DE2509327A1 - Bilddarstellung und tiefenprofilanalyse bei einem ionenstreuspektrometer - Google Patents

Description

1 BERLIN 33 8MUNCHENSO

r. RUSCHKE &. PARTNE PATENTANWÄLTE

Augu«U-ViHori*-Str»B· 66 _n D M O/"»U W C JJ DADXKICD Pienzen»ueratr«Be 2 P«t.-Anw. Dr. Ing. Ruschke LT. KUOOrItNt Ot Γ/ΛΓίΙΙΝΕΚ Pat.-Anw. Dipl.-lng. T.l.fon:030/tH^fj BERLIN - MÖNCHEN ^Telefon: Telegnunm-Adrewe: Telegramm-Adresse: Quadratur Berlin Qudadratur München TELEX: 18378« TELEX: 522767

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Minnesota Lining and manufacturing Company, St. Paul, Iiiiiinesota, 7.St.A.

Bilddarsteilung und 2iefenprofiianal^se bsi einem

Die vorlie^eiide iir-^iiiä'ju:^ cotrifft eine ve^besserta TorrioL;^..._ und vercebserte Terfa'^rea uei_ui loü^iioeachuib oiner üterflLcli-:-., um Informationen üccr die überflilc^.icii'iu^a.-.meiibetauiig J,urc„ erfassen der von der Oberfläche gestreuten Ionen nach dem Lescliu.. zu erhalten.

Die US-PSn 3.4SO.774, 3.665.182 und 3 ο565.1£5 lehren verschiedene Verfahren und Vorrichtungen für die Analyse fester Oberflächen durch lononybreuun^. hierbei wird ein Iriüiurionenstrahl relativ zur Probe versetzt, uu den Auftreifpunkt aes Strahls auf der Probe zwecks OntiMiieruUt; des Streubi^nals einauötellen.

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Danach niiSt nan die Energie der Streuionen und tragt die Stärke eines den gemessenen Streuionen zugeordneten Signals .als funktion der Relativenergie der Streuionen auf, um die Elementarzusammensetzung der beschossenen Oberfläche wenigstens halbquantitativ zu bestimmen. Bei diesem "Verfahren sind keine Vorkehrungen für eine Abtastung der Probenoberfläche getroffen, um einen Teil der Probenoberfläche wiederholt auf Zusammensetzung zu analysieren.

Ein ebenfalls den lononbesciiuß zur Analyse einer festen Oberfläche benutzendes Verfahren ist in der TiS-PS 3.479.503 offenbart; hierbei führt dan eine direkte ^assenanalyse der alü £.?.-sultat des Beschüsses von der Oberfläche abgesprengten Ionen durch. In einer Ausfährungaform Ίieseü Verfahrene v;irc. ein Ionenstrahl in einot; -.afctiru.ustsr vX^r jincn bo^rei-zteii L...11 der Probenobarflcche ^efvhhrt und ,,erditi 'Ils abgesprengten l^ii'jii aassenanilysiert,' am ein ::^.el.trieohe.i Signal zu eraeujen, αε.«. clie aug-ublickliche IJaission von Ionen ait einer gewählten LIasse angibt. Das Signal dient dazu, nach einer Verstärkung die Stärke des Elektronenstrahls eines Oszillographen zu LOcLulieren, der synchron mit den Rastermuster auf der Probe ausgelenkt v/ird. Hierbei erhält r::an ein optisches Bild, das die Variationen der Konzentration eines bestimmten Elementes seigt. V.egon der Einschränkungen, denen die Ionen-Likrosonaenanalyse unterliegt, nämlich der Zerstörung der Oberfläche infolge des Heraussprengens (Ausstäubens) von Teilchen, der Empfindlichkeitsunterschiede für die verschiedenen Elemente des periodi-

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sehen Systems und des erheblichen Einflusses des Grundmaterials (d.h. Probenzusammensetzung und Kristalljefü_oe), wirft die resultierende bildliche Darstellung komplizierte Interpretationsprobleme auf; außerdem ist die wiederholte Analyse der gleichen Oberfläche nicht mogli

Um die Zusammensetzung eines Festkörpers gründlich zu analysieren, v.'ird man herkcriimlicherweiGe äußere Schichten nacheinander entfernen und die neu offengelegten Schichten zu unterschiedlichen liefen analysieren, üine Technik zuü- Entfernen aufeinanderfolgender Schichten in vorbestimmte Tiefen geht von einem Ionenbeschuß aus, bei dem die öberflächenatoae zu einen Krater in der Oberfläche des Pestkörpers abgestäubt ("sputtered" werden. Dieses. Verfahren ist besonders wünschenswert, da die Schicht abnähme und die Ana Iy-se gleichseitig in einem eiii^i^n Verfahr ensgang stattfindeil kennen, tei dem die neu of festlegten Atome nach herkömmlichen Verfahren £.ιιε1~ siert v.-erc-.^n.

Ein Verfahren, bai den man den ^aterialabtrag und die Analyse in einem einzigen Verfahrensgang erreicht, ist die Sekundärionen-L'assens^ ektroskopie (3I1I3). Sei diese..¹. Verfaaren v/erde ti Atome von der Probe abgestäubt und die '.vährend des Abstäubens gebildeten Ionen massehanalysiert. liin v;eiteres Verfahren, bei dem nan den Ilaterialabtrag und die Analyse _ol3ichzeiti_o durchführt, ist die Ionenstreuspektroskopie (I3S), wie sie in den US-PSn 3.480.774, 3.665..182 und 5 .'665.1 &p offenbart ist,* bei diesem Verfahren ist der Abstäubungsvorgaug kein wesentlicher

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Teil des Analyseverfahrens. !.lan bestimmt hier die Energie der gestreuten Primärionen, um auf die üasae der Oberflächen-tome zu schließen, die die Primärionen streuen - im Gegensatz zur Sekundärionenmassenspektroskopie, bei der die abgestäubten Ionen analysiert v/erden'. Das Abstauben von Atomen, das bekannterweise als Resultat des Primärionenbeschusses auftritt, hat man mit Vorteil zur Tiefenprofilanalyse durch das Verfahren der Ionenstreuspektroskopie ausgenutzt.

Bei. beiden Verfahren ist die Genauigkeit des Tiefenprofils beschränkt, da man gleichzeitig Atome auf sowohl den 7/änden als auch dem Boden des Kraters, der beim Abstauben entsteht, orfaßt. Folglich werden Daten gleichzeitig vom Boden und ilen Wänden des Kraters aufgenommen, v.as den Unterschied zwischen verschiedenen Schichten und ScLniitili.chon ν.----rWieclit und oO :..ie Genauigkeit bei der Untersuchung von zusuamengeistzten c.ÜL-ϋεη Schichten und dergleichen Schicixtgefügen beschränkt. I>c. ο ie meisten Ionenstrahlen über den Dtralilaurciimessor sine aii^euulicr· Gauß'sche Strom&ichtevertailung aufweisen, jird das Problem ,der Kraterbildung weiter verschärft.

Bei einem ^erfahren zur Verringerung des Kratereffekts, das in dem Ionenstralil-Oberflachenmassenanalysator (ISIIA) dor Fa. Couiaenwealth Scientific Corporation, 500 Pendieton Street, Virginia (vergl_o deren Bulletin 70-73 vom August 1973) angewandt, wird, v.'erderi crurch Ausblenden nur die mittleren 15 ^r/° des auf die Probe gerichteten Primtrionenstrahles ausgenutzt. Hur

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diejenigen oekundärionen, die aus einem 4 mm großen Littelteil einer offerierenden 6 mm groiien Probe stammen, Icönnen dabei in das Llassanspektrometer eintreten. Liese Technik verlangt eine äußerst· genau mechanische Ausrichtung und beschränkt die analysierbare Probenfläche.

