DE2512627A1

DE2512627A1 - Vakuum-vorrichtung zur untersuchung von proben

Info

Publication number: DE2512627A1
Application number: DE19752512627
Authority: DE
Inventors: Robert Louis Gerlach; George Domenic Rossini
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1974-03-22
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1975-10-02
Also published as: GB1493318A; FR2265091A1; JPS50138890A; FR2265091B3

Description

PATENTANWÄLTE ^:

DR. CLAUS RülNLÄNDER . 9R19R97

D-IPL-ING. KLAUS BERMMARDT

D - 8 MOMCHEN 60
CRTHSTRASSE12

Vl P397 D

VARIAN Associates, Palo Alto, CaI., USA

Vakuum-Vorrichtung zur Untersuchung von Proben

Priorität: 22. März 1974 - USA - Serial No. 453«749

Zu s ammenfas sung ' . : ■

Die Vakuumkammer für einen Auger-Analysator ist mit einer seitlichen Zugangsöffnung versehen, durch die austauschbare Proben-Einschübe eingesetzt und auf einer drehbaren Stützfitruktur installiert werden. Der Probeneinschub v/eist eine Anzahl Probenplätze am Umfang auf sowie eine Faraday-Schüssei-Sondenstruktur, die ähnlich positioniert ist, jedoch an der Stützstruktur befestigt ist. Die Faraday-Schüssel erleichtert" 'die; Kalibrierung des Ionenstrahls, und die Positionierung des Ionenstrahls und der Schüssel im Brennpunkt; des Elektronenstrahls. Die Stützstruktur wird anschließend gedreht., um nacheinander jede Probe den Strahlen

Hintergrund der' Erfindung

Die Erfindung "betrifft Vakuum-Systeme.zur Untersuchung von Proben auf Einschüben und insbesondere solche Systeme mit austauschbaren Probeneinschüben.

I">

Bisher haben Probeneinschübe für Auger-Analysatoren eine Anzahl Probenplätze ohne eine Vorkehrung für eine Testsonde. Um die Vorrichtung zu kalibrieren, wurde der Probeneinschub entfernt und eine'Testsonde installiert und sorgfältig im Brennpunkt des Elektronenstrahls positioniert. Diese bekannte Prozedur ist unbequem und erfordert getrennte Vakuumläufe für Kalibrierung und Betrieb. Weiter waren die bekannten Probeheinschübe als integrierender Bestandteil der massigen internen Stützstruktur ausgebildet, die von der Deckplatte der Vakuumkammer herabhing.. Um den Probenei'nschub zu entfernen, J) mußte die Deckplatte abgeschraubt und zusammen mit der internen Stützstruktur abgehoben werden, d.h. Probeneinschubabstützung, Testsonde und zugehörige Leitungen, und den präzisen Verj Schiebeeinrichtungen, die dazu verwendet v/erden, die Position der Proben zu justieren.

Die herausgenommenen Teile waren massig und empfindlich, sie erforderten erhebliche Zeit zum Ausbau und einwandfreie Abstützung außerhalb der Kammer. Die Proben wurden dann,auf den Einschub montiert, der an der Stützstruktur befestigt blieb. Die herausgenommenen Teile wurden dann wieder in die Kammer.positioniert und das Abpumpen wurde eingeleitet. Der Aufbau des erforderlichen¹ Betriebsvakuums verlängerte -^ sich wegen des erheblichen Eingasens der Kammerinnenflächen und der herausgenommenen Stützflächen während der Abschaltzeit, in der diese Oberflächen der Atmosphäre ausgesetzt vvaren. Zusätzlich war während des Abmontierens, des Transportes und der Remontage die präzise Einrichtung atmosphärischer Verunreinigung und körperlichen Beschädigungen ausgesetzt.

Hie Erfindung soll deshalb eine verbesserte Vakuum-Untersuchung seinrichtung verfügbar gemacht werden.

509840/0.775 .

VJeiter soll durch die Erfindung eine Vakuümvorrichtung zur Untersuchung von Proben verfügbar gemacht v/erden, die auf Probenträger montiert sind, die austauschbar sind und bequem und schnell entfernt und ersetzt werden können.

■Weiter soll durch die Erfindung eine Vakuumeinrichtung zur Untersuchung von Proben verfügbar gemacht werden, bei der die Abschaltzeit und die Pumpzeit minimiert sind.

Ferner soll durch die-Erfindung eine Vakuumvorrichtung zur Untersuchung von Proben verfügbar gemacht werden, die leicht geprüft oder kalibriert werden kann und die im gleichen Vakuumlauf geprüft oder kalibriert werden kann wie der Untersuchungsbetrieb.

