DE2454826A1

DE2454826A1 - Verfahren und vorrichtung zur probenanalyse mit ionen- und elektronenstrahlen

Info

Publication number: DE2454826A1
Application number: DE19742454826
Authority: DE
Inventors: Wyman C Lane; Nelson C Yew
Original assignee: ETEC CORP
Current assignee: ETEC CORP
Priority date: 1973-12-17
Filing date: 1974-11-19
Publication date: 1975-06-19
Also published as: FR2254788A1; FR2254788B3; US3878392A; JPS5093692A; GB1457975A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Probenanalyse mit Ionen-und Elektronenstrahl en

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur chemischen Analyse einer Probe unter Verwendung von Ionen- und Elektronenstrahlen.

Die Erfindung bedient, sich daher der Analyse von Proben mittels Bündeln von geladenen teilchen und insbesondere betrifft die Erfindung die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung einer Probe durch Sekundärionenanalyse.

Die chemische Analyse einer Probe unter Anwendung der Arbeitsweise der Sekundärionenemission ist bekannt. Bei einer typischen Anordnung, wie sie z. B. in der US-Patentschrift 3 517 191 beschrieben ist, wird eine zu untersuchende Probe auf einer ' · Plattform angeordnet und mit einem primären Bündel von Ionen aus einer geeigneten Ionenquelle bombardiert-. Das Primärbündel wird rasterweise über den gesamten, interessierenden Bereich abgetastet. Die Wechselwirkung des bombardierenden Bündels mit jeder Elementarfläche der Probe ergibt das Herausschießen oder Herausschlagen von Sekundärionen, die für" die chemische Zusammensetzung der Probe in diesem Bereich charakteristisch

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sind. Diese Sekundärionen werden mit Hilfe eines flassenanalysators gesammelt und filtriert, der nur die Ionen durchtreten läßt, welche ein spezifisches Verhältnis Masse zu Ladung "besitzen. Die gefilterten Sekundärionen treten in einen Ionendetektor ein, der ein Ausgangssignal liefert, dessen Größe für die Intensität des hierin einfallenden lonenbündels charakteristisch. ist. Dieses Ausgangssignal wird typischerweise zur Steuerung der Intensität des Abtaststrahls einer Kathodenstrahlröhre (KSH) verwendet, der.synchron mit dem lonenbündel abgetastet wird. Die erhaltene Anzeige auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre liefert daher eine Aufzeichnung der räumlichen Verteilung der Ionendichte als funktion des Ortes auf der Probe.

Obwohl diese bekannte Arbeitsweise brauchbare Ergebnisse bei einigen Anwendungen liefert, besitzt sie doch mehrere Nachteile. Beispielsweise ist die räumliche Auflösung der chemischen Bestandteile der Probe eine Punktion der Reinheit des Primärionenbündels oder Primärionenstrahls. Der Auflösungsgrad des Primärionenbündels hängt direkt von der Komplexität und Größe der Bündelerzeugung, der Ionenoptik und des Ablenkungskreises ab. Im allgemeinen muß die lonenoptik und die Schaltung um so komplizierter, störanfälliger und kostspieliger sein, ,je feiner die gewünschte Auflösung ist. Tatsächlich steigen die Kosten einer Probenanalyse außergewöhnlich stark mit der ^'einheit der gewünschten Auflösung an, und in zahlreichen l'ällen sind sie so hoch, daß der Erhalt von vielfach benötigten Daten wirtschaftlich unmöglich wird.

Ein weiterer Nachteil, der den bekannten Arbeitsweisen zur Ionenstrahlanalyse zu eigen ist, ist die niedrigere Auflösungsgrenze. Der minimale Durchmesser eines Primärionenbündels oder Primärionenstrahls, der mit bekannten Systemen praktisch erzielbar ist, beträgt 1 iiikron. Palis daher eine feinere Auflösung gefordert wird, als mit diesem unteren Grenzwert erreichbar ist, kann die Ionenbündelanalyse keine wirklich richtigen \verte

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ergeben, und es müssen andere Arbeitsweisen, üblicherweise mit weniger zufriedenstellenden Ergebnissen, angewandt werden.

