within certain limits, while the remaining ions are intercepted by the edges of the diaphragm. As a result, the previously described eliminates undesirable phenomena.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, mit welchen in der massiven Elektrode des elektrostatischen Spiegels eine thermische Agitation zur Verhinderung einer Verunreinigung erzeugt wird.According to a further embodiment of the invention, devices are provided with which in the massive electrode of the electrostatic mirror to prevent thermal agitation Contamination is generated.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigtThe invention is described below by way of example with reference to the drawing. In it shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Magnetfeldprismas, F i g. 1 a schematic representation of a magnetic field prism,

Fig. 2, 3, 4 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Magnetfeldprismas,2, 3, 4 diagrams to explain the mode of operation of the magnetic field prism,

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer Ionen-Mikroanalysevorrichtung nach der Erfindung undF i g. 5 is a schematic representation of an ion microanalysis device according to the invention and

F i g. 6 ein praktisches Ausführungsbeispiel des bei der Ionen-Mikroanalysevorrichtung nach der Erfindung verwendeten elektrostatischen Spiegels.F i g. 6 shows a practical embodiment of the at the electrostatic mirror used in the ion microanalysis device according to the invention.

Fig. 1 zeigt ein Magnetfeldprisma, das durch einen Raumbereich gebildet wird, der von einem Flächenwinkel begrenzt wird, und in dem ein gleichförmiges Magnetfeld B_n, parallel zum Scheitel des Flächenwinkels herrscht.1 shows a magnetic field prism which is formed by a spatial region which is delimited by a dihedral angle and in which there is a uniform magnetic field B _n , parallel to the vertex of the dihedral angle.

Ein solches Feld ist praktisch in einem Luftspalt konstanter Breite eines Elektromagnets realisiert, wenn man die Randeifekte vernachlässigt.Such a field is practically realized in an air gap of constant width of an electromagnet, if one neglects the fringe effects.

Ein Magnetfeldprisma wird durch einen Schnitt senkrecht zu dem Feld dargestellt, der Radialschnitt genannt wird. Der hier in Betracht genommene Radialschnitt ist der, der in der Mitte der Luftspalte liegt.A magnetic field prism is represented by a section perpendicular to the field, the radial section is called. The radial section considered here is the one in the middle of the air gap located.

Es sei angenommen, daß ein Magnetfeldprisma in einem Bereich angeordnet wird, in welchem das elekirische Feld den Wert Null hat, und daß ein Ion der Masse m und der Ladung c durch eine Potentialdifferenz V so beschleunigt worden ist, daß sein Geschwindigkeitsvektor ν in einem Punkt iV des feldfreien Raums in dem Radialschnitt enthalten ist.It is assumed that a magnetic field prism is arranged in an area in which the electrical field has the value zero, and that an ion of mass m and charge c has been accelerated by a potential difference V so that its velocity vector ν is at one point iV of the field-free space is contained in the radial section.

ίο Die in Fig. 1 dargestellte Laufbahn dieses Ions wird mit konstanter Geschwindigkeit durchlaufen, und sie ist vollständig in dem Radialschnitt enthalten.ίο The career of this ion shown in Fig. 1 is traversed at constant speed and it is completely contained in the radial section.

Diese Laufbahn besteht aus einem geradlinigenThis career path consists of a straight line

Abschnitt NI, der einen Winkel ε' mit der Normalen auf die Eintrittsfläche des Prismas im Punkt / bildet, dann aus einem Kreisbogen/-/' von Φ Bogengraden und dem RadiusSection NI, which forms an angle ε ' with the normal to the entry surface of the prism at point /, then from a circular arc / - /' of Φ degrees of arc and the radius

und schließlich aus einem geradlinigen Abschnitt 1'N₁, der mit der Normalen auf die Austrittsfläche des Prismas im Punkt 1' einen Winkel ε" bildet.and finally from a straight section _{1'N 1} , which forms an angle ε "with the normal to the exit surface of the prism at point 1 '.

Die Winkel ε und ε", welche positiv entgegen dem Uhrzeigersinn gemessen sind, sind die Winkel, die die in der Richtung der Bewegung der Ionen orientierte Laufbahn mit der nach innen gerichteten Normalen auf die Eintrittsfläche des Magnetfeldprismas bzw. der nach außen gerichteten Normalen auf die Austrittsfläche des Magnetfeldprismas einschließt.
Die beiden geradlinigen Abschnitte schließen sich tangential an den Kreisbogen an.The angles ε and ε ″, which are measured positively counterclockwise, are the angles that the path oriented in the direction of movement of the ions with the inwardly directed normal to the entry surface of the magnetic field prism and the outwardly directed normal to the Includes exit surface of the magnetic field prism.
The two straight sections adjoin the circular arc tangentially.