Im Gegensatz zum oben erwähnten Wiedergabeverfahren der Sekundärionen:"iiassenspektro:.:etrie sieht die vorliegende Erfindung eine Ionenstreuvorrichtung zur Oberflächenanalyse vor, bei der eine bildliche './iedergabe entsprechend der Konzentration von Atomen eines gegebenen Elementes durch Hessen von Streuioiion mit vorgegebener relativer Energie erfolgt. Die Vorrichtung weist einen Zielträger auf, der eine Probe, deren Oberfläche analysiert werden soll, in vorbestir-mter Lage aufnimmt, liin Ionengenerator erzeugt eiiiDn Strahl νου. Priuärioiisn r.it bekannten !.a^üc-ii μϊΛ ionenoptischj -olo^ciitc richte^ v.ic Uri r—

ionen mit im veoentliehen dsr _wl^ichcii liinsti^chGio. ^üür^ic. C₁.ι— lang einer iitrahlacLse sur Probe, Ils sind Ioneiurcleiiiieleminte ' vorgesehen, die den Primärionenstrahl relativ sar Probe zu bewegen gestatten, damit der Strahl einen vorbestimmten Teil der Oberfläche abta&ten kann, ..obei sich ein Abtastmuster der Primärionen innerhalb des- vorbestimmten Oberflächenteils ergibt. üin Energieanalysator überträgt _oestreute Primärionen mit einer z-./eiten bekannten kinetischen Energie, die geringer ist als die ursprüngliche kinetische energie der Primä-rionen. xlin Ionendetektor erfaßt danach die übertragenen Primärionen und v_vjincolt

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die aufgenommenen Ionen in ein elektrisches Signal um. Eine elektronische Bildwiedergabeeinrichtung ist mit der Bewegung des Primärionenstrahles synchronisiert und stellt ein von dem elektrischen Signal moduliertes Haster dar.

In einer Ausführungsform kann der Energieanalysator zu vorgegebener Zeit solche Strsuionen übertragen, die Oberflächenatome innerhalt des vorbestimmten Bereiches mit einer vorgegebenen Masse ausv/eisen. Weiterhin ist eine Schaltung vorgesehen, die die·. Stellung des Primärionenstrahls im vorbestimmten Oberflächenteil erfaßt und die Abgabe des elektrischen Signals ermöglicht, wenn der Strahl sich innerhalb eines kleineren Seils des vorbestimmten Bereiches befindet, um ein Signal zu erzeugen, das nur Cborflc.chenator.iDn einer gegebenen liaise, die sich in dem kleineren I¹IiI client oil befinden, „ugoordiiet ist. Diese j.iv.sführungaforui der vorliegenden Erfindung eliminiert cL.her den oben erv.Chnten Kratereffskt, indem zunächst ein ICrater ausgebildet ',."ird, der sich über die Abmessungen des abgetasteten ■Flächenteils .'. hinaus erstreckt, und dann nur solche -3lektroni.3ch.en. die Cberfll'.chenzuscii-iiiisnsetzung angebenden Signale durchläßt, C.ie entstehen, wenri der Primär iono-nBtrahl sich innerhalb eines kleineren Teiles der abgetasteten Fläche - bspw. auf dem Xraterboden - befindet.

In einer vorzugsweise ausgeführten Torrn weist die Vorrichtung miniestens zwei Paar elektrostatischer Ablenkplatten auf, die entlang der Primärstrahlachse angeordnet sind, um bei geeigneter

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Erregung den Strahl wiederholt entlang zv/eier zueinander orthogonaler Achsen auszudenken.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ergibt sich, im Detail aus der folgenden Beschreibung, unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung, deren Fig. 1 und 2 sehematische Darstellungen der nach der vorliegenden Erfindung aufgebauten Vorrichtung sind.

Die Fig. 1 zeigt eine kompakte Vorrichtung zur Slensntaranalyse mit einem in mehrere Stellungen bringbaren Zielträger 60, einer ionenerzeugenden Einrichtung 26, den strahlablenkenaen Gliedern 110, dem Analysator 45, einem Ionendetektor 70 und einem Sichtgerät 112. Diese Vorrichtung entspricht im v/esentliehen der der Fig. 2 und der tragenden Erörterung in der US-PS 3.665.182.

Im Betrieb befindet sich die oben beschriebene Vorrichtung mit Ausnahme des Sichtgerätes 112 - in einer (nicht gezeigten) Vakuumkammer, die man mit einer Vakuumpumpe auf weniger als etwa 10 Torr Druck evakuiert. Innerhalb der Kammer "befinden sich ein Getter und eine Kryoplatte ("cryopanel"), um die in der Kammer verbleibenden aktiven Elemente weiter zu reinigen. Nach dem Ende des Auspumpens vird ein Edelgas in die Kammer eingelassen. Die Edelgasatmosphäre in der Kammer v.ird eingesetzt, um die die feste Oberfläche der Probe bildenden Elemente zu analysieren. Bei dem eingesetzten Edelgas kann es sich um

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irgendein lidel_eas handeln; gewöhnlich verwendet man jedoch Helium (lie), ITeon (lie) und Argon (Ar). Isolierte elektrische Durchführungen bew. Anschlüsse stellen die erforderlichen elektrischen Verbindungen zu den Sauteilen innerhalb der Kammer und den elektrischen Vorrichtungen außerhalb der Kammer her.

Der in mehrere Stellungen bringbare Zielträger 60 v/eist ein drehbares achteckiges Zielrad 61 sowie eine rastende Fortschalteinrichtung mit einen Zahnrad 6"3 auf, uu. das Zielraa einen bestimmten Winkel fortzuschalten, v/emi immer der Elektromagnet -erregt wird. Auf jeder ebsnflLchigen üiafaiigs- biüw. Stirnfläche 66 des achteckigen Rades kann eine auf ^levientonzusamciensetzung zu analysierende Probe aufgebracht werien. Hierbei wird ei ie Probe jeweils durch eine zeitweilige Lefe&ti- ß\in^ v.'ie bapr/. Schraub- oder JPeaerbefestigungeri r.uf j.er ^H ehe festgehalten. Gf-f ent ichtlich ::ε.ιιη jLc.i- Sielr^ö. tich dUCi: i-.it einer anderen Anzahl von irluchc-ii. - lic^v:. s>3c.:.3ecl:i^ - ^uöfülix-'-rx lassen und kann das Schaltr&d -üine pndero Zahnatixl auf ciscii, die der Anzahl der Flächen auf :i.em Zielräd entspricht. L^r-r ZieltrL'ger weist einen Gleitkontaktarr. auf, der ^,e^en geeignete "ragglisder isoliert und in Vertiefungen einlegabar ist, uu das Rad 61 und die beschossene Probe :nit einer strommessenden Einrichtung 81 zu verbinden, mit der man den Ionenstrahlstrom überwacht. Der Llektromagnet 64, bei dem es sich um einen normalen Valcuunisolenoid hanc.elt, ist elektrisch an eino ütrüLiversorgung· 62 für die Zielwahl angeschlossen, die unabhängig bo-

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tätigt ist, um aufeinanderfolgende Eroten nacheinander fortzuschaltcn und in die vorbestimmte Ziell&ge su bringen, Eine andere ähnliche Anordnung, die mehrere Proben aufnehmen kann, lä£t sich gleichermaßen verwenden.

Die Ionen erzeugende Einrichtung v/eist vorzugsv/eise ein geerdetes rohrformiges G-elik'use 25 mit Atme 3 sung en von im wesentlichen 5,1 χ 7,6 χ 10 cm (2 χ 3 x 4 in.) auf, das die Eetriebsteile des Ionengenerators tragen kanu. I-er Ionen erzeugende Aufbau mißt im wesentlichen 2,5 x 2,5 x 7,6 cm (1 χ 1 χ 3 in.)? er enthält einen rlsisfaden 27 zur Abgabe von Elektronen, ein hochdurchlässiges Gitter 28 mit r.ehr als cO )o offener Pl ti die, das zusar.uiien alt einer Extrak'torplatte 31 einen Ionisieruu^o- "bereich 29 bildet, einen den Eoizfaden 27 umgebenden Reflektor 30, eine erste Anode 53» sv/eite Anode 35, dritte ^lüo ".e 37 :-ιον::ίο eine vierte Anode 3S und eins Gs^erilco^lun^sicliloif'. 41 ä^^

Stabilisierung.