Es wurden zwar "bereits Anstrengungen unternommen, diese und andere Nachteile, die den "bekannten Arbeitsweisen zu Sekundärionenanalysen zu eigen sind, zu überwinden, jedoch haben sie nicht zum Erfolg geführt. .

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Analysenmethode ohne diese iMachteile sowie eine Vorrichtung zur Durchführung einer solchen Analyse zu schaffen.

Die Erfindung umfaßt ein Verfahren und eine- Vorrichtung, um eine räumliche Aufzeichnung der Sekundärionenemission zu erhalten, wobei eine Auflösung erhalten wird, die wesentlich feiner als die bislang mögliche Auflösung ist. .Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein .Bündel oder ein Strahl von Primärionen aus einer.Quelle auf die Oberfläche einer Probe gerichtet, wobei der Primärionenstrahl oder das Primärionenbündel den gesamten Bereich, der von Interesse, ist, bedeckt. Ein Elektronenbündel aus einer elektronenoptischen Säule wird linienweise den gesamten Bereich abtasten gelassen," um mit den Sekundärionen in Wechselwirkung zu treten, die aus dem Probenbereich durch den Primärionenstrahl freigesetzt wurden. Die Sekundärionen werden durch ein Hassanfilter geschickt, welches auf Ionen mit einem vorher ausgewählten Verhältnis Pias se zu Ladung abgestimmt ist, und die durch dieses durchgelassenen Ionen werden mittels.eines Ionendetektors nachgewiesen, dessen Ausgangsleistung benutzt wird, um die Intensität oder Ablenkung des Strahls einer jiSH-Anzeige zu steuern. Der KSK-Strahl wird synchron mit dem Elektronenstrahl abgetastet, um eine Aufzeichnung der räumlichen Verteilung der Sekundärionenintensität als Funktion der Stellung des Elektronenc-trahls zu erhalten.

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Wenn der Elektronenstrahl diejenigen Bereiche der Probe abtastet, welche nicht konzentrierte Mengen des Elementes enthalten, das den vorher ausgewählten Sekundärionen entspricht, wird ein praktisch konstanter Untergrundwert des Sekundärionenstroms erzeugt, der der ständigen Emission von Sekundärionen aus dem durch den Primärstrahl bestrahlten Gesamtbereich zuzuordnen ist. Wenn der Elektronenstrahl oder das Elektronenbündel jedoch solche Bereiche der Probe abtastet, die Konzentrationen desselben Elementes enthalten, wird eine ausgeprägte Modulierung im Sekundärionenstrom erzeugt. Die erhaltene Aufzeichnung der räumlichen Verteilung zeigt Bereiche von merklich verschiedener Intensität, die denjenigen Teilen der Probe entsprechen, die Konzentrationen der untersuchten Art enthalten. Durch Abstimmen des Massenfilters auf Sekundärionen mit verschiedenen Verhältnissen Masse zu Ladung können sowohl qualitative als auch quantitative Werte, welche mehreren verschiedenen Elementen zuzuordnen sind, aus ein und derselben Probe oder aus verschiedenen Proben erhalten werden. Da die räumliche Auflösung der erhaltenen Verteilungsaufzeichnung von der Größe des abtastenden Elektronenstrahls abhängig ist, welche typischerweise um zwei Größenordnungen kleiner als der kleinste erhältliche Ionenstrahl ist, werden Aufzeichnungen mit einer extrem feinen Auflösung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten.

Für ein besseres Verstehen der Art und der Vorteile der Erfindung wird auf die folgende Beschreibung verwiesen, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird.

In der Zeichnung sind:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäß aufgebauten Systems;

Pig. 2 ein schematisches Diagramm der Verteilungshäufigkeit von Elementen einer Probe; und

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ib'ig. 3 eine schematische Anordnung, welche das erfindungsgemäße Prinzip wiedergibt.