Nachstehend werden nur die Ionenbündel in Betracht gezogen, die in der Nähe einer mittleren Laufbahn bleiben, welche in dem Radialschnitt enthalten ist, und für welche diese mittlere Laufbahn optische Achse genannt wird.In the following only those ion bundles are considered which are in the vicinity of a central trajectory remain, which is included in the radial section, and for which this middle career optical Axis is called.

Die senkrecht zum Radialschnitt stehende Zylinderfläche auf der optischen Achse wird Transversalschnitt des Magnetfeldprismas genannt.The cylindrical surface perpendicular to the radial section on the optical axis becomes the transverse section called the magnetic field prism.

Um die Fokussierungseigenschaften des Magnetfeldprismas zu zeigen, wird ein ankommendes Ionenbündel mit kleinem Öffnungswinkel betrachtet, das durch die vom Punkt N ausgehenden geradlinigen Laufbahnen gebildet wird, die in einem Umdrehungskegel mit der Achse NI und dem halben Kegelwin- kel α enthalten sind. Es wird angenommen, daß alle Ionen des Bündels die gleiche Masse, die gleiche Ladung und die gleiche Geschwindigkeit haben.In order to show the focussing properties of the magnetic field prism, an incoming ion beam with a small opening angle is considered, which is formed by the straight running paths starting from point N , which are contained in a cone of revolution with the axis NI and half the cone angle α. It is assumed that all the ions in the beam have the same mass, charge and velocity.

Die Laufbahnen der Ionen, deren Geschwindigkeitsvektor im Punkt N in dem Radialschnitt enthalten ist, bleiben in dieser Ebene, und sie konvergieren nach der Drehung im Magnetfeldprisma in einem Punkt N₁ auf der optischen Achse.The trajectories of the ions, the velocity vector of which is contained at point N in the radial section, remain in this plane, and after the rotation in the magnetic field prism they converge at a point N ₁ on the optical axis.

Die Laufbahnen der Ionen, deren Geschwindigkeitsvektor im Punkt iV in dem Transversalschnitt enthalten ist, bleiben in diesem Schnitt, aber der schräge Einfallswinkel erzeugt beim Eintritt in das Magnetfeldprisma eine divergierende oder konvergierende Wirkung (je nachdem, ob ε' positiv oder negativ ist).The trajectories of the ions, whose velocity vector is contained at point iV in the transverse section, remain in this section, but the oblique angle of incidence produces a diverging or converging effect when entering the magnetic field prism (depending on whether ε 'is positive or negative).

In gleicher Weise erzeugt der schräge Austritt an der Austrittsseite des Prismas einen konvergierenden oder divergierenden Effekt (je nachdem, ob ε" positiv oder negativ ist).In the same way, the inclined exit on the exit side of the prism creates a converging one or diverging effect (depending on whether ε "is positive or negative).

5 65 6

Im Fall von F i g. 1 konvergieren die betreffenden Im Inneren des Magnetfeldprismas beschreibt esIn the case of FIG. 1 converge the relevant Inside the magnetic field prism describes it

Laufbahnen in einer Abhängigkeit erster Ordnung einen Kreis mit dem Radius R + Δ R. Eine einfache von <x in einem Punkt N₂ der optischen Achse. geometrische Überlegung zeigt, daß die zum InnerenTracks in a first order dependence a circle with the radius R + Δ R. A simple one of <x at a point N _{2 of} the optical axis. geometrical consideration shows that the interior

Wenn man die Gesamtheit der von N ausgehenden des Magnetfeldprismas gerichtete Verlängerung der Laufbahnen betrachtet, verlaufen diese Laufbahnen 5 Austrittsbahn (unter Vernachlässigung der Glieder am Ausgang des Magnetfeldprismas durch zwei Δ ν) durch den Schnittpunkt O zwischen den Geraden Brennlinien: Die eine radiale Brennlinie steht parallel E-I und Ε'-Γ geht.If one considers the entirety of the elongation of the raceways starting from N of the magnetic field prism, these raceways run 5 exit tracks (neglecting the links at the exit of the magnetic field prism by two Δ ν) through the intersection point O between the straight focal lines: The one radial focal line is parallel EI and Ε'-Γ goes.

zum Feld und geht durch N₁, und die andere axiale Dies bedeutet, daß Ionen gleicher Art, aber mitto the field and goes through N ₁ , and the other axial This means that ions of the same kind but with

