DE69026751T2

DE69026751T2 - Ionenbündelfokussierungsvorrichtung

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Publication number: DE69026751T2
Application number: DE69026751T
Authority: DE
Inventors: Shigeto Adachi; Akio Arai; Hirofumi Fukuyama; Yukito Furukawa; Ken-Ichi Inoue; Koji Inoue; Kiyotaka Ishibashi; Yutaka Kawata; Makoto Kimura; Akira Kobayashi; Norio Suzuki; Sunao Takahashi; Keizo Tokushige; Kaneo Yamada
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-05-17
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2010-05-18
Also published as: EP0398335A3; DE69026751D1; EP0398335A2; US5063294A; EP0398335B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine derartige Einrichtung wird bei einer Vorrichtung zur Analyse von physikalischen Eigenschaften und/oder der Zusammensetzung einer kleinen Fläche einer Probe, zur feinen Bearbeitung einer Probe oder zur Nachformierung einer Oberfläche einer Probe unter Anwendung eines Hochenergie-Ladungsstrahls wie zum Beispiel eines Ionenstrahls auf verschiedenen industriellen Gebieten einschließlich des technischen Gebiets der Halbleiter, der technischen medizinischen und biologischen Gebiete usw. benutzt, und auch auf verschiedene Komponenten einer derartigen Vorrichtung einschließlich einer Einrichtung zur Analyse einer Kristallstruktur einer Probe, eine magnetische Quadrupollinse, eine Objektivschlitzeinrichtung und eine Probenkammer. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Analysevorrichtung, die diese Ionenbündelfokussierungseinrichtung aufweist.
Die Veröffentlichung "Proceedings of Spie - the International Society for Optical Engineering, Bd. 932, März 1988, Bellingham, USA, Seiten 107-113; A.W. Yanof. Electron-Beam, X-ray, And Ion-Beam Technology: Submicrometer Lithografies VIII" offenbart eine Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Diese Einrichtung weist einen Objektivkollimator auf, der einen Objektivschlitz hat, welcher zusammen mit einem Massenschlitz eine Einheit bildet, die stromabwärts eines Massenfilters positioniert ist, der als eine Analysekomponente dient. Der Massenfilter ist zwischen der Einheit des Objektivs und der Massenschlitze und einer Kondensorlinse positioniert, die stromabwärts einer Ionenstrahl-Beschleunigungseinrichtung Positioniert ist.
Ferner ist gemäß der Veröffentlichung aus Nuclear Instruments and Methods, Bd. 197, Juni 1982, Amsterdam, Niederlande, Seiten 65-77; F. Watt u. a.: "The Oxford 1MU-M Proton Microprobe" eine der vorhergehend erwähnten Ionenbündelfokussierungseinrichtung ähnliche Ionenstrahleinrichtung bekannt, wobei der Hauptunterschied darin besteht, daß der Kollimatorschlitz zwischen dem Objektivschlitz und der Objektivlinse angeordnet ist.
Auf dem technischen Gebiet der Halbleiter werden die Erhöhung der Speicherkapazität und die Steigerung der Informationsbearbeitungsgeschwindigkeit gefordert, um in einem Computer eine große Menge an Information zu verarbeiten. Zu diesem Zweck ist die Entwicklung der Hochintegration von integrierten Schaltungen von hochintegrierten Schaltkreisen {LSI) zu höchstintegrierten Schaltkreisen (VLSI) und weiter zu dreidimensionalen Schaltkreisen ausgeführt worden. Im Fortschreiten dieser Entwicklung werden einzelne Elemente und Drähte bzw. Leiterbahnen für diese Elemente beträchtlich in der Größe reduziert und die Anzahl der Schichten vergrößert, und außerdem schreitet die Nutzung eines sehr flachen Bereichs unter einer Oberfläche fort. Bei einer derartigen Untersuchung von integrierten Schaltkreisen und Prozessen ist ein auf eine mikroskopische Größe gebündelter Ionenstrahl ein sehr effektives Mittel. Zum Beispiel wird die maskenlose Implantation in der Produktion möglich gemacht, und der Produktionsprozeß kann unter Anwendung eines gebündelten Ionenstrahls, der auf mehrere hundert eV bis hin zu mehreren MeV beschleunigt ist, auf signifikante Weise vereinfacht werden. Andererseits ist bei der Analyse eine Bestimmung einer Atomverteilung auf einer mikroskopischen Fläche sehr wichtig, und zu diesem Zweck ist der Wirksamkeitsgrad einer Analysetechnik wie zum Beispiel des Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahrens (RBS) oder das protoneninduzierte Röntgenemissions-Verfahren (PIXE) erforderlich, bei welchem ein gebündelter Ionenstrahl mit einer hohen Energie (MeV) verwendet wird und eine Auflösung hat, die kleiner als ein 1 µm ist. Folglich schreitet die Verbesserung der Funktion einer derartigen Vorrichtung fort.
Fig. 16 veranschaulicht auf exemplarische Weise eine Hochenergie-Ionenbündelfokussierungseinrichtung, welche den vorhergehend erwähnten Einrichtungen ähnlich ist, und welche als eine Analysevorrichtung benutzt wird. Gemäß Fig. 16 wird ein Hochenergie-Ionenstrahl 104, der von einer Ionenquelle 102 einer Beschleunigungseinrichtung 101 erzeugt wird und mittels einer Beschleunigungsröhre 103 beschleunigt wird, zuerst, während er einen Ablenkungs-Analysemagneten 106 durchläuft, der eine Spule 107 hat, um einen Winkel abgelenkt, der normalerweise größer als 15 Grad ist, so daß er nach Ionentyp und -energie klassifiziert wird. Nachfolgend wird der Hochenergie-Ionenstrahl 104 mittels eines Objektivkollimators oder Schlitzelements 105 auf einige zehn µm eingegrenzt, und dann, nach dem Passieren eines Driftraums von 2 bis 5 m, in zwei oder drei Gruppen von magnetischen Quadrupollinsen 112 geleitet und mittels dieser gebündelt, so daß er auf einem Ziel bzw. einer Auftreffplatte 114, die in einer Probenkammer 113 untergebracht ist, d. h. auf einer zu messenden Probe einen Strahl- bzw. Lichtpunkt ausbildet. Ein Detektor bzw. eine Erfassungseinrichtung 115 erfaßt Ionen oder einen angeregten Röntgenstrahl, die von der Auftreffplatte 114 abgestrahlt werden.
Der Abstand von dem Objektivkollimator 105 zu den magnetischen Quadrupollinsen 112 in einem Driftraum wird ein Objektabstand genannt, während der Abstand von den Linsen 112 zu der Auftreffplatte 114 ein Bildabstand genannt wird, und das vorliegende optische System hat die Funktion der Bündelung an einer Öffnung des Objektivkollimators 105 mit einem Reduzierungsverhältnis, das im wesentlichen gleich einem Verhältnis zwischen den zwei Abständen ist, und der Bestrahlung der Auftreffplatte 114 durch die folglich gebündelte Öffnung. Übrigens muß der Objektabstand weiter vergrößert werden, da der Bildabstand 100 bis 200 mm oder so ist, da ein Unterbringungsabstand für die Erfassungseinrichtung 115 usw. erforderlich ist, um einen Lichtpunkt noch kleiner zu machen und/oder die Stromdichte weiter zu erhöhen, um eine Verbesserung der Leistung des Systems zu erzielen.
Bei der vorhergehend beschriebenen herkömmlichen Ionenbündelfokussierungseinrichtung erfordert ein Weg eines Strahls einschließlich des Abstands von der Beschleunigungseinrichtung 101 zu dem Ablenkungs-Analysemagnet 106 und des Abstands von dem Elektromagneten 106 zu der Probenkammer 113 wenigstens 7 m oder mehr. Außerdem wird, wenn der Ablenkungswinkel eines Ionenstrahls größer als 15 Grad ist, um einen Typ von Ionen mittels des Ablenkungs-Analysemagneten 106 zu klassifizieren, ein Ionenstrahl auch in einer seitlichen Richtung ausgedehnt, und so ist bei einem tatsächlichen Aufbau ein Raum erforderlich, der größer als 7 m x 3 m ist, wodurch eher als eine Vorrichtung eine Ausrüstung realisiert wird, die eine solche horizontale Ausdehnung hat, daß sie einen Raum völlig ausfüllen kann.
Überdies werden durch einen Anstieg in der Größe einer Vorrichtung umgekehrte Nachteile verursacht, und insbesondere ist es, um einen Ionenstrahl auf eine Punktgröße von ungefähr 1 µm zu bündeln, notwendig, die Anfangsjustierung genau auszuführen und ferner bei einem Wartungsvorgang die Ausrichtung der optischen Achsen präzise aufrechtzuerhalten, wobei die Mittelpunkte und Axiallinien der einzelnen Komponenten dazu gebracht werden, daß sie miteinander übereinstimmen. In diesem Fall ist ferner ein Ausrichtungs- Justierungsvorgang zwischen Komponenten schwierig, die längs einer Strahllinie angeordnet sind, welche um einen Winkel von größer als 15 Grad abgelenkt wird. Ferner ist, da die Vorrichtung groß ist, die Integration einer Plattform zur Verhinderung von Schwingungen fast unmöglich.
Um einen Ionenstrahl mit einer hohen Energie (MeV) mittels einer derartigen Ionenbündelfokussierungseinrichtung zu bündeln, ist inzwischen ein starkes Linsensystem erforderlich, welches, verglichen mit einem normalen Elektronenmikroskop, ein 1.000mal höheres Auflösungsvermögen hat. Zu diesem Zweck wird die Anwendung einer nicht-axialsymmetrischen Linse wie zum Beispiel einer Quadrupollinse in Betracht gezogen (zum Beispiel Nudear Instrument and Methods 197 (1982), S. 65-77)
Fig. 17 zeigt einen Magnetpolkörper eines Beispiels von herkömmlichen Quadrupollinsen. Gemäß Fig. 17 weist der Magnetpolkörper ein zylindrisches Rückleitungsjoch 124 und vier Magnetpole 123 auf, die mittels Befestigungsbolzen 125 an dem zylindrischen Rückleitungsjoch 124 befestigt sind.
Der Magnetpolkörper ist in Fig. 18 im zerlegten Zustand gezeigt.
Im allgemeinen wird die Bündelungskraft k gegenüber einem Ionenstrahl mittels einer Quadrupollinse als
repräsentiert, wobei e eine Ladung von Ionen, E eine Strahlenergie, M eine Masse von Ionen, N eine Anzahl der Windungen einer Spule, I ein Spulenstrom und rB ein Bohrungsdurchmesser ist. Die Bündelungskraft k steigt folglich in einem umgekehrt proportionalen Verhältnis zu dem Bohrungsdurchmesser rs, das heißt zu einem Radius eines Inkreises von solchen in Fig. 17 gezeigten vier Magnetpolen.
Demgemäß wird eine sehr starke Bündelungskraft erzielt, wenn der Bohrungsradius verringert wird.
In letzter Zeit hat sich zum Zweck der Erzeugung oder dergleichen eines mikroskopischen Ionenstrahls von hoher Energie die Notwendigkeit einer magnetischen Quadrupollinse ergeben, die einen hohen Grad an Genauigkeit und eine starke Bündelungskraft hat und einen Bohrungsradius hat, der kleiner als 3 mm ist, aber ein Bohrungsdurchmesser, der größer als 10 mm ist, ist eine allgemeine Grenze bei einem herkömmlichen Aufbau, wie er in Fig. 17 gezeigt ist.
Die folgenden Probleme liegen in der Erzielung eines sehr kleinen Bohrungsradius, verglichen mit einem Radius eines Rückleitungsjochs, um eine sehr starke Bündelungskraft eines Ionenstrahls hinsichtlich einer Quadrupollinse zu erzielen. Insbesondere wenn bei der herkömmlichen Bauform gemäß Fig. 17 versucht wird, nur den Bohrungsradius kleiner als 3 mm zu machen, während der Rückleitungsjochradius wegen der Notwendigkeit der Schaffung einer ausreichenden magnetomotorischen bzw. elektromotorischen Kraft, daß heißt eines ausreichenden Spulenquerschnitts, zum Beispiel größer als 150 mm bleibt, dann hat jeder Magnetpol eine radial verlängerte Bauform. Folglich wird die Genauigkeit in der Position der Magnetpole empfindlich auf eine Genauigkeit bei deren Montage an das Rückleitungsjoch angewiesen sein, und demgemäß ist es hinsichtlich der Genauigkeit beim Aufbau schwierig, eine vorbestimmte Vergleichsgenauigkeit oder -toleranz (kleiner als ± 1 µm in radialer Richtung und kleiner als 0,01 Grad beim relativen Winkel) der Magnetpole zu sichern.
Demgemäß ist die Genauigkeit der Anordnung der Magnetpole bei dem herkömmlichen Aufbau so gering, daß die Magnetfeldverteilung aus einer hyperbolischen Verteilung verschoben ist und die Aberration erhöht ist, und es schwierig ist, aus einem Strahl einen feinen Punkt auszubilden. Zum Beispiel wird bei einem optischen System, bei welchem unter Anwendung einer Linse mit einem Bohrungsradius von zum Beispiel 2,5 mm ein mikroskopischer Strahl von 1 µm erzielt wird, eine Verschiebung eines Endabschnitts eines Magnetpols nur um einige µm eine Unschärfe eines Lichtpunkts um einen Betrag verursachen, der größer als einige µm ist.
Um mittels einer derartigen vorhergehend mit Bezug auf Fig. 16 beschriebenen Ionenbündelfokussierungseinrichtung einen Durchmesser von 1 µm als einen minimalen Lichtpunkt zu erzielen, ist es, da das Reduzierungsverhältnis normalerweise im wesentlichen im Bereich von 1/5 bis 1/30 liegt, notwen dig, einen Strahl mit Hilfe des Objektivschlitzelements oder Kollimators 105 auf den Durchmesser von 5 bis 30 µm zu bündeln, und 1 µm ist für die Toleranz der Bewegung einer Ecke bzw. Kante des Schlitzelements erforderlich.
Es ist günstig, als eine herkömmliche Schlitzeinrichtung eine Platte zu verwenden, in welche ein kleines Loch gelocht ist, durch welches ein Strahl passieren kann. Es ist jedoch unmöglich, den Durchmesser eines Strahls mittels der Schlitzplatte zu ändern. Bei Anwendungen für eine lokale Analyse oder die feine Bearbeitung einer kleinen Fläche ist es im allgemeinen manchmal notwendig, die Größe eines Lichtpunkts beliebig zu ändern. Demgemäß wird ein Mechanismus angewandt, bei welchem keilförmige Schneidkantenelemente oder zylindrische Kantenelemente aus Metall einander von vier Richtungen aus derart gegenüberliegen, daß die Form eines sie passierenden Strahls durch eine Änderung der Form des Schlitzes geregelt wird, der durch diese Kantenelemente ausgebildet wird. Bei einer bestimmten herkömmlichen Schlitzeinrichtung ist ein keilförmiges Kantenelement an einem Endabschnitt von jedem der Präzisionsantriebsmechanismus-Teilabschnitte wie zum Beispiel Mikrometerköpfen befestigt, und eine Öffnungsbreite eines Schlitzes, die durch die Kantenelemente definiert wird, wird aus Gradeinteilungen der Mikrometerköpfe der einzelnen Kanten berechnet.
Fig. 19a veranschaulicht ein Beispiel von herkömmlichen Schlitzeinrichtungen in Vorderansicht, die elektrisch angetriebene Justiermechanismus-Teilabschnitte haben, bei denen anstelle von Mikrometerköpfen piezoelektrische Elemente angewandt werden. Es sind entweder ein Paar schneidenförmige Kantenelemente 131 oder ein solches Paar keilförmige Kantenelemente 131', wie es in einer vertikalen seitlichen Schnittansicht in Fig. 19b gezeigt ist, in einer gegenüberliegenden Beziehung an freien Endabschnitten von Armen 133 befestigt, die mittels flexiblen Verbindungsstellen 148 einzeln an einer Vakuumkanalwand 134 gelagert sind, und an piezoelektrische Elemente 149, die sich hinter den Kantenelementen 131 befinden, anzulegende Spannungen werden derart eingestellt, daß eine Breite eines Schlitzes zwischen keilförmigen Kantenelementen 131 eingestellt wird, durch welchen längs einer Strahlenlinie BL ein Ionenstrahl hindurchzulaufen hat, wie in Fig. 19b durch einen Markierungspfeil gezeigt ist.