Im folgenden wird die "bevorzugte Ausführungsform näher erläutert. In der Fig. 1 ist diese bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß aufgebauten Systems bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergegeben. Ein teilweise weggebrochenes .Gehäuse 10 bildet eine Hauptprobenkammer 11, die mittels einer Vakuumpumpe 12 und einer mit Ventil versehenen Leitung 13 evakuiert werden kann. Innerhalb der Kammer 11 ist eine Probenplattform oder ein Probenhalter 14 montiert, der üblicherweise auch als Objektträger bezeichnet wird und der eine tragende Oberfläche für eine zu untersuchende Probe 15 liefert. Der Objektträger 14 ist mit geeigneten mechanischen Verbindungen versehen, die durch die gebrochenen Linien 1G bis 20 angedeutet sind, damit eine unabhängige Bewegung des Objektträgers 14 in der χ—, y- und z-Hichtung und ein Neigen und eine Drehung des Objektträgers 14 um die x-y-Ebene und die z-Achse je nach Bedienung . der Steuerelemente 21 bis 25 möglich ist. Die Elemente 16 bis 25 können aus einer beliebigen, geeigneten, an sich bekannten mechanischen Anordnung bestehen, um die gewünschte Bewegung am Objektträger 14 herbeizuführen. Da mehrere solcher Anordnungen bekannt sind, können Einzelheiten hierüber ausgelassen werden. ·.;

Innerhalb der Kammer 11 ist eine Primärionenquelle 26 montiert, die eine Duoplasmotronionenquelle,.eine Diodenquelle oder eine · Hochfrequenzquelle oder eine ähnliche Quelle enthalten kann. Die Ionenstrahlquelle'26 wird mittels einer konventionellen Ionenkanonen-Stromversorgung 27 versorgt, die die Strahlerzeugung,- das Fokussieren und das Abgleichen'der Kontrollsignale ■ bewirkt. Die Ionenkanone 26 ist so in der Kammer 11 angeordnet, daß das Bündel oder der Strahl der Primärionen 28, welche durch die Kanone 26 erzeugt werden, in einem Winkel (X zwischen der

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Strahlachse und der x-y-Bezugsebene ausgesandt wird. Gegebenenfalls kann die Ionenkanone 26 mit einer geeigneten, mechanischen Einrichtung zum Justieren des Winkels <χ. ausgerüstet sein.

Der optimale Wert, für den Winkel Oi hängt hauptsächlich von der Energie des Primärionenstrahls, der Art der zu untersuchenden Probe und der Art der gewünschten Analyse ab, und er kann am besten empirisch für eine vorgegebene Anwendung bestimmt wer den. Im allgemeinen .werden kleine Winkel bis zu einem Minimalwert von etwa 10° bevorzugt, obwohl auch Werte bis zu einer Grenze von etwa 85° gute Ergebnisse zeigen können.

Die Art des bei der Durchführung der Erfindung verwendeten Primärionenstrahls hängt ebenfalls von der Art der untersuchten Probe, der gewünschten Ionenstrahlenergie und der Art der gewünschten Analyse ab. Einige Beispiele von geeigneten Primärionenstrahlen sind Argon, Cäsium, Halogene, Helium, Stickstoff und Sauerstoff. Andere Arten sind dem Fachmann auf dem Gebiet an sich bekannt.

Ebenfalls ist innerhalb der Kammer 11 ein übliches Quadrupolmassenfilter 33 angeordnet, das durch eine mit 3^ bezeichnete Massenfilter-Kontrolleinheit versorgt wird, die einen konventionellen Hochfrequenzgenerator 35 und eine Gleichstromversorgung 36 umfaßt.

