DE69229702T2

DE69229702T2 - Geräte zur Energieanalyse von Ladungsträgerpartikeln

Info

Publication number: DE69229702T2
Application number: DE69229702T
Authority: DE
Inventors: Simon Charles Page; Andrew Roderick Walker
Original assignee: Kratos Analytical Ltd
Current assignee: Kratos Analytical Ltd
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2012-10-13
Also published as: JP3399989B2; EP0537961A1; GB9122161D0; US5286974A; EP0537961B1; DE69229702D1; JPH07220670A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Gerät zur Energieanalyse von geladenen Teilchen. Insbesondere betrifft die Erfindung Geräte zur Energieanalyse von geladenen Teilchen, die von der Oberfläche einer Probe emittiert werden, indem die Probe mit einer geeigneten ionisierenden Strahlung beschossen wird. Das Energiespektrum der emittierten Teilchen liefert Informationen über die chemische Zusammensetzung der Probe.
Die Erfindung betrifft Geräte zur Energieanalyse von geladenen Teilchen von der Art, bei der die Probe in das magnetische Abbildungsfeld einer magnetischen Linse eingebracht wird, die einen Teil der Eingangsoptik des Analysegeräts bildet. Ein solches Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen ist in unserem europäischen Patent Nr. 243, 060 beschrieben. Das beschriebene Energieanalysegerät verwendet eine schnorchelartige magnetische Linse. Eine zu untersuchende Probe wird in das magnetische Abbildungsfeld der Linse eingebracht und mit geeigneter ionisierender Strahlung beschossen, wie weicher Röntgenstrahlung oder Ultraviolettstrahlung, wodurch Photoelektronen hervorgerufen werden, die von ihrer Oberfläche emittiert werden.
In dem Fall einer elektrisch isolierten, nichtleitenden Probe bewirkt die Emission von Photoelektronen von ihrer Oberfläche, daß die Probe elektrisch positiv aufgeladen wird, und dies hat die unerwünschte Wirkung, das Energiespektrum der emittierten Teilchen zu verzerren und einen Verlust der Energieauflösung zu bewirken. Im Hinblick auf eine Neutralisierung dieser Oberflächenladung war es üblich, niederenergetische Elektronen auf die Oberfläche der Probe zu richten, wobei eine niederenergetische Breitstrahlkanone oder alternativ eine Ultraviolettstrahlungsquelle verwendet wurde, die eine Wolke niederenergetischer Photoelektronen durch Photoemission von den Wänden der Kammer des Analysegeräts erzeugt. Jedoch haben sich diese Techniken als unzufriedenstellend erwiesen, wenn die Probe in das magnetische Abbildungsfeld einer magnetischen Linse eingebracht wird. Der Grund hierfür ist, daß das Magnetfeld in der Nähe der Probe relativ stark ist und dazu neigt, die eintreffenden niederenergetischen Elektronen von der Oberfläche der Probe abzulenken.
EP 0417,354 offenbart eine Elektronenstrahlvorrichtung, wie ein Abtast-Transmissionseletronenmikroskop, das eine Elektronenkanone aufweist, die eine Quelle von zusätzlichen Elektronen darstellt. Die zusätzlichen Elektronen werden durch die Feldlinien der Objektivlinse auf die Probe gelenkt, um eine Ladungsneutralisation zu bewirken.
Gemäß einem der Gesichtspunkt der Erfindung wird geschaffen ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, das umfaßt eine magnetische Linse, eine Strahlungsquelle, die angeordnet ist, Strahlung auf eine Probe zu lenken, wodurch bewirkt wird, daß geladene Teilchen von ihr emittiert werden, wobei die Probe in das magnetische Abbildungsfeld der magnetischen Linse eingebracht ist, wodurch emittierte Teilchen, die Energien in einem vorbestimmten Energiebereich aufweisen, durch das magnetische Abbildungsfeld in einen Brennpunkt gebracht werden, und emittierte Teilchen, die Energien außerhalb des vorbestimmten Energiebereiches haben, nicht fokussiert werden, eine Analysiereinrichtung zur Energieanalyse der fokussierten geladenen Teilchen und eine Ladungsänderungseinrichtung, um die Ladung auf der Probe zu ändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsänderungseinrichtung eine Elektrodenanordnung zum Beschleunigen zumindest einiger der nichtfokussierten geladenen Teilchen und/oder sekundären geladenen Teilchen, die von den genannten nichtfokussierten geladenen Teilchen abgeleitet sind, in Richtung zu der Probe aufweist, wodurch dem magnetischen Abbildungsfeld ermöglicht wird, zumindest einige der beschleunigten geladenen Teilchen auf die Probe zu lenken, wodurch eine Ladungsänderung auf der Probe ausgeführt wird.