Brennlinie ist in der Radialebene enthalten und steht einer gewissen Geschwindigkeitsstreuung, die entsenkrecht im Punkt N₉ auf der optischen Achse. io lang der Geraden E-I auf das Magnetfeldprisma ge-Das Magnetfeldprisma ist also ein astigmatisches richtet sind, Austrittsbahnen haben, deren Verlänge-System für ein beliebiges Objekt. . rungen eine Brennlinie berühren, die im Punkt O Wenn man jedoch die Winkel ε und ε" der Ein- senkrecht auf der Radialebene steht und die achrotrittsflächen geeignet bemißt, ist es möglich, die matische Brennlinie genannt wird. Der Punkt O Punkte N₁ und N₂ zusammenfallen zu lassen. Dies 15 wird der achromatische Punkt oder Brennpunkt gebedeutet, daß man für besondere Magnetfeldprismen nannt.The focal line is contained in the radial plane and is subject to a certain speed spread, which is perpendicular to the point N ₉ on the optical axis. io long of the straight line EI on the magnetic field prism ge-The magnetic field prism is thus an astigmatic are directed, exit paths have their extension system for any object. . Conclusions touch, which is at the point O. However, when ε the angle, and ε "of input perpendicular to the radial plane and the achrotrittsflächen is measured suitably a focal line, it is possible that matic focal line is called. The point O points N ₁ and N _2. This 15 means the achromatic point or focal point that is called for special magnetic field prisms.

Paare von stigmatischen Punkten haben kann. F i g. 5 zeigt schematisch eine Ionen-Mikroanalyse-Can have pairs of stigmatic points. F i g. 5 shows schematically an ion microanalysis

Die Fokussierungseigenschaften von Magnetfeld- vorrichtung, bei der ein Magnetfeldprisma verwendet prismen sind von Cotte im Rahmen einer allgemei- wird, das aus zwei symmetrisch zusammengefügten nen Untersuchung der Eigenschaften der Laufbahn 20 Teilen der an Hand von F i g. 2, 3 und 4 beschriebeeines Korpuskularbündels in den Systemen unter- nen Art besteht. Dieses Magnetfeldprisma wirkt bei sucht worden, in welchen die mittlere Laufbahn des dem ersten Durchgang des Bündels in der zuvor beBündels in einer Ebene enthalten ist, welche zugleich schriebenen Weise. Die optische Achse des Bündels eine Symmetrieebene für das elektrische Potential weist zwei geradlinige Abschnitte auf, die sich senk- und das Magnetfeld ist (Maurice Cotte, »Recherche «5 recht im Punkt O schneiden, so daß gilt 07=0/' = R. sur l'Optique Electronique«, these de doctorat, Der Punkt O (Fig. 4), welcher der achromatischeThe focusing properties of magnetic field device in which a magnetic field prism prisms are used by Cotte in the context of a general, which is made up of two symmetrically joined together NEN investigation of the properties of the raceway 20 parts of the hand of FIG. 2, 3 and 4 describe a corpuscular bundle in the systems below. This magnetic field prism has been found in which the middle trajectory of the first passage of the bundle is contained in a plane in which the bundle was previously described. The optical axis of the bundle, a plane of symmetry for the electrical potential, has two straight sections, which are perpendicular and the magnetic field (Maurice Cotte, "Recherche" 5 intersect right at point O , so that 07 = 0 / '= R. sur l'Optique Electronique ', thesis de doctorat, The point O (Fig. 4), which is the achromatic

Masson et Qe., Paris 1938). Brennpunkt für den ersten Durchgang durch das Ma-Masson et Qe., Paris 1938). Focal point for the first pass through the

Bei der klassischen Massenspektrographie verläuft gnetfeldprisma ist, wird auch Mittelpunkt des Madas Ionenbündel im allgemeinen senkrecht zu der gnetfeldprismas genannt.In the classical mass spectrography the gnetfeldprisma runs, becomes also the center of the madas Ion bundles generally called perpendicular to the magnetic field prism.

Eintrittsfläche und der Austrittsfläche des Magnet- 30 Das mit Primärionen bombardierte Objekt a-b feldprismas, und es findet nur eine radiale Fokussie- sendet Sekundärionen aus, die durch eine elektrorung statt; einer Gegenstandsbrennlinie, die senkrecht statische Immersionslinse L beschleunigt und fokuszu dem Radialschnitt steht, entspricht eine bildseitige siert werden, damit von der Oberfläche des Objekts Brennlinie, die gleichfalls senkrecht zu diesem Schnitt ein reelles Bild erzeugt wird, das sich beim Fehlen steht. 35 des Prismas an der Stelle A₀-B₀ bilden würde. DiesesEntrance surface and the exit surface of the magnet- 30 The object bombarded with primary ions from the field prism, and there is only a radial focus- sends out secondary ions, which take place by means of electrification; an object focal line, which accelerates the static immersion lens L perpendicularly and is in focus to the radial section, corresponds to a focal line on the image side, so that a real image is generated from the surface of the object, which is also perpendicular to this section, which is displayed if it is missing. 35 of the prism at the point A ₀ -B ₀ would form. This