Ferner soll durch die Erfindung.' ein Vakuumsystem zur Untersuchung von Proben verfügbar gemacht werden, bei dem der Probeneinschub einen Leerraum aufweist, der einem Probenplatz entspricht, um eine Testsonde aufzunehmen.

Ferner soll durch die Erfindung ein Auger-Analysesystem verfügbar gemacht werden, bei dem der Winkel der Probe relativ zur Elektronenkanone geändert werden kann.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen: ' ' . ■

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen austauschbaren Probeneinschub mit einer Anzahl Proben, die in einem Kreis montiert sind, mit einem Leerraum zur Aufnahme einer Testsonde;

Fig. 2 eine isometrische Ansicht einer Auger-Analysevorrichtung, teilweise geschnitten, um den Probeneinschub nach Fig. 1 während des Aufsetzens auf ein Stützkarussell zu zeigen;

5 0 9 8 A 0"/ 0 7 7 5

Fig. 3 den aufgesetzten Probeneinschub in der Kalibrierposition, gesehen durch das Fenster in der Rückwand der Vorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Ansicht des Probeneinschubs nach Fig. 3 in der Prüf- oder Betriebsposition mit den Strahlen ausgesetzter Probe;

Fig. 5A eine Seitenansicht eines modifizierten Probeneinschubs mit einem steilen Winkel relativ zum Elektronenstrahl zum Untersuchen von leitendem Material; und

Fig. 5B einen anderen modifizierten Probeneinschub mit einem flachen Winkel mit Bezug auf den Elektronenstrahl zur Untersuchung von isolierenden Materialien.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Probeneinschubs mit einer Anzahl Proben 12a — o, die in einer Vielzahl von Auffängerzonen 14a - ο montiert sind. Die Auff.ängerzonen sind längs eines Kreises 16 (in unterbrochenen Linien dargestellt) angeordnet, mit einem Mittelpunkt 18, der im allgemeinen zentral zum Probeneinschub 10 liegt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die Proben 12 mit Klemmen 20 festgehalten, die deutlicher in Fig.IA zu sehen sind.' Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die Auffängerzonen 14 . flache Abschrägungen um den Umfang des Probeneinschubs 10. Ein Schlitz 22 ist vorgesehen, um den Probeneinschub 10 zu indexieren, wenn dieser in den Auger-Analysator 30 gemäß Fig. 2 eingesetzt ist. Der Schlitz 22 umfaßt den Kreismittelpunkt 18 und erzeugt einen Leerraum längs des Kreises 16, um eine Testsonde 32 aufzunehmen, die in Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

.../5 KOQR/. Π/Π77 R

Fig.2 zeigt den Probeneinschub IO v/ährend der Installation in einer Vakuumkammer 34, die durch ein Vakuumgefäß 36 der Vorrichtung 30 gebildet wird. Der Einschub 10 wird durch eine Zugangsöffnung 38 in die Vakuumkammer 34 eingesetzt auf eine drehbare Stützstruktur oder ein Karussell 40. Der Einschub 10 wird in geeigneter Weise gehandhabt, ohne den Einschub oder das Innere der Vorrichtung 30 zu verunreinigen, und zwar mittels einer Metallstange 42, die an einem Haltearm 44 angreift, der vom Einschub 10 vorsteht. Der Einschub 10 ist auf eine Basis 46 des Karussells 40 mit dem Schlitz positioniert, der einen Führungskragen 47 und eine Indexführung 48 umfaßt, die von der 3asis 46 nach oben vorsteht. Die 3asis 46 und die Führung 48 hängen an einer Welle 50. Das Karussell 40 ist auf der Welle 50 um eine Achse 52 verdrehbar, die mit dem Kreismittelpunkt 18- des Einschubs zusammenfällt, wenn der Einschub voll gemäß Fig. 3 positioniert ist. Die Testsonde 32 ist auf das Karussell 40 unmittelbar hinter Führung 48 montiert, um den Leerraum 24 des voll positionierten Einschubes 10 zu besetzen. Der Einschub 10 wird mit einem geeigneten Gerät befestigt, beispielsweise Federfingern 54, die von der Oberseite der Führung 48 vorstehen und in eine Kerbe 56 auf der Oberseite des Einschubes 10 eingreifen. Die Zugriffsöffnung 38 wird dann mit einer geeigneten Deckplatte geschlossen, beispielsweise einer in Scharnieren hängenden Tür 58, und die Vakuumkammer 34 wird mit einer Pumpe 60 auf den gewünschten Betriebsdruck herabgepumpt. Der installierte Einschub 10 kann durch ein Fenster 62 in der Rückwand 64 des Vakuumgefäßes 36 betrachtet werden. Fig. 3 zeigt den Einschub 10 in der Prüf- oder Kalibrier-Position, gesehen vom Fenster 62. Eine Elektronenkanone 66 und eine Ionenkanone 68 sind auf eine Seitenwand der Vakuumkammer 34 in der Nähe der Testsonde 32 montiert. Während der Kalibrierung der Auger-Analyse-Vorrichtung 30 wird ein geeigneter Detektor, beispielsweise eine Faraday-Schüssel 72, die auf das Ende der Testsonde 32 montiert ist, in den Brennpunkt 74 der Elektronenkanone 66 mit einer