Mit dieser Ausgestaltung wird dem magnetischen Abbildungsfeld ermöglicht, geladene Teilchen auf die Probe zu lenken, wodurch die Ladung auf ihr geändert wird, selbst wenn die Probe in das magnetische Abbildungsfeld der magnetischen Linse eingebracht ist.
Das Gerät zur Energieanalyse von geladenen Teilchen kann eine Einrichtung zum Erzeugen weiterer geladener Teilchen umfassen, die die gleiche Polarität wie die genannten emittierten geladenen Teilchen aufweisen, wobei die genannte Ladungsänderungseinrichtung wirksam ist, die weiteren geladenen Teilchen in Richtung zu der Probe zu beschleunigen, wodurch ihnen ermöglicht wird, durch das magnetische Abbildungsfeld auf die Probe gelenkt zu werden.
Die Stärke des elektrostatischen Beschleunigungsfelds und/oder die Intensität der auf die Elektrodenanordnung durch die genannte weitere Strahlungsquelle gerichteten Strahlung kann eingestellt werden kann, um eine wesentliche Ladungsneutralisierung der Probe zu bewirken.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird geschaffen ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, das umfaßt eine magnetische Linse, eine Strahlungsquelle, die angeordnet ist, Strahlung auf eine Probe zu lenken, wodurch bewirkt wird, daß geladene Teilchen von ihr emittiert werden, wobei die Probe in das magnetische Abbildungsfeld der magnetischen Linse eingebracht ist, wodurch emittierte Teilchen, die Energien in einem vorbestimmten Energiebereich aufweisen, durch das magnetische Abbildungsfeld in einen Brennpunkt gebracht werden, und emittierte Teilchen, die Energien außerhalb des vorbestimmten Energiebereiches haben, nicht fokussiert werden, eine Analysiereinrichtung zur Energieanalyse der fokussierten geladenen Teilchen und eine Ladungsänderungseinrichtung, um die Ladung auf der Probe zu ändern, wobei die Ladungsänderungseinrichtung eine Quelle geladener Teilchen, die die gleiche Polarität wie die geladenen Teilchen aufweisen, die von der Probe emittiert worden sind, und eine Felderzeugungseinrichtung umfaßt, damit geladene Teilchen von der Quelle geladener Teilchen einem elektrischen Feld ausgesetzt werden, das im wesentlichen quer zu der optischen Achse des magnetischen Abbildungsfeldes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Wirkung des elektrischen Feldes und des magnetischen Abbildungsfeldes so ist, daß bewirkt wird, daß geladene Teilchen von der Quelle geladener Teilchen in Richtung zu der genannten optischen Achse in einer zu dem elektrischen Feld querverlaufenden Richtung driften, wodurch die geladenen Teilchen durch das magnetische Abbildungsfeld auf die Probe geführt werden, um die Ladung auf der Probe abzuändern.
Die Quelle der geladenen Teilchen ist vorzugsweise ein geheizter Glühfaden, der auch die Felderzeugungseinrichtung bilden kann.
Im letztgenannten Fall kann der geheizte Glühfaden halbkreisförmig sein, wobei er zu der optischen Achse des magnetischen Abbildungsfeldes zentriert ist. Die Felderzeugungseinrichtung kann zusätzlich oder alternativ ein Paar Elektrodenplatten umfassen.