Das Massenfilter 33 kann auf zwei Arten betrieben werden: Eine Betriebsart mit schmalem Filter, bei welchem das Filter 33 durch die Kombination von Steuersignalen aus einer Steuereinheit 34- so abgestimmt wird, daß nur Ionen durchgelassen werden, die ein vorgegebenes Verhältnis Masse zu Ladung besitzen, sowie eine Spektral-Betriebsart, bei welchem das schmale Transmissionsfenster, welches normalerweise bei der Betriebsart als enges Filter vorgesehen ist, zyklisch über einen vorgewählten Bereich

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von Verhältnissen Masse zu Ladung variiert wird.

Ein Sekundärionendetektor 38 , der ein konventioneller Elektronenmultiplier sein kann, ist am Sekundärionenstrahlausgang des Massenfilters 33 montiert und wird durch eine konventionelle lonendetektorstromversorgung 39 versorgt.

Der Ausgang des Ionendetektors 38 ist über einen Verstärker mit einem Strahlintensitätssteuerelement 41 einer üblichen Kathodenstrahlröhre 42 angekoppelt und ebenfalls mit dem festen Kontakt 43 eines Schalters 44. Eine konventionelle KSR-Stromversorgung 45 liefert Strahlgeneratorsignale zu der KSH 42. -

Auf dem Gehäuse 10 ist eine übliche elektronenoptische Säule

46 montiert, die von einer standardmäßigen Säulensteuereinheit

47 versorgt wird. Die Säulensteuereinheit 4? liefert die Strahlerzeugung, die Fokussierung des Strahls und Strahlausrichtsteuersignale zu der e'lektronenoptisehen Säule 46.

Ein Kippgenerator 48 liefert rasterartige Strahlabienkungs-Abtastsignale, die zu den Ablenkungsspulen der elektronenoptischen Säule geschickt werden. Die Ablenkungs-Abtastsignale aus dem Kippgenerator 48 werden ebenfalls an ein erstes Paar von Kontakten 51» 52 eines zweipoligen Umschaltschalters 50 geschickt. Das andere Paar der Kontakte 531 5^ ist-mit den Ausgangssignalen des Htf-Generators y? und dem Messerkontakt

durch die des Schalters 44 verbunden. Wie/durchbrochene Linie 56 angezeigt wird, ist das Messer 55 des Schalters 44 mechanisch mit einem Paar von beweglichen Messern 5V₅ 58 des Schalters 50 verbunden, so daß das Messer 55 sich schließt, wenn die Messer 57? 58 in die linke Stellung in Fig. 1 bewegt werden. Die Messer 57, 58 sind mit den Ablenkungssteuerelementen der ESR 42 verbunden. Auf diese Weise wird die Ablenkung des Anzeigestrahls der KSR 42 abwechselnd durch den Kippgenerator 48 und

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die Ausgangssignale aus dem HF-Generator 35 und dem Ionendetektor J8 in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters 50 gesteuert.

Vorzugsweise umfassen die durch die Bezugszeichen 10 - 14, 16 - 25, 42, 45, 46, 47 und 48 bezeichneten Elemente übliche Elemente für Abtastelektronenmikroskope (OEM), wie sie in dem AUTOSCAN, Modell Scanning Electron Microscope von Etec Corporation, Hayward, Kalifornien/USA vorkommen. Da diese Elemente und die anderen zuvor genannten Elemente übliche, an sich bekannte Bauteile sind, ist eine ins einzelne gehende Beschreibung nicht erforderlich.

Beim Betrieb wird eine Probe 15 auf den Objektträger 14 montiert und in die gewünschte Targetposition mittels der Elemente 16-25 gebracht. Danach wird die Kammer 11 über die Pumpe 12 und das Ventil 13 evakuiert. Dann wird die Stromversorgung 2^r/ für die Ionenkanone eingeschaltet, so daß die Ionenkanone 26 einen Strahl oder ein Bündel von Primärionen 28 der gewünschten Größe und Intensität erzeugt. Die Massenfilter-Steuereinheit 34 und die Ionendetektor-Stromversorgung 39 werden eingeschaltet, so daß das Massenfilter 33 und eier Ionendetektor 38 aktiviert werden. Die Stromversorgung für den ESE wird ebenfalls eingeschaltet und der Schalter 50 wird in die linke Stellung (die nicht in der Figur gezeichnet ist) gebracht.