Die Heizstrouversor^un^· 64 erregt den Heizfaden zur Abgabe von Elektronen; eine Gitters^annun^sversor/yatig S3 spannt das Giotcc gegenüber dem laeizfaden vor. Dia vom Heizfaden erzeugten elektronen werden vom Gitter 28 auf ein Potential beschleunigt, das ausreicht, um die Edelgasatoaie zu ionisieren. Bsp',?, haben die Elektronen eine Energie von 100 bis 125 eV, v;as ausreicht, ua Ilerium zu. ionisieren, dessen Ionisierungs^otentisl etv/a 24 el betrügt. Der lleflektor befindet sich auf dem .leiafadonpotantial und lenkt jedes nahekommende .plektron in eine lange Elektronnn-

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bahn ab, die die 'Jahrscheinlicl'ikeit erhöht, daß das üektron ein G-asatoni trifft und es ionisiert.

der statische Drack des Edelgases in der evakuierb^ren Eai-ir^er zu, steigt auch der lonenstrahlstroa. Indem uan also den Elektronenstrom boi konstantem. Gasdruck regelt, wird auch der Ionenstrahlstrou geregelt. Die stabilisierende Gegenkopplungsschleifs 41 hält einen stabilen ilektronen-Gitt^rstroia aufrecht, der den lonenstrahlstron· bei Druckänderungen in der evakuierbaren Kammer steuert.

Sin Sxannungsteilernetzv/erk 85 für dis Ionenkanone - spannt die' Extraktorplatte 31 auf ein Potential vor, bei dem positive Ionen aus dem Ionisierungsbereich 29 ausgezogen v/erden. Da.s ITetzv/erk 33 enthält cine A.-^aiil vor ./ider^tl nden, uct die lisitrikto::·- platte 31 und die Anoder, 33, 33 und 37 wahlweise vorzuspannen. Die vierte Aiiode 3S liegt an 1-a-se.

Die S::traktorrlatte 31 weist eine AuszieLöffnung 32 von etwa 6 πα (i/4 in.) uq die Strahlcehss v2 herum auf, um die positi-' ven Ionen auszuziehen. Die Ionen v/erdsn dann von den Anoden zu einen Prinariouonstralil gebündelt und fokussiert. An jeder Anode liegt ein Potential r us deci Iietzv;erk 85. Die erste Anode 33 wird primär dazu verwendet, um die extrahierten Ionen zu steuern, au modulieren und anfänglich zu einem kollimicrten Strahl zu fokussieren. Die ζ ;eite Anode 35 hat zur ersten Anode 33 einen grö-

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ßeron Abstand als die anderen Anoden voneinander entfernt sind; sie ist die Hau^tkollimier- und Fokuscieranode für den Strahl. Die dritte Anode 37 wird mit im wesentlichen festem Potential aus den Spannungs teil erne tsv.-erk 85 betrieben, und die vierte Anode 39 liegt auf liassepotenti&l oder kann.mit einer Seite eines Hochspannungsteils 86 verbunden und gegen Hasse vorgespannt sein. Die Anodenplatten weisen jeweils eine kleine öffnung auf ur-ά bestehen aus sehr dünnem leitendem Ilaterial, uri die Ionenstromung zu steuern und einen uonoener₀etisohen otrahl aufrechtzuerhalten. Die Anodenplatten sine bspw. 0,25 tjn (0,01 in.) dick, um die Innenwanafläche der Blendcffnungen so gering v;ie möglich zu halten, damit möglichst vienig "./cchselwirkung der durchlaufenden Ionen mit den In.nenv/aiidfl£.cLeii und kein Ener^ieverlust der durchlaufenden Ionen stattfindet.

Der aus dcu rohrförmigen 3-ehLut,e 25 austrete nc", ε strahl, -.virü dai-

durch die Eael^asatiriosphäre auf die au ana richtet. Uuter noraalsn lcurietsbedin^ui-^en bev/irkon &tra.'.j.istörende Kollisionen ("bean perturbing collisions") keino vesentlichen Abv;eichun_öen der Analyse.

Die Paar Ablenkplatten 57 und 114 sind jeweils am linde des Gehäuses 25 auf ijegeuüberliegenden Seiten der Strahlachsc angeordnet, ua den Strahl zu einer Abtastbewe^ung, über einen vorbestimmten Bereich der Probe auszulenker.. Die Platten Zl \/erden von einer Ableukspamiun_o-sversorgane 67 geladen, die Platten von einer antsprechenö.en Spannungsversorgung 116.

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Die SpannungsVersorgungen 87 und 116 enthalten Zeitbasis-Ablenk_öeneratoren 118 b^v/. 120 wie bspw. das Ilodell 2267 der Fa. Tektronix Inc., das mit dem Oszillographen Modell EI.I561 verwendet werden kann, und die Verstärker 122 und 124. Diese Spannungsgeneratoren können Segezahnspannungen von +_ 140 V liefern. Lädt man damit Ablenkplatten von 1,27 cm (1/2 in.) Länge und 0,32 cm (1/8 in.) Breite auf, die sich an den Ausgangsöffnungen des Gehäuses 25 befinden, reicht eine solche Spannung aus, um einen ITe^ -Ionenstrahl von 3500 eV etwa 3 mm horizontal und etw.a 4,5 mm vertikal auf der Pro.be auszulenken. Andere Ablenkschaltungen, die Sägezahn-, Dreieck- oder andere vorzugsweise eingesetzte V;ellenformen liefern, lassen sich gleichermaßen einsetzen. Vorzugsweise ist der Ausgang der Spannungsversorgung 67, 116 massefrei j damit werden gleiche, positive und negative Ausgan^sspannungen zur ilrregun^ jeder Platte eines Pa Eire s an_o3le_ot, so ü&x di?. Strahlachse sich iu. wesentlichen auf Laasepotential befindet. 7orzu₀ö,.eiße ,.-ir·.":. el. Ausgang jeder Spannungsversorgung von den Vorspannun^steilen 12t und 128 jeweils eine Gleichvorspannung aufgebracht, um eine 3instellung des ausgelenkten Strahles auf der Probenfläche zu erleichtern. In einem Test betrug der Durchmesser des Primärstrahls etwa 1 mm und wurde dieser in einem Ablenkraster über eine Fläche von etwa 3 x 4,5 mm geschwenkt. Bs ist natürlich unmittelbar einsichtig, daß die Anzahl der Zeilen und die G-rö'Le des Rasters sich variieren lassen, indem man die Ablenkspannung und die Impulsfrequenz, die Größe der Ablenkplatten urid die Energie des Primarionenstrahls entsprechend einstellt.

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Die Signal3 aus den Ablenkgeneratoren 118 und 120laufen über die Leitungen 130 und 132 auch auf das Sichtgerät 134 - bcpv/. einen Oszillographen -, um die Auslenkung des Bildrasters auf dem Oszillographenschirm zu synchronisieren.

Der ausgelenkte Strahl beschießt die Probe auf deren Fläche um den vorbestimmten Bereich herum und stäubt auf diese -..'eise Atome aus der Oberfläche aus, wobei die Oberflächenatome mindestens einige der auftreffenden Primärionen streuen. Der von dem auftreffenden Strahl der Probe zugeführte Strom v/ird von dem Strommeßgerät 81 gemessen und dient zur nälierungsv/eisen Bestimmung der auf die Probenoberfläehe auftreffendan Stromdichte.