Bei einer anderen Ausgestaltung umfaßt die Felderzeugungseinrichtung eine Elektrodeneinrichtung und die Quelle geladener Teilchen eine Quelle ionisierender Strahlung umfaßt, die angeordnet ist, Strahlung auf die Elektrodeneinrichtung zu richten, damit geladene Teilchen veranlaßt werden, von ihr emittiert zu werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen wird nun in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein schematischer Schnitt durch das Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen ist;
Fig. 2(a) bis 2(c) schematische Schnitte im vergrößerten Maßstab durch einen Teil der Eingangsoptik des Geräts zur Energieanalyse geladener Teilchen der Fig. 1 ist; und
Fig. 3 bis 5 schematische Darstellungen von Teilen weiterer Ausführungsform der Erfindung sind.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das Gerät zur Analyse geladener Teilchen gemäß der Erfindung kann verwendet werden, die Energie von Elektronen, von positiven Ionen oder negativen Ionen zu analysieren, die von einer Probe emittiert werden. Jedoch ist zur Einfachheit der Beschreibung das Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, das nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben ist, ein Photoelektronen-Spektrometer, das die Ener gieanalyse von Elektronen betrifft, insbesondere von Photoelektronen, die von einer Probe emittiert werden, indem sie mit einer Hauptstrahlung, wie Röntgenstrahlung oder anderer geeigneten ionisierenden Strahlung beschossen wird.
Nun auf Fig. 1 bezugnehmend umfaßt das Photoelektronen-Spektrometer ein Analysiergerät 10 für die Elektronenenergie, eine Eingangsoptik 20, die mit dem Energieanalysegerät 10 verbunden ist, einen Probenhalter H auf dem eine Probe S angebracht werden kann, und eine Röntgenstrahlquelle R, wie MgK α-Strahlung, um die Strahlung auf einer Oberfläche der Probe S zu lenken, wodurch sekundäre Photoelektronen hervorgerufen werden, die von ihr emittiert werden.
Diese Komponenten sind in einem vakuumdichten Gehäuse 1 untergebracht, die durch eine geeignete Hochvakuumpumpe (nicht gezeigt) evakuiert wird, die mit einer Pumpöffnung 2 verbunden ist.
Das Elektronenenergie-Analysegerät 10 ist von der gutbekannten halbkugelförmigen elektrostatischen Art, die ein Paar konzentrischer Metallhalbkugeln 11, 12 umfaßt, die durch eine geeignete Spannungsquelle 13 auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen gehalten sind. Wie es ausführlicher beschrieben wird, werden Photoelektronen, die analysiert werden sollen, durch die Eingangsoptik 20 auf einen Eingangsschlitz 14 des Energieanalysegeräts 10 fokussiert und durch das elektrische Feld in dem Raum zwischen den Halbkugeln gemäß ihren unterschiedlichen Energien getrennt.
Die energetisch getrennten Elektronen werden durch einen Detektor 15, der aus einem Paar Mikrokanalplatten besteht, und einen Lumineszenzschirm 16 nahe den Mikrokanalplatten erfaßt. Typischerweise ist ein Linsensystem 17 vorgesehen, um das Licht von dem Lumineszenzschirm 16 auf eine ladungsgekoppelte Detektoranordnung 18 oder einen anderen lichtempfindlichen Detektor zu fokussieren.
Auf diese Weise erzeugt das Elektronenenergie-Analysegerät 10 ein Energiespektrum der an dem Eintrittsschlitz 14 erhaltenen Photoelektronen.
Die Eingangsoptik 20 des Photoelektronen-Spektrometers weist eine magnetische Linse 21 auf, die bei dieser Ausführungsform schnorchelartig ist und aus einem mittigen Polstück 21a, das sich auf der optischen Achse X-X der Eingangsoptik befindet, einem ringförmigen, koaxialen Polstück 21b und einer Basis 21c besteht, die mit den Polstücken 21a und 21b einstückig ist. Eine Erregungsspule 21d ist in der ringförmigen Mulde zwischen den Polstücken 21a und 21b angebracht, um das mittige Polstück 21a zu erregen, wenn elektrischer Strom zugeführt wird, wodurch ein magnetisches Abbildungsfeld entlang der Achse X-X erzeugt wird.
