DE2223367C3

DE2223367C3 - Micro-beam probe for the quantitative detection of charged secondary particles

Info

Publication number: DE2223367C3
Application number: DE2223367A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Phys. Dr. 8051 Eching Liebl
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1972-05-12
Publication date: 1978-11-30
Also published as: DE2223367A1; FR2184713B1; FR2184713A1; GB1426359A; DE2223367B2; JPS4962184A; JPS5637503B2; US3845305A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrostrahlsonde zur quantitativen Erfassung von geladenen Sekundärtejlchen mit einer Teilchenquelle, die ein im wesentlichen paralleles, ggf. auch etwas divergierendes Primärstrahlbündel erzeugt, einem mindestens eineThe present invention relates to a micro- beam probe for the quantitative detection of charged secondary particles with a particle source which generates an essentially parallel, possibly also somewhat diverging, primary beam, at least one teilchenoptische Linse enthaltenden Objektiv zur Fokussierung des Primärstrahlbündels auf einem kleinen Probenbereich einer zu untersuchenden elektrisch leitenden Oberfläche, und einer Elektrodenanordnung, durch die Sekundärteilchen, die vom PrimärstrahlbündelParticle-optical lens containing lens for Focusing the primary beam on a small sample area of an area to be examined electrically conductive surface, and an electrode arrangement, through the secondary particles emitted by the primary beam im Probenbereich erzeugt worden sind, zu einer Untersuchungseinrichtung gelangen.have been generated in the sample area, arrive at an examination device.

Bei den bekannten Mikrostrahlsonden werden die zu untersuchenden Sekundärteilchen im allgemeinen vom Probenbereich seitlich unter einem Winkel von derIn the known micro-beam probes, the secondary particles to be examined are generally from Sample area laterally at an angle from the Achse des Primärstrahles weg beschleunigt (siehe z. B. DE-OS 19 37 482). Deswegen muß der Abstand zwischen Objektiv und Probe und damit die Brennweite des Objektivs relativ groß sein um Platz für die Elektrodenanordnung der Sekundärstrahloptik zuAxis of the primary beam accelerated away (see e.g. DE-OS 19 37 482). This is why the distance between the objective and the sample and thus the focal length must be of the lens must be relatively large in order to allow space for the electrode arrangement of the secondary beam optics schaffen.create.

Andererseits ist es jedoch erwünscht, die Brennweite des Objektivs so klein wie möglich zu machen, und zwar aus zwei Gründen: Erstens ist die durch das Objektiv erzielbare Verkleinerung, also das DurchmesserverhältOn the other hand, however, it is desirable to adjust the focal length Make the lens as small as possible for two reasons: First, it's through the lens achievable reduction, so the diameter ratio nis zwischen dem Durchmesser der Primärteilchenquel le bzw. des Bereichs kleinsten Querschnitts des Primärstrahlbündes (Überkreuzungsbereich, Zwischenfokus) und dem Durchmesser des vom Primärstrahl getroffenen Probenbereiches umso stärker, je kürzernis between the diameter of the primary particle source le or the area of the smallest cross section of the primary beam (crossover area, intermediate focus) and the diameter of the primary beam the affected sample area, the stronger the shorter die Brennweite isL Zweitens sinkt mit der Brennweite einer teilchenoptischen, insbesondere elektrostatischen Linse auch ihre spärische Aberration, d.h. mit abnehmender Brennweite wächst der Raumwinkel, aus dem die Primärteilchen in einem ProbenbereichSecond, the focal length decreases with the focal length a particle-optical, in particular electrostatic lens also has its spherical aberration, i.e. with As the focal length decreases, the solid angle from which the primary particles in a sample area grows gewünschten Durchmesser fokussiert werden können und umso größer wird die Stromdichte im Probenbereich.desired diameter can be focused and the greater the current density in the sample area.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Mikrostrahlsonde anzugeThe present invention is accordingly based on the object of providing a micro-beam probe ben, die ein Objektiv wesentlich kürzerer Brennweite hat als die bekannten Mikrostrahlsonden, ohne daß dadurch eine weitgehend quantitative Erfassung der geladenen Sekundärteilchen und deren Oberführung in eine Untersuehungseinrichtung beeinträchtigt wird.ben that a lens with a much shorter focal length has than the known micro-beam probes, without thereby a largely quantitative detection of the charged secondary particles and their transfer into an examination device is impaired.