Der Energieanalysator 45 '..-eist- eine ".^ing

--1 r_:it

einem rechteckigen eingangs sohl it ^ v7, eine AUstritt-.-,„.o::₁'br.--,ii s-S mit eiiiom rechteckigen Austrittsschlitz 50 ^w.ν Ig sw ei _w:.^r..^..jü elektrostatische An^lysatorplattin _vo «uf. Li- Jintritt^.^-.L.-an 46 und die Austrittsniembrari 49 können von ainer ^embran-SpaimungsVersorgung geladen v/erden. Die Membranen künn-sn getrennt oder gleichzeitig geerdet oder auf gleiche oder verschiedene positive Potentiale vorbespannt sein. Lie Schlitze in den Ilembraiien haben vorzugsweise eine Lreite von 0,125 i^i (0,005 in.) und die üintrittsmeuibran lie₀t etwa 10 mm von dor Oberfläche der zu analysierenden Probe entfernt.

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Die Analyaatorplatten 48 werden von einer Ablenkspannungsversorgung 9C geladen, die Leistung aus einem Doppelnetzteil LS. erhält. Die Ablenksr-aiinungsversorgung 90 erlaubt es, auf die Platten eins geeignete ladung aufzubringen, damit Ionen mit vorbestellter I/Iasse und Energie durch den Schlitz; in der Austrittsuenbran gerichtet werden können. Die Analysatorplatten haben einen mittleren Radius von 5,1 cm (2 in.). Bei dem dargestellten Analysator 45 handelt es sich um einen üblichen 127°-Analysator.

Die von der Probe gestreuten Ionen werden also vom Energieanalysator aufgenommen. Die einen vorbestimmten Energiewert aufweisenden Ionen laufen durch ihn hindurch. Die Anzahl der durchlaufenden Ionen wird erfaßt und vom Ionendetektor 70 in Elektronen verwandelt, die der Elektrodensammler 6C oufni^v-t und zu einem elektronischen Signal- vorv.aiiäelt.

V/ie in der US-PS 3.665.172 beschrieben, Ikßt die Lasse der Atome in der Probenfläche, von der die Ionen des Priaärstraiils gestreut wurden, im Pail eines auf SO⁰ begrenzten Streuwinkels leicht ermitteln. Dementsprechend *?irä in der vorliegenden Erfindung der Streuwinkel vorzugsweise auf im wesentlichen 90 gehalten - trotz der v/eiteren Forderung der vorliegenden Erfindung, den.Strahl relativ zur Probe zu bewegen. Dies laßt sich auf verschiedene Art erreichen. Es liegt also innerhalb der Erfindung, die Bewegung des Primeriorienstrahls relativ zur Probe durch mechanische Translation der Probe in einer Ebene

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zu "bewerkstelligen, die der "beschossenen Fläche an Auftreffpunkt des Strahls im wesentlichen parallel ist. In einer solchen Ausfuhrungsform v;ürde sich der V/inkel des Primärionenstrahls zum Analysatoreingang natürlich nicht ändern.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Probe v/ahrend des Beschüsses festgehalten und der Primärionenstrahl innerhalb gewisser Grenzen über den vorbestimmten Seil der Probenobarflache geschwenkt. In dieser Ausfuhrungsform wird der AbIenkwinkel ausreichend nahe an 90 gehalten, so daß sich ein Streuwinkel von 90 annehmen läßt.

In einer weiteren Ausführungsform lassen sich größere Strahlablenkungen verwenden. Die Bestimmung der Hasse der Zielatoue nach US-PS 5-430.774 erfordert dann jedoch eine kompliziertere Gleichung, die den Sinus und Gosinus des Streuwinkels enthält (beträgt der Streuwinkel 90 , wie oben angegeben, r;ird c-ie Bestimmung ersichtlich wesentlich vereinfacht).

Da der Streuwinkel verändert werden kann, indem man den Priniärionenatrahl ablenkt, variiert auch die gemessene Streuionenenergie für ein gegebenes Element. Die Baergieänderung nuß also richtig interpretiert werden, um die Hasse der Oberflächenatcne zu bestimmen. Dies läßt sich durch ein System erreichen, das den Analogkorrektur faktor bestimmt und ein Signal _-.n die Sichteinheit 112 derart abgibt, daß eine korrigierte Elementenbestiumung stattfindet, um von einem Oberfl&chenatom gegebener

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Atommasse gestreute Ionen innerhalb eines gegebenen Bereichs eindeutig zu "bestimmen. Sin weiteres Verfahren, die gleiche Korrektur zu erreichen, betrifft Einstellungen wie eine Änderung des an den Energieanalysator gelegten Potentials oder eine Änderung der Energie des Primärionenstrahls.

Der Ionendetektor 70 mit seinem Gehäuse 69 ist ein Elektronenvervielfacher 71 mit durchgehendem Kanal ("continuous channel electron multiplier"), der von einer Hochspannungsversorgung gespeist wird und einen 8-um-Kegeleintritt aufweist, der den gesamten Austrittsschlitz in der Austrittsnembran des 127°- Energieanalysators umfaßt. Der Elektronenvervielfacher kann ein handelsübliches I.iodell sein - v-ie bspw. das Modell ITr. CE::-4O28 der .Pa. Galileo RLectro-Crtics Corporation, Galileo Pari:, oturbria^e; Massachusetts 01581, 7.St.L.

Bei der vorlis^ondon Erfindung .:ird das olektroiiiso'-e oi^i^l vorzugsweise durch eine Si₀Ht₁IaUfbereitun^sschaltuUo 155 eingespeist, die die Dauer der Iupulse, die den einzelnen Streuvorgängen augeordnet sind, verlängert. Das aufbereitete Signal wird danach an das Sichtgerat 134 gegeben, v/o es den synchronisierten Raster moduliert und dadurch ein 3chtzeit-Bild öxrstellt, das den gestreuten Ionen mit einer vorgewählten ijnez\2;ie relativ zur Energie der Primärionen entspricht und die Verteilun_o eines vorgegebenen .Clements innerhalb des abgetasteten Teils der Oberfläche bildlich zeigt.

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OR₁

In. einem beispielhaften Verfahren wurde eine Probe durch Einbetten oines 0,052 cm. (0,025 in.) dicken G-olddrahtes in einen Kupferzylinder hergestellt, der dann an einen Ende zu einer flachen Oberfläche poliert wurde. Die Probe wurde dann derart auf den Zielträger 60 aufgebracht, daß der den Goldeinsatz enthaltende Teil der Primärstrahlachse zugewandt und entlang dieser in etwa zentriert war. Bei diesem Vorfahren war der Bintrittaschlitz 47 des Energieanalysator 45 ebenfalls etwa 0,125 nid (0,005 in.) breit, und der Durchmesser des Prlmäriorienstrahls betrug etwa 1 nun.

Derartige Bedingungen begrenzen die Auflösung eines resultierenden Bildes auf dem Oszillographenschira erheblich. Beim

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Auslenken eines He -Ionenstrahls von 3500 eY über einen Seil der Probe, der um den G-olddraht zentrisch gelegen war, und Einstellung des Sner^ieanalysators auf übertragung nur solcher Streuelektronen, deren relative Znergie einer Streuung durch ein G-oldatoo. entsprach, zeigte das Ξϊΐα auf dem üssill^rep-ieii einen allgemein schwarzen Hintergrund, der dt.s fehlen von GoIuatomen in den meisten feilen der abgetasteten ProbenoberilLoho auswies, sowie eine helle fläche in der LIitte, die den Golddraht darstellte. Bei lleueinstellung des Energieanalo'sätors auf Übertragung nur solcher Streuionen, deren relative energie der Streuung von Kupfer zugeordnet v/ar, waren die hellen und dunklen Bildschiraibereiciie umgekehrt sichtbar. Bei diesen i¹est wurde der Primärstrahl in der Horizontalrichtung mit einer Ablenkfrequenz von etwa 20 Hz und in der Vertikalrichtung mit

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einer Ablerikfrecjuenz von etwa C,1 Hz abgelenkt. Da die Aufnahme, eines vollständigen Südes etwa 10 see. "beanspruchte, erfolgte die Bilddarstellung auf einen Speicheroszillographen wie dem Typ ELI564 der Fa. Tektronix, Inc. Alternativ wurden ein herkömmlicher Oszillograph und eine Kamera verwendet, um ein dauerhaftes Bild zu erhalten; der Kameraverschluß wurde dabei einfach für die Dauer eines vollständigen Bildes offengehalten.

