DE2424317C3

DE2424317C3 - Method and device for performing an energy analysis

Info

Publication number: DE2424317C3
Application number: DE19742424317
Authority: DE
Inventors: Michael Robert Boudry; James Hamilton Neave
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-05-27
Filing date: 1974-05-18
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE2424317B2; DE2424317A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Energieanalyse eines von einer in einem Vakuumraum befindlichen bestrahlten Probe ausgesandten Ladungspartikelflusses, insbesondere eines von einer mit Primärelektronen bestrahlten Probe ausgesandten Sekundärelektronenflusses, bei dem die Ladungspartikel die Probe unter der Wirkung eines wechselspannungsmodulierten variablen Bremspotentials verlassen und bei dem der momentan ausgesandte Ladungspartikelstrom als Funktion des Bremspotentials in einer Detektorschaltung ermittelt wird, die auf eine bestimmte Harmonische des Wechselspannungsmodulationssignals abgestimmt ist und deren Ausgang proportional der der bestimmten Harmonischen entsprechenden Ableitung des Ladungspartikelstromes bzw. einer um Eins niedrigeren Ableitung der Ladungspartikelenergieverteilung ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for performing an energy analysis of an irradiated sample emitted by an irradiated sample located in a vacuum space Charge particle flow, in particular one from a sample irradiated with primary electrons emitted secondary electron flux, in which the charge particles hit the sample under the action of a Leave alternating voltage modulated variable braking potential and at which the momentarily transmitted Charge particle flow determined as a function of the braking potential in a detector circuit which is based on a certain harmonic of the AC voltage modulation signal is tuned and its output proportional to the derivative of the charge particle current corresponding to the particular harmonic or a derivative of the charge particle energy distribution that is lower by one, and a device for carrying out such a method.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt, so z. B. aus der Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, Band 39, Nr. :>, April 1968, Seiten 2425 bis 2432, und der US-PS 3 582649.Such methods and devices are known, for. B. from the journal »Journal of Applied Physics ", Volume 39, No.:>, April 1968, pages 2425 bis 2,432, and U.S. Patent 3,582,649.

Ein solches Verfahren geht von der Auger-Elektronenemission aus. Wenn ein primärer Elektronenstrahl mit entsprechender Energie von einem Elekt-onenstrahlerzeugungssystem auf eine Oberfläche einer Probe in einem evakuierten Raum gerichtet wird, weist das Energiespektrum der Sekundärelektronen gewisse feste Energiespitzen auf, die den durch strahlungslose Auger-Übergänge in den Probenatomen erzeugten Elektronen zugeschrieben werden und zum Identifizieren aller Kiemente außer Wasserstoff und Helium angewandt werden können Beim Auger-Effekt stößt ein primäres Elektron cm anderes Elektron aus einem bestimmten Energieniveau im Probenatom ab, und diese zwei Elektronen teilen sich die Anfangsenergie nach der Streuung auf eine Weise, die die Gesamtenergie des Systems erhält. Wenn jedoch ein Elektron aus einem Energieniveau E₁ den im Niveau E₁ entstandenen freien Platz einnimmt, steht eine feste Energiemenge E₀-E₁ /um Abstoßen eines Elektrons aus einem dritten Niveau f.', zur Verfugung. Dieses Elektron (Auger-Elektron) kann außerhalb der Probe mit folgender Energie erseheinen;Such a method is based on the Auger electron emission. When a primary electron beam with the corresponding energy is directed from an electron gun onto a surface of a sample in an evacuated space, the energy spectrum of the secondary electrons exhibits certain fixed energy peaks which are attributed to the electrons generated by the radiationless Auger transitions in the sample atoms and to the Identifying all elements except hydrogen and helium can be used in the Auger effect, a primary electron repels another electron from a certain energy level in the sample atom, and these two electrons share the initial energy after scattering in a way that preserves the total energy of the system . However, when an electron from an energy level E ₁ occupies the expenditure incurred in level E ₁ of free space, a fixed amount of energy is E ₀ -E ₁ / to push off an electron from a third level f. ', For jointing. This electron (Auger electron) can appear outside the sample with the following energy;

worin E₄ der Wert des VaküUmriiveaus ist- Die vom primären Strahl erzeugtet! Auger-Elektronen besitzen niedrige Energien (unter 2 KeV) und sehr kurze mittlere Freistrecken zur Größe von 10 Angstrom vordem Verlust der Energie, Das Verfahren ist also besonderswhere E _{4 is} the value of the vacuum level - that produced by the primary beam! Auger electrons have low energies (below 2 KeV) and very short mean free distances of up to 10 Angstroms before the loss of energy, so the process is special

empfindlich für Oberflächenbedingungen und gibt Auskunft über Atome in den wenigen atomaren Oberschichten der Probe.sensitive to surface conditions and provides information about atoms in the few atomic ones Upper layers of the sample.

Es sind zwei Verfahren zum Analysieren der Sekundärelektronen zum Erhalt eines Energiespektrums bekannt, welche Verfahren beide mit elektronenoptischen Einrichtungen durchgeführt werden, die in einiger Entfernung von der Probe im evakuierten Raum angeordnet sein müssen.There are two methods of analyzing the secondary electrons to obtain an energy spectrum known which processes are both carried out with electron optical devices, the must be located at some distance from the sample in the evacuated room.