ti^r> Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Mikrostrahlsonde der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Objektiv zwei hintereinander geschaltete, rotationssymmetrische elek- ti ^r > According to the invention, this object is achieved by a micro-beam probe of the type mentioned, which is characterized in that the objective has two rotationally symmetrical electronic

trostatische Linsen kurzer Brennweite sowie eine zwischen diesen angeordnete Lochblende enthält; daß die Linsen sowie die zu untersuchende Oberfläche bezüglich der Energie des Primärstrahlbündels so bemessen und angeordnet sind, daß das Prin.;ärstrahlbündel durch die kombinierte Wirkung der elektrischen Felder· der beiden Linsen auf den Probenbereich fokussiert wird, wobei die Blende als Aperturblende für da.^c Primärstrahlbündel wirkt und gleichzeitig die im Probenbereich erzeugten Sekundärteilchen von der durch die Elektroden der zweiten Linse und die leitende Oberfläche gebildeten Linse in die Öffnung der Lochblende fokussiert und durch die erste Linse zu einem wenigstens annähernd parallelen Sekundärstrahlbündel gesammelt werden, das das Objektiv in einer dem PrimärstrahlbüncJel im wesentlichen entgegengesetzten Richtung verläßt und daß zwischen der Primärstrahlquelle und dem Objektiv eine Anordnung zum Erzeugen eines Ablenkfeldes angeordnet ist, das das Primärstrahlbündel und das Sekundärstra.'-Jbündel aufgrund der unterschiedlichen Energien der Teilchen dieser Bündel trennt.Contains trostatic short focal length lenses and a pinhole arranged between them; that the lenses and the surface to be examined are dimensioned and arranged with regard to the energy of the primary beam in such a way that the prin. ^c Primary beam acts and at the same time the secondary particles generated in the sample area are focused by the lens formed by the electrodes of the second lens and the conductive surface into the opening of the pinhole and collected by the first lens to form an at least approximately parallel secondary beam, which the objective in one of the Primary beam leaves essentially opposite direction and that an arrangement for generating a deflection field is arranged between the primary beam source and the objective, which separates the primary beam and the secondary beam due to the different energies of the particles in this beam.

Bei der vorliegenden Mikrostrahlsonde werden die Sekundärteilchen also entgegen der Richtung des Primärstrahls beschleunigt und durch die gleichen Elektroden, die das Objektiv für das Primärstrahlbündel bilden, der Untersuchungseinrichtung zugeführt Da in der Ebene der die Apertur des Primärstrahles begrenzenden Lochblende ein Zwischenfokus oder Überkreuzungsbereich des Sekundärstrahlbündes liegt, ist eine hohe Intensität des Sekundärstrahlbündels gewährleistet. Das Objektiv der vorliegenden Mikrostrahlsonde kann eine Brennweite von 5 mm und weniger haben, während bei den bekannten Mikrostrahlsonden mit Sekundärteilchenanalyse eine Objektivbrennweite von 30 mm nicht unterschritten werden konnte. Hinsichtlich der erzielbaren Verkleinerung und des erfaßbaren Raumwinkels stellt die vorliegende Mikrostrahlsonde also einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik dar.In the present microbeam probe, the secondary particles are thus opposite to the direction of the The primary beam is accelerated and through the same electrodes that the objective for the primary beam form, fed to the examination device Da in the plane of the aperture of the primary beam limiting pinhole an intermediate focus or crossover area of the secondary beam is located, a high intensity of the secondary beam is guaranteed. The objective of the present microbeam probe can have a focal length of 5 mm and less, while with the known micro-beam probes A lens focal length of 30 mm cannot be fallen below with secondary particle analysis could. With regard to the achievable reduction in size and the detectable solid angle, the present The microbeam probe is a significant step forward compared to the state of the art.

Die vorliegende Mikrostrahlsonde ist nicht auf ein bestimmtes Vorzeichen der Teilchen beschränkt, man kann vielmehr bei entsprechender Polung der Vorspannung sowohl mit einem Elektronen- also auch mit einem lonenprimärstrahi arbeiten und unabhängig davon positive oder negative Sekundärteilchen erfassen.The present microbeam probe is not limited to any particular sign of the particles, man Rather, with the appropriate polarity of the bias voltage, it can be used both with an electron and with one Ionenprimärstrahi work and independently detect positive or negative secondary particles.