Bei den den Gegenstand der Hauptpatentanmel- nicht selektive Bild besteht aus der Überlagerung von dung bildenden Ionen-Mikroanalysevorrichtungen verschiedenen Bildkomponenten, welche von Ionen wird die Eigenschaft bestimmter Magnetfeldprismen verschiedener Arten übertragen werden,
ausgenutzt, daß sie Paare von einander zugeordneten Die Linse L wird so angeordnet und einjustiert,In the case of the subject of the main patent application, the non-selective image consists of the superimposition of various image components from dung-forming ion microanalysis devices, which are transmitted by ions, the property of certain magnetic field prisms of different types,
exploited the fact that they are assigned pairs of each other.The lens L is arranged and adjusted in such a way that

stigmatischen Punkten haben. 4° daß ihr Bündelknoten C₀ und der Punkt A₀ an denhave stigmatic points. 4 ° that their bundle knot C ₀ and point A ₀ to the

Man verwendet beispielsweise das Magnetfeld- beiden gegenstandsseitigen stigmatischen Punkten des prisma von F i g. 2, für welches gilt: ersten Durchgangs durch das Magnetfeldprisma liegen (d. h. an den beiden dem Punkt E in F i g. 2 oder 4 bzw. dem Punkt H in F i g. 3 entsprechenden _t / _ 1 45 Punkten).One uses, for example, the magnetic field of the two object-side stigmatic points of the prism of FIG. 2, for which the following applies: the first pass through the magnetic field prism lie (ie at both the point E in F i g 2 or 4 or the point H in F i g 3 corresponding _t / _ 1 45 points..).

¹S ^{ε l} Di_e Feldstärke des Magnetfeldprismas wird so ein- ¹ S ^{ε l} Di _e field strength of the magnetic field prism so mono-

ε" = 0 gestellt, daß die Ionen einer bestimmten Art, die zurε "= 0 set that the ions of a certain type that lead to

φ _ j^_ Formung des endgültigen Bildes gewählt sind (und φ _ j ^ _ shaping the final image are chosen (and

2 vom Objekt mit der Anfangsgeschwindigkeit Null2 from the object with the initial velocity zero

50 ausgesendet werden), in dem Magnetfeldprisma Kreise mit dem Radius R beschreiben. Es wurde hier angenommen, daß diese Sekundärionen eine positive Für ein solches Magnetfeldprisma gibt es zwei Ladung haben.50), in which the magnetic field prism describes circles with the radius R. It was assumed here that these secondary ions have a positive charge. For such a magnetic field prism there are two charges.

Paare von einander zugeordneten stigmatischen Punk- Unter diesen Bedingungen gibt der erste Durch-Pairs of mutually assigned stigmatic punk- Under these conditions the first pass

ten: Das eine PaarIs und E' ist reell (Fig. 2), und 55 gang durch das Prisma von dem virtuellen Objekt das andere Paar/? und H' ist virtuell (Fig. 3). ·<4<γ^ο ^em virtuelles BiId^i-S, das gefiltert ist, d.h.ten: The one pair Is and E ' is real (Fig. 2), and the other pair /? and H ' is virtual (Fig. 3). · <4 <γ ^ ο ^a virtual image that is filtered, ie

Die Theorie von Cotte gibt die genaue Lage die- ausschließlich von magnetisch gefilterten Ionen geser Punkte. bildet ist.The theory of Cotte gives the exact position of the - exclusively of magnetically filtered ions Points. forms is.

Für dieses besondere Magnetfeldprisma wird die Der elektrostatische Spiegel besteht aus drei Elek-For this special magnetic field prism, the electrostatic mirror consists of three elec-

sogenannte achromatische Brennlinie definiert. 60 troden 2, 3 und 4, die in analoger Weise wie eineso-called achromatic focal line defined. 60 troden 2, 3 and 4, which in an analogous way as a

Es wird angenommen (F i g. 4), daß die Laufbahn Immersionslinse angeordnet sind. Die Fallenelek-It is assumed (Fig. 4) that the raceway immersion lens are arranged. The trap elec-

eines Ions der Masse m, der Ladung c und der Ge- trode 4 wird auf ein Potential V₀+Δ V gelegt, dasan ion of the mass m, the charge c and the electrode 4 is placed on a potential V ₀ + Δ V , the

schwindigkeit ν die optische Achse E-I-V-E' ist. dem Absolutwert nach sehr geringfügig größer als dasspeed ν is the optical axis EIVE ' . very slightly larger than that in absolute terms

Es wird angenommen, daß ein anderes Ion mit Potential V₀ des Objekts ist. Sie ist massiv, und daherIt is assumed that another ion with potential V _{0 is} the object. It is massive, and therefore

gleicher Masse und gleicher Ladung, aber mit der 65 schlagen die Ionen, die vom Objekt mit einer zu groetwas größeren Geschwindigkeit ν + Δ ν entlang der ßen Anfangsenergie ausgesendet sind, auf die Elekgleichen Eintrittsbahn am Magnetfeldprisma an- trode auf, so daß sie praktisch aus dem endgültigensame mass and same charge, but with 65 the ions, which are emitted from the object with too great a speed ν + Δ ν along the initial energy, strike the electrode, so that they practically deflect the final

kommt. Bild beseitigt werden.comes. Image to be eliminated.