Nach dem Bremsfeldverfahren ist die elektronenoptische Einrichtung ein LEED-Dreigittersystem mit einer dem zweiten Gitter zugeführten Bremsspannung, welches Gitter ab Kathodenpotential auf Null abgetastet wird. Ein Leuchtschirm hinter den Gittern funktioniert als Kollektor für die Sekundärelektronen. Der Bremsspannung wird ein kleines Wechselspannungsmodulationssignal überlagert und es wird die 1. oder 2. Harmonische der Wechselspannungskomponente des gesammelten Stromes in bezug auf die Bremsspannung aufgezeichnet. Die 2. Harmonische ist proportional der zweiten Ableitung des gesammelten Stromes in bezug auf das Bremspotentia', das der ersten Ableitung der Energieverteilung der Sekundärelektronen proportional ist. Vorzugsweise wird die erste Ableitung der Energieverteilung aufgezeichnet, weil dadurch die Wiedergabe im Spektrum der Auger-Obergänge vergrößert wird, die einem Hintergrund sekundärer Elektronen größeren Stromes überlagert sind.According to the braking field method, the electron-optical device is a LEED three-grid system a braking voltage supplied to the second grid, which grid starts at the cathode potential at zero is scanned. A luminescent screen behind the grids works as a collector for the secondary electrons. The braking voltage becomes a small AC voltage modulation signal superimposed and it becomes the 1st or 2nd harmonic of the alternating voltage component of the collected current recorded in relation to the braking voltage. The 2nd harmonic is proportional to the second derivative of the collected current with respect to the braking potential 'that the first derivative of the energy distribution of the secondary electrons is proportional. Preferably the first derivation of the energy distribution recorded, because it reproduces the spectrum of the Auger transitions is enlarged, which are superimposed on a background of secondary electrons of larger current.

Nach dem elektrostatischen Ablenkverfaiiren besteht die elektronenoptische Einrichtung aus einem elektrostatischen Elektronenenergieanalysator und einem Elektronenvervielfacher. Elektronen bekann ter Energie, die im Eingangsschlitz des Analysators eintreten, werden am Ausgangsschlitz für eine bestimmte den Ablenkplatten des Analysators zugeführte Spannung nachfokussiert. Beim normalen Betrieb des Analysators ergibt sich eine Energieverteilung der Sekundärelektronen, und daher verhält sich, wenn der gewobbelten Ablenkspannung ein Wechselspannungsmodulationssignal überlagert ist, die 1. Harmonische des vom Elektronenvervielfacher gesammelten Stromes proportional zur ersten Ableitung der Sekundärelektronen.After the electrostatic deflection process, the electron optical device consists of one electrostatic electron energy analyzer and an electron multiplier. Know electrons ter energy that enters the inlet slot of the analyzer, are at the outlet slot for a certain refocuses the voltage applied to the analyzer's deflector plates. During normal operation of the analyzer results in an energy distribution of the secondary electrons, and therefore behaves when the swept deflection voltage is an AC modulation signal is superimposed, the 1st harmonic of the collected by the electron multiplier Current proportional to the first derivative of the secondary electrons.

Die beiden obenerwähnten bekannten Verfahren zum Analysieren der Sekundärelektronen zum Erhalt eines Auger-Spektrums weisen zwei wesentliche Nachteile auf, die dem Gebrauch einer elektronenoptischen Einrichtung anhaften und deren Beseitigung die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist. Die Gesamtempfindlichkeit ist negrenzt, weil nur derjenige Bruchteil der die Probe verlassenden Sekundärelektronen gesammelt wird, der sich in dem der elektronenoptischen Einrichtung gegenüberliegenden Raumwinkel befindet. Auch die physikalische Abmessung der elektronenoptischen Einrichtung wirkt sich einschränkend auf die Anwendung des Verfahrens in denjenigen Fällen aus, in denen wenig Raum für die elektronenoptische Einrichtung vorhanden ist.The above two known methods of analyzing the secondary electrons to obtain an Auger spectrum have two major disadvantages, the use of an electron optical Adhere to device and the elimination of which is the object of the present invention. The overall sensitivity is limited because only that fraction of the secondary electrons leaving the sample is collected, which is in the opposite of the electron optical device Solid angle is located. Also the physical dimension the electron-optical device has a restrictive effect on the application of the method in those cases in which there is little space for the electron-optical device.

Im Grunde beziehen sich diese beiden dem Gebrauch einer elektronenoptische!! Einrichtung anhaftenden Nachteile im allgemeinen auf den Gebrauch optischer Lädungspartikeleiririchtüngen für die Energieanalyse eines Ladungspartikelflusses in einem evakuierten Raum,Basically these two relate to the use of an electron optic !! Adherent establishment Disadvantages in general on the use optical charge particle devices for energy analysis a charge particle flow in an evacuated space,

Die Erfindung besteht nun darin, daß das wechselspanuungsmodulierte Bremspotential an die sich im Vakuurrifaum mit geerdeten Wänden befindliche Probe angelegt wird und die Probe über eine elektrische Leitung mit der Detektorschaltung verbunden wird.The invention consists in that the AC voltage modulated Brake potential to the one located in the vacuum space with earthed walls Sample is applied and the sample is connected to the detector circuit via an electrical line will.

Zweckmäßigerweise wird das Bremspotential der Probe flankenförmig angelegt und auch dem Elektronenstrahlerzeugungssystem flankenförmig zugeführt, um einen Primärelektronenstrahl mit nahezu konstanter Energie zu erzeugen.The braking potential of the sample is expediently applied in the form of a flank and also to the electron beam generation system Flanked fed to generate a primary electron beam with almost constant energy.