Weiterbildungen und Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnetFurther developments and refinements of the invention are characterized in the subclaims

Im folgenden win;) ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigtIn the following win;) an embodiment of the Invention explained in more detail with reference to the drawing, it shows

F i g. 1 eine etwas vereinfachte, teilweise geschnittene Seitenansicht des Elektrodensystems einer Mikrostrahlsonde gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;F i g. 1 is a somewhat simplified, partially sectioned side view of the electrode system of a micro-beam probe according to an embodiment of the invention;

F i g. 2 eine Schnittansicht des Objektivs und eines Teiles eines anschließenden Kugelkondensators der Mikrostrahlsonde gemäß Fig. 1 in einem gegenüber dieser Figur vergrößerten Maßstab;F i g. FIG. 2 shows a sectional view of the objective and part of an adjoining spherical capacitor from FIG Microbeam probe according to FIG. 1 on an enlarged scale compared to this figure;

F i g. 3 eine noch stärker vergrößerte Schnittansicht eines Teiles des Objektivs der Mikrostrahlsonde gemäß F i g. 2 und 3 undF i g. 3 shows an even more enlarged sectional view of part of the objective of the micro-beam probe according to FIG F i g. 2 and 3 and

Fig.4 eine gegenüber Fig.3 in waagerechter Richtung vergrößerte Schnittansicht eines Teiles des Objektivs der Mikrostrahlsonde gemäß F i g. 1 bis 3 mit einer Darstellung des Verlaufes des Primär- und Sekundärstrahlbündels.Fig. 4 is a horizontal compared to Fig. 3 Direction enlarged sectional view of part of the objective of the microbeam probe according to FIG. 1 to 3 with a representation of the course of the primary and secondary beam.

Das in F i g. 1 dargestellte Elektrodensystem ist in der Praxis in einem evakuierbaren und durch eine Schleuse zum Einführen eines Objektes mit der zu untersuchenden Oberfläche zugänglichen Vakuumgefäß angeordnet und enthält eine Primärstrahlquelle 10, die in bekannter Weise aufgebaut sein kann und ein Primärstrahlbündel 12 aus Ionen, oder Elektronen liefert. Das Primärstrahlbündel hat einen durch die Primärstrahlquelle oder Überkreuzungsbereich (Zwischenfokus) des Primärstrahlbündels gegebenen Bereich kleinsten Querschnitts, der durch ein in F i g. 1 nur thematisch ίο dargestelltes, teilchenoptisches Objektiv 14 auf eine zu untersuchende Oberfläche 16 eines Testobjekts abgebildet wird. Der vom Primärstrahlbündel 12 getroffene Probenbereich kann in bekannter Weise durch zwei Sätze 18,20 elektrostatischer Ablenkplatten rasterartig auf der zu untersuchenden Oberfläche abgelenkt werden.The in Fig. 1 shown electrode system is in the Practice in an evacuable and through a lock for introducing an object with the object to be examined Surface accessible vacuum vessel and contains a primary beam source 10, which is known in Wise can be constructed and a primary beam 12 provides ions, or electrons. The primary beam has a through the primary beam source or crossover area (intermediate focus) of the primary beam given area of smallest cross-section, which is determined by a in F i g. 1 only thematically ίο illustrated, particle-optical lens 14 towards one investigating surface 16 of a test object is imaged. The one struck by the primary beam 12 The sample area can be rasterized in a known manner by two sets 18, 20 of electrostatic baffles be deflected on the surface to be examined.

Das Objektiv besteht aus drei voneinander isolierten, durchbohrten Elektroden 22,24 und 26, wie insbesondere aus Fig.3 ersichtlich ist Die zu untersuchende Probenoberfläche 16, die elektrisch leiten soll oder mit einem leitenden Belag versehen ist, wird dicht unter der Bohrung der objektseitigen Elektrode 22 angeordnet. Bei Verwendung eines aus Ionen bestehenden Primärstrahlbündels wird die Elektrode 26 zweckmäßig auf Erdpotential (U₃ = O) gelegt, die Elektrode 24 liegt auf Hochspannung (z. B. U₂ = -20 kV), die Elektrode 22 auf niedriger Spannung (z. B. Ui =-500 V) und die Probenoberfläche 16 auf dem Potential, das der Austrittsenergie der Sekundärteilchen entsprechen soll (z. B. U₀ = + 1 kV).The lens is composed of three mutually insulated, perforated electrodes 22,24 and 26, in particular from Figure 3 it can be seen which is provided to be examined sample surface 16 that is to be electrically conductive or a conductive coating, is just below the bore of the object-side electrode 22 arranged. When using a primary beam consisting of ions, the electrode 26 is expediently placed on earth potential (U ₃ = O), the electrode 24 is on high voltage (e.g. U ₂ = -20 kV), the electrode 22 on low voltage (e.g. B. Ui = -500 V) and the sample surface 16 at the potential that should correspond to the exit energy of the secondary particles (e.g. U ₀ = + 1 kV).