Bei der vorhergehend beschriebenen Schlitzeinrichtung wird, wenn es beabsichtigt ist, den Schlitz vollständig zu schließen, um eine Nullposition zu finden, in welcher die Öffnungsbreite des Schlitzes gleich Null ist, da es zwischen Kanten des Schlitzes aufgrund der Unvollkommenheit in der Ebenheit von Flächen der keilförmigen oder zylindrischen Kantenelemente (es ist vom Punkt der Genauigkeit der Bearbeitung unvermeidlich, daß eine Unebenheit oder eine Neigung von µm oder dergleichen existiert) selbst in einem Zustand, bei welchem die Kanten miteinander in Berührung sind, einen lokalen Spalt gibt, ein Ionenstrahl durch den lokalen Spalt durchgelassen, und infolgedessen kann der Nullpunkt nicht auf präzise Weise bestimmt werden. Wenn der Nullpunkt nicht bestimmt werden kann, dann ist es nicht möglich, die Schlitzöffnungsbreite in der Größenordnung von µm mit einem hohen Grad an Genauigkeit einzustellen. Wenn ein Vorgang ausgeführt wird, um die Kanten zwangsweise miteinander in Berührung zu bringen, um einen vollkommen geschlossenen Zustand zu sichern, dann wird eine übermäßige Beanspruchung auf die Endabschnitte der Kanten oder auf die Hochprazlsions-Antriebsmechanismus-Teilabschnitte aufgebracht, was eine Ursache der Verformung an einem Endabschnitt einer Kante oder ein Spiel der Antriebsmechanismus- Teilabschnitte ergibt. Schließlich kann bei der herkömmlichen Schlitzeinrichtung in der praktischen Anwendung keine zufriedenstellende Bestimmung eines Nullpunkts erzielt werden. Demgemäß sind eine Einstellung und Regelung einer Öffnungsbreite eines Schlitzes mit einem erforderlichen Grad an Genauigkeit unmöglich.
Ferner wird die Menge an Wärme, die durch den Teil des Ionenstrahls erzeugt wird, welcher mit Endabschnitten der Kanten des Schlitzes kollidiert, auf einige W oder mehr geschätzt. Da die Kantenelemente im Vakuum angeordnet sind, wird eine gesamte derartige Wärme zu Armen oder Pfosten übertragen, an welchen die Kantenelemente gehalten sind. Bei der herkömmlichen Schlitzeinrichtung sind die keilförmigen oder zylindrischen Kantenelemente auf Armen und/oder Pfosten gelagert, wobei die Schwankung der Öffnungsbreite des Schlitzes, welche durch die thermische Ausdehnung an den Elementen verursacht wird, einen nicht zu ignorierenden Betrag ausmacht. Tatsächlich wird bei der herkömmlichen Schlitzeinrichtung eine Stromschwankung eines Ionenstrahls, die aus einer derartigen Schwankung in der Größenordnung von einigen bis zu mehreren zehn µm entsteht, beim Gebrauch der Vorrichtung beobachtet.
Außerdem ist bei der herkömmlichen Schlitzeinrichung, da ein Mechanismus angewandt wird, bei dem zwei gegenüberliegende Kantenelemente unabhängig voneinander betätigt werden, um die Öffnungsbreite des Schlitzes einzustellen, eine zweimalige Betätigung für die gegenüberliegenden Seiten erforderlich, um eine willkürliche Schlitzöffnunqsbreite einzustellen, während die Mitte des Schlitzes feststehend bleibt. Auch wenn es beabsichtigt ist, die mittlere Position des Schlitzes einzustellen, während die Öffnunqsbreite des Schlitzes feststehend ist, um die Achsen eines Strahls und eines optischen Systems zu justieren, ist ein zweifacher Vorgang für die gegenüberliegenden Seiten erforderlich. Demgemäß ist die Betriebsfähigkeit auf eine ähnliche Weise gering.
Andererseits hat eine herkömmliche Kanalmeßstrahlleitung bzw. -linie, welche bei einer herkömmlichen Ionenbündelfokussierungseinrichtung angewandt werden kann, die im vorhergehenden mit Bezug auf Fig. 16 beschrieben wurde, normalerweise einen Aufbau, wie er in Fig. 20 gezeigt ist. Gemäß Fig. 20 wird ein Strahl 152 aus geladenen Partikeln wie zum Beispiel Protonen oder Heliumionen, die von einer Beschleunigungseinrichtung (nicht gezeigt) mit mehreren MeV des Van de Graaff-Typs erzeugt werden, mittels zweier stromaufwärts und stromabwärts gelegener Schlitzeinrichtungen 153 und 150 auf einen Streuwinkel von 0,01 Grad oder dergleichen parallel gerichtet und auf eine Probe 156 wie zum Beispiel eine Probe aus Einkristall auf einem biaxialen Goniometer 155 gestrahlt. Die von der Probe 156 rückgestreuten Ionen werden normalerweise mittels einer Halbleiter-Erfassungseinrichtung 157 des Siliziumflächen-Grenzschichttyps erfaßt und dann mittels eines Verstärkers 158 außerhalb des Behälters 151 verstärkt, woraufhin sie mittels einer Mehrkanal- Impulshöhen-Analyseeinrichtung 159 analysiert werden.
Die Ausführung der Kanalmessung mittels der zwei Schlitzeinrichtungen 153 und 150 kann auf geometrische Weise aus der schematischen Ansicht gemäß Fig. 21 abgeleitet werden. Zuerst werden die Parameter auf die folgende Weise definiert.
α: maximaler Streuwinkel (Divergenzwinkel) eines Strahls, der auf eine Oberfläche einer Probe 156 gestrahlt wird
β: maximaler Streuwinkel (Divergenzwinkel) eines einfallenden Strahls,
d&sub1;: Öffnung der stromaufwärts gelegenen Schlitzeinrichtung 153
d2: Öffnung der stromabwärts gelegenen Schlitzeinrichtung 150
L': Abstand zwischen der stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Schlitzeinrichtung 153 und 150
Wenn die stromabwärts gelegene Schlitzeinrichtung 150 eine Bedingung 2L' > d2 erfüllt, unter welcher sie effektiv arbeitet, ist der durch die zwei Schlitzeinrichtungen 153 und 150 definierte Streuwinkel a gleich einem Winkel, welcher durch zwei strichpunktierte Linien in Fig. 21, welche gegenüberliegende Kanten der stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Schlitzeinrichtung 153 und 150 miteinander verbinden, geschaffen wird und ist durch den folgenden Ausdruck gegeben.
Da die Aperturen der stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Schlitzeinrichtungen in Form einer Summe als ein Zähler des vorhergehenden Ausdrucks erscheinen, wird deutlich, daß es notwendig ist, die Öffnungsbreiten der zwei Schlitze in gleicher Weise zueinander zu reduzieren, um die Parallelität eines Strahls zu erhöhen Wenn d&sub1; = d&sub2; d gesetzt wird, gilt
α /L'/2
Ein Quotient η der Ionen, welche die stromaufwärts gelegene schlitzeinrichtung 153 passieren, welche die stromabwärts gelegene Schlitzeinrichtung 150 passieren, ist, wenn annähernd berechnet wird, daß die Ionen einheitlich in einem auseinandergehenden Kegel verteilt sind, gegeben durch
Es wird insbesondere deutlich, daß, während sich der Streuwinkel α in dem Maße verringert, wie sich verringert, sich der Ionenstrom im Verhältnis zu einem Quadrat von verringert.
Insbesondere, wenn normale Parameterwerte β = 1 mrad (0,06 Grad), d&sub1; = d&sub2; 1 mm und L' 3m in den vorhergehenden Ausdruck eingesetzt werden, dann werden a = 0,7 mrad (0,04 Grad) und η = 0,063 (6,3 %) erzielt
Arten des Schnitts eines Strahls mittels der stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Schlitzeinrichtungen 153 und 150 in einem Phasenraum stellen sich dar, wie in den unteren Phasenansichten A' bis D' von Fig. 21 gezeigt ist.
Wenn angenommen wird, daß ein einfallender Strahl in einem Phasenraum eine kreisförmige Emittanz hat, wird er mittels der stromaufwärts gelegenen Schlitzeinrichtung 153 in eine vertikal verlängerte Form geschnitten (Ansicht A¹) Dann wird der einfallende Strahl, während er sich in einem Driftraum der Länge L' vorwärts bewegt, in Übereinstimmung mit den Umwandlungen x T x + x'L' und x' T x' (Ansicht B'), und dann wird er mittels der stromabwärts gelegenen Schlitzeinrichtung 150 derart geschnitten, daß er einen weiter reduzierten Streuwinkel α haben kann (Ansicht C') Folglich nimmt der Strahl auf einer Oberfläche einer Probe 156 eine Form an, wie sie in der Ansicht D' zu sehen ist. Demgemäß wird deutlich, daß der Streuwinkel eines mittels der stromabwärts gelegenen Schlitzeinrichtung geschnittenen Strahls auch in einem Phasenraum verringert wird, wenn der Driftraum vergrößert wird.
Ein derartiges herkömmliches Doppelschlitzsystem weist die folgenden fundamentalen Probleme auf, wie aus der vorhergehend beschriebenen Analyse deutlich wird.
Solange es notwendig ist, entweder beide Öffnungen der zwei Schlitzeinrichtungen zu reduzieren oder den Abstand zwischen den zwei Schlitzeinrichtungen zu vergrößern, um die Parallelität eines zu strahlenden Ionenstrahls zu erhöhen, wird in beiden Fällen auf einen Bestrahlungs-Ionenstrom verzichtet. Insbesondere kann, da die Schnittausbeute eines einfallenden Ionenstrahls gering ist, er nur mit einem geringen Betrag als ein Bestrahlungs-Ionenstrom angewandt werden. Demgemäß kann, wenn eine praktische Messung ermöglicht wird, nicht vorausgesehen werden, die Funktionsfähigkeit weiter als bei tatsächlichen Ergebnissen zur Zeit zu verbessern.
Bei dem herkömmlichen Doppelschlitzsystem ist auf alle Fälle die Sicherung einer langen Strahllinie erforderlich, was die Konstruktion einer Vorrichtung in verschiedener Hinsicht schwierig macht.
Wenn eine derartige herkömmliche Ionenbündelfokussierungseinrichtung, wie sie vorhergehend mit Bezug auf Fig. 16 beschrieben worden ist, als eine Ionenstrahl-Analysevorrichtung benutzt wird, werden Ionen, Elektronen, Photonen usw., welche durch die Bestrahlung mit einem Ionenstrahl auf die Probe 114 von der Oberfläche einer Probe 114 abgestrahlt werden, mittels der Erfassungseinrichtung 115 in der Probenkammer 113 erfaßt, um einen Typ, eine Energie, einen Winkel usw. der abgestrahlten Partikel zu analysieren, um in einer Position sehr nahe an der Oberfläche der Probe oder in einer Zone von der Oberfläche zum Inneren der Probe 114 eine Information zur Atomverteilung zu erhalten.
Dann werden abgestrahlte Ionen in dieser Ionenstrahl-Analysevorrichtung in Übereinstimmung mit dem Rutherford- Rückstreu-Spektroskopieverfahren (RBS-Verfahren) erfaßt, aber eine charakteristische Röntgenstrahlung wird in Übereinstimmung mit dem protoneninduzierten Röntgenemissions- Verfahren (PIXE-Verfahren) erfaßt, um eine Messung und eine Analyse vorzunehmen. Ein Ziel und ein Bereich einer derartigen Analyse hängt jedoch von einem Typ des benutzten Ionenstrahls ab.
Besonders in Übereinstimmung mit dem RBS-Zufallsverfahren, bei welchem von Ionen, die in einer willkürlichen Richtung mit Ausnahme der Kristallachsen einer Probe einfallen, Ionen rückgestreut werden, wird ein herkömmlicher Ionenstrahl, der einen Durchmesser in der Größenordnung von mm hat (im folgenden einfach als ein Strahl mit großen Durchmesser bezeichnet) benutzt, um eine Messung der Dicke einer Schicht und/oder eine Auswertung eines Grenzflächenaufbaus eines Dünnschicht-Funktionshalbleiters oder dergleichen, eine zerstörungsfreie Prüfung eines Mehrschichtaufbaus, eine Auswertung eines Ionenimplantations- und Diffusionsprozesses usw. zu bewirken. Andererseits wird ein mikroskopischer Ionenstrahl (im folgenden einfach als Strahl mit kleinem Durchmesser bezeichnet) benutzt, um eine Nachprüfung von Bedingungen eines maskenlosen Ionenimplantierungsprozesses eines funktionalen Dünnschichthalbleiters oder dergleichen, eine Fehlerdiagnose einer Halbleiterscheibe nach der Feinbearbeitung und eine Auswertung einer Wanderung eines Mehrschicht-Leiterbahnaufbaus zu bewirken. Außerdem werden in Übereinstimmung mit dem Kanal-Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren, bei welchem rückgestreute Ionen eines parallelen Strahls mit großem Durchmesser, der parallel zu einer Kristallachse eines Probe einfällt, gemessen werden, eine Kristallauswertung nach dem Ätzen einer kristallinen dünnen Schicht eines Elektronikmaterials oder dergleichen, eine Kristallwiederherstellung einer kristallinen dünnen Schicht durch Kühlen bzw. Tempern, eine Bestimmung einer Kristallstruktur einer dünnen keramischen supraleitfähigen Schicht, eine Auswertung von Gitterdefekten einer Kristallfläche usw. ausgeführt.
Ferner werden in Übereinstimmung mit dem protoneninduzierten Röntgenemissions-Verfahren, bei welchem eine von einer Probe auf eine Bestrahlung mit Ionen hin emittierte Röntgenstrahlung gemessen wird, ein Strahl mit großem Durchmesser verwendet wird, eine quantitative Analyse von Umweltverschmutzungselementen in Staub bei der Umweltanalyse, eine quantitative Auswertung von spezifischen Spurenelementen in einer biologischen Struktur bei einer medizinischen Analyse oder dergleichen, eine Altersidentifizierung bei einer archäologischen Analyse oder dergleichen usw. bewirkt. Überdies wird ein Strahl mit kleinem Durchmesser benutzt, wenn bei der biologischen Analyse die Messung einer Verteilung eines Spurenelements in einer Zelle oder dergleichen, eine chronologische quantitative Auswertung von in einem Haar enthaltenen Umweltverschmutzungselementen, eine Schale oder ein runder Ring eines Baums in der Umweltanalyse oder dergleichen, eine quantitative Auswertung einer Spurenelementzusammensetzung in einer krankhaften Zelle bei der medizinischen Analyse usw. ausgeführt werden.
Auf diese Weise können mittels einer Ionenstrahlanalysevorrichtung in Abhängigkeit von dem Typ eines benutzten Ionenstrahls verschiedene Messungen und Analysen vorgenommen werden.
Deshalb sind Untersuchungen von verschiedenen Gesichtspunkten der Systemkonstruktion aus vorgenommen worden, bei welcher eine Vielzahl von Ionenstrahltypen in derselben Vorrichtung verwendet werden können, und eine derartige Mehrzweck-Ionenanalyseinrichtung, wie sie zum Beispiel in Fig. 22 gezeigt ist, ist entwickelt und in den praktischen Gebrauch übernommen worden. Die Analyseeinrichtung ist derart aufgebaut, daß ein Ionenstrahl mit einer hohen Energie, der von einer Beschleunigungseinrichtung 271 emittiert wird, mittels eines Ionenablenk-Elektromagnets 272 auf die Weise nach Ionentyp und -energie klassifiziert wird, daß Ionenstrahlen in drei verschiedene Richtungen gekrümmt und auf drei Analyselinien 273, 274 und 275 verteilt werden, damit diese für verschiedene Analysen entsprechend deren Charakteristiken verwendet werden können. Ferner werden die auf die einzelnen Analyselinien verteilten Ionenstrahlen mittels Objektivkollimatoren und elektromechanischer Linsen, die längs der Analyselinien angeordnet sind, in Strahlen umgewandelt, die festgelegte Formen und Durchmesser haben, und werden dann in Probenkammern 276, 277 und 278 eingeleitet, die an Endabschnitten der einzelnen Analyselinien 273, 274 und 275 angeordnet sind und jede für sich eine andere Konstruktion hat.
Bei der vorhergehend beschriebenen herkömmlichen Mehrzweck- Ionenanalyseeinrichtung wird eine solche Konstruktion angewandt, bei welcher auf der ersten Analyselinie 273 eine Analyse in Übereinstimmung mit dem Zufalls-Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren oder dem protoneninduzierten Röntgenemissions-Verfahren, welche einen Strahl mit kleinem Durchmesser anwenden, vorgenommen wird, auf der zweiten Analyselinie 274 eine Analyse in Übereinstimmung mit dem Kanal-Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren, welches einen parallelen Strahl mit großem Durchmesser anwendet, vorgenommen wird, und auf der dritten Analyselinie 275 eine Analyse in Übereinstimmung mit dem Zufalls-Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren oder dem protoneninduzierten Röntgenemissions-Verfahren, welches einen Strahl mit großem Durchmesser anwendet, vorgenommen wird, so daß die Ionen analyseeinrichtung mittels des gesamten Systems für verschiedene Analysen eines breiten Bereichs geeignet ist.