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Die Anordnung ist so getroffen, daß der zweite bild A-B ist nicht mehr absolut stigmatisch, dieser Bündelknoten C zwischen dem elektrostatischen Spie- Mangel kann mittels eines an dem eingangsseitigen gel und dem Magnetfeldprisma liegt. Durch eine ent- Bündelknoten C₀ oder an dem Zwischenbündelknosprechende Einstellung der den Elektroden 3 und 4 ten C angebrachten Stigmators korrigiert werden. Es zugeführten Spannungen und durch eine geeignete 5 können noch viele andere Lagen für das Zwischen-Form der Elektroden wird erreicht, daß der elektro- bild A-B gewählt werden, so daß die Vorrichtung statische Spiegel einem konvexen sphärischen Spiegel hinsichtlich einer leichten Veränderung der Vergrö-(strichpunktiert dargestellter Spiegel M in Fig. 5) ßerung eine große Anpassungsfähigkeit aufweist; es mit dem Mittelpunkt Z an dem zweiten Bündelkno- ist lediglich erforderlich, für jede Vergrößerung den ten C und dem Scheitel S an dem Mittelpunkt O des io Stigmatismus einzustellen, während der Achromatis-Magnetfeldprismas äquivalent ist. Das von dem Spie- mus stets gewährleistet ist.The arrangement is such that the second image AB is no longer absolutely stigmatic; this bundle node C between the electrostatic mirror deficiency can be located by means of a gel on the input side and the magnetic field prism. The stigmators attached to electrodes 3 and 4 th C can be corrected by an ent bundle knot C _{0 or at the inter bundle bud-speaking setting.} The voltages supplied and, by means of a suitable 5, many other positions for the intermediate form of the electrodes can be achieved, so that the electrostatic image AB can be selected so that the device is static mirrors and convex spherical mirrors with regard to a slight change in magnification ( The dash-dotted mirror M in Fig. 5) ßerung has a great adaptability; With the center Z at the second bundle knot, it is only necessary to set the th C and the vertex S at the center O of the io stigmatism for each magnification, while the achromatic magnetic field prism is equivalent. That is always guaranteed by the game.

gel M erzeugte Bild des Punktes A liegt bei A' und Man kann auch durch eine geeignete Wahl des dasjenige des Punktes B bei B'. .A₁ und A' sind keine Scheitelwinkels 2 ε des Magnetfeldprismas erreichen, stigmatischen Punkte für den zweiten Durchgang daß der dem Punkt H' in F i g. 3 entsprechende bilddurch das Magnetfeldprisma, aber ein auf der Höhe 15 seitige virtuelle stigmatische Punkt C mit dem Mitteides austrittsseitigen Bündelknotens C₁ angeordneter punkt O des Magnetfeldprismas zusammenfällt, an Stigmator 17 ermöglicht die Korrektur des Astigma- dem der Scheitel S des Spiegels liegt. In diesem Falle tismus, der sich daraus für das endgültige Bild ergibt. sind aber die beiden gegenstandsseitigen stigmati-Er ist auf jeden Fall notwendig, um den Astigmatis- sehen Punkte virtuell, so daß zwischen dem ersten mus zu korrigieren, den bereits das erste, von der 20 Bündelknoten und dem Magnetfeldprisma eine zuLinse L gelieferte Bild aufweist. sätzliche Linse notwendig ist.gel M generated image of point A lies at A ' and by a suitable choice of that of point B at B'. _{.A 1} and A ' do not reach vertex angles 2ε of the magnetic field prism, stigmatic points for the second pass that the point H' in FIG. 3 corresponding image through the magnetic field prism, but a virtual stigmatic point C at the level 15 with the center of the exit-side bundle node C ₁ coincides with the point O of the magnetic field prism, at stigmator 17 the correction of the astigma is made possible by the vertex S of the mirror. In this case tism that results from this for the final picture. But if the two stigmatists on the subject are definitely necessary to see the astigmatism points virtually, so that between the first mus, the first image supplied by the bundle node and the magnetic field prism already has a lens L to be corrected. additional lens is necessary.