Das Massenfilter 33 wird nun in der Spektral-Betriebsart betrieben und die durch den HF-Generator 35 erzeugten Filtersteuersignale und die Ausgangssignale aus dem Ionendetektor 38 werden über die Schalterkontakte 43, 53 _? 54- und die Messer 55? 57'» 58 zu den Ablenkungselementen der ESE 42 geschickt, so daß der KSE-Strahl in horizontaler Eichtung als Funktion des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses und in der senkrechten Eichtung als Funktion der Strahl- oder Bundelintensitat abgelenkt wird.

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Die in der Fig. 2 dargestellte, erhaltene Anzeige ist eine Spektralanzeige der Intensität gegenüber dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis der Sekundärionen, die von der Fläche der Probe 15 ausgesandt werden, die dem Primärionenstrahl ausgesetzt ist. Der Ort und die Intensität der Spitzen 59 · ergeben die relative Verteilung der verschiedenen Arten von Elementen oder Verbindungen in der Probe 15. Aus dieser Anzeige wird eine bestimmte, interessierende Art für die Analyse der räumlichen Verteilung ausgewählt.

Zu Beginn der Analyse der räumlichen Verteilung wird die hassenfilter-Steuereinheit 34 so eingestellt, daß das Hassenfilter 33 in der Betriebsart eines engen oder schmalen Filters betrieben wird. Bei dieser Betriebsart .werden nur diejenigen Ionen, gleichgültig ob sie positiv oder negativ sind, welche das vor-' her ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnis besitzen, zu dem Ionendetektor 38 durchtreten gelassen. Der Schalter 50 wird als nächstes in die rechte Stellung, wie sie in der Fig. 1 gezeigt ist, gebracht, und das synchrone Strahlabtasten wird durch Betätigen des Kippgenerators 48 und der Säulen-Steuereinheit 47 gestartet. Auf diese Weise tasten bei dieser Betriebsart auf räumliche Verteilung der durch die elektronenoptische Säule 46 erzeugte Elektronenstrahl und der KSR-Strahl gleichzeitig die interessierende Targetfläche (Probenzielfläche) bzw. die KSR-Fläche ab, während der Ausgang des Sekundär!onendetektors 38 die Intensität des KSE-Strahrs moduliert.

In der Fig. 3 ist die Veränderung des nachgewiesenen Sekundärionenströms mit der Stellung des Elektronenstrahls gezeigt, wenn der Elektronenstrahl ein Linienelement 60 der Proben- . zielfläche abtastet. In dieser Figur wird der Teil der Probe 15, der dem Primärionenstrahl ausgesetzt ist, durch den geschlossenen Pfad mit dem Bezugszeichen 61 angezeigt. Die schattierten Bereiche,, welche mit dem Bezugszeichen 62 und 64 bezeichnet sind, stellen die Bereiche mit einer Konzentration der interessierenden

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Art dar, während die übrigen, nlcht-schattlerten oder-schraffierten Bereiche, die von 61 umgrenzt werden,-solche Konzentrationen nicht aufweisen, unter der Annahme,, daß der Elektronenstrahl von inks nach rechts, wie in der· Figur gezeigt, abgelenkt wird, ist'die Intensität des Sekundärionenstroms, wenn der Elektronenstrahl längs der Linie 60 vom Punkt a zum Punkt b abtastet, praktisch konstant. Wenn der Elektronenstrahl die Grenze des Bereiches 62 mit der Konzentration beim Punkt b der Linie 60 überquert, fällt die Intensität des nachgewiesenen Sekundärionenstromes rasch bis auf einen minimalen Wert ab und bleibt bei diesem Minimumwert bis der Strahl aus dem Bereich 62 mit Konzentration am Punkt c der Linie austritt. Wenn der Elektronenstrahl die Ablenkung längs der Linie 60 vom Punkt c zum Punkt d vollständig durchläuft, steigt der Wert des Sekundärionenstromes bis zum ursprünglichen Wert wieder an und bleibt praktisch gleichförmig.