Es ist bei einer Ionenanalysevorrichtung möglich, unterschiedliche Analysen aus einem breiten Bereich gemäß Vorbeschreibung vorzunehmen, wenn der Typ eines zu verwendenden Ionenstrahls auf verschiedene Weise geändert werden kann. Wenn jedoch eine solche herkömmliche Ionenanalysevorrichtung benutzt wird, wie in Fig. 16 gezeigt ist, ist die Ionenanalysevorrichtung nur für eine Analyse eines begrenzten Typs ausreichend, da die Vorrichtung von dem Typ ist, der eine einzelne Funktion hat, bei welcher natürlich ein 10 nenstrahl eines festgelegten Typs benutzt wird, das heißt, da ein Typ von Ionen durch die Ablenkung eines Strahls ausgewählt wird, der von einer Beschleunigungseinrichtung mittels eines Ablenkungs-Analyse-Elektormagneten in eine spezielle Winkelrichtung emittiert wird, so daß ein Ionenstrahl eines speziellen Typs längs einer speziellen Bestrahlungslinie auf ein Ziel hin gestrahlt wird. Deshalb wird eine solche Konstruktion derart angewandt, daß, wie bei der vorhergehend mit Bezug auf Fig. 22 beschriebenen herkömmlichen Mehrzweck-Ionenanalyseinrichtung, ein Strahl von einer Beschleunigungseinrichtung mittels eines Ionenablenkenden Elektromagnets hinsichtlich Ionentyp und -energie derart ausgewählt wird, daß Ionenstrahlen mit einzelnen unterschiedlichen Charakteristiken auf eine Vielzahl von Analyselinien verteilt werden und bei unterschiedlichen Anwendungen für verschiedene Analysen benutzt werden. In diesem Fall jedoch müssen, während die Ionenanalyseeinrichtung verschiedenen Analysen eines breiten Bereichs genügen kann, die einzelnen Analyselinien, welche dem Ionen-ablenkenden Elektromagneten folgen, auf unterschiedliche Weise in Über einstimmung mit den einzelnen Objekten konstruiert sein, und zusätzlich zu der Tatsache, daß die Vorrichtung vergroßert wird, breiten sich die einzelnen Analyselinien mit individuell unterschiedlichen Winkels aus. Demgemäß ergibt sich ein Problem derart, daß eine Vergrößerung der Kosten der Vorrichtung und des Installationsabstands herausgefordert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ionenbündelfokussierungseinrichtung zu schaffen, bei welcher ein sehr kleiner Lichtpunkt mittels eines Hochenergie- Ionenstrahls ausgebildet werden kann, nachdem dieser einen reduzierten Weg durchlaufen hat, auf welchem ein Typ des Ionenstrahls klassifiziert wird.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Kombination der in Anspruch 1 definierten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis 10 definiert.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Quadrupollinse zum Gebrauch in einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung zu schaffen, welche einfach herzustellen ist, und bei welcher eine Anordnung von Magnetpolen mit einem sehr hohen Grad an Genauigkeit bestimmt werden kann, und ein Magnetfeld ausgebildet werden kann, das eine Verteilung hat, die einem hyperbolischen Magnetfeld sehr nahe ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Objektivschlitzvorrichtung zum Gebrauch in einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung zu schaffen, bei welcher ein Schlitz vollkommen geschlossen werden kann, und eine Öffnungsbreite und/oder die Mitte des Schlitzes ohne weiteres mit einem hohen Grad an Genauigkeit eingestellt werden kann.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Linsenanordnung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls zum Gebrauch in einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung zu schaffen, bei welcher ein Kollimationsgrad eines Ionenstrahls, der auf eine Probe zu strahlen ist, verbessert wird, und durch welche ein Ionenstrahl mit einer hohen Ausbeute passieren kann.
Ferner besteht ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer Probenkammer zum Gebrauch bei der Ionenbündelfokussierungseinrichtung, bei welcher Ionenstrahlen von verschiedenen Typen, die unterschiedliche Charakteristiken haben, entlang der gleichen Strahlungsaxiallinie geleitet werden können, und unter wahlweiser Anwendung eines Ionenstrahls eines gewünschten Typs unterschiedliche Analysen auf effiziente Weise vorgenommen werden können.
Es sind verschiedene Untersuchungen durchgeführt worden, um eine Ionenstrahlanalysevorrichtung mit einer kompakten Konstruktion zu erzielen, bei welcher die Probleme der vorhergehend beschriebenen herkömmlichen Ionenstrahlanalysevor richtung vermieden und unterschiedliche Analysen vorgenommen werden können. Im Ergebnis ist die Schlußfolgerung gezogen worden, daß es, um die Aufgabe zu lösen, am effektivsten ist, (1) einen Ionenstrahl eines speziellen Typs auf veränderliche Weise auszuwählen und zu ermöglichen, daß dieser längs derselben Axiallinie des Strahls zur Bestrahlung auf eine Auftreffplatte hin gestrahlt wird, und (2) Ionenstrahlen von verschiedenen Typen, die längs derselben Strahlungs-Axiallinie abzustrahlen sind, in dieselbe Probenkammer einzuleiten, um zu ermöglichen, daß die Ionenstrahlen der verschiedenen Typen mit unterschiedlichen Charakteristiken wahlweise benutzt werden, um verschiedene Analysen auszuführen.
Dann sind verschiedene Untersuchungen durchgeführt worden, um dies in die Praxis zu übernehmen. Im Ergebnis ist festgestellt worden, daß die Aufgabe, (1) einen Ionenstrahl eines speziellen Typs auf veränderliche Weise auszuwählen und zu ermöglichen, daß dieser längs derselben Strahlungs- Axiallinie auf eine Auftreffplatte hin gestrahlt wird, realisiert werden kann, wenn eine Konstruktion, bei welcher ein Objektivkollimator genau stromabwärts einer Beschleunigungseinrichtung angeordnet ist, während eine Ionentyp- und -energie-Analysekomponente (zum Beispiel ein Massenspektrograf des Wien (E x B)-Typs) zwischen dem Objektivkollimator und einer elektromechanischen Linse angeordnet ist, angewandt wird. Eine Probenkammer mit einer Konstruktion, bei welcher wahlweise Ionenstrahlen von verschiedenen Typen eingeleitet werden, die längs derselben Bestrahlungsaxiallinie zu strahlen sind, und eine Analyse ausgeführt werden kann, die wahlweise die Ionenstrahlen von unterschiedlichen Typen mit verschiedenen Charakteristiken anwendet, ist jedoch noch unbekannt, und es ist eine Probenkammer mit einer neuen Konstruktion erforderlich, welche die Aufgabe erfüllt.
Mit der Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß der Erfindung kann die Gesamtgröße der Vorrichtung um 40 % oder mehr reduziert werden, und die Vorrichtung kann kompakter realisiert werden, da die Analysekomponente zur Analyse eines Ionentyps und/oder der Energie eines Strahls in dem Driftraum in den Objektabstand zwischen dem Objektivkollimator und der magnetischen Quadrupollinse eingesetzt ist. Da die Vorrichtung kompakt gestaltet werden kann, kann eine Plattform zur Befestigung der Vorrichtung in einer einstükkigen Beziehung mit der Vorrichtung geschaffen werden, wodurch eine Präzisionsjustierung der Komponenten erleichtert wird und die Funktionsfähigkeit zur Verhinderung der Schwingung verbessert werden kann. Infolgedessen kann ein minimaler Lichtpunkt, der auf einer Probe oder einer Auftreffplatte auszubilden ist, weiter reduziert werden.
Als Analysekomponente kann ein Massenspektrograf des Wien (E x B)-Typs benutzt werden. Wenn ein Wien (E x B)- Massenspektrograf angewandt wird, erstreckt sich die Strahllinie geradlinig, wodurch der Justiervorgang der Komponenten weiter erleichtert wird. Da ferner eine Ablenkungselektrode eines Wien (E x B)-Massenspektrografs auch als eine Art von Lenkeinrichtung wirken kann, kann sie für die Feinjustierung der Ausrichtung eines Strahls in der magnetischen Quadrupollinse und außerdem für die Abtastung der zu messenden Probe mittels eines Lichtpunkts angewandt werden. Alternativ dazu kann entweder ein Ablenkungs-Elektromagnet oder eine Ablenkungselektrode zur Ablenkung eines Ladungsstrahls um 45 Grad bis 180 Grad als Analysekomponente benutzt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ionenbündelfokussierungseinrichtung geschaffen, bei welcher ein Hochenergie-Ladungsstrahl aus einer Beschleunigungseinrichtung mit Hilfe einer Ionentyp-Klassifizierungseinrichtung, eines Objektivkollimators und eines Strahlenkollektors in Form eines Punkts zu einer Probe geführt wird, um eine Analyse von physikalischen Eigenschaften und/oder der Zusammensetzung oder dergleichen einer kleinen Fläche der Probe durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektivkollimator genau stromabwärts der Beschleunigungseinrichtung angeordnet ist, und eine Analysekomponente zum Analysieren eines Ionentyps und/oder der Energie eines Ladungsstrahls in einen Driftraum in einen Objektabstand zwischen dem Objektivkollimator und einer magnetischen Quadrupollinse eingesetzt ist.
Bei der Ionenbündelfokussierungseinrichtung kann, da die Analysekomponente zur Analyse eines Ionentyps und/oder der Energie eines Strahls in dem Driftraum in den Objektabstand zwischen dem Objektivkollimator und der magnetischen Quadrupollinse eingesetzt ist, die Gesamtgröße der Vorrichtung um 40 % oder mehr reduziert werden, es kann eine Verdichtung der Vorrichtung realisiert werden. Da die Vorrichtung kompakt realisiert werden kann, kann eine Plattform zur Montage der Vorrichtung in einer einstückigen Relation zu der Vorrichtung geschaffen werden, wodurch eine präzise Justierung der Komponenten erleichtert wird, und die Funktionsfähigkeit zur Verhinderung der Schwingung verbessert werden kann. Infolgedessen kann ein minimaler Lichtpunkt, der auf einer Probe oder einer Auftreffplatte auszubilden ist, weiter reduziert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine magnetische Hochpräzisions-Quadrupollinse zum Gebrauch in einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen Magnetpolkörper, der aus vier Magnetpolabschnitten gebildet ist, und einen Rückleitungsjochabschnitt aufweist, der derart ange ordnet ist, daß er einen äußeren Umfang der Magnetpolabschnitte auf eine solche Weise umgibt, daß ein geschlossener Magnetflußdurchgang ausgebildet wird, wobei die Magnetpolabschnitte und der Rückleitungsjochabschnitt mittels eines Ausschaufelungs- bzw. Ausschneidevorgangs aus dem gleichen magnetischen Material eines einheitlichen Elements als ein einheitliches Element ausgebildet werden.
Bei der magnetischen Quadrupollinse können, da der Magnetpolkörper als ein einheitliches Element ausgebildet ist und daher keine Berührungsf lächen zwischen den Magnetpolabschnitten und deren Rückleitungsjochabschnitt aufweist, die Endabschnitte der Magnetpolabschnitte an Relativpositionen mit einem hohen Grad an Genauigkeit bearbeitet werden. Außerdem kann mittels der magnetischen Quadrupollinse auf stabile Weise ein hyperbolisches Magnetfeld (Quadrupol- Magnetfeld) mit einem hohen Grad an Genauigkeit erzeugt werden, da die magnetische Quadrupollinse nicht an einer chronologischen Verschiebung der Magnetpole leidet, welche aus der Lockerung von Bolzen oder dergleichen entstehen kann, was bei einer magnetischen Quadrupollinse eines herkömmlichen Aufbaus oft auftritt, selbst wenn der Bohrungsdurchmesser sehr klein (bis 5 mm ∅) ist.
Der Ausschaufelungs- bzw. Ausschneidevorgang wird vorzugsweise unter Anwendung einer Technik der Bearbeitung mittels elektrischer Entladung ausgeführt, bei welcher eine Drahtelektrode benutzt wird, um eine hyperbolische Form der Magnetpolabschnitte mit einer Endbearbeitungstoleranz in der Größenordnung von µm auszubilden. Da es der Ausschaufelungs- bzw. Ausschneidevorgang ermöglicht, den Magnetpolkörper linear in seiner axialen Richtung zu bearbeiten, kann die erzielte magnetische Quadrupollinse einen einheitlichen Querschnitt längs der gesamten axialen Länge oder Dicke (40 bis 60 mm) der Linse haben, und demgemäß können der Bohrungsdurchmesser und die Relativpositionen der Magnetpole längs der gesamten Achslänge der Linse einheitlich geschaffen werden.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Objektivschlitzeinrichtung zum Gebrauch in einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Paar Schlitz-ausbildende Elemente aufweist, die keilförmige, messerförmige oder zylindrische Kanten haben, die in einer gegenüberliegenden Beziehung zueinander angeordnet sind, um dazwischen einen Schlitz-Zwischenraum auszubilden, aber längs eines Ladungsstrahls um eine kleine Distanz voneinander verschoben sind, daß die Objektivschlitzeinrichtung ferner ein Paar Präzisionsantriebsmechanismen zum einzelnen Präzisionsantrieb der Schlitz-ausbildenden Elemente und ein Paar Arme und/oder Pfosten aufweist, die die Schlitz-ausbildenden Elemente auf diesen einzeln halten und die Schlitz-ausbildenden Elemente einzeln mit den Präzisionsantriebsmechanismen koppeln und jedes einen Kühlwasserpfadmechanismus hat, der in diesen ausgebildet ist, um durch ihn hindurch Kühlwasser zu einem Ort nahe der Kante eines entsprechenden der Schlitz-ausbildenden Elemente einzuleiten und zu hindurchzuführen, und daß jeder der Präzisionsantriebsmechanismen einen Schrittmotor zum Antrieb eines entsprechenden der Schlitz-ausbildenden Elemente aufweist, und die Schrittmotoren mittels einer Öffnungsbreiten-Steuereinrichtung zur Steuerung einer Breite des Schlitz-Zwischenraums und einer Öffnungsmittenpositions-Steuereinrichtung zur Steuerung der Position der Mitte des Spalt-Zwischenraums gesteuert werden, wobei sowohl die Öffnungsbreiten-Steuereinrichtung als auch die Öffnungsmittenpositions-Steuereinrichtung einen Impulsgenerator aufweist.
Mit Hilfe der Objektivschlitzeinrichtung kann ein geladener Partikelstrahl auf stabile Weise mit einem hohen Grad an Genauigkeit eingegrenzt werden. Da insbesondere die gegenüberliegenden Kanten-ausbildenden Elemente längs eines Wegs eines Ladungsstrahls voneinander versetzt sind, kann der Schlitz vollständig geschlossen werden, wobei die Kantenausbildenden Elemente mit einem überlappenden Zustand geschlossen werden. Infolgedessen kann ein Nullpunkt ohne weiteres mit einem hohen Grad an Genauigkeit eingestellt werden. Da Wasser in den Kühlwasserpfadmechanismen der Arme oder Pfosten zirkulieren kann, an welchen die Kanten-ausbildenden Elemente gehalten sind, sind außerdem diese Abschnitte frei von einem Temperaturgradienten, und infolgedessen kann eine mögliche Schwankung der Öffnungsbreite des Schlitzes minimiert werden. Demgemäß hängt die Öffnungs breite nicht von einem Ionenstrahlstrom ab und wird normalerweise in einem stabilisierten Zustand gehalten. Außerdem ist die Betriebsfähigkeit sehr hoch, da die Schlitzöffnungsbreite und die Öffnungsmittenposition mit Hilfe der getrennten Steuersysteme gesteuert werden, und ein Steuerungsziel durch einen einzelnen Vorgang erreicht werden kann.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Linseneinrichtung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls zum Gebrauch in einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein optisches System aufweist, welches eine Einzelschlitzeinrichtung und eine magnetische Linse enthält, die stromabwärts der Schlitzeinrichtung längs einer Strahllinie angeordnet ist, und bei welcher die Öffnungsbreite eines Schlitzes der Schlitzeinrichtung auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner als ein Produkt eines maximalen Streuwinkels eines einfallenden Strahls und eines Abstands zwischen der Schlitzeinrichtung und der magnetischen Linse ist, und die Brennweite der magnetischen Linse im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen der Schlitzeinrichtung und der magnetischen Linse eingestellt ist.