Während also in den bekannten Verfahren von Auger-Elektronenspektroskopie Elektronen aller Energien die Probenoberfläche verlassen können und ein Bruchteil dieser Elektronen durch eine elektronenoptische Einrichtung analysiert wird, verlassen dagegen im erfindungsgemäßen Verfahren nur Elektronen mit ausreichender Energie zum Überschreiten des gewobbelten Bremspotentials die Probenoberfläche, und alle diese Elektronen werden gesammelt.So while in the known method of Auger electron spectroscopy Electrons of all energies can leave the sample surface and a fraction of these electrons through an electron optical system Device is analyzed, on the other hand, only electrons leave with the method according to the invention Sufficient energy to exceed the swept braking potential on the sample surface, and all of these electrons are collected.

Da alle Sekundärelektronen, die die Probe verlassen, durch die wirksame Durchführung der Energieanalyse an der Probenoberfläche selbst statt mittels einer elektronenoptischen Einrichtung analysiert werden, ist die Gesamtemphndlichkeit Jieses Verfahrens fünfmal größer als das bekannte Bremspotentialverfahren, wobei eine elektronenoptische LFED-Einnchtung benutzt wird. Gleichzeitig sind der Signal-^lauschabstand und die Auflösung fur Auger-Elektronen mit denen des bekannten Verfahrens vergleichbar. Since all secondary electrons leaving the sample by effectively performing the energy analysis on the sample surface itself rather than by means of an electron optical device is the overall sensitivity of this method five times larger than the well-known braking potential method, with an electron-optical LFED device is used. The signal-to-noise ratio and the resolution for Auger electrons are at the same time comparable to those of the known method.

Da keine elektronenoptische Einrichtung benutzt wird, ist das erfindungsgemäße elektronenoptische Oberflachenanalyseverfahren außerdem deshalb wichtig, weil es wegen seiner Eignung und Anwendungsmöglichkeiten dort angewandt werden kann, wo elektronenoptische Analysatoren nicht einsetzbar sind, z. B. für »in situ«-Prüfung von Kontamination und Alterungsproblemeii in verschiedenen Elektronenröhrentypen, für Anwendung in der Oberflachenchemie und beim Katalysenstudium für Substratverwertung beim Studium des DünnfilmwachMun.·, und für direkten Einbau in Abtast-Elektronenmikroskope und ähnliche Instrumente.Since no electron optical device is used, it is electron optical according to the invention Surface analysis method is also important because it is because of its suitability and possible applications can be used where electron-optical analyzers cannot be used are e.g. B. for "in situ" testing of contamination and aging problems in various types of electron tubes, for use in surface chemistry and in catalysis studies for substrate utilization when studying thin-film awake Munich. ·, and for direct installation in scanning electron microscopes and similar instruments.

r.ach dem erfindungsgemäßen elektronenspektroskopischen Verfahren wird das modulierte Biemspotential an die Probe gelegt und ein für alle die Probe verlassenden Sekundärelektronen charakteristischer Strom gemessen.r.after the electron spectroscopic according to the invention In the procedure, the modulated Biemspotential is applied to the sample and one for all the sample leaving secondary electrons characteristic current measured.

Eine zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens geeignete Vorrichtung mit einem Hochspannungs-Bremspotentialgenerator. einer Einrichtung für die Erzeugung eines Wechselspannungsmodulationssignals und einer Detektorschaltung ist derart aufgebaut, daß die Wände des Vakuumraums geerdet sind, daß der Eingang dT Detektorschaltung mit dem erste" Tor eines Kopplungsnetzwerkes mit vier Toren verbunden ist und die Schaltungsanordnung derart ausgelegt ist, daii, wenn das Bremspotertial, eine elektrische Verbindung mit der Probenoberfläche und das wechselspannungsmodulierte Signal an das zweite, das dritte bzw. das vierte Tor des Netzwerkes gelegt werden, das Bremspotential moduliert und der Probe zugeführt wird sowie vom Eingang der Detektorschaltung entkoppelt ist und der von der Probe abfließende Wechselstrom einen Eingangsstrom zur Detektorschaltung erzeugt, der auch das wechselspannungs·^ modulierte Signal zugeführt ist,A device with a high-voltage braking potential generator suitable for carrying out the proposed method. a device for generating an AC voltage modulation signal and a detector circuit is such constructed that the walls of the vacuum chamber are earthed, that the input dT detector circuit with the first "gate of a coupling network is connected to four gates and the circuit arrangement in such a way is designed daii, if the braking potential, a electrical connection to the sample surface and the AC-modulated signal to the second, the third or fourth gate of the network can be placed, the braking potential modulated and the sample is supplied and is decoupled from the input of the detector circuit and the drain from the sample Alternating current generates an input current to the detector circuit, which also generates the alternating voltage · ^ modulated signal is supplied,

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung einer solchen Vorrichtung besteht darin, daß das Viertornetzwef k eifieii Tfansformator enthalt, daß in diesemA particularly expedient embodiment of such a device is that the four-port network k eifieii Tfansformator contains that in this

Netzwerk das erste Tor über einen Küfidefisäiof rfiit einem Ende einer Sekundärwicklung des Transformators, das zweite Tor über eine Impedanz mit dem er-; wähnten einen Ende der Sekundärwicklung verbunden istj das dritte Tor an das andere Ende der Sekundärwicklung und das vier Tor an eine Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist.Network the first gate via a Küfidefisäiof rfiit one end of a secondary winding of the transformer, the second port through an impedance to the he; imagined one end of the secondary winding is connected to the third port to the other end of the Secondary winding and the four port is connected to a primary winding of the transformer.