X-Y-Z-Verschiebeeinrichtung 76 positioniert. Die Sonde wird in bekannter Weise zum Brennpunkt der Elektronenkanone und des Analysators bewegt. Die Ionenkanone 68 wird dann mechanisch positioniert oder elektrostatisch fokussiert, um den Elektronenstrahl der Kanone 66 am Brennpunkt 74 zu schneiden. Die richtige Positionierung des Ionenstrahls wird durch Maximierung der Anzeige des Meßgerätes 78 bestimmt. Das Karussell 40 wird dann durch die Drehvorrichtung 82 so gedreht, daß der Einschub 10 um den Kreismittelpunkt 18 gedreht wird, wobei die Testsonde 32 aus dem Brennpunkt 74 herauskommt und die Auffangerzone 14"a im Brennpunkt 74 positioniert wird. Fig. 4 zeigt den Einschub 10 in der Arbeits- oder Prüfposition. Es kann notwendig sein, die Probe 12a längs der Achse zu verschieben, um die Dicke der Probe zu berücksichtigen, um die Oberfläche der Probe 12a in den Brennpunkt 74 zu bringen. Die Ionenkanone 68 wird dann so betrieben, daß die Oberfläche der Probe 12a gesäubert oder geätzt wird, und daraufhin wird die Elektronenkanone 66 in Betrieb genommen, um Auger-Elektronen zu erzeugen, die für die Probe 12a charakteristisch sind und die mit einem Analysator 84 identifiziert werden. Gewunschtenfalls können die Kanonen 66 und 68 eine Abtastbewegurig ausführen, um einen Bereich der Probe 12a abzudecken, und die Ionenkanone 68 kann dr\zu verwendet werden, ein Tiefenprofil der Probe 12a zu sprühen. Das Karussell 40 wird dann gedreht, um nacheinander die Proben 12b - ο in den Brennpunkt 74 zur Auger-Analyse zu positionieren. Jede Probe 12 ist auf eine Auffängerzone 14 montiert, die längs des Kreises 16 liegt und gleichen Abstand vom Kreismittelpunkt 18 hat. Der Kreismittelpunkt 18 fällt nunmehr mit der Drehachse 52 zusammen, und wenn das Karussell 40 gedreht wird, bewegen sich die Proben längs des Kreises 16, und jede Probe 12 ist im Brennpunkt 74 positioniert, ebenso wie es die Testsonde 32 während der Kalibrierung war. Jede Probe 12 muß längs der X-Achse verschoben werden, um die individuelle Dicke der

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Probe und gegenbenenfalls die Exzentrizität der Welle 50 zu kompensieren.

Fig. SA zeigt einen modifizierten Probeneinschub 90 mit Probenzonen 92, die unter einem steilen Winkel mit Bezug auf den Elektronenstrahl geneigt sind, die bevorzugte Lacre zur Analyse von leitendem Material.

Fig. 5B zeigt einen anderen modifizierten Probeneinschub 100 mit Auffängerzonen 102, die unter einem flachen Winkel mit Bezug auf den Elektronenstrahl angeordnet sind, wie sie zur Analyse von isolierenden Materialien bevorzugt wird. Die Probeneinschübe 90 und 100 sind vollständig mit Probeneinschub 10 nach Fig. 1 austauschbar. Fig. 5B zeigt auch eine isolierende Lage 104 auf dem Boden des Probeneinschubes 100, so daß für eine elektrische Isolierung zwischen Probeneinschub 100 und Karussell 40 gesorgt ist»