Die Probe S, die auf den Halter H angebracht ist, ist in das magnetische Abbildungsfeld der magnetischen Linse 21 unmittelbar vor dem mittigen Polstück 21a eingebracht, und Röntgenstrahlung von der Quelle R wird auf die Probe gerichtet, wodurch Photoelektronen erzeugt werden, die von ihr emittiert werden.
Der elektrische Strom, der der Erregungsspule 21d zugeführt wird, wird so gewählt, daß das magnetische Abbildungsfeld eine solche Stärke hat, daß es Photoelektronen, die Energien in einem ausgewählten, schmalen Energieband aufweisen, lenkt und fokussiert. Solche Elektronen werden in einer Bildebene I zu einem Brennpunkt gebracht, die mit der Gegenstandsebene einer elektrostatischen Mehrelektroden-Linseneinrichtung 22 zusammenfällt, deren Zweck es ist, die erhaltenen Photoelektronen zu verzögern und sie auf den Eintrittsschlitz 14 des Energieanalysegeräts 10 zu fokussieren, damit sie in das Analysegerät zur Analyse eintreten können.
Wenn es erwünscht ist, könnte das Spektrometer in einem Abtastmodus betrieben werden, bei dem der elektrische Strom, der der Erregungsspule 21d der magnetischen Linse zugeführt wird, und die elektrischen Potentiale, die an die Halbkugeln 11, 12 des Energieanalysegeräts angelegt werden, synchron abtasten, wodurch das durch die magnetische Linse ausgewählte Energieband über das gesamte Energiespektrum der Photoelektronen abgetastet werden kann, die von der Probe emittiert werden.
Die gekrümmten Linien a, b in den Fig. 1 und 2 sind schematische Darstellungen der Bahnen, denen zwei beispielhafte Photoelektronen Pa und Pb folgen, die Energien aufweisen, die innerhalb des schmalen Energiebands liegen, das durch die magnetische Linse ausgewählt wird. Tatsächlich folgen solche Photoelektronen Spiralbahnen um die optische Achse X-X herum.
Photoelektronen, die Energien außerhalb des durch die magnetische Linse ausgewählten Energiebands aufweisen, werden nicht zu einem Brennpunkt gebracht, und die gekrümmten Linien c und d, die in Fig. 2(a) bzw. 2(b) gezeigt sind, sind schematische Darstellungen der Bahnen, denen zwei solche nichtfokussierten Photoelektronen folgen.
Die Kurve c, die in Fig. 2(a) gezeigt ist, stellt die Bahn dar, der ein Photoelektron P, folgt, das eine kleinere Energie als die untere Grenze des ausgewählten Energiebandes aufweist, wohingegen die Kurve d, die in Fig. 2(b) gezeigt ist, die Bahn darstellt, der ein Photoelektron Pc folgt, das eine größere Energie als die obere Grenze des ausgewählten Energiebandes hat. Wie zuvor folgen die zwei Photoelektronen Pc und Pd Spiralbahnen. Das Photoelektron Pc (das eine relativ niedrige Energie aufweist) ist enger an die magnetischen Feldlinien des magnetischen Abbildungsfeldes als die Photoelektronen Pa und Pb gebunden und ist deshalb überfokussiert, wohingegen das Photoelektron Pd in Fig. 2(b) (das eine relativ hohe Energie aufweist) weniger eng an die magnetischen Feldlinien gebunden und unterfokussiert ist.
Wie es in Fig. 2(a) dargestellt ist, folgen überfokussierte Photoelektronen divergenten Spiralbahnen.
In dem Fall einer elektrisch isolierten nichtleitenden Probe bewirkt die Emission von Photoelektronen von ihrer Oberfläche, daß die Probe positiv geladen wird, und, wie es bereits erläutert wurde, kann dies das Energiespektrum der analysierten Elektronen verzerren und einen Verlust an Energieauflösung bewirken.