Mittels der Linseneinrichtung zur Ausbildung des parallelen Ladungsstrahls kann ein paralleler Strahl erzielt werden, welcher einen hohen Strahlausnutzungs-Wirkungsgrad aufweist, da ein gesamter Ionenstrahl, der mittels der Schlitzeinrichtung auf der stromabwärts gelegenen Seite abgeteilt wird, in einen winkelförmigen Strahl umgeformt werden kann, der einen kleineren Streuwinkel hat, und zu einer Oberfläche einer Probe geleitet werden kann. Außerdem kann ein Strahl mit einer hohen Parallelität bei einer reduzierten Strahllinie erzielt werden, da die Strahllinie soviel reduziert werden kann, wie der Strahlausnutzungs-Wirkungsgrad, verglichen mit dem eines Doppelschlitzsystems gemäß Stand der Technik, hoch ist. Überdies kann die Öffnung des Schlitzes auf der stromaufwärts gelegenen Seite soviel reduziert werden, wie der Ausnutzungswirkungsgrad, verglichen mit dem eines herkömmlichen Doppelschlitzsystems mit einer gleichen Länge, hoch ist, und die Parallelität eines Strahls wird im umgekehrten Verhältnis zu der Öffnung verbessert.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Probenkammer zum Gebrauch bei einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung geschaffen, die dadurch gekenn zeichnet ist, daß sie eine Multi-Probenpositionierungseinrichtung, die in der Probenkammer angeordnet ist, und eine Strahleinlaßöffnung hat, um durch diese hindurch wahlweise einen Ionenstrahl, der einen großen Durchmesser oder einen kleinen Durchmesser hat, längs einer gemeinsamen Strahlungs-Axiallinie einzulassen, wobei die Multi-Probenpositionierungseinrichtung dazu geeignet ist, auf dieser eine Vielzahl von Proben zu tragen, die mittels eines Ionenstrahls des großen Durchmessers zu analysieren sind, und wahlweise eine der Proben in einer Position auf der Strahlungs-Axiallinie zu positionieren, und ein Goniometer aufweist, das zur Bewegung in eine und aus einer Position auf der Strahlungs-Axiallinie zwischen der Multi-Probenpositionierungseinrichtung und der Strahleinlaßöffnung in der Probenkammer angeordnet ist, und dazu geeignet ist, eine Probe zu tragen, die mittels eines Ionenstrahls des kleinen Durchmessers zu analysieren ist, und die Probe mit einem hohen Grad an Genauigkeit in einer Position auf der Strahlungs-Axiallinie zu positionieren.
Da die Probenkammer zum Gebrauch bei einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung die Multi-Probenpositionierungsein richtung aufweist, die in dieser angeordnet ist, und die Strahleinlaßöffnung hat, um durch diese hindurch wahlweise einen Ionenstrahl, der den großen Durchmesser oder den kleinen Durchmesser hat, längs der gemeinsamen Strahlungs- Axiallinie einzulassen, außerdem dazu geeignet ist, auf dieser eine Vielzahl von Proben zu tragen, die mittels eines Ionenstrahls des großen Durchmessers zu analysieren sind, und wahlweise eine der Proben in der Position auf der Strahlungs-Axiallinie zu positionieren, kann ein Ionenstrahl mit großem Durchmesser der Reihe nach auf eine Vielzahl von Proben gestrahlt werden, die auf der Multi-Probenpositionierungseinrichtung getragen werden, um auf effiziente Weise eine Analyse in Übereinstimmung mit dem Zufalls- Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren oder dem protoneninduzierten Röntgenemissions-Verfahren vorzunehmen, bei welchem ein Ionenstrahl des großen Durchmessers verwendet wird.
Da die Probenkammer ferner das Goniometer aufweist, das zur Bewegung in die und aus der Position auf der Strahlungs- Axiallinie zwischen der Multi-Probenpositionierungseinrich tung und der Strahleinlaßöffnung in der Probenkammer angeordnet ist, und dazu geeignet ist, eine Probe zu tragen, die mittels eines Ionenstrahls des kleinen Durchmessers zu analysieren ist, und die Probe mit einem hohen Grad an Genauigkeit in der Position auf der Strahlungs-Axiallinie zu positionieren, kann auf einer Probe, die an dem Goniometer gehalten ist, ein Lichtpunkt eines Ionenstrahls des kleinen Durchmessers ausgebildet werden, um eine Analyse in Übereinstimmung mit dem Zufalls-Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren oder dem protoneninduzierten Röntgenemissions-Verfahren auszuführen, bei welchem ein Ionenstrahl des kleinen Durchmessers benutzt wird. Ferner kann, da das Goniometer zur Bewegung in die und aus der Position auf der Strahlungs-Axiallinie angeordnet ist, wenn eine auf der Multi-Probenpositionierungseinrichtung getragene Probe mittels eines Ionenstrahls des großen Durchmessers zu ana lysieren ist, das Goniometer aus der Position auf der Strahlungs-Axiallinie zurückgezogen werden, so daß der auf die Probe zu strahlende Ionenstrahl das Goniometer passieren kann, ohne durch das Goniometer behindert zu werden.
Ein ringförmiger Detektor zur Erfassung gestreuter Ionen kann zwischen dem Goniometer und der Strahleinlaßöffnung auf der Strahlungs-Axiallinie angeordnet sein, so daß von einer Probe gestreute Ionen mit einem hohen Grad an Genauigkeit erfaßt werden können, um eine Messung und eine Analyse mit einem höheren Grad an Genauigkeit vorzunehmen.
Der Detektor des ringförmigen Typs ist vorzugsweise zur Bewegung in eine und aus einer Position auf der Strahlungs- Axiallinie vorgesehen und hat einen Detektorabschnitt eines auf diesem getragenen Mikroskops, und die Probenkammer weist ferner einen Bewegungsmechanismus zur Bewegung des Detektorabschnitts des Mikroskops zu einer auf dem Goniometer getragenen Probe auf. Folglich kann eine Oberfläche einer Probe, nachdem ein Ionenstrahl auf die Probe gestrahlt worden ist, um gestreute Ionen mittels des ringförmigen Detektors zu erfassen, mit Hilfe des Mikroskops direkt betrachtet werden, und selbst wenn der Betrag eines zulässigen Strahls so klein wie bei einer Analyse in Übereinstimmung mit dem Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren ist, bei welchem ein Ionenstrahl mit kleinem Durchmesser verwendet wird, kann die Genauigkeit bei der Messung und Analyse durch die Erfassung und Betrachtung mittels des ringförmigen Detektors und des Mikroskops sicherer realisiert werden.
Die Probenkammer kann ferner eine Lade-Schleusenkammer, die in einer in Verbindung stehenden Beziehung in der Probenkammer vorgesehen ist und zum Entlüften von deren Inneren unabhängig von der Probenkammer geeignet ist, einen zwischen der Lade-Schleusenkammer und der Probenkammer eingesetzten Absperrschieber und einen Probenlade- und -entlademechanismus aufweisen, der zur Bewegung zwischen dem Innern der Lade-Schleusenkammer und dem Goniometer mit einer darauf getragenen Probe, welche mittels eines Ionenstrahls des kleinen Durchmessers zu analysieren ist, vorgesehen ist, um die Probe auf das Goniometer zu laden oder vom diesem zu entladen. Folglich kann eine Probe auf dem Goniometer ausgetauscht werden, während ein Vakuum oder Dekomprimierungszustand der Probenkammer aufrechterhalten werden kann. Infolgedessen kann eine Analyse mittels eines Ionenstrahls des kleinen Durchmessers der Reihe nach und auf effiziente Weise durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist das Goniometer dazu geeignet, auf diesem außerdem eine Probe zu tragen, welche mittels eines Ionenstrahls des großen Durchmessers zu analysieren ist, und hat eine Probenhaltefläche, welche um einen Punkt kippbar ist, an welchem sich die Probenhaltefläche mit der Strahlungs- Axiallinie schneidet. Folglich kann der Einfallswinkel eines Strahls auf eine auf dem Goniometer getragene Probe leicht eingestellt werden, und kann eine Analyse in Übereinstimmung mit dem Kanal-Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren/protoneninduzierten Röntgenemissions-Verfahren, welches einen parallelen Strahl des großen Durchmessers benutzt, auf sichere und effiziente Weise vorgenommen werden.
Es ist anzumerken, daß ein vorhergehend beschriebener Ionenstrahl mit großem Durchmesser ein herkömmlicher Ionenstrahl ist, der einen Durchmesser in der Größenordnung von mm hat, während ein Ionenstrahl des kleinen Durchmessers ein mikroskopischer Ionenstrahl ist, welcher zu einem Durchmesser in der Größenordnung von µm gebündelt ist.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen durch alle Zeichnungen hindurch gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig 1 ist eine schematische Ansicht einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung angewandt wird,
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer magnetischen Flußdichte (Gauß) und einer Intensität eines elektrischen Felds (V/cm) veranschaulicht, wenn verschiedene Ionenstrahlen in einem Wien (E x B)-Massenspektrografen der Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß Fig. 1 zur geraden Vorwärtsbewegung gebracht werden,
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ionenbündelfokussierungseinrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung angewandt wird,
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein zylindrisches magnetisches Material zeigt, das unter Anwendung einer Drahtelektrode mittels elektrischer Entladung bearbeitet wurde, um eine in Fig. 1 gezeigte magnetische Linse zu fertigen,
Fig. 5 ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht, die eine in Fig. 1 gezeigte Schlitzeinrichtung zeigt,
Fig. 6 ist eine vergrößerte vertikale geschnittene Seitenansicht von Kantenelementen der Schlitzeinrichtung gemäß Fig. 5 in einem vollständig geschlossenen Zustand,
Fig. 7 ist ein Schaltplan eines Steuersystems für die Schlitzeinrichtung gemäß Fig. 5,
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, die ein optisches System einer Linseneinrichtung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls zeigt, welches in die Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß Fig. 1 eingebaut sein kann,
Fig. 9a und 9b sind Vorderansichten von zwei magnetischen Quadrupollinsen des optischen Systems gemäß Fig. 8,
Fig. 10 ist eine schematische Veranschaulichung, die in einem oberen Abschnitt geometrische Lichtwege zeigt, wobei das optische System gemäß Fig. 8 durch eine optische Linse ersetzt ist, und in einem unteren Abschnitt Phasendiagramme in verschiedenen Positionen längs der geometrischen Lichtwege zeigt,
Fig. 11 ist eine horizontale Schnittansicht einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung, in welche eine Probenkammer gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut ist,
Fig. 12 und 13 sind ähnliche Ansichten, veranschaulichen aber unterschiedliche Weisen des Betriebs der Probenkammer gemäß Fig. 11,
Fig. 14a ist eine ähnliche Ansicht, zeigt aber eine modifizierte Probenkammer, und Fig. 14b ist eine Schnittansicht längs der Linie A-A gemäß Fig. 14a,
Fig. 15a ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer anderen modifizierten Probenkammer, und Fig. 15b ist eine in der durch Pfeilmarkierungen B-B gemäß Fig. 15a bezeichneten Richtung betrachtete Ansicht,
Fig. 16 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer herkömmlichen Ionenbündelfokussierungseinrichtung zeigt,
Fig. 17 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Körper einer herkömmlichen Quadrupollinse zeigt,
Fig. 18 ist eine in Einzelteilen gezeigte perspektivische Ansicht der Quadrupollinse gemäß Fig. 17,
Fig. 19a ist eine Vorderansicht, die eine herkömmliche Schlitzeinrichtung zum Gebrauch in einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung zeigt, und Fig. 19b ist eine vergrößerte vertikale Schnittansicht einer modifizierten Schlitzeinrichtung,
Fig. 20 ist eine schematische vertikale Schnittansicht, die ein optisches System eines herkömmlichen Doppelschlitzsystems zeigt,
Fig. 21 ist eine schematische Veranschaulichung, die in einem oberen Abschnitt geometrische Lichtwege des optischen Systems und in einem unteren Abschnitt Phasendiagramme in verschiedenen Positionen längs der geometrischen Lichtwege zeigt,
Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht, die ein herkömmliches Mehrzweck-Ionenanalysegerät zeigt.
Zuerst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine Ionenbündelfokussierungseinrichtung gezeigt ist, bei welcher die vorliegende Erfindung angewandt wird. Die Ionenbündelfokussierungseinrichtung ist als eine Analysevorrichtung ausgebildet und enthält eine Beschleunigungseinrichtung 1 der elektrostatischen Ausführung, bei welcher zum Beispiel für eine Ionenquelle 2 Heliumgas benutzt wird, von welcher Ionen einschließlich He&spplus; und He²&spplus; erzeugt werden. Wenn eine Beschleunigungsspannung von zum Beispiel 1 MV an eine Beschleunigungsröhre 3 der Beschleunigungseinrichtung 1 angelegt wird, wird aus He&spplus;-Ionen ein Hochenergie-Ionenstrahl 4 erzeugt, der eine Energie von 1 MeV hat, während aus He²&spplus;- Ionen ein Hochenergie-Ionenstrahl 4 erzeugt wird, der eine Energie von 2 MeV hat. Die auf diese Weise erzeugten Hochenergie-Ionenstrahlen 4 treten mit hoher Energie mit einer hohen Geschwindigkeit aus der Beschleunigungseinrichtung 1 aus. Die Hochenergie-Ionenstrahlen 4 werden direkt einem Objektivkollimator 5 zugeführt und auf einen Durchmesser von zehn und mehreren µm eingegrenzt. Danach erreichen die Hochenergie-Ionenstrahlen 4 einen Wien (E x B)-Massenspektrografen 6, der als eine Analysekomponente zur Analyse eines Typs von Ionen und der Energie eines Ionenstrahls dient. Bei dem Wien (E x B)-Massenspektrografen 6 wird mittels einer Elektromagnetspule 7 und eines Elektromagnetjochs 8 des Fenstertyps ein magnetisches Feld B erzeugt, während durch das Anlegen von Spannungen +V/2 und -V/2 an ein Paar Analyseelektroden 9 an einer Seitenwand des Wien (E x B)-Massenspektrografen 6 in einem Zwischenraum eines Elektrodenabstands d ein elektrisches Feld E erzeugt wird. Unter der Bedingung, daß das Verhältnis zwischen dem Magnetfeld B und dem elektrischen Feld E ein geeigneter Wert ist, bewegen sich nur die He&spplus;-Ionen geradeaus vorwärts. Andererseits werden die anderen Ionen abgelenkt, und folglich kollidieren diese nachfolgend mit einer Analyseelektrode 9 oder einer Ionen-klassifizierenden Schlitzeinrichtung 10 auf der Ausgangsseite, werden der Ladung nach neutralisiert und als Abgas abgegeben. Folglich werden nur die He&spplus;-Ionen, welche sich geradeaus vorwärtsbewegen, nachfolgend zu einer Folge von zwei magnetischen Quadrupollinsen 12 geleitet und mittels dieser gebündelt und dann zu einer Auftreffplatte (einer zu messenden Probe) 14 in einer Probenkammer 13 geleitet, um auf der Auftreffplatte 14 einen Lichtpunkt auszubilden. Gestreute Ionen oder eine durch die gegenseitige Wirkung von He&spplus;-Ionen mit der zu messenden Probe 14 erregte fluoreszierende Röntgenstrahlung wird mittels eines Detektors 15 in der Kammer 13 der Energie nach analysiert, so daß physikalische Eigenschaftsdaten der Probe 14 ermittelt werden können. Die Position des auf der Probe 14 auszubildenden Lichtpunkts kann, um eine Abtastung auszuführen, durch Anlegen einer Spannung an eine Ablenkelektrode 11 zwischen dem Ionen-klassifizierenden Schlitz 10 und den magnetischen Quadrupollinsen 12 gesteuert werden, um eine zweidimensionale Analyse möglich zu machen.
Während die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im vorhergehenden beschrieben worden ist, wird mit Hilfe der folgenden Analyse und Veranschaulichung unterstützt, daß ein Wien (E x B)-Massenspektrograf angewandt werden kann und als eine Analyseeinrichtung zur Analyse eines Typs von Ionen und der Energie eines Strahls geeignet ist, welche zwischen dem Objektivkollimator 5 und den magnetischen Quadrupollinsen 12 eingebaut ist.