Eine sehr feine Blende 5, die eine Lochblende oder Man kann als Beispiel noch eine dritte mögliche eine Spaltblende sein kann, kann an der Stelle des Einstellung des Spiegels erwähnen. Sie besteht darin, Punktes C angeordnet werden. Diese Blende bewirkt daß der Mittelpunkt des Spiegels wieder am ersten eine erste Ionenfilterung. Durch sie gehen nur die 25 austrittsseitigen Bündelknoten des Magnets angeord-Ionen hindurch, deren Bewegungsgröße zwischen net wird, wie es in F i g. 5 der Fall ist, daß aber sein den vom Magnetfeldprisma vorgeschriebenen Gren- Scheitelpunkt geringfügig verschoben wird, so daß er zen enthalten ist. Die anderen Ionen werden von den zu dem dem ersten Durchgang durch das Prisma entRändern der Blende eingefangen. Daraus folgt, daß sprechenden bildseitigen virtuellen stigmatischen der Spiegel zu der Ablenkvorrichtung nur Ionen 30 Punkt gebracht wird. Man regelt dann die Erregung zurückwirft, die sowohl der Energiefilterung als der Linse L so ein, daß sich das Zwischenbild A-B an auch der Bewegungsgrößenfilterung unterworfen diesem Punkt formt, wie es in F i g. 5 der Fall ist. waren. Die Anordnung Prisma—Spiegel—Prisma ist dannA very fine diaphragm 5, which can be a pinhole diaphragm or, as an example, a third possible slit diaphragm, can be mentioned in place of the setting of the mirror. It consists in being placed at point C. This diaphragm causes the center of the mirror to perform a first ion filtering again at the first. Only the 25 bundle nodes of the magnet arrayed ions on the exit side go through it, the magnitude of which is between net, as shown in FIG. 5 is the case that, however, the limit vertex prescribed by the magnetic field prism is slightly shifted so that it is contained zen. The other ions are trapped by the edges of the diaphragm from the first pass through the prism. From this it follows that speaking image-side virtual stigmatic the mirror is brought to the deflection device only ions 30 point. The excitation generated by both the energy filtering and the lens L is then regulated in such a way that the intermediate image AB is formed at this point, also subject to the motion quantity filtering, as shown in FIG. 5 is the case. was. The arrangement prism-mirror-prism is then

Der zweite Durchgang durch das Magnetfeld- streng stigmatisch, aber es bleibt ein chromatischer prisma hat dann nur noch den Zweck, die Ionen auf 35 Fehler im Bild. Dieser Nachteil wird jedoch dadurch die zur Formung des endgültigen Bildes erforderliche abgeschwächt, daß die Streuung ziemlich klein ist Optik zu richten. Eine Blende wird jedoch an der und daß die Energiefilterung die Bedeutung der chro-Stelle des austrittsseitigen Bündelknotens C₁ ange- matischen Aberration noch weiter verringert,
bracht, damit gegebenenfalls Störionen unterdrückt F i g. 6 zeigt im Schnitt eine praktische Ausfühwerden, welche von der Fallenelektrode 4 des Spie- 40 rungsform des elektrostatischen Spiegels, der in der gels ausgesendet werden. Es ist zu bemerken, daß das beschriebenen Ionen-Mikroanalysevorrichtung verendgültige Bild sehr viel weniger empfindlich für wendet wird. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen einen örtlichen Mangel der Fallenelektrode 4 ist, der die gleichen Teile wie in Fig. 5. Die elektrostatische das Bild nur sehr wenig und örtlich begrenzt beein- Reflexionsoptik enthält eine Elektrode 2, die mit flußt, weil sich die Fallenelektrode 4 nicht in der 45 einer Öffnung 5 versehen ist, die am zweiten Bündel-Nähe eines Bündelknotens befindet, sondern in der knoten angeordnet ist, wie zuvor erwähnt wurde, eine Nähe eines von den gerade zurückgeworfenen Ionen Wehneltelektrode 3 und eine Fallenelektrode 4. Die geformten Zwischenbildes (da der Mittelpunkt der Blende von F i g. 5 ist hier mit der Elektrode 2 verKatode und der Scheitel des äquivalenten Spiegels einigt.The second pass through the magnetic field - strictly stigmatic, but what remains is a chromatic prism then only has the purpose of detecting the ions for 35 defects in the image. However, this disadvantage is mitigated by the fact that the scattering is fairly small in the need to form the final image to direct optics. An aperture is, however, at the and that the energy filtering reduces the importance of the chromosome of the exit-side bundle node C ₁ anematic aberration even further,
brought so that, if necessary, interference ions are suppressed F i g. Fig. 6 shows in section a practical embodiment which is emitted by the trap electrode 4 of the mirror shape of the electrostatic mirror that is emitted in the gel. It should be noted that the ion microanalyzer described becomes much less sensitive to the final image. The same reference numerals denote a local defect in the trap electrode 4, which has the same parts as in FIG in which 45 an opening 5 is provided, which is located at the second bundle vicinity of a bundle knot, but in which the knot is, as mentioned above, a vicinity of a Wehnelt electrode 3 and a trap electrode 4 that have just been thrown back from the ions. The formed intermediate image ( since the center of the diaphragm of Fig. 5 is here with the electrode 2 verKatode and the vertex of the equivalent mirror.