Die hier als Beispiel gegebenen Potentialwerte gelten dann, wenn positive Sekundärteilchen untersucht werden sollen.The potential values given here as an example apply when examining positive secondary particles should be.

Die schematisch dargestellten Felder 28 und 30 zwischen den Elektroden 26 und 24 einerseits und 24 und 22 andererseits wirken als Sammellinsen. Durch geeignete Wahl des Verhältnisses von U2 zur Energie des Primärstrahlbündels 12 kann man erreichen, daß das Primärstrahlbündel durch die kombinierte WirkungThe schematically illustrated fields 28 and 30 between the electrodes 26 and 24 on the one hand and 24 and 22, on the other hand, act as converging lenses. By suitable choice of the ratio of U2 to energy of the primary beam 12 can be achieved that the primary beam through the combined effect

4(i dieser beiden Linsen 24—26 bzw. 22—24 auf die Probenoberfläche 16 fokussiert wird, wie es in Fig.4 dargestellt ist. Dies läßt sich sowohl für positive als auch für negative Primärteilchen im Energiebereich zwischen etwa 5 und 25 kV erreichen. Zwischen den beiden Linsen befindet sich innerhalb der relativ dicken Elektrode 24 ein kurzer, feldfreier Raum. Hier ist eine Lochblende 32 mit einer feinen Öffnung angeordnet, die zur Begrenzung der Apertur des Primärstrahlbündels 12 dient. Die Anordnung der Aperturblende ist an dieser Stelle am günstigsten, weil so bei der rasterartigen Ablenkung des Primärstrahlbündels die Abweichung des Strahlenganges von der Linsenachse in beiden Linsen klein bleibt.4 (i of these two lenses 24-26 or 22-24 on the Sample surface 16 is focused, as shown in Fig.4 is shown. This can be done for both positive and negative primary particles in the energy range between reach around 5 and 25 kV. Between the two lenses is located within the relatively thick one Electrode 24 a short, field-free space. Here is a pinhole 32 with a fine opening is arranged, the is used to limit the aperture of the primary beam 12. The arrangement of the aperture diaphragm is based on this The most favorable position, because this is how the deviation occurs with the raster-like deflection of the primary beam of the beam path from the lens axis remains small in both lenses.

Für die vom fokussierten Primärstrahlbünde! getroffenen Probenbereich 36 (F i g. 4) ausgehenden Sekundärteilchen (bei dem erwähnten Beispiel also Ionen) wirken die leitende Oberfläche 16, die Elektroden 22 und die Elektrode 24 als elektrostatische Linse in Form eines Triodensystems, deren Feld durch geeignete Wahl bo des Potentials der Elektrode 22 so eingestellt werden kann, daß das vom Probenbereich 16 ausgehende Sekundärstrahlbündel in einen Überkreuzungsbereich fokussiert wird, der in der Ebene bzw. Öffnung 34 der Lochblende 32 liegt. Durch die Größe der Öffnung 34 ist κ, der maximal mögliche Untersuchungsbereich auf der Probenoberfläche 16 festgelegt, also das Gesichtsfeld. Solange man jedoch innerhalb dieses Gesichtsfeldes bleibt, gelangen alle Sekundärteilchen mit mäßigenFor the focused primary beam frets! hit sample area 36 (Fig. 4) outgoing secondary particles The conductive surface 16 and the electrodes 22 act (ie ions in the example mentioned) and the electrode 24 as an electrostatic lens in the form of a triode system, its field by suitable selection bo of the potential of the electrode 22 can be adjusted can that the secondary beam emanating from the sample area 16 into a crossover area is focused, which lies in the plane or opening 34 of the pinhole 32. By the size of the opening 34 is κ, the maximum possible examination area on the Specimen surface 16 set, so the field of view. As long as you are within this field of vision remains, all secondary particles arrive with moderate