Der Wien (E x B)-Massenspektrograf 6 hat einen Aufbau derart, daß die Elektromagneten und die parallelen Elektroden derart angeordnet sind, daß eine ablenkende Wirkung des Magnetfelds B (proportional einer Bewegungsenergie der Ionen) und eine ablenkende Wirkung des elektrischen Felds E (proportional der Energie der Ionen) in einander entgegengesetzten Richtungen wirken können, und folglich als ein Filter wirken, durch welchen sich nur Ionen eines Typs gerade vorwärts bewegen können, auf welche die ablenkenden Wirkungen des Magnetfelds B und des elektrischen Felds E auf eine solche Weise wirken, daß sich diese einander aufheben. Für die Bewegung eines Ionenstrahls in den E x B-Feldern ist eine Gleichung, in welcher ein Ablenkungsbetrag durch x repräsentiert wird und eine Richtung, in welche der Strahl fortschreitet, durch z repräsentiert wird, als
gegeben, wobei m eine Masse eines Ions (m He = 4 x 1,67 x 10&supmin;²&sup7; kg im Fall von He) ist, e eine Ladung eines Ions (e He&spplus; = 1,6 x 10&supmin;¹&sup9; C Coulomb im Fall von He&spplus;) ist, v eine Ionengeschwindigkeit = (2 eVo/m)1/2 ist und Vo eine Beschleunigungsspannung ist.
Wenn nun die Gesamtlänge der Analyseeinrichtung 6 durch L repräsentiert wird und ein Ablenkungsbetrag Δx, wenn ein Ion aus der Analyseeinrichtung austritt, durch die Lösung der vorhergehend gegebenen Gleichung erzielt wird, dann wird der folgende Ausdruck erzielt. Es wird eine Annäherung als Δx « L vorgenommen.
Zum Beispiel ist eine Forderung nach Δx = 0, bei welcher ein Ion sich gerade vorwärts bewegt durch
gegeben. Hier ist die Einheit der magnetischen Flußdichte des Magnetfelds B Tesla, und 1 Tesla = 10&sup4; Gauss. Außerdem ist die Einheit der Intensität des elektrischen Felds E V/m und 1 V/m = 10&supmin;² V/cm.
Eine solche Beziehung zwischen dem Magnetfeld B und dem elektrischen Feld E ist in Fig. 2 veranschaulicht, in welcher diese in den Einheiten Gauss bzw. V/cm dargestellt sind.
Wenn die Ablenkungsbeträge Δx (Einheit: m) von He&spplus; und He²&spplus; unter einer Bedingung, daß L = 2 m ist, als eine Beziehung zu einem Magnetfeld B (Einheit Tesla) betrachtet werden, dann werden die folgenden Ergebnisse ermittelt.
Für He&spplus;, Δx ≈ 6,9 B
Für He²&spplus;, Δx ≈ 2,8 B.
Wenn nun Anforderungen derart festgesetzt sind, daß der Durchmesser einer Bohrung einer magnetischen Quadrupollinse des vorhergehend erwähnten Typs 5 mm oder so beträgt und He²&spplus;-Ionen derart abgelenkt werden, daß diese um einen Abstand beabstandet sind, der gleich der zehnfachen Ausdehnung ist oder so, dann ist aus Fig. 2 zu sehen, daß für das Magnetfeld B 180 10&supmin;&sup4; T (180 Gauss) erforderlich sind und für das elektrische Feld E ungefähr 1.230 V/cm erforderlich sind. Da diese Werte einfach mittels einer normalen Anordnung von elektromechanischen und elektrischen Feldern erzielt werden können, kann zu diesem Zweck ein Wien (E x B)- Massenspektrograf angewandt werden und ist dafür geeignet.
Gemäß Fig. 3 ist eine andere Ionenbündelfokussierungseinrichtung gezeigt, bei welcher die vorliegende Erfindung angewandt wird. Gleiche Teile werden durch gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet, und eine überschneidende Beschreibung von diesen wird weggelassen, um Redundanzen zu vermeiden.
Die Ionenbündelfokussierungseinrichtung hat eine Konstruktion, die im Grunde der der in Fig. 1 gezeigten Ionenbündelfokussierungseinrichtung ähnelt, und unterscheidet sich nur darin, daß anstelle des Wien (E x B)-Massenspektrografen 6, der Ionenklassifizierungs-Schlitzeinrichtung 10 und der Ablenkungselektrode 11 der in Fig. 1 gezeigten Ionenbündelfokussierungseinrichtung ein um 90 Grad Ablenkungselektromagnet 16 zur Ablenkung eines Hochenergie-Ionenstrahls um einen Winkel von 90 Grad als eine Analysekomponente zur Analyse eines Typs von Ionen und der Energie eines Ionenstrahls zwischen einen Objektivkollimator 5 und den magnetischen Quadrupollinsen 12 eingebaut ist. Der Ablenkwinkel des Ablenkungselektromagneten 16 kann innerhalb des Bereichs von 45 Grad bis 180 Grad ausgewählt werden.
Anstelle eines solchen Ablenkungselektromagneten 16 kann eine Ablenkungselektrode benutzt werden.
Es ist festzustellen, daß, während die in Fig. 1 und 3 gezeigte Ionenbündelfokussierungseinrichtung jeweils als eine Analysevorrichtung verwendet wird, deren Hardware-Konstruktionen jeweils so wie sie sind als eine Ionenimplantationsvorrichtung benutzt werden können. Wenn jedoch eine der Vorrichtungen als eine solche Verwendung findet, kann der Detektor 15 weggelassen werden.
Jede der magnetischen Quadrupollinsen 12, die bei der in Fig. 1 und 3 gezeigten Ionenbündelfokussierungseinrichtung angewandt wird, kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auf die folgende Weise hergestellt werden.
Insbesondere wird zuerst ein Ausgangsmaterial aus einem ferromagnetischen Metall wie zum Beispiel reines Eisen, eine Kobaltlegierung oder eine Vanadium-Permendur-Legierung vorbereitet. Das Ausgangsmaterial wird bearbeitet, um ein zylindrisches magnetisches Material herzustellen, welches die gleiche Dicke oder axiale Länge und den gleichen Durchmesser wie ein herzustellender Magnetpolkörper hat. Ein derartiges zylindrisches magnetisches Material ist in Fig. 4 gezeigt und wird im allgemeinen mit 21 bezeichnet. Das zylindrische magnetische Material 21 wird dann unter Anwendung einer Drahtelektrode 22 mittels elektrischer Entladung bearbeitet, um einen Abschnitt von diesem auf eine Weise auszuschaufeln bzw. auszuschneiden, wie es in Fig. 4 zu sehen ist, um einen Spulenwickelzwischenraum auszubilden, während eine Bearbeitungstoleranz von ungefähr 1 mm verbleibt. Infolgedessen wird ein vorgeformter Artikel erzielt, wie er in Fig. 4 zu sehen ist, bei welchem vier Magnetpolabschnitte 23 und ein Rückleitungsjochabschnitt 24 als ein einheitliches Element ausgebildet sind.
Nachfolgend wird eine Wärmebehandlung (ein Tempern) der magnetischen Substanz für den vorgeformten Artikel durchgeführt, um allgemein restliche Spannungen zu entfernen. Danach werden die anderen Abschnitte des vorgeformten Artikels mit Ausnahme der Magnetpolabschnitte endbearbeitet, und abschließend wird die Drahtelektrode oder der Magnetpolkörper NC-Positions-gesteuert, um relativ zueinander bewegt zu werden, um den Endabschnitt von jedem der Magnetpolabschnitte in eine hyperbolische Form fertigzubearbeiten, wodurch der Magnetpolkörper eines einheitlichen Elements fertiggestellt ist.
Nachfolgend werden Spulenkerne eines Isolators an Fußabschnitten der Magnetpolabschnitte des Magnetpolkörpers des Typs mit einheitlichem Joch befestigt, und auf den Spulenkörpern werden Spulenwicklungen geschaffen, wodurch eine fertiggestellte magnetische Hochpräzisions-Quadrupollinse gefertigt ist.
Die vorhergehend beschriebene Schlitzeinrichtung 10 ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auf die folgende Weise konstruiert. Gemäß Fig. 5 weist die Schlitzeinrichtung 10 ein Paar obere und untere zylindrische Kantenelemente 31 auf, die als die Schlitz-ausbildenden Elemente dienen, die in einer von oben und von unten einander gegenüberliegenden Beziehung angeordnet sind, um dazwischen einen Schlitz-Zwischenraum mit einer Öffnungsbreite w quer zu einer Ladungspartikelstrahllinie BL zu definieren, längs welcher ein Hochenergie-Ionenstrahl verläuft. Das obere und unter zylindrische Kantenelement 31 sind derart angeordnet, daß jedes von diesen in Richtung einer mittleren Axiallinie x von diesen, die senkrecht zu der Strahllinie BL ist, verschoben werden kann. Bei der gezeigten Anordnung sind die mittleren Axiallinien x der Kantenelemente 31 derart angeordnet, daß diese um einen kleinen Versetzungsabstand &epsi;, zum Beispiel um 1 mm, längs der Strahllinie BL voneinander versetzt sind.
Jedes der zylindrischen Kantenelemente 31 ist aus einem Schwermetall wie zum Beispiel Molybdän gefertigt, so daß es nicht so ohne weiteres einer Beschädigung durch die Bestrahlung mit Ionen unterliegen kann, und eine minimierte Vorwärtsstreuung schaffen kann. Ferner ist jedes zylindrische Kantenelement 31 auf einem Kantenhalterungs-Metallstück 32 gehalten, das aus einem Metall mit einer geringen Wärmeleitung wie zum Beispiel Kupfer gefertigt ist, und an einem Endabschnitt eines pfostenähnlichen Armelements 33 oder eines Pfostenelements, das sich längs der Richtung der mittleren Axiallinie x erstreckt, befestigt ist. Das Armelement 33 hat einen Doppelröhrenaufbau, der aus rostfreiem Stahl gefertigt ist, und erstreckt sich seitlich durch eine Vakuumkanalwand 34. Ein Paar O-förmige Sprengringe 35 ist zwischen dem Armelement 33 und der Vakuumkanalwand 34 eingesetzt, um die letztere abzudichten und um das Armelement 33 zur Vorwärts- und Rückwärtsbewegung in dieser zu führen. Das Armelement 33 hat einen in diesem ausgebildeten Kühlwasserpfadmechanismus, welcher auf dessen mit der atmosphärischen Luft in Verbindung stehenden Seite mit einem Kühlwassereinlaß 36 und einem Kühlwasserauslaß 37 derart in Verbindung steht, daß das durch den Einlaß 36 einströmende Kühlwasser in dem Innenrohr vorwärts in Richtung auf das Halterungs-Metallstück 32 strömen kann und dann in dem äußeren Rohr auf umgekehrte Weise strömen kann, wonach es aus dem Auslaß 37 herausströmt, so daß es erneut zirkulieren kann. Auf diese Weise ist das Armelement 33 über dessen gesamte Länge hinweg nicht mit einem Temperaturgradienten versehen, und die an dem Kantenelement 31 von einem Ionenstrahl aufgenommene Menge an Wärme wird auf effiziente Weise abgegeben, und es findet keine Änderung der Länge durch Ausdehnung statt.
Gemäß Fig. 7 sind die Armelemente 33 jeweils auf deren mit der atmosphärischen Luft in Verbindung stehenden Seite mit einem Schrittmotor 40 verbunden und mittels einer Drehung zu einem Verschiebungsumwandlungsmechanismes 38 wie zum Beispiel einem Kugelumlauf spindelmechanismus und einer Kupplung 39 durch diesen angetrieben. Diese Elemente 38, 39 und 40 bilden einen Präzisionsantriebsmechanismusabschnitt. Wenn sich einer der Schrittmotoren 40 in eine Richtung dreht, wird das mit diesem verbundene Kantenelement 31 in Richtung auf die Strahllinie BL vorgeschoben, aber durch eine umgekehrte Drehung des Schrittmotors 40 wird es in die entgegengesetzte Richtung zurückgezogen.
Bei der in Fig. 5 und 7 gezeigten Schlitzeinrichtung 10 können, da eines der Kantenelemente 31 um den Abstand E von dem gegenüberliegenden Kantenelement 31 versetzt ist, wie im vorhergehenden beschrieben ist, die Kantenelemente 31 vorwärtsbewegt werden, um einander angenähert zu werden, bis diese die Strahllinie BL passieren und in eine Position gelangen, in welcher diese längs der Strahllinie BL überlappt sind, wie insbesondere in Fig. 6 zu sehen ist. In dieser Position stoßen die Kantenelemente nicht in einem festen Berührungszustand aneinander, und infolgedessen kann ein perfektes Abfangen eines Ionenstrahls realisiert werden. Demgemäß kann die Position der Mitte der Öffnung des Schlitzes ohne weiteres festgelegt werden.
In Fig. 7 ist weiterhin ein Steuersystem für die vorhergehend beschriebenen Präzisionsantriebsmechanismusabschnitte gezeigt. Das Steuersystem enthält ein Paar Treiber 41, die einzeln mit den Schrittmotoren 40 verbunden sind. Die Treiber 41 sind mittels ODER-Elementen 42 für die Vorwärtsdrehung und ODER-Elementen 43 für die umgekehrte Drehung vier mit Impulsgeneratoren 44 verbunden, und jeder der Impulsgeneratoren 44 ist in einem kompatiblen Zustand mit einem individuellen Betätigungsschalter 15 verbunden, so daß er die Funktion der Vergrößerung oder Verringerung der Öffnungsbreite des Schlitzes oder der Bewegung der Öffnungsmittel des Schlitzes nach oben oder nach unten hat. Die Signale der Impulsgeneratoren 44 werden auch einer Öffnungsbreitenanzeige-Zähleinrichtung 46 und einer Öffnungsmittenanzeige Zähleinrichtung 47 zugeführt, so daß deren Werte angezeigt werden können.
Mittels des Steuersystems können die Justierung und die Einstellung des Schlitzes einfach durch Niederdrücken von einem der vier Schalter 45 ausgeführt werden. Wenn zum Beispiel der erste Öffnungsbreitenschalter 45 von oben gemäß Fig. 7 niedergedrückt wird, dann werden die Impulse von einem der Impulsgeneratoren 44, der mit dem Schalter 45 in Verbindung steht, für die Aufwärts/Abwärts-Bewegung mittels der ODER-Elemente 43 für die umgekehrte bzw. die Rückwärtsdrehung an den Rückwärts-Eingabeanschlüssen ccw der Motortreiber 41 empfangen Infolgedessen werden die Schrittmotoren 40 schrittweise rückwärts gedreht, so daß die Kantenelemente 31 voneinander zurückgezogen werden, um die Öffnungsbreite des Schlitzes zu vergrößern, während die Öffnungsmitte beibehalten wird, wie sie ist. Wenn der zweite Schalter 45 von oben gemäß Fig. 7 auf eine ähnliche Weise zur Vergrößerung der Öffnungsbreite niedergedrückt wird, dann werden die Schrittmotoren 40 beide vorwärtsgedreht, so daß die Kantenelemente 31 aufeinander zu vorwärtsgeschoben werden, um die Öffnungsbreite des Schlitzes zu reduzieren, während die Öffnungsmitte beibehalten wird, wie sie ist.
Wenn der dritte Schalter 45 zum Heben der Öffnungsmitte niedergedrückt wird, dann wird der an einer tiefer gelegenen Stelle in Fig. 7 gezeigte Aufwärtsbewegungs-Schrittmotor 40 rückwärts gedreht, um das zugehörige Kantenelement 31 anzuheben, während der andere Abwärtsbewegungs-Schrittmotor 40 vorwärts gedreht wird, um das zugehörige Kantenelement 31 anzuheben, so daß die Öffnungsmitte des Schlitzes nach oben bewegt wird, während die Öffnungsbreite des Schlitzes zwischen den Kantenelementen 31 aufrechterhalten wird, wie sie ist. Wenn der vierte Schalter 45 zum Senken der Öffnungsmitte niedergedrückt wird, dann wird der Hub- Schrittmotor 40 vorwärts gedreht, um das zugehörige Kantenelement 31 abzusenken, während der Hub-Schrittmotor 40 rückwärts gedreht wird, um das zugehörige Kantenelement 31 abzusenken, so daß die Öffnungsmitte des Schlitzes nach unten bewegt wird, während die Öffnungsbreite des Schlitzes zwischen den Kantenelementen 31 bleibt, wie sie ist. Diese Operationen erfordern keine wechselweisen Betätigungen des oberen und unteren Antriebsabschnitts, sondern können auf eine miteinander zusammenhängende Weise in Reaktion auf die Betätigung eines einzelnen Operationsschalters ausgeführt werden.
In Fig. 8 ist ein optisches System eines Aufbaus einer Linsenanordnung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls gezeigt, welches auf geeignete Weise in der in Fig. 1 oder 3 gezeigten Ionenbündelfokussierungseinrichtung eingebaut sein kann. Das gezeigte optische System enthält eine Objektivschlitzeinrichtung oder einen Objektivkollimator 53, die/der einen Schlitz ausbildet, der einen Durchmesser von 1 mm oder so hat, zum Schnitt eines Strahls 52 von Protonen oder Heliumionen, welcher mittels einer nicht gezeigten Beschleunigungseinrichtung von mehreren MeV des Van de Graaf- Typs oder dergleichen unter den Vakuumbedingungen eines Vakuumbehälters 51 erzeugt wird, der eine Probenkammer 54 einschließt. Der mittels der Schlitzeinrichtung 53 geschnittene Strahl durchläuft dann einen Strahlenkanal 60 und wird dann in die doppelte magnetische Quadrupollinse 61 und 62 geleitet und mittels dieser gebündelt, woraufhin er auf eine Probe 56 aus Einkristall gestrahlt wird, die auf einem biaxialen Goniometer 55 befestigt ist und in der Probenkammer 54 angeordnet ist.
