DE2440120A1 - Vorrichtung zur wiedergabe der energieverteilung eines aus geladenen teilchen bestehenden strahles - Google Patents

Description

hätentanwälte Liedl, Dr. Pontani, Höth, Zeitler 2440120

München 22, Steinsdorfstraße 21-22, Telefon 089/ 29 84 62

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NlHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA 1418, Nakagami-cho, Akishima-shi, Tokyo/ JAPAN

Vorrichtung zur Wiedergabe der Energieverteilung eines aus geladenen Teilchen bestehenden Strahles

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wiedergabe der Energieverteilung eines geladenen Teilchenstrahles. /

Bisher hat man bei der Untersuchung von zusammengesetzten Metallen ein allgemein übliches Meßverfahren angewendet, bei dem man' den Energieverlust (im folgenden als Plasmaverluet bezeichnet) des Elektronenstrahles aufgrund der Plasmaschwingung an den Kristallkornr ·

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grenzen gemessen hat. Da der Plasmaverlust in Abhängigkeit der Anteilskomponenten und der Phase der in Rede stehenden Legierung sich ändert, können die Werte des Plasmaverlustes und der Plasmaverschiebung gemessen werden. Die Eigenschaften der Legierung ermittelt man, indem die Energie eines Elektronenstrahles, der durch eine dünne Legierungsfolie als Probe an mehreren Bestrahlungspunkten hindurchgeschicht worden ist, analysiert. Es handelt sich hierbei um einen Elektronenstrahl mit hoher Geschwindigkeit und gleichförmiger Energie. Man vergleicht dann die Energieverteilung an jedem Bestrahlungspunkt, von denen jeder beispielsweise entlang einer Linie, die die Korngrenze schneidet, liegt. Die Energieverteilung an den entsprechenden Bestrahlungspunkten wurde dann beim bekannten Verfahren auf einer photographischen Platte aufgezeichnet und die Dichteverteilung wurde Platte für Platte mittels eines Mikrophotometers (Densitometers) gemessen. Dieses Verfahren erfordert einen hohen Zeitaufwand, da die Mikrophotometrie so oft durchgeführt werden muß, als Bestrahlungspunkte vorhanden sind. Darüber hinaus gibt die mikrophotometrische Messung nicht genau wieder, wieweit die Energieverteilung von der Korngrenze entfernt liegt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Vergleich der gesamten Verteilungswellenformen nur schwer durchgeführt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wiedergabegerät zu zeigen, mit dem genau wiedergegeben werden kann, wie weit die Energieverteilung von der Korngrenze entfernt liegt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Wiedergabe der Energieverteilung von geladenen Teilchen, enthaltend Bestrahlungsmittel zum Bestrahlen einer Probe mit einem primären Teilchenstrahl, Ablenkmittel zur Veränderung der Bestrahlungspunkte auf der Probe,

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ein Analysiergerät zum Analysieren der Energie der sekundären geladenen Teilchen, welche von der Probe ausgesendet werden bzw. zur Analyse des Energieverlustes der primären geladenen Teilchen, welche durch die Probe hindurchgeschickt worden sind, und Aufzeichnungsmittel, in welchen ein Aufzeichnungspunkt in der XY-Ebene durch X-Achsen-Steuermittel und Y-Achsen-Steuermittel bestimmt wird, wobei die Steuermittel von einem Ausgangssignal des Analysiergerätes gesteuert werden. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal eines Schrittsignalgenerators die Ablenkmittel digital ansteuert, wobei das Schrittsignal an die Y-Achse-Steuermittel und ein Ausgangssignal eines Wobbeigenerators, der mit dem Schrittsignalgenerator synchronisiert ist, den Analysator und die X-Achse-Steuermittel steuert.

Bei dem Energiewiedergabegerät gemäß der Erfindung wird die Messung des Plasmaverlustes und der Plasmaverschiebung verwendet. Beispielsweise wird der durch eine dünne Legierungsfolie als Probe hindurchgeschickte Elektronenstrahl an jedem Bestrahlungspunkt analysiert, wobei der bestrahlende Elektronenstrahl eine gleichförmige Energie aufweist. Das Analysieren erfolgt mittels eines Analysator8, dessen Ausgang auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre wiedergegeben wird. Die Grundlinie der Energieverteilungekurve auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre wird in Abhängigkeit von der Lage des Bestrahlungspunktes verschoben.

Vorteilhaft ist es bei der Erfindung, daß der Vergleich der gesamten Verteilungswellenform erleichtert wird.