Die vom Ionendetektor 70 als Resultat' eines gegebenen Streuvor-ganges aufgenommenen Impulse sind im allgemeinen extrem kurz - bspw. kurzer als etwa eine tiikrosekund« - und können unzureichend sein, um herkoianliche Sichtgeräte zu erregen.·Folglich wird man vorzugsweise das elektrische Signal durch die Signalaufbereitungsschaltung 136 einspeisen, die die Impulsdauer auf 15 ... 60 /us streckt und damit für eine zur 3rre_oun.g ausreichende Dauer sorgt.

In einer anderen -"-usfUhrungsfora der vorliegenden Erfindung wird der .abgetastete Seil der Probenoberfläche vorzugsweise auf einem herkömmlichen ^ideosichtgerät dargestellt, was eine Fsrnbeobachtung des dargestellten Bildes gestattet, wie sie üblicher· weise beim Betriebs- bzw. Industriefernsehen stattfindet. In diesem Fall werden die SpannungsVersorgungen 87 und 116 mit den herkömmlichen Videoablenkschaltungen synchronisiert, und die Auf&rb3itungsschaltung 1.36 verstärkt und formt das elektrische Signal weiter, um Kompatibilität rait herkömmlichen Videomoni- ~ toron zu gewährleisten.

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S/.D GRIGlMAL

Y/ie einzusehen ist, lassen sich nun lokalisierte Elemente leicht und spezifisch bestimmen, nachdem die Identifikation stattgefunden hat, kann man das Rasterbild weiter zur Lokalisierung des Primärions an einer vorgewählten Stelle einstellen, um eine Tiefenanalyse dieser Stelle durchzuführen.* Diese Analysen sind für die Lösung vieler Aufgabenstellungen aus der Metallurgie und für die Bestimmung von Verunreinigungen wesentlich - bspw. bei der Luftverunreinigung, Teilchendefekten usw.

Die.Fig. 2 zeigt eine v/eitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die insbesondere für eine Tiefenprofilanalyse geeignet ist. Das von dem Elektronensammler S8 erzeugte ■elektronische Signal wird vorzugsweise aber einen Impulshöhenanalysator 142 eingespeist, der nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Signal aus den Analysator cias vorgegebene. Intensität hat; hierdurch wird- der Störabstand verbessert. Signale aus din Ablenkgeneratoren 118 und 120 v/erden Liter die Leitungen 1^0 u:iä 152 zu einer Einschalteinheit, die allgemein mit 140 bezeichnet ist, geführt, um ein Einsehalteignal zu liefern, \;enn der Primär ionenstrahl in einem vorbestimmten Teil der abgetasteten Pläche liegt. Der Impulshöhenanalysator 142, in den das Einschaltsignal eingespeist wird, ist vorzugsweise ein Analysator Llodell 436 der Pa. Ortec Inc., Oak -Ridge, Tennessee; er spricht auf das Einschaltsignal an, indem er steuerbar den Durchgang von Ausgangssignalen zu einer Anzeigevorrichtung 60 triggert, die einer gegebenen Lasse auf der Probenfläche entsprechen.

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'Im Rahmen dieber Ausführun^sform der vorliegenden Erfindung soll es liegen, die Erzeugung des elektronischen Signals, das eine gegebene !.lasse anzeigt, auf verschiedene Art und V/eise zu schalten Tdzw. zu unterbrechen. Während daher in dem beschriebenen Beispiel ein Einschaltsignal auf den Impulshöhenanalysator 142 gegeben wird, läßt die Erzeugung des elektronischen Signals sich steuerbar auch auf andere Weise unterbrechen. Bspw. kann man einen elektronisch gesteuerten Verschluß "bzw. , ein solches Gitter am Eintritts- oder- Austrittsschlitz des Analysators 45 anordnen. Ebenso kann man die den "Analysatorplatten 48 und dem Slektronendetektor 70 zugeführten Betriebsspannungen mit einem Einschaltsignal elektrisch steuern.

In einer vorzugsweise au&gefuhrten Pora v/eist die Einheit HO ein Paar liomparatoreinueitsn 144 und 146 auf, die jeweils über eine der Leitung η 130 oder γ-j'L an einen entsprechenden Ablenkgenerator 116 oder 120' gelebt sin:., ^as 2Tetz'..erk 143 und 150 liefert 'J-renzwerteinstellsi^nüle flir üie X- und die Ϊ-Aciibc, so daß, v/erm ein Seil eines Signals aus einen der Ablenkgeneratoran-sich innerhalb der luit dem ITetzv/erk 148 bzw. 150 eingestellten Grenzen befindet, ein Ausgangssignal abgegeben wird. Ein Ausgangssignal von einer der Komparatoreinheiten 144 und 146 zeigt also lediglich an, daß der Pricärionenstrahl sich irgendwo innerhalb desjenigen Voiles des Abtastgebietes befindet, der von den unteren Grenzen auf einer einzelnen !Coordinate bestimmt wird. Erzeugen beide Komparatoreinheiten 144 und I46 ein Ausgangssignal, werden die Ausgangssignale summiert und auf

509840/0943 '

SAD ORSGlNAL

das Analoggatter 152 _oegeben, um - in Form des oben erwähnten lanschaltsignals - einen Gleichspannungsimpuls zu erzeugen, der zum Triggern herkömmlicher elektronischer Schalter geeignet ist.

Jede der Xomparatoreinheiten 144 und 146 weist vorzugsweise einen ersten Operationsverstärker wie bspv;. einen integrierten Schaltkreis des Typs 741 auf, der als Spannungsfolger geschältet ist, wobei ein Eingang des Operationsverstärkers über einen einstallbaren Widerstand an den Ausgang der Ablenkgeneratoren gelegt ist und iiese hochohmig belastet. Die Grenzwertnetzwerke 148 und 1i?0 weisen vorzugsweise jeweils zwei ähnlicl:·. verschaltete Operationsverstärker, des Typs 741 auf, clie nit ihren Eingängen über einstellbare V/iderstände an Gleichspannungs-(^uellen gelegt sind, die tin^tsllbare, di3 Oberen i.i.C. uii'u^rzu Grenzen bestimmende 3p; unungswerte· liefern. Die Ausgan^cspannung des an den Ablenkgenerator an^esciilocaeiiGii C\iirationüv-_rstärkers v;ird dann mit der Ausgangsepannung jedes· der anderen Operationsverstärker vom Typ 741 der Grenzv;ertü.etz\.erke verglichen, und zmslt mittels eines weiteren Operationsverstärkern wie des Typs L1.I 211 der Pa. National Semiconductor, Inc., Santa Clara, California, 7.St.A., der als Komparator arbeitet. Ist bspv/. die Amplitude des Signals aus dem X-Ablenkgenerator höher als die untere Grenze, die von einem der Operationsverstärker des Typs 741 in X-Grenznetzv.erk 148 bestimmt wird, erzeugt ein erster !Comparator innerhalb der Komparatoreinheit 144'

509840/0943 V- r- -,,

ein Ausgangs signal ο '.Venn entsprechend die Amplitude des Signals des X-Ablenkgenerator niedriger ist als die obere Grenze, die der andere Operationsverstärker vom Typ 741 im X-Grenznetzv/erk 143 festsetzt, erzeugt ein zweiter Komparator in der Komparatoreinheit 144 ein ähnliches Ausgangssignal. Der Y-Komparator 146 und die Y-Grenzv;ertnetzwerke 150 arbeiten entsprechend. Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren 144 und 146 werden dann summiert und auf die Analoggatterschaltung 152 gegeben, wo sie die Erzeugung eines Sinschaltsignals steuern. Die Gatterschaltung 152 enthält bequetierweise eine integrierte Schaltung wie den Typ DG175 der Pa. Siliconix, Inc., Santa Clara, California.