Die magnetischen Quadrupollinsen 61 und 62 sind nicht axialsymmetrische Linsen, die einen solchen Aufbau haben, wie er jeweils in Fig. 9a und 9b gezeigt ist, und während jede von diesen für sich allein in einer Richtung eine bündelnde Wirkung aber in der anderen Richtung eine zerstreuende Wirkung hat, kann, wenn zwei derartige Linsen 61 und 62, die unterschiedliche Polaritäten haben, im Doppel kombiniert werden und mit einer geeigneten Intensität erregt werden, in beiden von zwei Richtungen senkrecht zu der gemeinsamen Achse von diesen eine bündelnde Wirkung geschaffen werden.
Gemäß Fig. 10, in deren oberem Abschnitt eine Kollimations wirkung des optischen Systems einschließlich des Schlitzes 53 und der magnetischen Quadrupollinsen 61 und 62 zur Vereinfachung der Veranschaulichung mittels eines optischen Linsensystems gezeigt ist, wird die Öffnungsbreite des Schlitzes der Schlitzeinrichtung 53 der vorhergehend be schriebenen Linsenanordnung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls, das heißt eine Apertur d derart eingestellt, daß sie kleiner als ein Produkt eines maximalen Streuwinkels β eines einfallenden Strahls und eines Abstands L zwischen der Schlitzeinrichtung 53 und den magne tischen Linsen 61 und 62 ist, während die Brennweite f der magnetischen Linsen 61 und 62 im wesentlichen gleich dem Abstand L zwischen der Schlitzeinrichtung 53 und den magnetischen Linsen 61 und 62 eingestellt ist.
Wie unter erneuten Bezug auf Fig. 8 festzustellen ist, werden die auf diese Weise auf die Probe 56 gestrahlten und von dieser rückgestreuten Ionen normalerweise mittels einer ringförmigen Erfassungseinrichtung 63 des Siliziumflächen- Grenzschichttyps (Halbleiter) oder einer Erfassungseinrichtung 57 Münztyps erfaßt. Ein derartiges Erfassungssignal wird auf eine ähnliche Weise wie bei der herkömmlichen Linsenanordnung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls, die vorhergehend mit Bezug auf Fig. 18 und 19 beschrieben wurde, mittels eines Verstärkers (nicht gezeigt) außerhalb des Vakuumbehälters 51 verstärkt, und dann mittels einer Mehrkanal-Impulshöhen-Analyseeinrichtung (nicht gezeigt) der Energie nach analysiert.
Eine Kollimationswirkung der in Fig. 8 gezeigten Linsenanordnung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls wird nachfolgend unter Anwendung des in dem oberen Abschnitt von Fig. 10 gezeigten optischen Linsensystems beschrieben. Solche Wege der Strahlung, wie sie in Fig. 10 gezeigt sind, können in Übereinstimmung mit der geometrischen Optik gezogen werden. Es werden die folgenden Parameter definiert.
α: maximaler Streuwinkel (Divergenzwinkel) eines Strahls, der auf eine Oberfläche einer Probe 56 gestrahlt wird
β: maximaler Streuwinkel (Divergenzwinkel) eines einfallenden Strahls,
d: Offnungsbreite des Schlitzes 53
L: Abstand zwischen dem Schlitz 53 und den magnetischen Linsen 61 und 62
f: Brennweite der magnetischen Linsen 61 und 62
Wie im vorhergehenden beschrieben ist, gilt L = f, da die Linsenbrennweite f und der Schlitz-Linsen-Abstand L einander gleich eingestellt sind.
Der Streuwinkel α eines Ionenstrahls, der mittels des optischen Systems auf eine Oberfläche einer Probe 56 zu strahlen ist, ist mit Hilfe des folgenden Ausdrucks aus den Lichtwegen gegeben" wobei aus der Schlitzöffnung kommende parallele Strahlen in einer Brennpunktposition 64 der Linsen 61 und 62 auf der Seite der Probe fokussiert werden.
α = d/f = d/L
Aus dem Ausdruck kann eine Beziehung zwischen dem Streuwinkel β eines einfallenden Strahls und dem Streuwinkel α eines Proben-bestrahlenden Strahls der Größenordnung nach abgelesen werden.
Wenn Lβ > d, wie bei der vorliegenden Linsenanordnung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls, ist α < β, und die Parallelität wird verbessert. Wenn Lβ < d, was von der vorliegenden Linsenanordnung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls abweicht, ist α > β, und demgemäß wird die Parallelität verschlechtert.
Daraus kann entnommen werden, daß es notwendig ist, geeignete Werte für L und d in Ubereinstimmung mit der Größenordnung von β, wie bei der vorliegenden Linsenanordnung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls, auszuwählen, damit das optische System als ein optisches Parallelstrahl- Ausbildungssystem arbeitet. Es kann außerdem entnommen werden, daß der Streuwinkel α lediglich durch die Justierung der Öffnungsbreite d des Schlitzes der Schlitzeinrichtung 53 willkürlich eingestellt werden kann.
Das signifikanteste Merkmal des optischen Systems der Linsenanordnung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls ist, daß Ionen, nachdem sie durch den Schlitz eingegrenzt worden sind, unabhängig von einer Größenordnung von β zu 100 % auf eine Probe hin gefördert und gestrahlt werden. Dies schafft, wenn eine Ionenquelle verwendet wird, welche einen hohen β hat und nicht von hoher Qualität ist, unter den gleichen Bedingungen, verglichen mit dem Doppelschlitzsystem des vorhergehend beschriebenen Stands der Technik, einen ungewöhnlich hohen Ionenstrom. Folglich kann die Schlitzöffnungsbreite sehr reduziert werden, um die Parallelität der Bestrahlungsionen weiter zu erhöhen. Oder ansonsten kann die Strahllinie verkürzt werden.
Insbesondere, wenn normale Wert d = 1 mm und L = 3 m in den vorhergehend gegebenen Ausdruck eingesetzt werden, dann wird α = 0,7 mrad (0,04 Grad) erzielt.
Arten der Betätigung der Schlitzeinrichtung 53 und der magnetischen Linsen 61 und 62 in einem Phasenraum in der Linsenanordnung zur Ausbildung eines parallelen Ladungsstrahls werden als Phasenansichten A bis E dargestellt, die in einem unteren Abschnitt von Fig. 10 gezeigt sind.
Wenn angenommen wird, daß ein einfallender Strahl in einem Phasenraum eine kreisförmige Emittanz hat, wird er zuerst mit des Schlitzes 53 in eine vertikal verlängerte Form geschnitten (Ansicht A). Dann wird der einfallende Strahl, wenn er sich in dem Driftraum der Länge L vorwärts bewegt, in Übereinstimmung mit den Umwandlungen x T x + x'L und x' T x' verformt, so daß er in einer Position unmittelbar vor den magnetischen Linsen 61 und 62 eine Form hat, wie in der Ansicht B in Fig. 10 gezeigt ist. Dann wird er, während er die magnetischen Linsen 61 und 62 passiert, nächsten Umwandlungen (Annäherung an eine dünne Linse) x T x und x' T x' - x/f unterzogen, so daß er verformt wird, wie in der Ansicht C gezeigt ist. Infolgedessen wird er in einer vertikalen Richtung reduziert (während die Fläche festgesetzt ist), und die Parallelität wird verbessert. Danach wandert er in den Driftraum zu einer Oberfläche einer Probe 56 und wird der gleichen Verformung wie vorhergehend beschrieben unterzogen, so daß er eine Form aufweist, wie in der Ansicht D gezeigt ist, und wird auf die Probe gestrahlt. Stromabwärts der Linsen 61 und 62 ist die Parallelität des Strahls konstant, in welcher Position auch immer eine Probe 56 angeordnet ist. Der Strahldurchmesser weist in der Brennpunktposition 64 stromabwärts der Linsen 61 und 62 einen minimalen Wert (Einschnürungspunkt) auf.
Die Probenkammer 13 der in Fig. 1 oder 3 gezeigten Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 11 bis 12 detaillierter gezeigt. Gemäß Fig. 11 ist die Probenkammer 13 als ein Vakuumdruckbehälter ausgebildet und hat eine Strahleinlaßöffnung 72, die an einer vorderen Seitenwand von diesem geschaffen ist, während in einem hinteren Abschnitt der Probenkammer 13 gegenüber der Strahleinlaßöffnung 72 eine zu öffnende und zu schließende Rückwandtür 71a zur Schwenkbewegung mittels eines Gelenks 71b befestigt ist. Die Probenkammer 13 steht mittels einer nicht gezeigten Luftzufuhr/-abgabeleitung mit einer nicht gezeigten Luftzufuhr/-abgabeeinrichtung in Verbindung, so daß deren Inneres bis zu einem bestimmten Grad von Vakuum entlüftet werden kann.
Die Strahleinlaßöffnung 72 hat die Form eines Zylinders, welcher sich in Richtung auf die Einfallsseite eines Ionenstrahls 4 erstreckt, so daß der Ionenstrahl 4 längs einer verlängerten Linie der axialen Mittellinie des Zylinders 72, das heißt einer Strahlungs-Axiallinie BL, die in Fig. 11 mit einer strichpunktierten Linie bezeichnet ist, in die Probenkammer 13 eingeleitet werden kann.
Eine Multi-Probenhaltefläche 73 in Form einer Scheibe des drehbaren Typs ist an einer Innenfläche der Rückwandtür 71a der Probenkammer 13 angeordnet. Die Multi-Probenhaltefläche 73 hat eine drehbare Welle, die mittels eines nicht gezeigten Vakuumdichtungslagers drehbar in der Rückwandtür 71a gelagert ist und mit einem Motor 74, der an der Außenfläche der Rückwandtür 71a befestigt ist, verbunden ist, so daß sie mittels des Motors 74 gedreht werden kann. Die Multi- Probenhaltefläche 73 hat eine große Anzahl von Probenhaltern, die mit gleichen Umfangsabständen auf dem gleichen Teilungskreis eines äußeren Umfangsabschnitts von einer vorderen Fläche von dieser derart geschaffen sind, daß sie eine große Anzahl von Proben 75 tragen kann, die mittels eines Ionenstrahls des großen Durchmessers zu analysieren sind, und sie kann in einer Ebene senkrecht zu der Strahlungs-Axiallinie BL gedreht werden, wobei ein Kontakt von deren Teilungskreis in Übereinstimmung mit der Strahlungs- Axiallinie BL gebracht wird.
Der Motor 74 zur Drehung der Multi-Probenhaltefläche 73 wird mittels eines nicht gezeigten Motortreibers derart gesteuert, daß die Winkelphase der Drehung und des Anhaltens einer Ausgangsleistungswelle von diesem mit einem hohen Grad an Genauigkeit eingestellt und justiert werden kann, und der Motor 74 folglich die einzelnen auf der Multi-Probenhaltefläche 73 getragenen Proben 75 wahlweise oder nacheinander in einer Position auf der Strahlungs-Axiallinie BL positionieren kann. Die Rückwandtür 71a kann zusammen mit der Multi-Probenhaltefläche 73 und dem darauf befestigten Motor 74 geöffnet werden, und wenn die Rückwandtür 71a of fen ist, kann das Laden und Entladen der Proben 75 auf die oder von der Multi-Probenhaltefläche 73 auf einfache Weise außerhalb der Probenkammer 13 ausgeführt werden.
Ein Detektor 76 in der Form von zum Beispiel einem Detektor des Münztyps ist schräg vor der Multi-Probenhaltefläche 73 derart angeordnet, daß eine den Detektor 76 und eine Probe 75 auf der Strahlungs-Axiallinie BL verbindende Linie einen vorbestimmten feststehenden Winkel bezüglich der Strahlungs-Axiallinie BL haben kann. Folglich erfaßt der Detektor 76 auf die Strahlung eines Ionenstrahls mit großem Durchmesser auf eine Probe hin gestreute Ionen oder eine charakteristische Röntgenstrahlung, die von der Probe 75 abgestrahlt wird, und überträgt dieselbe als ein elektrisches Signal zu einer nicht gezeigten Meß- und Analyseeinrichtung.
Ein Goniometer 77 in der Form von zum Beispiel einem Goniometer des Dreiachsen-Präzisionstyps für Hochvakuum, welches einen Vakuumflansch enthält, erstreckt sich durch eine Seitenwand der Probenkammer 13, die sich vor der Multi-Probenhaltefläche 73 befindet, und ist mittels des Vakuumflanschs in der Seitenwand der Probenkammer 13 befestigt. Das Goniometer 77 erstreckt sich in eine Richtung senkrecht zu der Strahlungs-Axiallinie BL, wobei ein Antriebsabschnitt von diesem außerhalb der Probenkammer 13 positioniert ist und ein antriebsseitiger Probenaufnahmeabschnitt 77a von diesem derart in der Probenkammer 13 angeordnet ist, daß eine mittels eines Ionenstrahls mit kleinem Durchmesser zu analysierende Probe 14 auf dem Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 getragen werden kann und mit einem hohen Grad an Genauigkeit in einer Position positioniert werden kann, auf welche ein Lichtpunkt eines gebündelten Ionenstrahls auf der Strahlungs-Axiallinie BL fokussiert ist.
Ferner ist das Goniometer 77 derart aufgebaut, daß dessen Probenaufnahmeabschnitt 77a in eine willkürliche Richtung der drei Achsen X-Y-Z gekippt werden kann, um die auf diesem getragene Probe 14 innerhalb des Bereichs von jeweils 20 Grad bezüglich der Strahlungs-Axiallinie BL in eine beliebige Orientierung zu neigen, und um die Probe 14 von der Strahlungs-Axiallinie BL wegzubewegen. Ferner ist ein in dem Goniometer 77 für eine derartige Bewegung vorgesehener Schrittmotor (nicht gezeigt) mit einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) verbunden, die für die vorhergehend beschriebene Ionenbündelfokussierungseinrichtung geschaffen ist.
Ein Detektor 15, der zum Beispiel die Form eines Detektors des Münztyps hat, ist schräg vor dem Probenaufnahmeabschnitt 77a derart angeordnet, daß eine den Detektor 15 und den Probenaufnahmeabschnitt 77a verbindende Linie einen vorbestimmten feststehenden Winkel bezüglich der Strahlungs-Axiallinie BL hat. Folglich erfaßt der Detektor 15 auf die Strahlung eines Ionenstrahls mit kleinem Durchmesser auf eine Probe 14 auf dem Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 hin gestreute Ionen oder eine charakteristische Röntgenstrahlung, die von der Probe 14 abgestrahlt wird, und überträgt dieselbe als ein elektrisches Signal zu der im folgenden beschriebenen Ionenbündelfokussierungseinrichtung.
Eine Lade-Schleusen-Probenkammer 80 ist auf der Außenseite eines Abschnitts der Seitenwand der Probenkammer 13 gegenüber der Anordnung des Goniometers 77 angeordnet und steht mittels einer Verbindungsöffnung der Seitenwand der Probenkammer 13 mit dem Inneren der Probenkammer 13 in Verbindung, und in der Verbindungsöffnung ist ein Absperrschieber 80a vorgesehen. Außerdem ist die Lade-Schleusenkammer 80 auf unabhängige Weise mit einer Luftzufuhr/-abgabeeinrichtung verbunden, so daß deren Inneres unabhängig von der Probenkammer 13 entlüftet werden kann.
Ein Manipulator 81 ist in der Lade-Schleusenkammer 80 angeordnet und ist derart angeordnet, daß er mittels eines Zylindermechanismus 82 betätigt werden kann, welcher mit der Lade-Schleusenkammer 80 verbunden ist, so daß ein Probengreifabschnitt 81a, an dessen einem Endabschnitt eine Probe getragen werden kann, zwischen dem Inneren der Lade-Schleusenkammer 80 und der Position an dem Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 hin und her bewegt werden kann, um eine Probe 14 auf den Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 zu laden oder von diesem zu entnehmen.
Folglich kann die Probe 14 auf dem Probenaufnahmeabschnitt 77a auf dem Goniometer 77 mittels der Lade-Schleusenkammer 80 ausgetauscht werden. Außerdem ist der Zylindermechanismus 82 derart aufgebaut, daß er mit Hilfe der gleichen Steuereinrichtung wie der Absperrschieber 80a gesteuert werden kann, so daß er den Manipulator 81 nur betätigen kann, wenn der Absperrschieber 80a offen ist.
Die in Fig. 11 gezeigte Ionenbündelfokussierungseinrichtung weist zusätzlich zu der Probenkammer 13 eine Beschleunigungseinrichtung 1 des elektrostatischen Typs, einen Objektivkollimator 5, einen Wien (E x B)-Massenspektrografen 6, eine Ionenklassifizierungs-Schlitzeinrichtung 10 und ein Paar magnetische Quadrupollinsen 12 auf. Alle diese Elemente gleichen im wesentlichen denen der in Fig. 1 gezeigten Ionenbündelfokussierungseinrichtung.