In den beiliegenden Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausfiihrungsbeispieles gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, welche zur Erläuterung der Funktion des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungebeispieles dient;

Fig. 3 eine Kurvendarstellung, welche die Bestrahlungspunkte des E lektronenstrahles nahe der Korngrenze der Probe zeigt und

Fig. 4 eine schema tische Darstellung der Energieverteilung auf dem Bildschirm bei einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Ih der Fig. 1 wird ein Elektronenstrahi 1 von einer Elektronenstrahlquelle 2 erzeugt. Dieser wird mittels Kondensorlinsen 3 und 4 konvergiert und zur Bestrahlung auf eine Probe 5 gerichtet. 6X und 6Y sind Ablenkspulen, welche zwischen den Kondensorlinsen 3 und 4 angeordnet sind. Das Magnetfeld, das von diesen Ablenkspulen erzeugt wird, dient zum Ablenken des Elektronenstrahles !,und es wird hierdurch die Bestrahlungsstelle auf der Probe geändert. Schalter S- und S« sind so angeordnet, daß sie die Ablenkspulen 6X und 6Y an X- und Y-Signale eines Sägezahngenerators 7 oder an eine Gleichspannung einer Gleichspannungsquelle 8 und dem Y-Signal eines Schrittgenerators 9 legen. Ferner wird ein Teil der X- und Y-Signale, welche vom Sägezahngenerator 7 ausgehen, in die Ablenkspule 1OX für die X-Achse und die Ablenkspule 1OY für die Y-Achse einer Kathodenstrahlröhre 11 über Schalter S_g und S₄ geliefert, Ein Detektor 12 für sekundäre bzw. reflektierte Elektronen ist in der Nähe der Probe 5 angeordnet und der

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Ausgang dieses Detektors wird an das Gitter der Kathodenstrahlröhre 11 über einen Verstärker 13 und einen Schalter S,- gelegt. Ein Energieanalysator 14 zum Analysieren der Energie der Elektronen, welche durch die Probe 5 hindorchgetreten sind, ist unter der Probe angeordnet, wobei dem Analysator ein Spalt 15 und ein zweiter Detektor 16 nachgeordnet sind. Mit 17 ist ein Wobbelgenerator bezeichnet, der ein Sägezahnsignal, wie es in der Fig. 2a dargestellt ist, erzeugt. Dieses Sägezahnsignal wird an den Energieanalysator 14 gelegt. Auf diese Weise werden die Elektronen, welche im Analysator in bestimmte Energieniveaus unterteilt sind, aufeinanderfolgend durch den Spalt 15 hindurchgelassen und gelangen in den Detektor 16. Ein Teil des Ausganges des Wobbelgenerator 17 wird an die Ablenkspule 1OX für die X-Achse der Kathodenstrahlröhre 11 über den Schalter S« gelegt. Ferner wird der Ausgang des Detektors 16, nachdem er mittels eines Verstärkers 18 verstärkt worden ist, an eine Addier schaltung 19 geliefert und zu dem vom Schrittsignalgenerator 9 kommenden Signal addiert. Der addierte Ausgang der Addier schaltung 10 wird dann an die Ablenkspule 1OY für die Y-Achse der Kathodenstrahlröhre 11 über dem Schalter S₄ geliefert. Vom Schrittsignalgenerator 9 wird ein Schrittsignal, wie es in der Fig. 2b dargestellt ist, erzeugt, und zwar in seitlicher Übereinstimmung mit dem Signal, das vom Wobbelgenerator 17 erssugt wird. Wenn der Schalter S„ in seine Stellung T₀ gebracht ist, wird das Schrittsignal in die Ablenkspule SY geliefert. Der Elektronenstrahl wird dann schrittweise, wie das durch die Punkte p- „ ρ«, p„ ...... p„ in Fig. 3 dargestellt ist,

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verschoben. In der Fig. 3 seigt die Wellesütai© 0-0' die Korngrenze an. A und B bedeuten das Korn, das ein Bestaadtail bzw. das Bestandteile der Legierung sind. Die Liaie P zeigt die Richtung der Bestrahlungspunkte P₁, ρ«, p„ . ρ , welche die Korngrenze 0-0' schneidet. Da

die .Schalter S^ - Sg verriegelt sind, wenn sie'an der Schalterstellung T-. liegen, tastet der Elektronenstrahl 1 die Prob® 5 über eine bestimmte

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Probenfläche ab. Die Sekundärelektronen und dgl. werden vom Detektor 12 erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird vom Verstärker 13 verstärkt und an das Gitter der Kathodenstrahlröhre 11 als Helligkeitsmodulationssignal gelegt. Demgemäß wird ein Rasterbild bzw. Abtastbild der Probe 5 auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 11 wiedergegeben. Der Teil bzw. die Teile des Bildes, an denen eine Messung des Plasmaverlustes erwünscht ist, werden dann mit geeigneten Steuermitteln ausgewählt und eingestellt (d.h. fokussiert und zentriert).