Dabei kann im Transformator eine weitere Sekundärwicklung vorgesehen sein, von der ein Ende mit einem einstellbaren Kondensator verbunden und das andere Ende mit dem Detektorschältungseingäng gekoppelt ist, wobei die Anordnung derart ausgelegt ist, daß ein Wechselspannungsmodulationssignal gleiche und gegensinnige Ströme durch die zwei Sekundärwicklungen erzeugt, die einander am Detektorschaltungseingang aufheben.A further secondary winding can be provided in the transformer, one end of which is connected connected to an adjustable capacitor and the other end coupled to the detector circuit input is, the arrangement being designed in such a way that an AC voltage modulation signal is identical and opposing currents generated through the two secondary windings which are connected to each other at the detector circuit input lift.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zum Durchführen von Auger-Elektronenspektroskopie nach der Erfindung,1 is a schematic diagram of an apparatus for performing Auger electron spectroscopy according to the invention,

Fig. 2 ein Auger-Spektrum von Silizium nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, und2 shows an Auger spectrum of silicon according to the method according to the invention, and

Fig. 3, 4 und 5 verschiedene Ausgestaltungen von Teilen der Vorrichtung nach Fig. 1.3, 4 and 5 different configurations of parts of the device according to FIG. 1.

In Fig. 1 ist ein nicht notwendigerweise fokussierter primärer Elektronenstrahl mit Energie EeV aus einem Elektronenstrahlerzeugungssystem 1 in einem Vakuumraum 2 auf eine Oberfläche einer Probe 3 gerichtet. Die Oberfläche der Probe 3 ist über eine elektrische Durchführung 4 und ein Kopplungsnetzwerk 5 mit einer Frequenzwahl-Detektorschaltung mit einem abgestimmten Verstärker und nachgeschaltetem phasenempfindlichem Detektor 6 verbunden. Ein Hochspannungsgenerator 7 erzeugt eine in bezug auf die geerdeten Wände des Raumes 2 positive Potentialflanke zwischen Null und 2 keV. Diese Potentialflanke gelangt über das Kopplungsnetzwerk 5, in dem die Flanke durch eine 2-kHz-Wechselspannungssignal aus einem tonfrequenten Oszillator 8 moduliert wird, an die Oberfläche der Probe 3. Die Potentialflanke erreicht unmoduliert auch die Versorgungsquelle 9 für das Eiektronenstrahierzeugungssysiem unu bewirkt damit die Konstanz der Energie des primären Strahles.In FIG. 1, a not necessarily focused primary electron beam with energy EeV from an electron gun 1 in a vacuum space 2 is directed onto a surface of a sample 3. The surface of the sample 3 is connected via an electrical feedthrough 4 and a coupling network 5 with a frequency selection detector circuit with a tuned amplifier and a downstream phase-sensitive detector 6. A high-voltage generator 7 generates a potential flank between zero and 2 keV which is positive with respect to the earthed walls of the room 2. This potential flank reaches the surface of the sample 3 via the coupling network 5, in which the flank is modulated by a 2 kHz alternating voltage signal from an audio-frequency oscillator 8 the energy of the primary ray.

Sobald die modulierte Potentialflanke die Probe 3 erreicht, verlassen die Elektronen mit ausreichender Energie zum Überschreiten der Potentialschwelle zwischen der Probe 3 und den geerdeten Wänden des Raumes 2 die Probe. Das Kopplungsnetzwerk 5 versorgt die Detektorschaltung 6 mit einem Signal, das bezeichnend ist für den Strom, der durch alle Sekundärelektronen, die die Probe 3 als Funktion des Bremspotentials verlassen, gebildet wird. Wenn die Detektorschaltung 6 auf die 2. Harmonische des Wechselspannungsmodulationssignals abgestimmt wird, ist ihr Ausgang proportional der zweiten Ableitung des sekundären Elektronenstromes, der selbst wieder proportional der ersten Ableitung der Sekundärelektronenenergieverteilung ist. Die Ausgangsspannung der Detektorschaltung 6 wird dem Y-Eingang eines X- Y-Schreibers (nicht dargestellt) zugeführt; dem X-Eingang des X-Y-Schreibers wird eine Spannung proportional der Ausgangsspannung des Bremsgenerators 7 zugeführt und das Bremspotential wird im zweckdienlichen Bereich abgetastet. Der Schreiber erzeugt ein Spektrum der ersten Ableitung der Sekundärelektronenenergieverteilung dN(E)/dE in bezug auf E, die für die Probe« kermzeielTneiid ist. Wenn die Detektorschaltung 6 auf die 1. Harmonische des Wechselspannungsmödülatiönssighals abgestimmt wird, erzeugt der Schreiber ein direktes Spek- > trum der Sckundärelektroncnenergie N(E) in bezug auf E. As soon as the modulated potential edge reaches the sample 3, the electrons leave the sample with sufficient energy to exceed the potential threshold between the sample 3 and the earthed walls of the room 2. The coupling network 5 supplies the detector circuit 6 with a signal which is indicative of the current which is formed by all secondary electrons which leave the sample 3 as a function of the braking potential. If the detector circuit 6 is tuned to the 2nd harmonic of the AC voltage modulation signal, its output is proportional to the second derivative of the secondary electron current, which is itself proportional to the first derivative of the secondary electron energy distribution. The output voltage of the detector circuit 6 is fed to the Y input of an XY recorder (not shown); A voltage proportional to the output voltage of the brake generator 7 is fed to the X input of the XY recorder and the brake potential is scanned in the appropriate range. The recorder generates a spectrum of the first derivative of the secondary electron energy distribution dN (E) / dE with respect to E, which is indicative of the sample. If the detector circuit 6 is tuned to the 1st harmonic of the alternating voltage modulation, the recorder generates a direct spectrum of the secondary electronic energy N (E) with respect to E.