einander zugeordnete Punkte in bezug auf den als 5° Als Beispiel sei angenommen, daß die vom Objektpoints associated with one another with respect to the as 5 °. As an example, assume that the object

Immersionslinse betrachteten Spiegel sind). ausgesendeten Sekundärionen positive Ionen sind.Immersion lens are considered mirrors). emitted secondary ions are positive ions.

Es ist andererseits zu bemerken, daß die in F i g. 5 Die Elektrode 2 liegt an Masse. Die Elektrode 3 liegt dargestellte Lage des Zwischenbildes A-B genau in auf einem Potential, das mit Hilfe des Potentiodem dem ersten Durchgang durch das Magnetfeld- meters 6 einstellbar ist, das von einer Spanprisma entsprechenden bildseitigen virtuellen stigma- 55 nungsquelle 7 gespeist wird. Dieses Potential liegt tischen Punkt keineswegs unerläßlich ist. in der Nähe der positiven Hochspannung V₀ desOn the other hand, it should be noted that the functions shown in FIG. 5 Electrode 2 is grounded. The electrode 3 is exactly at a potential in the position of the intermediate image AB shown , which can be set with the aid of the potentiometer during the first passage through the magnetic field meter 6, which is fed by a virtual stigma source 7 on the image side corresponding to a chip prism. This potential is by no means essential. near the positive high voltage V ₀ des

Das endgültige Bild ist nämlich unabhängig von Objekts.This is because the final image is independent of the object.

semer Lage entlang der Achse achromatisch, weil, Die Elektrode 4 wird von einem Potentiometer 8, aus Symmetriegründen, der Mittelpunkt O des Ma- das von einer Batterie 9 gespeist wird, auf ein Potengnetfeldprismas, an dem der Scheitel S des Spiegels 60 ti'al gebracht, das sehr geringfügig größer als die posiliegt, der achromatische Brennpunkt sowohl für den tive Hochspannung des Objekts ist. Die Differenz entzweiten Durchgang durch das Magnetfeldprisma als spricht im wesentlichen dem Energieband, das für auch für den ersten Durchgang ist. Man kann dann die Sekundärionen zulässig ist (gegebenenfalls unter die anfängliche Einstellung der Linse L so verändern, Berücksichtigung der Differenz der Austrittsarbeiten daß beispielsweise der Punkt A nach S gebracht wird. 65 des das Objekt bildenden Materials und des die FaI-Der Punkt A' fällt dann mit dem Punkt A zusammen, lenelektrode bildenden Materials),
und die Elektrode 4 befindet sich praktisch noch auf Die Elektroden sind an einem Gestell 10 mittels der Höhe eines Zwischenbildes, aber das Zwischen- Flanschen 11,12 und 13 befestigt.This position along the axis is achromatic, because the electrode 4 is fed by a potentiometer 8, for reasons of symmetry, the center O of the measure from a battery 9, on a power field prism on which the vertex S of the mirror 60 ti'al brought, which is very slightly larger than the posiliegt, the achromatic focal point for both the tive high voltage of the object. The difference in the split passage through the magnetic field prism as essentially corresponds to the energy band that is also for the first passage. The secondary ions can then be admissible (if necessary, change the initial setting of the lens L , taking into account the difference in the work functions, so that, for example, point A is brought to S. 65 of the material forming the object and the case-the point A ' falls then with the point A together, lenelectrode forming material),
and the electrode 4 is practically still on. The electrodes are attached to a frame 10 by means of the height of an intermediate image, but the intermediate flanges 11, 12 and 13.

Die Anordnung ist durch ein Quarzfenster 14 vervollständigt, das von dem Flansch 13 getragen wird. Dieses Fenster läßt die von einer Lampe 15 ausgehende und von einem Spiegel 16 konzentrierte Strahlung zur Elektrode 4 durch. Diese Strahlung erzeugt durch Wärmewirkung auf der Elektrode 4 eineThe arrangement is completed by a quartz window 14 carried by the flange 13. This window leaves the emanating from a lamp 15 and concentrated from a mirror 16 Radiation to electrode 4 through. This radiation generates a heat effect on the electrode 4

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solche thermische Agitation, daß keine Verunreinigung entstehen kann.such thermal agitation that no contamination can arise.