In einer anderen Ausführungsform wird das Einsehaltsignal be- ^uemerweise von Schaltungen erzeugt, die den Beginn-jeder Ab-Xenkperiode für sowohl die X- als auch die Y-Ablenkung des : Primärionenstrahls erfassen und während αines vorLeyti-uuten Zeitraumes nach jeden solchen Seginn ein Ausgangssignal liefern.■ Diese Ausgangsüignale werden dann - wie in der oben erläuterter, j

i Ausführungsfora - summiert, um die Erzeugung eines Binschalt- |

I signals zu steuern.

In einer Prüfung des oben beschriebenen verbesserten Tiefenprofilverfaiirens wurden die unteren und oboren Grenzen so eingestellt, daiB das elektronische Signal nur während des mittleren Viertels einer Horizontalablenkung und der mittleren Hälfte einer Vertikalablenkung aktiviert wurde. Beim Abtasten eines einheit-

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SAD ORiGINAL

20
lichen Groldziels nit einem lie -Primärionenotrahl von 3500 eY und Darstellung des die von der G-oldfläche gestreuten Ionen darstellenden Signals auf einem mit der Ablenkung des Prinärstrahls synchronisierten Sichtgerät war ein gleichmäßig ausgeleuchteter Teil des Sichtschirtis zu beobachten, der - innerhalb der Grenzen der Annahmefläche des Spektrometereintrittsschlitzes - der abgetasteten Fläche entsprach, v/urde das Signal auf die oben beschriebene Weise getastet, war der ausgeleuchtete Teil der Sichtdarstellung rechteckig und zwar etwa halb so groß in der Yertikalrichtung und ein Viertel so groü in der Horisontalrichtuxig wie die anfänglich abgetasteteriFlächenteile.

In einem weiteren Test vmrde eine 500 S. dicke, auf ein 3-lasplättchen ;ufgedampfte Kupferschicht mit sinem stationären ITe ^ü-8tralil von 2000 eY besciiosceii. Ilis i-öcultierenatii ^- streuten Ionen v/urden ηε-.cl: öer herk-l'etlichen Io;.:.en.:>treut&c„iiik auf Ivupferatome analysiert und das resultierende jiUo^.-r^sii^^e.l als Zeitfunktion aufgeseicLnet. sjlne solche Darstelluiij-, stellt die I'iltidicke dar, da der v/iederholte Beschüß und-dat; Abstäuben aufeinanderfolgende. Schiciitteile off anlegen. Sodann v.-urde ein weiterer Teil des lilms mit einem in X- und Y-Riclitung abge-

20

lenkten ITe -Strahl von 2000 eY beschossen un das resultierende elektronische Signal auf die oben beschriebene './eise getastet. Eine entsprechende Auftragung des Analysesign&ls als Funktion der Zeit, das zeitlich auf den Test mit dem stationären Strahl normalisiert worden war, zeigte, daß der lachweis der ICupfer-

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atome abrupt aufhörte, als die gesamte Schichtdicke von dem

ι Glasplättchen abgestäubt worden v;ar. Demgegenüber nahm das die

i ^

J Kupferatone darstellende Signal bei stationärem Strahl nur

allmählich ab und schien asymptotisch auf ITuIl zu sinken. Dies zeigt, daß die Kanten des Kraters infolge der geringeren Intensität am Umfang des Strahls langsamer abgestäubt wurden und das Signal aus unterschiedlichen Tiefen kommt. Bs pw. ist oft erwünscht, die V/anderung von Atomen zwischen aneinandergrenzenden Schichten mehrschichtiger Strukturen zu untersuchen, bei denen .aneinandergrenzende Schichten erhebliche Unterschiede der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen können. Die vorliegende

! Erfindung ermöglicht derartige Untersuchungen in einem Haß, wie '

es bisher nicht möglich war.

ί Daa selektive Säst- und Abtastverfahren nach der vorliegenden .Erfindung ist auch geeignet,'die T.T.t^iichkeit der Sekuncu.rioneiraasseiispektroskopiG "bei der Untersuchung von geschichteten \ Pillen zu verbessern. JjS ist bekannt, dau. die Streuionenerj giebigkeit stark vom Vorliegen aktiver Gase wie Sauerstoff abj hängt. Dadurch wird bei der Sekundärioncnmassenspektroskopie die Lrfaüsung jeweils untenliegender Schichten'kompliziert, da die von solchen frisch offengelegten Schichten abgestäubten Atome oft nur schwer zu erfassen sind und das von den Kraterkanten gelieferte Signal überwiegt, weil an der ursprünglichen Überfläche aktive Gase - infolge absorbierter O₂ - oder HpO-Dämpfe - in hohem LIaIie vorliegen. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung überwindet diese Beschränkungen, da das

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BAD ORiGiNAL

Signal voχι den Kanten unterdrückt wird, was oine korrekte Interpretation des Si_onals dahingehend erleichtert, daß es Atou.on aus der Kratermitte entspricht»

Y/ird die vorliegende Erfindung mit Vorrichtungen zur Sekundärioneniaassenspektroskopie eingesetzt, wird ein Verfahren der LIassenanalyse der abgestäubten Oberflächenatome benutzt. In diesem Pail ersetzt man den Energieanalysator 45 durch einen .herkömmlichen I-Iassenanaljrsator, den man so anordnet, daß er aus den gestäubten Atomen gebildete Ionen aufnimmt. Die Ausgangsgröße derartiger Liassenanalysatoren .wird von einem ähnlichen Ionendetektor 70 erfaßt, dessen Ausgangssignal auf ein Signalaufarbeitungsnetzwerk und ein Sichtgerät geht, die dein Impulshöhenanalysator 142 bzv.¹. der iiinrichtung 80 entsprechen. Sin Einsehaltsignal aus der Einschalteinheit 140 steuert ο ie Erzeugung des Aus gangs signals ;-.uf die gleiche .,eiie, ν/ie o';<en beschrieben.

ITachdem die vorliegende Erfindung unter Bezug auf vorzugsweise ausgeführte Formen derselben beschrieben wurde, ist ersichtlich, daiB sich an diesen Änderungen durchführen lassen, ohne vom Grundgedanken oder Umfang der Erfindung, v;ie sie in den Ansprüchen definiert sind, abzugehen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.) Verbesserte Ionenstrennvorrichtung für die Oberflächen-

   analyse, mit

   (a) einem Zielträger, der eine Probe, deren Oberfläche zu analysieren ist, an einem vorbestimmten Ort trägt ι

   (b) einem lonengenerator, der einen Strahl von Primärionen mit bekannter !,lasse und im wesentlichen der gierchen bekannten kinetischen Energie erzeugt;

   (c) einer Einrichtung, die die Primärionen entlang einer Strahlachse aaf die Probe richtet, damit mindestens einige der Primärionen von "deren Oberfläche gestreut v-erden;

   (d) einer Energieanalysesinrichtang, cie die gestreuten Primirionen mit einer zweiten bekannten kinetischen Energie, die geringer als die ursprüngliche kinstibche Dnergie der PriCiLrionen ist, überträgt; ■

   (e) einen Ionendetektor, der die übertragenen Pricärionen aufnimmt und die aufgenommenen Ionen zu einem elektronischen Signal umsetzt

   gekennzeichnet durch

   (f) eine Einrichtung (87, 115), die den Strahl aus Primärionen in mindestens zwei Richtungen relativ zur Probe bewegen, damit dieser auf einen vorbestimmten !eil der Oberfläche auftrifft,

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   (g) eine Sichtanordnung (112), die mit der Einrichtung (67, 116) synchronisiert ist, um ein SiId darzustellen, daiä von einem mit dem elektronischen Signal aodulierten Haster gebildet wird.