Fig. 2 zeigt ein Auger-Spektrum der ersten Ableitung der Sekundäreiektronenenergievefteiiuhg von Silizium, welches Spektrum nach dem oben bei Fig. 1Fig. 2 shows a first derivative Auger spectrum the secondary electron energy consumption of Silicon, which spectrum according to the above in Fig. 1

in erwähnten Verfahren gewonnen wurde. In diesem Falle wurde ein fokussierter Primäfelektronenstrahl mit einer Energie von 2,25 keV und mit einem Strom von 1 μΑ benutzt, und die Modulationsspannung betrug 2 V,„.was obtained in the aforementioned process. In this Trap was a focused primary electron beam with an energy of 2.25 keV and with a current of 1 μΑ used, and the modulation voltage was 2 V, “.

Mögliche Abwandlungen des oben beschriebenen Verfahrens sind folgende.Possible modifications of the method described above are as follows.

Nach dem oben beschriebenen Verfahren wurde für den Primärelektronenstrahl eine spezielle Energie von 2.25 keV verwendet. Es ist kein Grund erkennbar.The procedure described above was used for the primary electron beam uses a special energy of 2.25 keV. There is no apparent reason.

-° z. B. wenn das Verfahren in einem Abtastelektronenmikroskop verwendet wird, weshalb Strahlen mit viel höherer Energie (z. B. 20 oder sogar 50 keV) nicht zum Erzeugen von Auger-Strom benutzt werden könnten. Der Grund dazu ist, daß die Ausbeute von- ° z. B. when the method is in a scanning electron microscope is used, which is why beams with much higher energy (e.g. 20 or even 50 keV) are not could be used to generate Auger electricity. The reason for this is that the yield of

•!5 Auger-Elektronen als Funktion von Primärstrahlenergie irgendwo zwischen 3mal und 20mal dem Niveau, das zum Ionisieren erforderlich ist, ein Maximum «rreicht; jedoch könnte dieser Betrag um 50- oder lOOmal überschritten werden, da der Ionisierungsquerschnitt zum Erzeugen eines Auger-Elektrons über dem optimalen Wert ziemlich flach verläuft. •! 5 Auger electrons as a function of primary beam energy somewhere between 3 times and 20 times the level required to ionize, a maximum «R reaching; however, this amount could be exceeded by 50 or 100 times, since the ionization cross-section to generate an Auger electron is rather flat above the optimal value.

Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird die Potentialflanke dem Elektronenstrahlerzeugungssy-According to the method described above, the potential flank is given to the electron beam generation system.

ü stern unmoduliert zugeführt. Einerseits könnte auch das Wechselspannungsmodulationssignal dem Elektronenstrahlerzeugungssystem zugeführt werden. Dies würde sich als ein Entfernen von direkt mit der Energie des Primärelektronenstrahls zusammenhän-ü star fed unmodulated. On the one hand, could too the AC modulation signal to the electron gun are fed. This would prove to be a removing directly from the Energy of the primary electron beam

4» genden Spitzen, z. B. Verlustspitzen, aus dem aufgezeichneten Energiespektrum auswirken. Andererseits ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren uili'tc /-vlhcgci'i uci ι uiciiiiantiäüitc äil uas ι^ιόΐιΐιΌίΙέΓι-strahlerzeugungssystem durchzuführen, insbesondere wenn ein Primärelektronenstrahrbenutzt wird, der die Oberfläche der Probe bei normalem Einfall trifft. Bei der Verwendung eines Elektronenstrahlerzeugungssystems mit streifendem Einfall jedoch kann es eine Schwankung im Hintergrundsignalpegel über einem4 »low points, e.g. B. Loss peaks from the recorded energy spectrum. On the other hand, it is also possible to carry out the method according to the invention uili'tc / -vlhcgci'i uci ι uiciiiiantiäüitc äil uas ι ^ ιόΐιΐιΌίΙέΓι- beam generation system, especially if a primary electron beam is used that hits the surface of the sample at normal incidence. However, when using a grazing incidence electron gun, there may be a fluctuation in the background signal level above one

w bestimmten Bremspotential geben, die möglicherweise durch Elektronendiffraktionseffekte, Hie das Verfahren gefährden, verursacht werden. Es ist daher vorteilhafter, die Versorgungen für die Elektronenstrahlerzeugungssysteme flankenförmig ansteigen zu lassen, um die Energie des Primärelcktronenstfahles konstant zu halten.w give certain braking potential that possibly caused by electron diffraction effects which jeopardize the process. It is therefore It is more advantageous for the supplies for the electron gun to increase in the form of a flank let to the energy of the primary lark to keep constant.