Wenn der Elektronenstrahl längs der Linie 60 der Probe abtastet, wird der KSK-Strahl synchron durch den üppgenerator 48 längs der entsprechenden Linie 60 (E¹Ig. 1) abgelenkt und in seiner Intensität in Übereinstimmung mit dem Ausgang aus dem Ionendetektor J8, verstärkt durch den Verstärker 40, moduliert.

Das Ergebnis ist ein Ablenklinienelement 60', dessen Intensität als Funktion der Konzentration der Interessierenden Art In der entsprechenden, abgetasteten Linie 60 der Probe variiert. Wenn daher der Elektronenstrahl über die gesamte Sargetfläche der Probe 15 gerastert wird, zeigt die KSK 42 eine bildliche Darstellung der Targetfläche, welche die Bereiche, welche eine Konzentration der zu untersuchenden Ar-t besitzen, als gut abgegrenzte dunkle.Bereiche 62', 64' auf einem helleren Untergrund ausweist. Gegebenenfalls kann diese Intensitätsveränderung umgekehrt werden, indem ein Inverter am Ausgang des Verstärkers 40 vorgesehen wird, so daß die Bereiche 62', 64* auf einem dunklen Untergrund hell erscheinen.

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Bei dem oben beschriebenen Beispiel wird angenommen, daß die Bereiche 62, 64 eine praktisch gleichförmige Konzentration der betreffenden, untersuchten Art enthalten. Für den Fachmann ist es jedoch selbstverständlich, daß bei nicht-gleichförmiger Konzentration die sich ergebende Aufzeichnung Intensitätsveränderungen in Konzentrationsbereichen aufweist, welche der Veränderung der Konzentration über der Probentargetflache identisch entsprechen. . ■

Sobald die räumliche Verteilung der besonderen, interessierenden Art erhalten worden ist, kann das Massenfilter 33 so abgestimmt werden, daß Sekundärionen mit einem anderen, verschiedenen Verhältnis Kasse zu Ladung durchgelassen werden, und die Untersuchung kann wiederholt werden.

Da die Auflösung der gemäß der Erfindung ex'haltenen Aufzeichnungen der räumlichen Verteilung hauptsächlich eine Funktion der Größe des Abtastelektronenstrahls ist, können extrem feine Auflösungen in der Größenordnung von 100 Angström-Einheiten hiermit erhalten werden. Darüber hinaus können, da der Primärionenstrahl nur auf die maximale Breite'der Targetfläche fokussiert werden muß, üblicherweise in der Größenordnung von 100 hikron, extrem einfacne und nicht kostspielige Primärionenstrahlerzeugungs- und Fokussierkreise verwendet werden, ohne daß die Auflösung des Systems verschlechtert wird.

Selbstverständlich sind bei der zuvor beschriebenen besonderen Ausführungsform gemäß der Erfindung zahlreiche Abänderungen, andere Konstruktionen usw. möglich, ohne daß das erfindungsgemäße Verfahren verlassen wird. So kann z. B. das Massenfilter 33 iß- einer kombinierten Betriebsart mit Spektral-Filter und schmalem .filter betrieben werden, wobei das schmale Durchtritt sband des Filters mit einer geringen Geschwindigkeit im