Es ist mit diesem Ziel, dieses Problem zu mindern, daß eine ringförmige Elektrodenplatte 23 vorgesehen ist, die sich innerhalb des magnetischen Abbildungsfeldes zwischen der Probe S und der Bildebene I befindet. Die Elektrodenplatte wird auf einen elektrisch negativen Potential gehalten, das ein elektrostatisches Beschleunigungsfeld erzeugt, das auf die Nachbarschaft der Platte durch einen ringförmigen, geerdeten Endschirm 24 begrenzt ist.
Durch diese Einrichtung hat das elektrostatische Beschleunigungsfeld keine Wirkung auf die Bewegung der fokussierten Photoelektronen, die durch die mittige Öffnung 25 der Elektrodenplatte 23 hindurchgehen. Jedoch können nichtfokussierte Photoelektronen in den elektrostatischen Feldbereich der Platte durch ein grobes Gitter 26 eintreten, das eine Wand des Abschlußschirm 24 bildet, der zu der Probe weist.
Die Elektrodenplatte 23 wird ausreichend nahe bei der Probe angeordnet, damit das elektrostatische Beschleunigungsfeld wirksam ist, zumindest einige der überfokussierten Photoelektronen in Abhängigkeit von ihren Energien zu reflektieren. Das elektrostatische Feld beschleunigt die reflektierten Photoelektronen in Richtung zu der Probe, wobei daß zumindest einigen von ihnen ermöglicht wird, durch das magnetische Abbildungsfeld der magnetischen Linse 21 zurück auf die Probe geführt werden. Die Kurve c' in Fig. 2a stellt die Spiralbahn dar, der das reflektierte überfokussierte Photoelektron Pc folgt, wenn es zu der Oberfläche der Probe zurückgeschickt wird.
Wegen der relativ hohen Energie sind unterfokussierte Photoelektronen im allgemeinen zu energetisch, in der oben beschriebenen Weise reflektiert zu werden. Jedoch treffen zumindest einige der unterfokussierten Photoelektronen auf die Elektrodenplatte 23 auf, wodurch niederenergetische Sekundärelektronen hervorgerufen werden, die von ihr emittiert werden. Wie in dem Fall der überfokussierten Photoelektronen werden Sekundärelektronen, die von der Oberfläche der Elektronenplatte 23 emittiert werden, in Richtung zu der Probe S beschleunigt, wodurch zumindestens einige von ihnen durch das magnetische Abbildungsfeld der magnetischen Linse auf die Probe zurückgeführt werden können, wie es durch Kurve d' in Fig. 2(b) dargestellt ist.
Man erkennt, daß das elektrische Potential, das an die ringförmige Elektrodenplatte 23 angelegt ist, eingestellt werden kann, um einen Ausgleich zwischen der Ladung, die bei der Probe als Ergebnis der Photoelektronen verloren geht, die von ihrer Oberfläche emittiert werden, und der Ladung zu erreichen, die durch die Probe aufgrund des Einflusses des elektrostatischen Feldes gewonnen wird, das durch die ringförmige Elektrodenplatte 23 erzeugt wird. Auf diese Weise kann eine Ladungsneutralisation der Probe zuverlässig ohne Rückgriff auf unzufriedenstellende Techniken erzielt werden, die bisher angewandt wurden.
In manchen Betriebszuständen, wenn z. B. eine sehr lokalisierte Quelle ionisierender Strahlung, z. B. ein Elektronenbündel oder eine fokussierte monochromatische Röntgenstrahlenquelle verwendet wird, könnte der Anteil fokussierter Photoelektronen relativ groß sein, und es mag zu wenige nichtfokussierte Photoelektronen geben, eine Ladungsneutralisation der Probe zu erreichen. Bei diesen Zuständen ist es erwünscht, eine Quelle zusätzlicher niederenergetischer Elektronen bereitzustellen. Hierfür wird eine Quelle 27 ultravioletter Strahlung oder einer anderen ionisierenden Strahlung verwendet, die ringförmige Elektrodenplatte 23 zu beleuchten, wodurch bewirkt wird, daß niederenergetische Photoelektronen von ihrer Oberfläche emittiert werden. Wie es durch die Kurve e in Fig. 2(c) dargestellt ist, werden solche niederenergetischen Photoelektronen in Richtung zu der Probe S durch das elektrostatische Feld beschleunigt, das durch die Elektrodenplatte 23 erzeugt wird, wodurch ermöglicht wird, daß zumindest einige von ihnen durch das magnetische Abbildungsfeld der magnetischen Linse 21 auf die Probe gelenkt werden.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen Teile von drei weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
Bezugnehmend auf Fig. 3 liefert ein geheizter Wolframglühfaden 30 eine Quelle neutralisierender Elektronen. Der Glühfaden, der halbkreisförmig ist, ist auf der optischen Achse X-X des magnetischen Abbildungsfeldes zentriert und ist so ausgerichtet, daß ein schwaches elektrisches Feld, das über die Enden des Glühfadens erzeugt wird, zu dem magnetischen Abbildungsfeld quer verläuft.