Nach oben beschriebenem Verfahren ist das Bremspotential flankenförmig. Das Verfahren läßt sich auf alternative Weise durch diskontinuierliches Variieren des Bremspotentials durchführen.According to the method described above, the braking potential is edge-shaped. The procedure leaves be carried out in an alternative way by discontinuously varying the braking potential.

Nach Fig. 1 kann davon ausgegangen werden, daß das Netzwerk 5 vier Tore 51,52,53 und 54 hat. Während der Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ist die Detektorschaltung 6 mit dem ersten Tor 51 verbunden, die Bremspotentialflanke des Generators 7 liegt am zweiten Tor 52. die Probe ist an das dritte Tor 53 angeschlossen und das Wechselspannungsmodulationssignal aus dem Oszillator 8 liegt amAccording to FIG. 1, it can be assumed that the network 5 has four ports 51, 52, 53 and 54. While the implementation of the method described above is the detector circuit 6 with the first Gate 51 connected, the braking potential edge of the generator 7 is at the second gate 52. The sample is applied the third port 53 is connected and the AC voltage modulation signal from the oscillator 8 is on

vierten Tor 54.fourth gate 54.

Die Spannung am Tor 51 ist die Summe der Wechsel- und Gleichspannungssignale an den Toren 52 bzw. S3; Der in der Schaltung arh Tor 53 fließende Ström enthält eine Gleichspanriüngsköfhpönehte, eine Wechselspannüngskomponente mit der Steuerfre^tsinz / des Oszillators 8 durch die Proben/Basis-Streükapazität und Komponenten aus der Sekundärelektronenemission mit der Steuerfrequenz/ und ihren Harmonischen 2/, 3/ usw. Die zuletzt erwähnten Signale sind N(E), dN(E)/dE bzw. höheren Ableitungsspektren proportional und müssen entweder im Netzwerk 5 oder im Detektor 6 von den anderen Komponenten abgetrennt werden. Wenn dN(E)/ i/E-Spektren aufgezeichnet werden müssen, genügt die Wahl der Frequenz zum Unterdrücken des unerwünschten Kapazitätssignals mit der Frequenz /. Un-The voltage at gate 51 is the sum of the AC and DC voltage signals at gates 52 and S3; The current flowing in the circuit arh gate 53 contains a DC voltage component, an AC voltage component with the control frequency / of the oscillator 8 through the sample / base scattering capacitance and components from the secondary electron emission with the control frequency / and its harmonics 2 /, 3 / etc. The last-mentioned signals are proportional to N (E), dN (E) / dE or higher derivative spectra and must be separated from the other components either in the network 5 or in the detector 6. If dN (E) / i / E spectra have to be recorded, the selection of the frequency is sufficient to suppress the undesired capacitance signal with the frequency /. U.N-

ττ ui κλ\, ττ ui κλ \,

teilhaft sein, weil dadurch der (Entwurf des) Detektor(s) weniger kritisch ist. Wenn N(E)-Spektren jedoch erforderlich sind, unterscheidet sich das gewünschte Signal nur in der Phase vom unerwünschten Kapazitätssignal; da die Größen dieser beiden Signale sehr verschieden sein können, ist Unterdrükkung des größeren Kapazitätssignals im Netzwerk 5 notwendig.be part because this makes the (design of) the detector (s) less critical. However, if N (E) spectra are required, the desired signal differs only in phase from the unwanted capacitance signal; since the sizes of these two signals can be very different, it is necessary to suppress the larger capacitance signal in network 5.

Eine Ausführungsform des Kopplungsnetzwerkes 5 für dN(E)/dE-Spcktren wird nachstehend an Hand der Fig. 3 näher erläutert. In diesem Netzwerk ist «".is erste Tor 51 über einen Kondensator Cl mit einem Ende einer Sekundärwicklung 3 eines Transformators 71, das zweite Tor 52 des Netzwerkes über eine Impedanz Z mit demselben Ende der Sekundärwicklung 55, das dritte Tor 53 mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung 55 und das vierte Tor 54 mit einer Primärwicklung 56 des Transformators 71 verbunden. An embodiment of the coupling network 5 for dN (E) / dE-Spcktren is explained in more detail below with reference to FIG. In this network, the first gate 51 is via a capacitor C1 with one end of a secondary winding 3 of a transformer 71, the second gate 52 of the network via an impedance Z with the same end of the secondary winding 55, the third gate 53 with the other end the secondary winding 55 and the fourth port 54 are connected to a primary winding 56 of the transformer 71.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sorgt dafür, daß die Bremspotentialflanke, die über das Tor 52 an die Probe 3 gelegt wird, vom Eingang der Detektorschaltung 6 entkoppelt ist. Der Kondensator Cl blockiert die Gleichspannungs-Bremspotentialflanke aus der Detektorschaltung 6, hat jedoch für Signalfrequenzen eine niedrige Impedanz, so daß der Detektor 6 bei diesen Frequenzen mit dem Transformator 71 verbunden wird. Die Impedanz Z ist hoch bei dieser Signalfrequenz, damit nicht das Signal zur Bremspotentialquelle kurzgeschlosen ist; sie ist jedoch bei Gleichspannung niedrig, um einen Spannungsabfall des Gleichstroms zu vermeiden. Die Impedanz Z muß weiter verhindern, daß Rauschanteile mit der Signalfrequenz, die durch die Bremspotentialquelle erzeugt werden, in die Signalschaltung eingespeist werden.The circuit arrangement according to FIG. 3 ensures that the braking potential edge, which is applied to the sample 3 via the gate 52, is decoupled from the input of the detector circuit 6. The capacitor C1 blocks the DC voltage braking potential edge from the detector circuit 6, but has a low impedance for signal frequencies, so that the detector 6 is connected to the transformer 71 at these frequencies. The impedance Z is high at this signal frequency so that the signal to the braking potential source is not short-circuited; however, it is low with DC voltage in order to avoid a voltage drop in the DC current. The impedance Z must also prevent noise components with the signal frequency generated by the braking potential source from being fed into the signal circuit.