Anfangsenergien durch die Blende 32 hindurch. Das Feld 28 zwischen den Elektroden 24 und 26 wirkt für die Sekundärionen als bremsende Immersionslinse, deren untere Brennebene mit der Ebene der Lochblende 32 zusammenfällt. Da das Sekundärstrahlbündel dort einen Überkreuzungsbereich hat, wird es durch diese Linse zu einem Parailelstrahlbündel gemacht. Durch die rasterartige Ablenkung des Primärstrahlbündels tritt eine entsprechende periodische Winkelauslenkung dieses Parallelstrahlbündels auf. Diese kann für die eine Ablenkkoordinate durch ein mit der raterablenkung synchronisiertes elektrisches Feld E zwischen zwei Hilfsablenkplatten 38 aufgehoben werden, so daß sich das austretende Sekundärstrahlbündel 40 (Fig.4) nur parallel zu sich selbst bewegt. Für die andere Koordinate des Rasterablenkung, die durch ein Feld zwischen Hilfsablenkplatten 42 kompensiert wird, gilt entsprechendes.Initial energies through the aperture 32. The field 28 between the electrodes 24 and 26 acts as a braking immersion lens for the secondary ions, the lower focal plane of which coincides with the plane of the perforated diaphragm 32. Since the secondary beam has a crossover area there, it is made into a parallel beam by this lens. The grid-like deflection of the primary beam causes a corresponding periodic angular deflection of this parallel beam. This can be canceled for one deflection coordinate by an electric field E between two auxiliary deflection plates 38 synchronized with the rater deflection, so that the emerging secondary beam 40 (FIG. 4) moves only parallel to itself. The same applies to the other coordinate of the grid deflection, which is compensated for by a field between auxiliary deflection plates 42.

Es können sowohl positive als auch negative Primärteilchen verwendet werden und unabhängig davon können positive oder negetive Sekundärteilchen zur Analyse herausgeführt werden. Die Polung der Vorspannung an den Elektroden 22 und 24 und der Probenoberfläche 16 richtet sich nach dem Vorzeichen der verwendeten Sekundärteilchen. Sie werden so gewählt, daß diese zwischen der Oberfläche 16 und der Elektrode 24 beschleunigt werden. Bei Untersuchung von positiven Sekundärionen erhält also die Elektrode 24 eine negative Vorspannung bezüglich der Oberfläche 16 während bei der Untersuchung von negativen Sekundärionen oder Sekundärelektronen die Elektrode 24 positiv gegenüber der Oberfläche 16 sein muß. Die Bedingung, daß das Primärstrahlbündel auf die Probenoberfläche fokussiert sein muß, läßt sich in beiden Fällen und für Primärteilchen beider Vorzeichen (positive oder negative Ionen, Elektronen) immer durch geeignete Wahl ihrer Energie erfüllen.Both positive and negative primary particles can be used and independently positive or negative secondary particles can be extracted from this for analysis. The polarity of the The bias voltage at the electrodes 22 and 24 and the sample surface 16 depends on the sign of the secondary particles used. They are chosen so that these between the surface 16 and the Electrode 24 are accelerated. When examining positive secondary ions, the electrode is preserved 24 a negative bias with respect to the surface 16 while in the investigation of negative ones Secondary ions or secondary electrons, the electrode 24 must be positive with respect to the surface 16. the The condition that the primary beam must be focused on the sample surface can be met in both cases and for primary particles of both signs (positive or negative ions, electrons) always by suitable ones Choice to meet their energy.