Die Polarität des Glühfadens ist der Art, daß die kombinierten Wirkungen des gegenseitig orthogonalen elektrischen und magnetischen Feldes der Art sind, daß die emittierten Elektronen von dem Glühfaden veranlaßt werden, nach innen in Richtung zu der Achse X-X in der durch den Pfeil D angegebenen Richtung zu driften. Wenn sich die Emissionselektronen der Achse X-X näheren, werden sie auf die Probe S durch die Feldlinien des magnetischen Abbildungsfeldes gelenkt.
Die Driftgeschwindigkeit der Emissionselektronen wird durch das Verhältnis E/B der elektrischen und magnetischen Feldstärke gegeben. Deshalb ist, je schwächer das elektrische. Feld ist, desto niedriger die Driftgeschwindigkeit und daher die Energie der Emissionselektronen, die die optische Achse X-X erreichen.
Ein relativ schwaches elektrisches Feld hat sich als vorteilhaft herausgestellt. Wenn der Probe ein Übermaß an Elektronen geliefert wird, wird der (unerwünschte) Aufladungseffekt dieser Elektronen aufgrund ihrer relativ niedrigen Energien verringert. Eine optische Verzerrung, die durch die Wirkung der starken elektrischen Felder auf dem Weg der Photoelektronen a und b in Fig. 1 hervorgerufen wird, wird auch verringert.
Bezugnehmend auf Fig. 4 wird das elektrische Querfeld durch ein Paar Elektrodenplatten 40, 40' erzeugt, die auf einer Seite der optischen Achse X-X angeordnet sind.
Bei dem dargestellten Teil der Ausführungsform ist die Quelle 41 der Neutralisierungselektronen ein gerader, geheizter Wolframglühfaden, wobei jedoch alternativ ein gebogener, (z. B. halbkreisförmiger) Glühfaden verwendet werden könnte. Eine geeignete Gleichvorspannung wird an die Elektrodenplatten gelegt, und ihre Polarität ist so, daß die Emissionselektronen von dem geheizten Glühfaden in Richtung zu der optischen Achse X-X driften. Die Emissionselektronen werden dann durch die konvergierenden Feldlinien des magnetischen Abbildungsfeldes auf die Probe S gelenkt.
Bei dem Teil der Ausführungsform, der in Fig. 5 gezeigt ist, wird das elektrische Querfeld wiederum durch Elektrodenplatten 50, 50', wie bei der Anordnung der Fig. 4, erzeugt. Jedoch ist der geheizte Glühfaden durch eine Quelle 51 ultravioletter oder anderer ionisierender Strahlung ersetzt, die auf die beleuchteten Elektrodenplatte 52 und/oder die Platten 50, 50" gerichtet ist, wodurch bewirkt wird, daß niederenergetische Photoelektronen davon emittiert werden.
Wie vorhergehend bewirkt das elektrische Querfeld zwischen den Elektrodenplatten, daß die emittierten Elektronen in Richtung zu der optischen Achse X-X driften, und die Elektronen werden dann durch das magnetische Abbildungsfeld auf die Probe S gelenkt.
Beim Betrieb des Geräts zur Energieanalyse geladener Teilchen kann die Stärke des magnetischen Abbildungsfeldes bis zu einem Faktor von ungefähr vier geändert werden.