Bei der Ionenbündelfokussierungseinrichtung werden von einer Ionenquelle erzeugte Ionen, die in der elektrostatischen Beschleunigungseinrichtung 1 nicht gezeigt sind und zum Beispiel He&spplus;- und He²&spplus;-Ionen enthalten, mittels einer nicht gezeigten Beschleunigungsröhre beschleunigt und als ein Ionenstrahl mit einer hohen Energie von mehreren MeV abgestrahlt. Der Ionenstrahl wird direkt durch den Objektivkollimator 5 auf einige zehn µm eingegrenzt und dann in den Wien (E x B)-Massenspektrografen 6 eingeleitet. Dann bewegen sich nur die He&spplus;-Ionen gerade vorwärts, während die Ionen der anderen Typen mit dem Ionenklassifizierungsschlitz 10 kollidieren und der Ladung nach neutralisiert werden und mittels einer Wirkung eines elektrischen Felds beseitigt werden, das unter feststehenden Bedingungen in dem Wien (E x B)-Massenspektrografen 6 erzeugt wird. Der sich gerade vorwärts bewegende He&spplus;-Ionenstrahl 4 passiert die nachfolgenden magnetischen Quadrupollinsen 12 und wird mittels der Strahleinlaßöffnung 72 längs der Strahlungs- Axiallinie BL in die Probenkammer 13 eingeleitet.
Der auf diese Weise in die Probenkammer 13 eingeleitete Ionenstrahl 4 ist einer von mehreren Typen von Ionenstrahlen, die einen Ionenstrahl eines Typs, welcher durch Eingrenzen eines einfallenden Ionenstrahls auf einen Durchmesser von 0,1 mm bis 1 mm oder so mittels des Ionenklassifizierungsschlitzes 10 erzielt wird, ohne die magnetischen Quadrupollinsen 12 einzuschalten, einen Ionenstrahl eines anderen Typs, welcher durch Eingrenzen eines einfallenden Ionenstrahls erzielt wird, um einen Lichtpunkt mit einem Durchmesser in der Größenordnung von µm durch Einschalten der magnetischen Quadrupollinsen auszubilden, und einen parallelen Ionenstrahl eines weiteren Typs einschließen, welcher einen Durchmesser in der Größenordnung von mm hat und durch Zusammenwirkung des Ionenklassifizierungsschlitzes 10 und der magnetischen Quadrupollinse 12 ausgebildet wird.
Gemäß Fig. 12 wird ein beabsichtigter gebündelter Ionenstrahl durch Einschalten der magnetischen Quadrupollinsen 12 ausgebildet, wenn eine Analyse mittels der Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß Fig. 11 unter Anwendung eines Ionenstrahls mit kleinem Durchmesser auszuführen ist. Der auf diese Weise erzielte Ionenstrahl 4 wird mittels der Strahleinlaßöffnung 72 in die Probenkammer 13 eingeleitet und auf eine Probe 14 gestrahlt, die auf dem Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 gehalten ist und auf der Strahlungs-Axiallinie BL in der Probenkammer 13 positioniert ist. Der gebündelte Ionenstrahl 4 bildet folglich einen Lichtpunkt auf der Probe 14. Infolgedessen werden Ionen oder eine angeregte charakteristische Röntgenstrahlung von der Probe 14 abgestrahlt und durch den Detektor 15 in der Probenkammer 13 erfaßt, und es wird ein Typ, eine Energie, ein Winkel usw. der Ionen oder der angeregten charakten stischen Röntgenstrahlung analysiert, um physikalische Eigenschaftsdaten der Probe 14 zu ermitteln.
In diesem Fall kann, da die Probe 14 mittels des Goniometers 77 mit einem hohen Grad an Genauigkeit in der Position eines Lichtpunkts des Ionenstrahls 4 positioniert werden kann, eine Analyse in Übereinstimmung mit dem Zufalls- Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren oder dem protoneninduzierten Röntgenemissions-Verfahren, welches einen Ionenstrahl mit kleinem Durchmesser zur Anwendung bringt, mit einem hohen Grad an Genauigkeit ausgeführt werden. Ferner können derartige Analysen, bei welchen ein Ionenstrahl mit kleinem Durchmesser benutzt wird, aufeinanderfolgend und auf effektive Weise ausgeführt werden, da die Probe 14 auf dem Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 mittels des Manipulators 77 ausgetauscht werden kann, während der Grad an Vakuum in der Probenkammer 13 mit Hilfe der Lade-Schleusenkammer 80 aufrechterhalten wird.
Andererseits wird, wenn eine Analyse vorgenommen wird, bei welcher ein paralleler Ionenstrahl mit großem Durchmesser benutzt wird, ein paralleler Ionenstrahl durch Zusammenwirkung des Ionenklassifizierungsschlitzes 10 und der magnetischen Quadrupollinsen 12 ausgebildet. Der auf diese Weise erzeugte parallele Ionenstrahl 4 wird mittels der Strahleinlaßöffnung 72 in die Probenkammer 13 eingeleitet und auf eine Probe 14 gestrahlt, die auf dem Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 gehalten ist, das auf der Strahlungs-Axiallinie BL in der Probenkammer 13 positioniert ist, so daß physikalische Eigenschaftsdaten der Probe 14 ermittelt werden. Da jedoch der Probenhalteabschnitt 77a, auf welchem die Probe 14 gehalten wird, in eine beliebige Ausrichtung innerhalb des Bereichs von jeweils 20 Grad bezüglich der Strahlungs-Axiallinie BL geneigt werden kann, um den Neigungswinkel des parallelen Ionenstrahls 4 bezüglich der Probe 14 zu justieren, kann eine Analyse in Übereinstimmung mit dem Kanal-Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren, bei welchem es erforderlich ist, einen parallelen Strahl dazu zu bringen, daß er parallel zu einer Kristallachse einer Probe eingeleitet wird, auf genaue und effiziente Weise ausgeführt werden.
Eine Analyse, bei welcher ein Ionenstrahl eines großen Durchmessers benutzt wird, kann auf eine andere Weise mittels der Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß Fig. 11 ausgeführt werden. Gemäß Fig. 13 wird zuerst ein Ionenstrahl 4 erzeugt, welcher mittels des Ionenklassifizierungsschlitzes 10 auf einen Durchmesser von 0,1 mm bis 1 mm oder so eingegrenzt wird, und dann mittels der Strahleinlaßöffnung 72 in die Probenkammer 13 eingeleitet, in welche er längs der Strahlungs-Axiallinie BL eingeleitet wird. In diesem Fall werden der Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 und der Manipulator 81 jedoch in jeweils zurückgezogenen Positionen gehalten, die von der Strahlungs Axiallinie BL beabstandet sind. Demgemäß wird der Ionenstrahl 4 als ein Ionenstrahl mit einem Durchmesser in der Größenordnung von mm ausgebildet und zu der einen der Proben 75 geleitet, die auf der Multi-Probenhaltefläche 73 gehalten sind, welche auf der Strahlungs-Axiallinie BL positioniert ist. Infolgedessen werden Ionen oder eine angeregte Röntgenstrahlung von der Probe 75 abgestrahlt und mittels des Detektors 76 in der Probenkammer 13 erfaßt, und ein Typ, eine Energie, ein Winkel usw. derselben werden analysiert, um physikalische Eigenschaftsdaten der Probe 75 zu ermitteln.
In diesem Fall kann eine Analyse in Übereinstimmung mit dem Zufalls-Rutherford-Rückstreu-Spektroskopieverfahren oder dem protoneninduzierten Röntgenemissions-Verfahren, bei welchem ein Ionenstrahl mit großem Durchmesser benutzt wird, effizient ausgeführt werden, da der Ionenstrahl 4 aufeinanderfolgend und der Reihe nach auf eine große Anzahl von Proben 75 gestrahlt wird, die auf der Multi-Probenhaltefläche 73 gehalten werden.
Wenn die vorhergehend beschriebene Probenkammer angewandt wird, können Ionenstrahlen von verschiedenen Typen mit unterschiedlichen Charakteristiken einschließlich eines Strahls mit kleinem Durchmesser, eines Strahls mit großem Durchmesser und eines parallelen Strahls wahlweise benutzt werden, und längs der gleichen Strahlungs-Axiallinie eingeleitet werden, um verschiedene Analysen in der gleichen Kammer auszuführen. Demgemäß ist die Ionenstrahlanalysevorrichtung, bei welcher die Probenkammer angewandt wird, für eine Mehrzweckanalyse geeignet und kann außerdem kompakt und billig realisiert werden. Ferner können die einzelnen Analysen mit einem Grad an Reproduzierbarkeit und Genauigkeit entsprechend den Aufgaben auf effiziente Weise ausgeführt werden, da bei der vorhergehend beschriebenen Probenkammer ein Konstruktion derart angewandt wird, daß eine Analyse, bei welcher ein Ionenstrahl mit großem Durchmesser benutzt wird und demgemäß kein verhältnismäßig hoher Grad an Genauigkeit der Positionierung einer Probe erforderlich ist, auf der stromabwärts gelegenen Seite eines in die Probenkammer eingeleiteten Ionenstrahls ausgeführt wird, so daß eine große Anzahl an Proben in einem Satz behandelt werden kann und das Laden und Entladen der Proben auf effiziente Weise durchgeführt werden kann, während eine andere Analyse, bei welcher ein Ionenstrahl mit kleinem Durchmesser verwendet wird und demgemäß ein hoher Grad der Positionierungsgenauigkeit erforderlich ist, auf der stromaufwärts gelegenen Seite auf derselben Strahlungs-Axiallinie durchgeführt wird, so daß eine einzelne Probe mit einem hohen Grad an Genauigkeit positioniert werden kann.
In Fig. 14a und 14b ist eine Modifikation der in Fig. 11 gezeigten Probenkammer gezeigt. Die auch mit 13 bezeichnete modifizierte Probenkammer enthält einen in dieser angeordneten Detektor 83 des ringförmigen Typs. Der ringförmige Detektor 83 hat ein in diesem ausgebildetes mittleres Loch 83a und ist an einem Endabschnitt einer Kolbenstange 84a eines Zylinders 84 befestigt, welche sich durch eine Seitenwand der Probenkammer 13 erstreckt. Der Zylinder 84 ist mittels eines Vakuumflanschs derart an einer Außenfläche der Seitenwand der Probenkammer 13 befestigt, daß er senkrecht zu einer Strahlungs-Axiallinie BL in eine festgelegte und aus einer festgelegten Position auf der Strahlungs- Axiallinie BL bewegt werden kann, welche einen festgelegten Abstand vor einem Probenaufnahmeabschnitt 77a eines Goniometers 77 hat. Wenn ein Ionenstrahl über eine Strahleinlaßöffnung 72 und längs der Strahlungs-Axiallinie BL in die Probenkammer 13 eingeleitet wird, passiert er das mittlere Loch 83a des ringförmigen Detektors 83 und wird auf eine Probe 84 auf dem Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 gestrahlt. Der ringförmige Detektor 83 erfaßt folglich gestreute Ionen oder eine charakteristische Röntgenstrahlung, die von der Probe 84 abgestrahlt wird, und überträgt dieselben als ein elektrisches Signal zu der nicht gezeigten Ionenbündelfokussierungseinrichtung, in welche die Probenkammer 13 eingebaut ist.
Die Probenkammer 13 enthält ferner ein optisches Mikroskop 85, das in einen Gleitmechanismus 86 eingebaut ist. Der Gleitmechanismus 86 erstreckt sich durch einen anderen Abschnitt der Seitenwand der Probenkammer 13, welcher um einem Winkel von ungefähr 90 Grad in Phase von dem Ort des Zylinders 84 versetzt ist, wie zum Teil in Fig. 14b zu sehen ist, und ist mittels eines Vakuumflansches derart in der Seitenwand der Probenkammer 13 befestigt, daß durch die Betätigung des Gleitmechanismus 86 eine Linse 85a des Mikroskops 85 auf diesem derart in eine Position nahe einer auf dem Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 getragenen Probe 84 bewegt werden kann, daß eine Oberfläche der Probe 84 von außerhalb der Probenkammer 13 betrachtet werden kann. Ferner wird der ringförmige Detektor 83 von der Strahlungs-Axiallinie BL zurückgezogen, wie in Fig. 14b zu sehen ist, wenn sich die Linse 85a des optischen Mikroskops 85 der Probe 84 annähert.
Es ist festzustellen, daß, während bei der vorliegenden Anordnung ein optisches Mikroskop angewandt wird, anstelle dessen ein Elektronenmikroskop benutzt werden kann.
Bei der Probenkammer mit der vorhergehend beschriebenen modifizierten Konstruktion können, da der ringförmige Detektor 83 bezüglich der auf dem Probenaufnahmeabschnitt 77a des Goniometers 77 gehaltenen Probe 84 einen großen räumlichen Winkel einnehmen kann, durch die Strahlung eines Ionenstrahls von der Probe 84 abgestrahlte Ionen mit einem hohen Grad an Genauigkeit erfaßt werden und können eine höhergradige Messung und Analyse vorgenommen werden. Außerdem kann die Genauigkeit der Messung und Analyse sicherer gemacht werden, da eine Oberfläche der Probe 84, nachdem sie mit einem Ionenstrahl bestrahlt worden ist, direkt mittels des optischen Mikroskops 85 betrachtet werden kann.
Es ist hinzuzufügen, daß bei der in Fig. 14a und 14b gezeigten modifizierten Probenkammer natürlich die Lade- Schleusenkammer 80 und der Manipulator 81 der in Fig. 11 gezeigten Probenkammer 13 vorgesehen sein können. In diesem Fall sollten das Goniometer 77, der Manipulator 81, der ringförmige Detektor 83 und das optische Mikroskop 85 an Stellen der Seitenwand der Probenkammer 13 angeordnet sein, die in der Winkelphase voneinander versetzt sind, so daß sie sich während des Betriebs nicht miteinander überlagern.
Während die Probenhalteflächen bei beiden der in Fig. 11 und in Fig. 14a und 14b gezeigten Probenkammern die Form einer drehbaren Scheibe haben und mittels des Motors gedreht werden, damit nacheinander eine große Anzahl von auf diesen getragenen Proben analysiert werden, können diese ferner irgendeine andere Form haben. Die Probenhaltefläche kann zum Beispiel eine Form haben, wie sie in Fig. 15a und 15b gezeigt ist. Insbesondere hat die mit 93 bezeichnete Multi-Probenhaltefläche die Form einer rechtwinkligen Flä che, die an einer Rückwandtür 91a einer Probenkammer befestigt ist, und nicht mittels eines Motors sondern mittels eines Hochpräzisions-Goniometers 94 einschließlich von Computergesteuerten X- und Y-Bewegungseinrichtungen 94a und 94b in eine willkürliche der Richtungen X-Y bewegt wird. Im Fall der vorliegenden Anordnung können die Multi-Probenhaltefläche 93 und die Probenkammer 13 in einer kompakten Konstruktion realisiert werden, da eine Vielzahl von Probenhaltern 93a zum Halten von Proben 95 auf diesen in einem solchen Schachbrettmuster, wie in Fig. lsb gezeigt ist, oder andernfalls in einem Zickzackmuster auf der Multi- Probenhaltefläche 93 auf kompakte Weise vorgesehen sein können.
Während die Erfindung nun vollständig beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann verständlich, daß an dieser viele Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Geltungsbereich der Ansprüche abzuweichen.
Wie vorhergehend beschrieben wurde, kann mit Hilfe der Ionenbündelfokussierungseinrichtung mittels eines Hochenergie-Ionenstrahls nach dem Passieren einer reduzierten Strecke, auf welcher ein Typ des Ionenstrahls klassifiziert wird, ein sehr kleiner Lichtpunkt ausgebildet werden. Die Vorrichtung ist in einem Gerät eingebaut, bei welchem ein Ionenstrahl aus einer Beschleunigungseinrichtung mit Hilfe einer Ionentyp-Klassifizierungseinrichtung, eines Objektivkollimators und eines Strahlenkollektors in Form eines Punkts bzw. Flecks zu einer Probe geleitet wird, um die Nachformierung einer Oberfläche oder eine Analyse von physikalischen Eigenschaften und/oder der Zusammensetzung oder dergleichen einer kleinen Fläche der Probe durchzuführen. Der Objektivkollimator ist genau stromabwärts der Beschleunigungseinrichtung angeordnet, und eine Analysekomponente zur Analyse eines Ionentyps und der Energie eines Strahls ist in einen Driftraum in einen Objektabstand zwischen dem Objektivkollimator und der magnetischen Quadrupollinse eingesetzt. Außerdem werden mehrere Komponenten der Vorrichtung einschließlich der magnetischen Quadrupollinse, einer Objektivschlitzeinrichtung und einer Probenkammer verbessert.