   2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Snergieanalyseeinrichtung (45) so angeordnet ist, dai* sie nur Primärionen aufnimmt, die von der Probe in im wesentlichen einem Winkel von 90° zur Richtung der Strahlachse zur Probe gestreut werden, und daß die Einrichtung (87,116) so begrenzt ist, daß der 9O°-Streuzustand iu wesentlichen /behandelt wird.

   3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gkennzeiehnet, daß die Einrichtung (87, 116) mittel (118, 120) enthalt, un die Probe wiederholt in der aur Pröbenoberfiäche in Auftreffpunkt des Strahls parallelen iibene translatcrisch. zu bele

   4.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeich net durch eine Einrichtung 9O, die Änderungen der Energie der Streuionen in Abhängigkeit vom Streuwinkel kompensiert, uia au gewährleisten, daß die von einem Oberflt.chenatom mit vorgegebener Atommasse gestreuten Ionen über einen vorgegebenen '.Vinkelbsreich eindeutig identifiziert werden.

   5.) Torrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da£ die Einrichtung- (87, 116) in der Lage ist,

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   die Pr iiaür ionen wiederholt in zwei im wesentlichen rechtwinkligen Richtungen über die vorbestimate PlLLche auszulenken.

   6.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linrichtung (87, 116) iiittel enthti.lt, um den Strahl wiederholt ii.it einer Geschwindigkeit aussulenken, die den ilornien der herkömmlichen Videotechnik entspricht.

   7o) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (136), die das elektronische Signal aufarbeitet, indem, sie die Lauer der Impulse, die Teile des Signals entsprechend den übertragenen Primärionen darstellen, verlängert, um die Ilodulation und Sichιόarsteilung des Bildrasters au erleichtern.

   8.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch _oekennseichnst, Ö.&M die Einrichtung (i7, 11 ^) ^siterhiii mindest:.üs z\/ei Paar elektrostatischer Ablenkplatten (57, 11-+) aufweist, die rechtwinklig zueinander angeordnet und entlang uer Strahlachse angeordnet sind, um bei geeigneter Erregung den PrimL'rionenstrahl abzulenken.

   9.) Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine AblenkspannungsVersorgung (87, 116), die an die Paare von Ablenkplatten (57, 114) angeschlossen ist, um diese zu erregen, woboi die Ablenkspannungsversorgung die Platten eines vorgegebenen Plattsnpaares abwechselnd mit einer gegenüber einem

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   festen Potential positiven und negativen opauüung erregen kann. ;

   10.) Vorrichtung nach Anspruch 91 dadurch gekennzeichnet, daß

   die 3pannungsversor₀ung (87, 116) weiterhin das feste Potential ;

   i variieren kann, um die Lage des vorbestimmten Gebietes auf der j

   Probe zu steuern.

   11.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekenn.- | zeichnet durch

   (h) eine Einrichtung (140), die die Lage dec Priaa,rionenstrahl?;
   in dem vorbestimmten Gebiet erfa£t und die Erzeugung eines
   elektronischen Signals einleitet, wenn der Strahl sich in einen

   kleineren Teil des vorbestimmten Gebietes befindet, um ein

   I Signal zu erzeugen, das nur solchen Oberflächonatomen zu^eord- ^! net ist, die die vor^egibsne Lasso aufweisen ulic". oicL innerlialb
   des kleineren 2sils befindend

   12.) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ^kennzeichnet, öaJ
   die Einrichtung (140) zur Erfassung und Signaleinieitung v;oiter- ; hin Llittel (ί4Ί, 146) aufweist, die das elektronische Signal
   tasten, vean der Strahl sich innerhalb eines kleineren Teils des '■ abgetasteten Gebietes befindet.

   13·) Vorrichtung nach. Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
   die Einrichtung (144, 146) Llittel aufweist, die mit der wiederholten Ablenkung synchronisiert" sind und nach dem Beginn jeder

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   Ablenkung ο in vorbeötimintea Zeitintervall erfassen können, das den^-eni^en Intervall enta^richt, v.ciireL-ddeasen der Priori bra 1:1 ■„ich in L3\i kleineren Teil befindet.

   14.) Vorrichtunj nach einem der Ansprüche 12 oder 15, dadurch . gekenns3ichnst, dai- die iiinrichtun_o (c"7, 115), ruiiiclestcns :.-,\vei ι strahlablenkende G-lieder (57, 114) aufweist, an die oi₀nals üiit 'allmählich variierender Amplitude anlegbar sind, uia ICraftfeider auszubilden, die die Auslenkung bewirken, und daii die ünrich-, tung (1*44, 146) Llittel aufweist, tir.: vorbestiwmte Teile jedes der 3i_onale uiit alluäLlich variierender Anvplitude zu erfassen, die den Intervall entsprechen, währenddessen der Priuärionenstrahl sich in dem kleineren Teil befindet.

   13·) Torriclitun^ nacl. ?in--;.ui oor A:>:^vrUcl:G 12 bis H, cLu £^-ekenns-;eicIinet, daß die liinrxchtung (14':-, 14^) '..'eiter'ain —itt-'jl auf\:eist, uq den vorbestiramten 2eil einsustsllen, ra 6ic ^LariQiitun_o (67, 11G) angeschlossene Mittel, die ein Signal variierender Amplitude entsprechend dein an jedes der Ablenkj;leider ^ele^ten aufnehmen, uittel, uui die vortastimmten iDeile mit den Signalen veränderlicher -Amplitude zu vergleichen und Trisgersignale zu liefern, wenn der Spannungswert eines der Signale nit

   i veränderlicher Amplitude sich innerhalb der vorbestimmten Teile ^!

   befindet, sowie eine Einrichtung (152), die auf die Tri^er- ' signale anspricht, um ein Tastsignal su liefern, wenn Triggersi_onale vorliegen, die angeben, daß beide Signale veränderlicher j Amplitude innerhalb der vorbestimmten Teile liegen.

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   ^ßÄD origi

   *■ i

   j 16.) Verbesserte Vorrichtung für die I'iefenprofilanalyse von Ϊ

   LJaterialzusammensetcungen, mit '

   (a) einem Zielträger, der eine Probe, von der mindestens ein !' Teil tiefenprofilanalysiert werden soll, in einer vorbestimmten · lage trägt; j

   (b) einem Ionengenerator, der einen Strahl Primilrionen er™ ! zeugt; !

   (c) einer Vorrichtung, die die Primärionen entlang einer j

   ι Stralilachbe auf die Probe richtet;

   (d) einer Einrichtung, die Ionen übertragt, die innerhalb des ϊ

   ι Bereiches Oberflschenatome anzeigt, die eine gegebene i-xS.sse j

   i aufweisen, und " j

   (e) einer Einrichtung, die die übertrageneη Ionen aufnimmt u-id
   die aufgenommenen Ionen zu einem elektronischen oigiiöl ver~;n/i-- ^: delt, gekennzeichnet durch

   (f) eine Einrichtung (67, 116), die den Primäiionenstrahl reis- ,

   j tiv zur Probe zu bev.-egen gestattet, damit er einen vorbestimm-

   !' ten Bereich der Oberfläche überstreicht und auf denselben &uftrifft, und

   j (g) eine Einrichtung (140), die die Lage des Primärionenstra.hla ! in dem vorbestimmten Bereich erfaßt und die Erzeugung des elek- ;

   ^! ■ I

   tronifcich^n Signals ermöglicht, venn der Strahl sich innerhalb

   eines kleineren Tails des vorbestimmten Bereiches befindet, um

   509840/0943 bad original

   ein Signal zu erzeugen, das nur Qberflüchenatomen mit der vorgegebenen Hasse, die sich, innerhalb des kleineren Seils befindet, zugeordnet ist.