Die Ziele der Erfindung sind dadurch erreicht worden, daß ein Satz austauschbarer Probeneinschübe vorgesehen wird, die schnell und leicht in die Untersuchungseinrichtung montiert und aus dieser herausgenommen werden können. Während der erste Probensatz auf dem ersten Probeneinschub in der Vorrichtung verarbeitet wird, wird der zweite Proben— satz präpariert und auf den zweiten Probeneihschub montiert. Die Vorrichtung wird auf Umgebungsdruck gebracht und die Probeneinschübe werden schnell durch die Tür ausgetauscht. Die Vorrichtung wird wieder auf Arbeitsdruck herabgepumpt. Da die Austauschzeit für die Probeneinschübe minimal ist, werden weniger Gase in der Zeit, in der das Ganze der Atmosphäre ausgesetzt ist, adsorbiert, und dementsprechend v/ird während des Abpumpens ein geringeres Ausgasen erforderlich. Weiter bleiben die empfindlichen Verschiebeeinrichtungen innerhalb des schweren, schützenden Vakuumgefäßes und werden Beschädigungen oder Dejustierungen nicht ausgesetzt.

Bedeutsamer ist noch, daß permanent eine Kalibriersonde vorgesehen ist, die längs des Probenkreises angeordnet ist und die es erlaubt, die Vorrichtung zu Beginn jedes Durchlaufs oder auch zu jeder Zeit während jedes Durchlaufs zu kalibrieren.

Ersichtlich können verschiedene Änderungen der Vorrichtung und der Probeneinschübe durchgeführt werden, ohne sich von der Erfindung zu entfernen. Beispielsweise kann die Erfindung mit anderen Strahlen als Elektronen verwendet werden. Der Detektor auf der Testsonde kann auf andere Strahlungstypen ansprechen, beispielsweise Licht, Röntgenstrahlen usw., die von einer lokalen Strahlungsquelle für verschiedar^Test- und Prüfzwecke emittiert werden, außer zur Auger-Analyse.

Claims

Patentansprüche

I.) Vakuumvorrxchtung zur Untersuchung von Proben, bestehend aus einem Vakuumgefäß,' wenigstens einem Probenhalter mit einer Vielzahl von Untersuchungszonen, in denen eine Vielzahl von Proben montiert werden kann und die allgemein koplanar und äquidistant von einem ge- ν }

meinsamen Punkt etwa in der Mitte des Probenhalters entfernt angeordnet sind, wenigstens einer Strahlungsquelle ,mit der Strahlung durch einen Auffangerpunkt gerichtet werden kann, der äquidistant vom gemeinsamen Punkt liegt, einer Einrichtung, mit der eine Drehbewegung zwischen der Strahlungsquelle und dem Probenhalter um eine Achse durch den gemeinsamen Punkt und allgemein orthogonal zur Ebene der Zonen erzeugt werden kann, mit der dafür gesorgt wird, daß die'Strahlung nacheinander durch alle Zonen geht, und einer Prüfeinrichtung die .auf die Wirkung der Strahlung auf jede Probe anspricht, wenn jede Probe die Auffängerzone einnimmt, λ dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter eine Leerzone auf v/eist, in dieser Leerzone eine Prüfeinrichtung positioniert ist, die auf die Strahlung anspricht, wenn die Leerzone den Auffängerpunkt einnimmt, um die Strahlungsquelle zu prüfen, daß eine Probenhalter-Stützeinrichtung in dem Vakuumkolben montiert ist, und eine dicht verschließbare Öffnung im Kolben vorgesehen ist, durch die der Probenhalter installiert und herausgenommen werden kann.

.../A2

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2. Vorrichtungnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenhalter-Stützeinrichtung drehbar ist und wenigstens eine Strahlungsquelle nicht drehbar innerhalb des Vakuumkolbens befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Testeinrichtung an der drehbaren Stützeinrichtung montiert ist und den Leerraum einnimmt, wenn der Probenhalter auf der Stützeinrichtung installiert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter scheibenförmig ist, die Zonen am Umfang aufweist und die Leerzone durch einen Schlitz im Umfang gebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Leerzone formende Schlitz sich zur Mitte des scheibenförmigen Probenhalters erstreckt und den gemeinsamen Punkt einschließt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch' gekennzeichnet, daß die Probenhalter-Stützeinrichtung auf einen drehbaren Schaft montiert ist, der mit der Drehachse zusammenfällt, der Schaft am den Leerraum bildenden Schlitz anliegt, wenn der scheibenförmige Probenhalter installiert ist, und die Dreh.achse des Schaftes mit dem gemeinsamen Punkt zusammenfällt, wenn der Probenhalter installiert ist.

5098AG/0775