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Vergleich zu der synchronen Abtastrate des Elektronenstrahls und des KSB-Strahls verschoben wird, um ein kombiniertes Bild der räumlichen Verteilung von zwei oder mehr interessierenden Arten zu erhalten. Gleicherweise kann das Massenfilter 33 in einer diskreten, kombinierten Betriebsart mit Spektralfilter und schmalem Filter betrieben werden, wob^i das schmale Durchtrittsband dieses Elementes diskret gemäß der anfänglich erhaltenen Spektralaufzeichnung der Intensität gegenüber dem Verhältnis Masse zu Ladung der zu untersuchenden Probe verschoben wird, wobei die Stufengeschwindigkeit wesentlich geringer als die Abtastrate des Elektronenstrahls ist. Weiterhin können die verschiedenen Analogwertsignale, die bei der bevorzugten Ausführungsform erhalten werden, z. B. die Kippsignale, von der Massenfilter-Steuereinheit 34· und dem Kippgenerator 4-8 und die IntensitätB-Steuersignale von dem Ionendetektor 38 und dem Verstärker 40, in Digitalform umgewandelt und in einem Computergedächtnis für eine weitere quantitative oder qualitative Analyse aufgezeichnet und gespeichert werden.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche Ionen- und Elektronenstrahlen bzw. -bündel zur chemischen Analyse einer Probe verwendet. Hierzu wird eine Probe auf eine bewegliche Plattform in einer evakuierten Kammer montiert und mit einem Ionenstrahl über einer vorher bestimmten, interessierenden Fläche unter Freisetzung von Sekundärionen bestrahlt. Das Sekundärionenspektrum wird mittels eines Massenfilters und einer Anzeigeeinheit analysiert, um eine Spektralverteilung zu liefern. Ionen mit einem bestimmten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis werden für eine Analyse der räumlichen Verteilung ausgewählt, und das Massenfilter wird auf das ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnis abgestimmt. Der ausgefilterte Strahl von Sekundärionen, welcher durch das Massenfilter durchgelassen wird, wird mittels eines Ionendetektors nachgewiesen, der ein für die

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SekundarionerLhaufigke.it bei diesem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis repräsentatives Signal erzeugt. Die Ausgangssignale des Ionendetektors werden verwendet, um die Intensität oder Ablenkung eines Strahls in einer Kathodenstrahlröhre zu steuern. Ein unabhängig davon erzeugter Elektronenstrahl wird über die durch den Ionenstrahl bestrahlte Probenfläche abtastweise geführt, und der Kathodenstrahlröhren-Strahl wird synchron mit dem abgetasteten Elektronenstrahl abgelenkt. Der Elektronenstrahl, der über die mit Ionen bestrahlte Probenfläche abtastet, moduliert die Sekundärionenausbeute an dem Punkt, an welchem sowohl der Elektronenstrahl als auch der Ionenstrahl auf der Probe koinzidieren. Die hierbei erhaltene Anzeige i^s"t eine zweidimensionale Aufzeichnung der räumlichen Verteilung der Arten in der Probe, auf welche das Fiassenfilter abgestimmt ist.

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Claims

Patentansprüche

1.} Verfahren zur Analyse einer Probe auf iäementbestandteile, dadurch g e-k e η η ζ e i e h η e t,, daß sie folgende
Stufen umfaßt:
a) das Eichten eines Strahles oder· Bändels von Primärionen

auf eine 5fargetfläche_ der Probe unter Bildung von Ionen; b,) das Abtasten- dieser bestrahlten Target fläche mit einem

Elektronenstrahl; und
c.) den Nachweis der Veränderung des Sekundärionenstromes

mit der Stellung des Elektronenstrahls.

2. Verfahren nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Sekundärionen zusätzlich gefiltert werden, um den Machweis von Sekundärionen zu ermöglichen,, welche im. wesentlichen
das gleiche* vorher ausgewählte Verhältnis Masse zu Ladung "besitzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe c) des Machweises folgende Stufen umfaßt:

1) das synchrone Abtasten bzw- Ablenken des Elektronenstrahls und des das Bild liefernden Strahls der
Ka tho dens trahlröhre; und

1±) die Modulation dieses kSM-Strahls in Übereinstimmung mit der Veränderung des Sekundärionenstromes.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet,, daß vor der Stufe Ta) des Abtastens eine Stufe der Bestimmung der
spektralen Verteilung in den Verhältnissen Masse zu Ladung der Sekundär ionen» die aus den bestrahlten iEargetflächen
heraustreten, durchgeführt wird.