   17.) Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) zur Erzeugung des Primärionenstrahls Ilittel zur Erzeugung eines Strahles von Primärionen mit bekannter

   Masse und im wesentlichen der gleichen bekannten kinetischen Energie aufweist und die Einrichtung (4-5) zur Übertragung von Ionen-llittel enthält, um gestreute Primärionen mit einer zweiten bekannten kinetischen Energie, die geringer als die ursprüngliche kinetische Energie der Priniärionen ist, zu übertragen.

   18.) Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

   ! ■

   die übertragende Einrichtung (45) llittel aufweist, um Ionen zu

   übertragen, die beim Abstäuben von Atomen innerhalb des vorbej stimmten Bereiches erzeugt werden und eine gegebene blasse haben. ,

   19») Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (87, 116) zum Bewegen des Primärionenstrahls weiterhin Kittel (57, 114) aufweist, um den Strahl in mindestens zwei Richtungen relativ zu der Probe derart zu bewegen, daß der vorbestiramte Isreich von einer vom Priniärstrahl abgetasteten Fläche gebildet wird, und daß die Einrichtung (14) weiterhin mittel (144» 146) aufweist, um das

   5098 4 0/0943

   elektronische Signal zu tasten, v;enn der Strahl sich innerhalb eines kleineren Teiles des abgetasteten Gebietes "befindet.

   20.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 "bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die 3inrichtung (87, 116) den Primärionenstrahl in zwei im wesentlichen zueinander rechtwinkligen Eichtungen über die Flächen auslenken kann.

   21.) Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeich-

   net, daß die Einrichtung (144, 146) Mittel aufweist, die mit der wiederholten Auslenkung synchronisiert sind und ein vorbestimm- j

   tes Zeitintervall nach dein Beginn jeder Auslenkung erfassen

   können-, das dem Intervall entspricht, währenddessen der Primär- : strahl sich innerhalb des kleineren Teils befindet.

   j 22.) Vorrichtung nach einen'5.er Ansprüche 19 bis 21, dadurch

   gekennzeichnet, daß die Hinrichtung (C7, VIh) mindestens zwei ι strahlauslenkende Glieder (57, 114) aufweist und an jedes dieser Glieder Signale mit allmählich veränderbarer Amplitude anlegen

   j kann, um Kraftfelder zu erzeugen, dis die Ausleninmg bewirken, 'und da/.' die Einrichtung (144, 146) Lütt el enthält, die vorbestimmte Teile jedes der Signale mit allmählich veränderbarer Amplitude erfassen, die dem Intervall entsprechen, v.^;ähronclciesüen der PrimäricnenstrcJil sich innerhalb des kleineren Teils befiu- det. I

   50984 0/0943 ^₀ original

   2~>.) Vorrichtung nach einen der Ansprüche 19 "bis 22, dadurch gekennzeichnet, cUß die Einrichtung (144, 146) weiterhin LIittel zur Einstellung des vorbestimmten Teils, an die Einrichtung (87, 110) angeschlossene Ilittel zur Aufnahme eines Signals mit allmählich veränderbarer Amplitude, das dem an die Ablenkglieder gelegten entspricht, Ilittel zum Vergleich der vorbestimmten Teile mit den Signalen veränderbarer Amplitude und zum Erzeugen von Triggersignalen, wenn der Pe^eI eines der Signale veränderbarer Amplitude innerhalb den vorbestimmten Segmenten liegt, und eine Einrichtung (152) aufweist, die auf die Triggersignale ansprechend ein Tastsignal liefert, ?;emi die Triggersi-g-nale anzeigen, daß beide Signale veränderbarer Amplitude innerhalb der vorbestimmten Teile vorliegen.

   24·) Verbessertes Verfahren zur ütarflächenanalyse, indem m&n

   (a) einen Zielträger vorsieht, der in'einer vorbestimmten I^e : eine Probe vorhält, deren Oberfläche analysiert v/erden soll;

   (b) einen Strahl von Primärionen mit bekannter !,lasse und im wesentlichen der gleichen bekannten kinetischen Energie erzeugt;

   (c) die Primärionen entlang einer Strahlachse auf die Probe, richtet, damit mindestens einige der Primärionen von der Oberfläche gestreut v/erden;

   (d) die gestreuten Primärionen mit einem zweiten bekannten Y/ert j der kinetischen Energie, der geringer als die ursprüngliche kinetische Energie der Primärionen ist, überträgt; und die über-

   509840/0943

   tr#genen Primärionen aufnimmt und die aufgenommenen Ionen zu einem elektrischen Signal umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß man

   (f) den Primär ionenstrahl in mindestens zwei Richtungen relativ zur Probe bewegt, damit der Strahl auf ein vorbestimmtee Gebiet der Oberfläche auftrifft, und daß man

   (g) ein Bildraster darstellt, das mit dem sich bewegenden Strahl synchronisiert und vom elektronischen Signal moduliert ist. ^!

   25·) Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß man

   (h) die Lage des Primärionenstrahls in den το !"be stimmt en Bereich erfaßt und die Erzeugung des elektronischen Signals einleitet, wenn der Strahl sich innerhalb eines kleineren 'feils des vorbestimmten Bereiches befindet, um ein Signal zu erzeugen, das nur solchen OberflLchenatonen zugsordnot ist, die die gegebene Hasse haben und sich innerhalb des kleineren Seils befinden. ^;

   26.) Verfahren zur verbesserten Tiefenprofilanalyse der Zusaci- '

   mensetzung einer Oberfläche, indem man j

   (a) einen Sielträger vorsieht, der eine Probe, die mindestens ! teilweise tiefenprofilanalysiert werden soll, in einer vorbestimmten Lage trägt, ' !

   (b) einen Strahl aus Primärionen erzeugt,

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   (c) die Primärionen entlang einer Strahlachse auf die Probe richtet,

   (d) Ionen überträgt, die Oberflächenatome innerhalb des Bereiches ausweisen, die eine gegebene !.lasse haben, und

   (e) die übertragenen Ionen aufnimmt und die aufgenommenen Ionen zu einem elektronischen Signal verwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß man

   (f) den Primärionenstrahl relativ zur Probe bewegt, damit der Strahl einen vorbestimmten Teil der Fläche überstreicht und auf ihn auftrifft, und

   (g) die Lage des Primärionenstrahls in dem vorbestimmten Bereich erfaßt und die Erzeugung des elektronischen Signals einleitet, wenn der Strahl sich innerhalb eines kleineren Teils des vorbestimmten Bereiches' befindet, um ein Signal zu erzeugen, das nur solchen Oberflr.chenatomsn zugeordnet ist, ais die gegebene Hasse haben und sich innerhalb des kleineren Teils befinden.

   27.) Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Herstellung eines Strahles von Primärionen die Erzeugung eines Strahles*von Primärionen mit bekannter Lasse und in wesentliehen der gleichen bekannten kinetischen ünergie und der Schritt der Übertragung die übertragung der gestreuten Primärionen mit einem zweiten bekannten 'wert der kinetischen Energie beinhalten, der geringer ist als die ursprüngliche

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   kinetische Energie der Primärionsn.

   28.) Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß
   der Übertragungsschritt die Übertragung von Ionen beinhaltet,
   die beim Abstauben von Atomen aus den vorbestimmten Bereich erzeugt werden und eine vorgegebene Hasse aufweisen.

   29.) Verfahren nacii einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bewegung des Priniärionen-Strahls beinhaltet, dai3 man den Strahl in mindestens' zwei Riehtungen relativ zur Probe bewegt, so daß der vorbestimmte Bereich ; von einem von dem Primärstrahl überstrichenen Gebiet gebildet j

   I wird, und daß der Schritt des Erfassens und üinleitens weiterhin. :

   beinhaltet, daß man das elektronische Signal tastet, wenn der I

   ! ;Strahl sich innerhalb eines kleineren Seils des abgetasteten ■

   ;Bereichs befindet»

   Cl./Pz

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