Claims

1. Ionenbündelfokussierungseinrichtung für eine Vorrichtung, bei welcher ein Hochenergie-Ladungsstrahl (4) in der Form eines Ionenstrahls aus einer Beschleunigungsein richtung (3) mit Hilfe einer Ionentyp-Klassifizierungseinrichtung (10), eines Objektivkollimators (5) und eines Strahlenkollektors in Form eines Punkts zu einer Probe (14) geführt wird, um die Nachformierung einer Fläche oder eine Analyse von physikalischen Eigenschaften und/oder der Zusammensetzung oder dergleichen einer kleinen Fläche der Probe durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektivkollimator (5) genau stromabwärts der Beschleunigungseinrichtung (3) angeordnet ist, und eine Analysekomponente (6) zum Analysieren eines Ionentyps und/oder der Energie eines Strahls in einen Driftraum in einen Objektabstand zwischen dem Objektivkollimator und einer magnetischen Quadrupollinse (12, 61, 62) gebracht ist.

2. Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Massenspektrograf des Wien (E x B)-Typs als die Analysekomponente (6) benutzt wird.

3. Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei als die Analysekomponente entweder ein Ablenkelektromagnet oder eine Ablenkelektrode zum Ablenken eines Ladungsstrahls benutzt wird.

4. Analysevorrichtung mit einer Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Hochenergie- Ladungsstrahl in Form des Punkts zu der Probe (14) geführt wird, die mittels der Ionentyp-Klassifizierungsvorrichtung (10) zu messen ist.

5. Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die magnetische Quadrupollinse (12) einen Magnetpolkörper (21), der aus vier Magnetpolabschnitten (23) gebildet ist, und einen Rückleitungsjochabschnitt (24) aufweist, der derart angeordnet ist, daß er einen äußeren Umfang der Magnetpolabschnitte auf eine solche Weise umgibt, daß ein geschlossener Magnetflußdurchgang ausgebildet wird, wobei die Magnetpolabschnitte und der Rückleitungsjochabschnitt mittels eines Ausschaufelungsvorgangs aus dem gleichen magnetischen Material eines einheitlichen Elements als ein einheitliches Element ausgebildet werden.

6. Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Ausschaufelungsvorgang durch Anwendung einer Technik der Bearbeitung mittels elektrischer Entladung unter Anwendung einer Drahtelektrode (22) ausgeführt wird, um eine hyperbolische Form der Magnetpolabschnitte (23) mit einer Endbearbeitungstoleranz in der Größenordnung von µm auszubilden.

7. Ionenbündelfokussierungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ionentyp-Klassifizierungseinrichtung (10) aufweist,

- ein Paar Schlitz-ausbildende Elemente (31), die keilförmige, messerförmige oder zylindrische Kanten haben, die in einer gegenüberliegenden Beziehung zueinander angeordnet sind, um dazwischen einen Schlitz-Zwischenraum auszubilden, aber längs eines Ladungsstrahls um eine kleine Distanz voneinander verschoben sind,

- ein Paar Präzisionsantriebsmechanismen (38, 39, 40) zum einzelnen Präzisionsantrieb der Schlitz-ausbildenden Elemente (31) und ein Paar Arme und/oder Pfosten (33), die die Schlitz-ausbildenden Elemente auf diesen einzeln halten und die Schlitz-ausbildenden Elemente einzeln mit den Präzisionsantriebsmechanismen koppeln, wobei jedes der schlitz-ausbildenden Elemente einen ausgebildeten Kuhlwasserpradmechanismus (36, 37) hat, der in diesen ausgebildet ist, um durch ihn hindurch Kühlwasser zu einem Ort nahe der Kante eines entsprechenden der Schlitzausbildenden Elemente einzuleiten und zu führen, wobei

jeder der Präzisionsantriebsmechanismen (38, 39, 40) einen Schrittmotor (49) zum Antrieb eines entsprechenden der Schlitz-ausbildenden Elemente (31) aufweist, und die Schrittmotoren mittels einer Öffnungsbreiten-Steuereinrichtung (41-46) zur Steuerung einer Breite (W) des Schlitz-Zwischenraums und einer Öffnungsmittenpositions- Steuereinrichtung (41-45, 47) zur Steuerung der Position der Mitte des Spalt-Zwischenraums gesteuert werden, wobei sowohl die Öffnungsbreiten-Steuereinrichtung als auch die Örfnungsmittenpositions-Steuereinrichtung einen Impulsgenerator (44) aufweist.

8. Analysevorrichtung gemäß Anspruch 41 die ferner aufweist,

- eine Einzelschlitzeinrichtung (53), bei welcher die magnetische Linse (61, 62) stromabwärts der Schlitzeinrichtung längs einer Strahllinie angeordnet ist, und bei welcher die Öffnungsbreite eines Schlitzes (d) der Schlitzeinrichtung auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner als ein Produkt eines maximalen Streuwinkeis (B) eines einfallenden Strahls und eines Abstands (L) zwischen der Schlitzeinrichtung (53) und der magnetischen Linse (61, 62) ist, und

- die Brennweite (f) der magnetischen Linse (61, 62) im wesentlichen gleich dem Abstand (L) zwischen der Schlitzeinrichtung (53) und der magnetischen Linse eingestellt ist.

9. Analysevorrichtung gemäß Anspruch 4, die ferner eine Probenkammer (13) aufweist, die eine in der Probenkammer angeordnete Multi-Probenpositionierungseinrichtung (73, 74) hat und eine Strahleinlaßöffnung (72) hat, um durch diese hindurch wahlweise einen Ionenstrahl, der einen großen Durchmesser oder einen kleinen Durchmesser hat, längs einer gemeinsamen strahlungs-Axiallinie (BL) einzulassen, wobei die Multi- Prcbenpositionierungseinrichtung dazu geeignet ist, auf dieser eine Vielzahl von Proben (75) zu tragen, die mittels eines Ionenstrahls des großen Durchmessers zu analysieren sind, und wahlweise eine der Proben in einer Position auf der Strahlungs-Axiallinie zu positionieren, und ein Goniometer (77) hat, das zur Bewegung in eine und aus einer Position auf der Strahlungs-Axiallinie zwischen der Multi-Probenpositionierungseinrichtung und der Strahleinlaßöffnung in der Probenkammer angeordnet ist, und dazu geeignet ist, eine Probe (14) zu tragen, die mittels eines Ionenstrahls des kleinen Durchmessers zu analysieren ist, und die Probe mit einem hohen Grad an Genauigkeit in einer Position auf der Strahlungs-Axiallinie zu positionieren.

10. Analysevorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Probenkammer (13) einen Detektor (15) des ringförmigen Typs zur Bewegung in eine und aus einer Position auf der Strahlungs-Axiallinie (BL) aufweist, wobei der Detektor einen Detektorabschnitt eines auf diesem getragenen Mikroskops und einen Bewegungsmechanismus zur Bewegung des Detektorabschnitts des Mikroskops zu der auf dem Goniometer (77) getragenen Probe (14) hat.