Die Detektorschaltung 6 hat eine niedrige Eingangsimpedanz sowohl bei der Frequenz des Wechselspannungsmodulationssignals als auch bei der Detektionsfrequenz, d. h. bei der 2. Harmonischen dieser Frequenz. Diese Schaltung hat auch eine eindeutig festgelegte Übergangskenniinie, die den Zusammenhang zwischen dem Eingangswechselstrom und der Ausgangsgröße (gewöhnlich eine Spannung) angibt, die darauf dem externen Schreibgerät zugeführt wird. Eine Ausführungsform der Detektorschaltung 6 enthält einen Operationsverstärker, um den herum ein Rückkopplungsnetzwerk angeschlossen ist, das eineThe detector circuit 6 has a low input impedance both at the frequency of the AC modulation signal as well as the detection frequency, d. H. at the 2nd harmonic of this Frequency. This circuit also has a clearly defined transition curve that establishes the context indicates between the input alternating current and the output quantity (usually a voltage), which is then fed to the external writing device. One embodiment of the detector circuit 6 includes an operational amplifier around which a feedback network is connected, the one

hohe, aber eindeutig festgelegte Impedanz bei der Detektionsfrequenz und eine niedrige Impedanz bei der Modulationsfrequenz besitzt. In diesem Falle erscheint die in die Sekundärwicklung 55 induzierte EMK, die durch das Wechselspanriungsrriodulatiorissignal an die Primärwicklung 56 gelegt wird, nahezu vollständig an der Probe 3. Die Komponente bei der 1, Harmonischen der Modulationsfrequenz der Se^ kundärelektronenströme in der Schaltungsanordnung fließt direkt über die Sekundärwicklung 55 in die Detektorschaltung 6, wenn nur die Quelle der Modulationsspannung (d. h. der in Fig. 1 dargestellte Oszillator 8) bei dieser höheren Frequenz eine niedrige Impedanz hat.has a high but clearly defined impedance at the detection frequency and a low impedance at the modulation frequency. In this case, the EMF induced in the secondary winding 55, which is applied to the primary winding 56 by the alternating voltage transmission signal, appears almost completely on the sample 3. The component at the 1st harmonic of the modulation frequency of the secondary electron currents in the circuit arrangement flows directly via the Secondary winding 55 into the detector circuit 6 if only the source of the modulation voltage (ie the oscillator 8 shown in FIG. 1) has a low impedance at this higher frequency.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Kopplungsnetzwerkes 5, das in bezug auf das in Fig. .1 dargestellte Netzwerk abgeändert ist, um es sowohl ⁹^ ■ % t^f\ l·^ t**W£% Λ t fV £^ F^ H^*% fl ^L/ / X^ I ^ta Ψ^^Λ \f Ψ" t*f^ f^ #»^1 /^ ■ Fw v\ f% ^ ~ψ* t ·**^ r> ».MIN J^lCUgWII H/Il t 1 \ LJ J Upbnilbll gK.t.lgIH.1 L· U IIIU" chen, als auch um die dN(E)dE-Spektren zu begünstigen. Die Sekundärwicklung des jetzt mit Tl bezeichneten Transformators wird in zwei Hälften 551 und 552 unterteilt, wobei die Halbwicklung 552 mit einem einstellbaren Kondensator verbunden ist.Fig. 4 shows another embodiment of the coupling network 5, the illustrated network .1 is modified with respect to the in Fig., To make it both ⁹ ^ ■% t ^ f \ l · ^ t ** W £% Λ t fV £ ^ F ^ H ^ *% fl ^ L / / X ^ I ^ ta Ψ ^^ Λ \ f Ψ "t * f ^ f ^ #» ^ 1 / ^ ■ Fw v \ f% ^ ~ ψ * t · * * ^ r> ».MIN J ^ lCUgWII H / Il t 1 \ LJ J Upbnilbll gK.t.lgIH.1 L · U IIIU" chen, as well as to favor the dN (E) dE spectra. The secondary winding of the transformer now designated Tl is divided into two halves 551 and 552, wherein the half-winding is 552 connected to an adjustable capacitor.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 sorgt dafür, daß, während das dem Tor 54 zugeführte Wechselspannungssignal die an die Probe 3 gelegte Bremspotentialflanke moduliert, diese nicht gleich am Eingang des Detektors 6 erscheint. Zur Verdeutlichung kann die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 als eine Brücke mit den Halbwicklunge.i 552 und 551, die zwei Arme bilden, betrachtet werden; die einander gegenüberliegenden Arme werden von der Probe zur Erdungskapazität C2 und zum einstellbaren Kondensator C3 gebildet, der auf den Wert des Kondensators C2 eingestellt werden kann. Das dem Tor 54 zugeführte Wechselspannungsmodulationssignal und die Detektorschaltung 6 liegen in der Brücke an einander gegenüberliegenden Ecken. Bei einwandfrei eingestelltem Kondensator C3 bewirkt das dem Tor 54 zugeführte Signal in den zwei Halbwicklungen 552 und 551 gleichwertige und gegensinnige Ströme, die einander am Eingang der Detektorschaltung 6 aufheben. Wenn jedoch ein durch die die Probe 3 verlassenden Sekundärelektronen ausgelöster Strom von der Probe 3 nach Erde abfließt, fließt auch ein Strom im Eingang der Detektorschaltung 6. Diese Schaltungsanordnung kann zum Aufzeichnen von N(E)-Spektren oder von dN( E)/dE-Spektren benutzt werden. Ein Umschalter für diese zwei Betriebsarten kann vorgesehen werden, wodurch die Steuerfrequenz zum Tor 54 oder die vom Verstärker abgestimmte Frequenz und der phasenempfindliche Detektorbezugskanal in der Frequenzwahl-Detektorschaltung 6 geändert werden.The circuit arrangement according to FIG. 4 ensures that, while the alternating voltage signal fed to the gate 54 modulates the braking potential flank applied to the sample 3, it does not appear immediately at the input of the detector 6. For the sake of clarity, the circuit arrangement according to FIG. 4 can be viewed as a bridge with half-windings 552 and 551 which form two arms; the opposing arms are formed by the sample to the ground capacitance C2 and to the adjustable capacitor C3, which can be adjusted to the value of the capacitor C2. The AC voltage modulation signal fed to the gate 54 and the detector circuit 6 are located in the bridge at opposite corners. If the capacitor C3 is set correctly, the signal fed to the gate 54 causes currents of the same value and opposite directions in the two half-windings 552 and 551 which cancel one another at the input of the detector circuit 6. If, however, a current triggered by the secondary electrons leaving the sample 3 flows from the sample 3 to earth, a current also flows in the input of the detector circuit 6. This circuit arrangement can be used to record N (E) spectra or dN (E) / dE -Spectra can be used. A changeover switch for these two modes of operation can be provided, whereby the control frequency to the gate 54 or the frequency tuned by the amplifier and the phase-sensitive detector reference channel in the frequency selection detector circuit 6 can be changed.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 4. Die entkoppelnde Hälfte 552 der Sekundärwicklung des Transformators (jetzt mit 7"3 bezeichnet) ist von der anderen Hälfte 551 getrennt und statt dessen zum Eingang der Detektorschaltung 6 rückgeführt. Dadurch können die hohen Bremspotentiale den Entkopplungskondensator C3 nicht erreichen. Bei dem Modulationssignal und den Detektionsfrequenzen ist der Betrieb der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 gleich dem der Schaltungsan-Ordnung nach Fig. 4.FIG. 5 shows a modification of the circuit arrangement according to FIG. 4. The decoupling half 552 the secondary winding of the transformer (now labeled 7 "3) is separated from the other half 551 and instead fed back to the input of the detector circuit 6. This allows the high Braking potentials do not reach the decoupling capacitor C3. With the modulation signal and the Detection frequencies, the operation of the circuit arrangement according to FIG. 5 is the same as that of the circuit arrangement according to Fig. 4.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for performing an energy analysis of one of a vacuum space irradiated sample emitted charge particle flow, in particular one of a with the sample irradiated with primary electrons emitted secondary electron flux, in which the Charge particles the sample under the action of an alternating voltage modulated variable Leave braking potential and in which the currently emitted charge particle flow as Function of the braking potential is determined in a detector circuit, which is based on a certain Harmonics of the AC modulation signal is tuned and its output proportional to the derivative of the charge particle current corresponding to the particular harmonic or a derivative of the charge particle energy distribution that is lower by one, thereby characterized in that the AC voltage modulated braking potential to the im Vacuum space with earthed walls located sample is applied and the sample via an electrical Line is connected to the detector circuit.