Natürlich können auch andere bekannte Mittel, mit denen die Verunreinigung der Elektrode 4 verhindert werden kann, zu diesem Zweck angewendet werden.Of course, other known means by which the contamination of the electrode 4 can be prevented can be used for this purpose.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Ion microanalysis device for obtaining an ion-selective image of a micro-region of a sample, with a device for irradiating the micro-region with a primary particle beam, whereby secondary ions are emitted, an optical system that focuses the secondary ion beam to a non-selective image of the micro-region, a magnetic field prism for filtering the Secondary ions according to their movement size, an energy-selectively reflecting electrostatic mirror, the last electrode of which is massive for capturing the ions to be removed and which is arranged in such a way that it receives ions after a first passage through the magnetic field prism and sends the reflected ions through the magnetic field prism a second time , wherein the magnetic field prism is designed so that its optical axis for the first passage of the secondary ion beam a first pair of stigmatic points, the image-side point of which is real and coincides with the bundle node after the first passage is omitted, and has a second pair of stigmatic points, both of which are virtual, according to patent 1498 646, characterized in that the electrostatic mirror (2, 3, 4) is arranged beyond the bundle knot (C) and that at the same level "Bundle node (C) a diaphragm (5) is provided, which filters out the ions whose ratio l ^ - \ the amount of motion to the charge lies outside a predetermined value interval, and that the electrostatic mirror is equivalent to a convex mirror (M), whose Center (Z) is at the image-side point of the first pair (C ₀ , C) of stigmatic points.

2., ion microanalysis device according to claim 1, characterized in that the vertex (S) of the convex mirror (M) is at the image-side ^ point (H ') of the second pair (H, H') of stigmatic points.

3. Ion microanalysis device according to claim 1, characterized in that the vertex (S) of the convex mirror (M) lies at the intersection (O) of the extensions of the two straight sections of the optical axis of the magnetic field prism.

4. ion microanalysis device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that at the second output of the magnetic field prism a stigmator (17) for correcting the astigmatism the arrangement is attached.

5. Ion microanalysis device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that means are provided with which in the solid electrode (4) of the electrostatic Mirror creates thermal agitation to prevent contamination.

6. ion microanalysis device according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the diaphragm (5) is combined with the first electrode (2) of the electrostatic mirror.

The subject of the main patent is an ion microanalysis device to obtain an ion-selective image of a micro-area of a sample, consisting of from a device for irradiating the micro-region with a primary particle beam, whereby among other things also secondary ions are emitted, from an optic, which the secondary ion beam focused to a nonselective image of the micro area, and from a magnetic field to the

ίο Filtering the secondary ions according to their movement size, with between the selective image and the Sample a device for filtering the secondary ions according to their energy is arranged.

One embodiment of this ion microanalysis device consists in the fact that the energy filter contains an energy-selectively reflecting mirror electrode, which receives the ions to be eliminated, that the magnetic field has the shape of a triangular prism with one plane of symmetry and has two sectors

so that forms a joint perpendicular to the plane of symmetry Have side surfaces, of which one sector each in the beam path of the secondary ions in front of and behind the mirror electrode is arranged;

The mirror electrode only reflects the ions at

as where the ratio of energy to charge is below a given value. Devices of this type have been built and tested. However, they can have certain disadvantages.
For example, in a practically used device, the mirror was equivalent to a spherical concave mirror. If in this case no additional lens is inserted between the magnetic field prism and the mirror electrode, the first bundle node is at the exit of the magnetic sector on the other side of the mirror electrode. The consequence of this is that it is impossible to arrange a diaphragm at this point which is able to select the ions, the amount of movement of which lies in a narrow, predetermined band, before they strike the mirror. It can then happen that spurious rays which enter the mirror electrode at a considerable distance from the axis are reflected with considerable aberrations and disturb the final image, in spite of the presence of the slit diaphragm which is arranged behind the second passage through the prism.

Furthermore, the trap electrode, which eliminates the ions in which the ratio of energy to ■ Charge exceeds the specified value, is finally "contaminated" by these ions, since forms an insulating layer of organic impurities on its surface, if not exceptional Measures are taken to generate a high vacuum in the vessel. This means, that potential differences between the different zones of their surface can form, which can then no longer be regarded as an equipotential surface. This creates annoying distractions of the career paths that take place at the level of the bundle knot and therefore the quality of a considerable one Affect part of the picture.

The aim of the invention is the further development of the subject of the main patent application Ion microanalysis device in such a way that a considerable improvement in the obtained Images is achieved.

In an ion microanalysis device to obtain an ion-selective image of a micro-