Wenn andererseits die Schalter S-_r S₂, S« und S. sich an der Schalterstellung Tn befinden, wird das vom Schrittsignalgenerator 9 kommende Signal in die Ablenkspule 6Y geliefert. Das vom Wobbelgenerator 17 kommende Signal wird in die Ablenkspule 1OX der Kathodenstrahlröhre geliefert. Das von der Addierschaltung 19 kommende Signal wird in die Ablenkspule 1ΘΥ der Kathodenstrahlröhre 11 geliefert. Demgemäß wird ein Schrittsignal, wie es in der Fig. 2b dargestellt ist, an die Ablenkspule 6Y gelegt und wenn ein konstantes Signal an der Ablenkspule 6X liegt, wird der Elektronenstrahl schrittweise über die Oberfläche der Probe hin abgelenkt. Beispielsweise bestrahlt der Elektronenstrahl beim ersten Schritt den Bestrahlungspunkt p- in der Fig. 3, wobei die Elektronen eimern Energieveriust unterliegen. Dieser Energieverlust wird im Energieanalysator 14 analysiert und vom Detektor 16 erfaßt. Das erfaßte Signal wird dann in der Addierschaltung 19 zum Schrittsignal hinzuaddiert und der addierte Ausgang der Addierschaltung 19 wird an die Ablenkspule 1OY der Kathodenstrahlröhre 11 gelegt. Der Energieanalysator wird vom Wobbelgenerator 17 über einen festgelegten Energiebereich hin gewobbelt. Das vom Wobbelgenerator 17 erzeugte Signal wird auch an die Ablenkspule 1OX der Kathodenstrahlröhre 11 gelegt. Hieraus ergibt sich eine Eeergieverteilungswellenform C₁, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist. Diese Energieverteilungewellenform

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erscheint auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 11. Dann wird der zweite Schritt durchgeführt, wobei der Elektronenstrahl den Punkt p„ in der Fig. 3 bestrahlt. Der gleiche Vorgang wiederholt sich dann wie im Falle bei der Bestrahlung des Punktes p-. Es wird dann eineEnergieverteilungswellenform C„ auf dem Bildschirm dargestellt. Diese Vorgänge wiederholen sich für alle Punkte von p- - ρ , so daß sich entsprechende Verteilungskurven C- - C auf dem Bildschirm ergeben, wie das in der Fig. 4 dargestellt ist. In der Fig. 4 zeigt die Abszisse X die Energie an und auf der Ordinate Y ist die Elektronenstrahlintensität bzw. -stärke und der Abstand von der Korngrenze dargestellt.

Bei der im vorstehenden beschriebenen Ausführungsform kann die Verschiebung des Plasmaverlustes in der Nähe der Korngrenze des zusammengesetzten Metalls innerhalb einer äußerst kurzen Zeitdauer gemessen werden. Ferner kann die Verschiebung als Funktion des Abstandes von der Korngrenze aufgezeichnet werden. Da das Verhältnis der Größe des Signales, das an die Ablenkspule 6Y vom Schrittsignalgenerator 9 gelegt wird, und die Größe des Signales, welches an die Ablenkspule 1OY der Kathodenstrahlröhre 11 gelegt worden ist (d.h. die Vergrößerung), genau im voraus bestimmt werden kann, kann man ferner den Abstand von der Korngrenze genau ermitteln, indem man den Abstand zwischen der Rasterbildvergrößerung und der Grundlinie von C₁, C₀ ..... C

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mißt. Wie aus der Fig. 4 klar hervorgeht, kann nicht nur die Verschiebung des Plasmaverlustes, sondern auch die Größenänderung bzw. Ihtensitätsänderung der Verteilungswellenformen miteinander verglichen werden. Hierdurch wird die Plasmaverlustmessung extrem vereinfacht.

Die Erfindung ist nicht nur auf das im vorstehenden beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Anwendungsmöglichkeiten sind äußerst breit. Beispielsweise kann die Erfindung bei einem

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spektroskopischen Analysiergerät verwendet werden, in welchem ein Elektronenstrahl oder ein Röntgenstrahl oder dgl. eine Probe bestrahlt, wobei charakteristische Röntgenstrahlen in der gleichen Weise wie im vorstehenden Beispiel sekundär erzeugt werden. Ih diesem Fall wird der Energieanalysator nicht benötigt und kann durch ein Goniometer ersetzt werden, das mit einem spektroskopischen Kristall oder einem nicht dispergierenden Festkörperdetektor (S. S. D.) ausgestattet ist. Ferner kann die Erfindung auch bei der Elektronenspektroskopie für chemische Analysen (E.S.C. A.) oder bei einem Auger-Elektronenanalysator verwendet werden.

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Claims (1)

1. Vorrichtung zur Wiedergabe der Energieverteilung von geladenen Teilchen mit Bestrahlungsmitteta mm Bestrahlen einer Probe mit einem primären Teilchenstrahl, AMenkmittain zum Andern der Beatrahlungspunkte auf der Probe, einem Analysator zum Analysieren der Energie der sekundären geladenen Teilchen, welche von der Probe ausgesendet werden und/oder des Energlsverlustes der prünären geladenen Teilchen, weiche durch dl© Prob® hindurchgegangen sind, und mit einem Aufzeichnungsgerät, to weichem der Aufzeichnungspunkt in der XY-Ebene durch X-Achse-Steuermittel und Y-Achse-Steuermittei, die ¥ora einem Ausgangssignal da® Analysator β angesteuert werden, bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ©in Ausgangssignal eines gSchrittsigxialgenerators (9) die Afolenkmittel digital ansteuert, wobei das Schrittsignal an die Y-Achse-St©u®rmitt@l gelegt ist und ein Ausgangesigaal eines Wobbeigensratore (17)_? der mit dem Schrittsignalgenerator syMchronisiert ist, dem Analysator (S.4) und die X-Achse-

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