2. The method according to claim 1 for electron spectroscopy, characterized in that the braking potential of the sample is applied in the form of a flank and the braking potential also to the electron beam eugungssystem edge-shaped is fed to a primary electron beam with to generate almost constant energy.

3. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 or i with a high-voltage braking potential generator, a device for generating an AC voltage modulation signal and a detector circuit, characterized in that the walls of the vacuum space (2) are grounded that the Input of the detector circuit (6) is connected to the first port (51) of a coupling network (£) with four ports and the circuit arrangement is designed such that, when the braking potential (7), an electrical connection with the sample surface (3) and the AC voltage modulated signal (8) can be applied to the second (52), the third (53) or the fourth (54) gate of the network (5), the braking potential is modulated and fed to the sample (3) and from the input of the detector circuit ( 6) is decoupled and the alternating current flowing off the sample (3) generates an input current to the detector circuit (6) to which the alternating voltage-modulated signal is also fed.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the four-port network (5) contains a transformer (71) that in this network (5) the first gate (51 ) via a capacitor (Cl) with one end of a secondary winding ( 55) of the TränsformatorSjidas second gate (52) is connected via "an impedance (Z) to the mentioned one end of the secondary winding (55), the third gate (53) to the other end of the secondary winding (55) and the fourth gate (54 ) is connected to a primary winding (56) of the transformer (Fig. 3).

5. The device according to claim 4, characterized in that a further secondary winding (552) is provided in the transformer (72, 73), one end of which is connected to an adjustable capacitor (C3) and the other end is coupled to the detector circuit input, the Arrangement is designed such that an AC voltage modulation signal generates equal and opposing currents through the two secondary windings (551, 552) , which cancel each other at the detector circuit input (Fig. 4, 5).