Aus Fig.2 ist ersichtlich, wie das Objektiv in mechanischer Hinsicht aufgebaut sein kann. Zur gegenseitigen elektrsichen Isolation der die drei Elektroden 22,24 und 26 bildenden Metallteile dient ein einziger Isolator 44, der einen flanschartigen Teil, das die Elektroden 22 und 26 gegeneinander isoliert und einen rohrartigen Teil mit nach innen einspringendem Rand aufweist, in dem die Elektrode 24 isoliert gelagert ist. Die Zuleitungen zu den Elektroden sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Der wirksame Teil der Elektrode 22 hat die Form einer verhältnismäßig dünnen Platte (Fig.3) während die Elektrode 24 demgegenüber verhältnismäßig dick ist. Die Bohrung der Elektrode 24 besteht aus einem objektseitigen, zylindrischen Teil 46 kleineren Durchmessers und einem sich daran anschließenden zylindrischen Teil 48 größeren Durchmessers. Auf der zwischen den beiden Teilen 46, 48 gebildeten Stufe liegt eine die Blende 3i bildende Scheibe. Die Elektrode 26 hat die Form eine; Rohres, das ein etwas verengtes Ende aufweist und die Hilfsablenkplatten 38, 42 enthalt. Das Objektiv kann wie in Fig. 2 dargestellt ist, eine lichtmikroskopischc Einrichtung vom Schwarzschild-Typ zur Betrachtung der Probenoberfläche 16 enthalten. Die Betrachtungseinrichtung enthält in an sich bekannter Weise einen ringförmigen Konkavspiegel 48, einen KonvexspiegelFrom Figure 2 it can be seen how the lens can be constructed from a mechanical point of view. To the mutual electrical insulation of the metal parts forming the three electrodes 22, 24 and 26 is used single insulator 44, which has a flange-like part that insulates electrodes 22 and 26 from one another and has a tubular part with an inwardly re-entrant edge, in which the electrode 24 is mounted in an insulated manner is. The leads to the electrodes are not shown for the sake of simplicity. The effective part the electrode 22 has the shape of a relatively thin plate (FIG. 3) while the electrode 24 in contrast, is relatively thick. The bore of the electrode 24 consists of an object-side, cylindrical part 46 of smaller diameter and an adjoining cylindrical part 48 larger diameter. On the step formed between the two parts 46, 48 is a diaphragm 3i forming disc. The electrode 26 has the shape of a; Tube having a slightly narrowed end and containing auxiliary baffles 38,42. The lens can as shown in Fig. 2, a Schwarzschild type optical microscope device for observation the sample surface 16 included. The viewing device contains a in a manner known per se annular concave mirror 48, a convex mirror

to 50, der eine Bohrung für die Tcilchenstrahlbündel aufweist, und einen ebenfalls durchbohrten Umlenkspiegel 52. Der Verlauf des Lichtstrahlbündels 54 ist in Fig.2 und 3 dargestellt. Die bekannten Betrachtungseinrichtungen dieser Art lassen sich bei der vorliegen- to 50, which has a hole for the Tcilchenstrahlbündel, and a deflecting mirror that is also drilled through 52. The course of the light beam 54 is shown in FIGS. The known viewing devices of this type can be found in the present

ts den Mikrostrahlsondc jedoch wegen des kurzbrennweitigen Objektivs und der dementsprechend kleinen Elektrodenabstände nicht ohne weiteres verwenden. Bei der vorliegenden Mikrostrahlscnde wird das Lichtstrahlbündel daher durch zwei spiegelnde Flächen 56 und 58, die durch die Oberseite der Elektrode 22 bzw. die Unterseite der Elektrode 24 gebildet oder an diesen Elektroden angeordnet sein können, in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise umgelenkt, so daß es vom Konkavspiegel 48 durch die öffnung der Elektrode 22 gelangen kann. Die Elektrode 24 ist mit ringsektorförmigen Aussparungen 60 für das Lichtstrahlbündel versehen.ts the Mikrostrahlsondc however because of the short focal length Lens and the correspondingly small distance between the electrodes. In the case of the present micro-beam scanner, the light beam is therefore passed through two reflective surfaces 56 and 58, which are formed by the upper side of the electrode 22 and the lower side of the electrode 24, or on these Electrodes can be arranged, deflected in the manner shown in Fig. 3, so that it is from Concave mirror 48 can pass through the opening of electrode 22. The electrode 24 is annular sector-shaped Provided recesses 60 for the light beam.