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Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stufe der Bestimmung folgende Stufen umfaßt:

1) die abtastende Filterung dieser Sekundäridnen zur Durchführung des Kachweises von Ionen mit variierenden Verhältnissen Masse zu.Ladung;

ii) das Abtasten des das Bild liefernden Strahles einer • Kathodenstrahlröhre synchron mit diesem Kippfilter; iii) den Nachweis der Veränderung des Sekundärionenstromes

mit dem Verhältnis Kasse zu Ladung; und iv) die Modulation des Katliodenstrahlröhrenstrahls entsprechend der Veränderung des Sekundärionenstrahls.

Verfahren zur Herstellung einer Aufzeichnung der räumlichen "Verteilung von Elementbestandteilen in einer Probe, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

a) das Erzeugen eines Strahls von primären Ionen;

b) das Bestrahlen einer Targetfläche mit diesem Strahl von Primärionen unter Freisetzung von Sekundärionen aus dieser Targetfläche; ■ · ^r

c) das Erzeugen von Strahl-Positionssignalen;

dj das Abtasten der bestrahlten Targetfläche mit einem Elektronenstrahl in Übereinstimmung mit den Strahl-Po sitions signal en;

e) das Abtasten eines Aufzeichnungselementes mit den Strahl-Positionssignalen synchron mit dem Elektronenstrahl ab tasten; · .

f) das Erzeugen von Steuersignalen, welche für die Veränderung des Sekundärionenstromes mit der Stellung des Elektronenstrahls relativ zu der Targetfläche repräsentativ sind; und

g) das Anlegen der Steuersignale an das Aufzeichnungselement zur Aufzeichnung dieser Veränderungen.

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y. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe f) der Erzeugung die Stufe des Durchschickens der Sekundärionen durch ein Massenfilter umfaßt, das zum Zurückweisen praktisch aller Sekundärionen abgestimmt ist, welche nicht ein vorher ausgewähltes Verhältnis Masse zu Ladung "besitzen, so daß nur Steuersignale erzeugt werden, die für die Veränderung von Sekundärionen mit diesem vorher ausgewählten Verhältnis Masse zu Ladung repräsentativ sind.

8. Vorrichtung zur Analyse einer Probe auf Elementbestandteile, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

Einrichtungen zum Eichten eines Strahls von Primärionen auf eine Targetfläche der Probe zur Erzeugung von Sekundärionen; Einrichtungen zum Abtasten der bestrahlten Targetflächen mit einem Elektronenstrahl, und

Einrichtungen zum Nachweis der Veränderung des Sekundärionenstromes mit der Stellung des Elektronenstrahls.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweiseinrichtungen JPiItereinrichtungen umfaßt, damit der Nachweis von Sekundärionen, welche nicht ein vorher ausgewähltes Verhältnis Masse zu Ladung besitzen, verhindert wird.

1Q. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweiseinrichtung eine Einrichtung zum synchronen Abtasten des Elektronenstrahls und ein Aufzeichnungselement sowie Einrichtungen zum Modulieren des Aufzeichnungselementes in Übereinstimmung mit der Veränderung des Sekundärionenstrom.es umfaßt.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet» daß sie weiterhin eine Einrichtung zur Bestimmung der Spektralverteilung im Verhältnis Masse zu Ladung der Sekundärionen, die von der bestrahlten Targetfläche freigesetzt werden, umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,, daß die Einrichtung zur Bestimmung der spektralen Verteilung umfaßt:

Einrichtungen zum abtastenden Ausfiltern der Ionen, um den . Nachweis von Ionen zu-ermöglichen, welche variierende

Verhältnisse Masse zu Ladung besitzen; Einrichtungen zum Abtasten des Aufzeichnungselementes synchron mit den Einrichtungen zum abtastenden Filtern; Einrichtungen zum Nachweis der Veränderung des Sekundärionenstromes mit dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis; und Einrichtungen zum Modulieren des Aufzeichnungselementes in Obereinstimmung mit der Veränderung des Sekundärionenstromes.

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