Die Trennung des Primär- und Sckundärstrahlbündels 12 bzw. 40 kann außerhalb des Objektivs beispielsweise mittels eines Kugelkondensators 62 erfolgen, der das aus dem Objektiv 14 austrende Sekundärstrahlbündel 40 vom Weg des Primärstrahlbündels 12 ablenkt und z. B. Bestandteil eines doppelfokussierenden Massenspektrometers (siehe z. B. DE-OS 20 31 811) sein kann. Die äußere Platte des Kugelkondensators hat eine in der Richtung der Objektivachse verlaufende Bohrung 64, durch die das Primärstrahlbündel 12 eintritt. Da die Energie des Primärstrahlbündels 12 wesentlich höher ist als die des Sekundärstrahlbündels 40, erfährt das Primärstrahlbündel entlang der kurzen Stecke, die es durch den Kugelkondensator 62 läuft, nur eine geringe Ablenkung, die durch eine entsprechende Vorspannung an dem Ablenkplattenpaar 20 kompensiert werden kann.The separation of the primary and secondary beam 12 and 40 can be done outside the lens take place, for example, by means of a spherical capacitor 62, which exits the lens 14 Secondary beam 40 deflects from the path of the primary beam 12 and z. B. Part of a double focus Mass spectrometer (see z. B. DE-OS 20 31 811) can be. The outer plate of the spherical capacitor has a bore 64 running in the direction of the objective axis through which the primary beam 12 entry. Since the energy of the primary beam 12 is significantly higher than that of the secondary beam 40, experiences the primary beam along the short stretch that it passes through the spherical capacitor 62 runs, only a slight deflection caused by a corresponding bias on the pair of deflector plates 20 can be compensated.

Die Linsenfelder 28 und 30 (Fig.3) wirken auf das Primärstrahlbündel wie ein zusammengesetztes Objektiv, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Brennweite von etwa 5 mm hat. Die bekannten Mikrostrahlsonden, die mit SekundärteilchenanalyseThe lens fields 28 and 30 (Figure 3) act on the Primary beam like a composite lens, which in the illustrated embodiment a Has a focal length of about 5 mm. The well-known micro-beam probes with secondary particle analysis

so arbeiten, haben Brennweiten von mindestens 30 mm. Die vorliegende Mikrostrahlsonde stellt also einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik dar.work like this have focal lengths of at least 30 mm. The present microbeam probe thus represents one represents significant progress compared to the state of the art.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Mikrostrahlsonde zur quantitativen Erfassung von geladenen Sekundärteilchen mit einer Teilchenquelle, die ein im wesentlichen paralleles, ggf. auch etwas divergierendes Primärstrahlbündel erzeugt, einem mindestens eine teilchenoptische Linse enthaltenden Objektiv zur Fokussierung des Primärstrahlenbündels auf einen kleinen Probenbereich einer zu untersuchenden, elektrisch leitenden Oberfläche, und einer Elektrodenanordnung, durch die die Sekundärteilchen, die vom Primärstrahlbündel im Probenbereich erzeugt worden sind, zu einer Untersuchungseinrichtung gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (14) zwei hintereinander geschaltete, rotationssymmetrische elektrostatische Linsen (24,26,28; 22,24,30) kurzer Brennweite sowie eine zwischen diesen angeordnet Lochblende (32) enthält; daß die Linsen und die zu untersuchende Oberfläche (16) bezüglich der Energie des Primärstrahlbündels (12) so bemessen und angeordnet sind, daß das Primärstrahlbündel durch die kombinierte Wirkung der elektrischen Felder der beiden Linsen auf den Probenbereich (36) fokussiert wird, wobei die Lochblende (32) als Aperturblende für das Primärstrahlbündel wirkt und gleichzeitig die im Probenbereich erzeugten Sekundärteilchen von der durch die Elektroden (22,24) der zweiten Linse und die leitende Oberfläche (16) gebildeten Linse (16, 22, 24) in die öffnung (34) der Lochblende (32) fokussiert und durch die erste Linse (24, 26, 28) zu einem wenigstens annähernd parallelen Sekundärstrahlbündel (40) gesammelt werden, das das Objektiv (14) in einer dem Primärstrahlbündel im wesentlichen entgegengesetzten Richtung verläßt; und daß zwischen der Primärstrahlquelle (10) und dem Objektiv (14) eine Anordnung (62) zum Erzeugen eines Ablenkfeldes angeordnet ist, das das Primärstrahlbündel (12) und das Sekundärstrahlbündel (40) aufgrund der unterschiedlichen Energien der Teilchen dieser Bündel trennt1.Micro-beam probe for the quantitative detection of charged secondary particles with a particle source that generates an essentially parallel, possibly also slightly diverging, primary beam, an objective containing at least one particle-optical lens for focusing the primary beam on a small sample area of an electrically conductive surface to be examined, and an electrode arrangement through which the secondary particles, which have been generated by the primary beam in the sample area, reach an examination device, characterized in that the objective (14) has two rotationally symmetrical electrostatic lenses (24,26,28; 22,24, 30) short focal length and a pinhole (32) arranged between them; that the lenses and the surface to be examined (16) are dimensioned and arranged with respect to the energy of the primary beam (12) so that the primary beam is focused on the sample area (36) by the combined effect of the electric fields of the two lenses, the pinhole (32) acts as an aperture stop for the primary beam and at the same time the secondary particles generated in the sample area from the lens (16, 22, 24) formed by the electrodes (22, 24) of the second lens and the conductive surface (16) into the opening (34) ) the pinhole diaphragm (32) is focused and collected by the first lens (24, 26, 28) to form an at least approximately parallel secondary beam (40) which leaves the objective (14) in a direction substantially opposite to the primary beam; and that between the primary beam source (10) and the objective (14) an arrangement (62) for generating a deflection field is arranged which separates the primary beam (12) and the secondary beam (40) due to the different energies of the particles of these bundles

2. Mikrostrahlsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsen je eine äußere Elektrode (22 bzw. 26) und eine gemeinsame Mittelelektrode (24) enthalten, die einen im wesentlichen feldfreien Raum bildet, in dem die Lochblende (32) angeordnet ist.2. Micro-beam probe according to claim 1, characterized in that the two lenses each have one contain outer electrode (22 or 26) and a common center electrode (24), which forms a substantially field-free space in which the pinhole (32) is arranged.

3. Mikrostrahlsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Primärstrahlquelle (10) benachbarte Elektrode (26) der ersten Linse rohrförmig ist, daß die Mittelelektrode (24) die Form einer relativ dicken Platte hat, welche eine Bohrung mit einem der äußeren Elektrode der ersten Linse zugewandten zylindrischen Teil (48) größeren Durchmessers und einem sich daran anschließenden zylindrischen Teil (46) kleineren Durchmessers hat, und daß die äußere Elektrode (22) der zweiten Linse die Form einer durchbrochenen, relativ dünnen Platte hat.3. micro-beam probe according to claim 2, characterized in that the primary beam source (10) adjacent electrode (26) of the first lens is tubular that the central electrode (24) the shape a relatively thick plate which has a bore with one of the outer electrodes of the first lens facing cylindrical part (48) of larger diameter and an adjoining it cylindrical part (46) of smaller diameter, and that the outer electrode (22) of the second lens has the shape of an openwork, relatively thin plate.

4. Mikrostrahlsonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblende (32) zwischen den beiden zylindrischen Teilen (46,48) der Bohrung der Mittelelektrode (24) angeordnet ist.4. micro-beam probe according to claim 3, characterized in that the perforated diaphragm (32) between the two cylindrical parts (46,48) of the bore of the center electrode (24) is arranged.

5. Mikrostrahlsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vorrichtung zur Ablenkung des Primärstrahlbündels, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Vorrichtung (18, 20) zur Ablenkung5. Micro-beam probe according to one of the preceding claims with a device for deflection of the primary beam, characterized in that on the device (18, 20) for deflection des Primärstrahlbündels (12) zugewandten Seite des Objektivs (14) eine Hilfsablenkeinrichtung (38, 42) zur Kompensation der durch die Ablenkung des Primärstrahlbündels verursachten Ablenkung des Sekundärstrahlbündels (40) vorgesehen ist.the side of the objective (14) facing the primary beam (12) an auxiliary deflection device (38, 42) to compensate for the deflection of the caused by the deflection of the primary beam Secondary beam (40) is provided.

6. Mikrostrahlsonde nach einem der vorhergehenden Anspräche, mit einer lichtoptischen Einrichtung vom Schwarzschild-Typ zur Betrachtung der Probenoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß an der6. Micro-beam probe according to one of the preceding claims, with a light-optical device of the Schwarzschild type for viewing the sample surface, characterized in that on the

ίο der Probenoberfläche 16 abgewandten Seite der äußeren Elektrode (22) der zweiten Linse und an der dieser Elektrode zugewandten Seite der anschließenden Elektrode (24) je eine spiegelnde Hache (56, 58) zur Umlenkung des Lichtstrahlbündels (54)ίο the side facing away from the sample surface 16 outer electrode (22) of the second lens and on the side facing this electrode of the adjoining electrode (24) each have a reflective surface (56, 58) for deflecting the light beam (54) vorgesehen sind.are provided.