In den Teilen der Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben wurden, sollte idealerweise das vorgenannte Verhältnis E/B im wesentlichen konstant gehalten werden, um das gleiche Maß an Ladungsneutralisierung beizubehalten, selbst wenn bewirkt wird, die magnetische Feldstärke B zu ändern. Hierfür kann die elektrische Feldstärke E proportional zu der magnetischen Feldstärke B skaliert werden, und dies kann durchgeführt werden, indem die an die Elektrodenplatten 40, 40'; 50, 50' angelegte Gleichspannung mit dem der magnetischen Linse 21 zugeführten Erregungsstrom sägezahnmäßig geändert wird.
Es versteht sich, daß, obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Photoelektronen-Spektrometer beschrieben worden ist, die Erfindung auch auf andere Arten von Geräten zur Energieanalyse geladener Teilchen anwendbar ist, wie auf Mikroskope mit geladenen Teilchen, einschließlich Spektralmikroskope, wie es bspw. in dem europäischen Patenten 243,060 beschrieben ist.

Claims

1. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, das umfaßt eine magnetische Linse (21), eine Strahlungsquelle (R), die angeordnet ist, Strahlung auf eine Probe (S) zu lenken, wodurch bewirkt wird, daß geladene Teilchen von ihr emittiert werden, wobei die Probe (S) in das magnetische Abbildungsfeld der magnetischen Linse (21) eingebracht ist, wodurch emittierte Teilchen, die Energien in einem vorbestimmten Energiebereich aufweisen, durch das magnetische Abbildungsfeld in einen Brennpunkt gebracht werden, und emittierte Teilchen, die Energien außerhalb des vorbestimmten Energiebereiches haben, nicht fokussiert werden, eine Analysiereinrichtung (10) zur Energieanalyse der fokussierten geladenen Teilchen und eine Ladungsänderungseinrichtung (23), um die Ladung auf der Probe (S) zu ändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsänderungseinrichtung (23) eine Elektrodenanordnung zum Beschleunigen zumindest einiger der nichtfokussierten geladenen Teilchen und/oder sekundären geladenen Teilchen, die von den genannten nichtfokussierten geladenen Teilchen abgeleitet sind, in Richtung zu der Probe (S) aufweist, wodurch dem magnetischen Abbildungsfeld ermöglicht wird, zumindest einige der beschleunigten geladenen Teilchen auf die Probe (S) zu lenken, wodurch eine Ladungsänderung auf der Probe (S) ausgeführt wird.

2. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 1 beansprucht, das eine Einrichtung (27) zum Erzeugen weiterer geladener Teilchen umfaßt, die die gleiche Polarität wie die genannten emittierten geladenen Teilchen aufweisen, wobei die genannte Ladungsänderungseinrichtung (23) wirksam ist, die weiteren geladenen Teilchen in Richtung zu der Probe (S) zu beschleunigen, wodurch ihnen ermöglicht wird, durch das magnetische Abbildungsfeld auf die Probe (S) gelenkt zu werden.

3. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei die Einrichtung (27) zum Erzeugen der genannten weiteren geladenen Teilchen eine weitere Strahlungsquelle umfaßt, die angeordnet ist, Strahlung auf die Elektrodenanordnung (23) zu richten, wodurch bewirkt wird, daß die genannten weiteren geladenen Teilchen von ihr emittiert werden.

4. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei die weitere Strahlungsquelle (27) eine Quelle ultravioletter Strahlung ist.

5. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, wobei die Elektrodenanordnung (23) eine Ringelektrode (23) umfaßt, die im Betrieb auf einem auswählbaren Gleichvorpotential gehalten wird und eine mittige Öffnung (25) aufweist, die sich auf der optischen Achse (X-X) der magnetischen Linse (21) befindet.

6. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 5 beansprucht, wobei die Elektrodenanordnung (23) eine Abschlußeinrichtung (24, 26) umfaßt, um das elektrostatische Beschleunigungsfeld zu beenden, das durch die Ringelektrode (23) erzeugt wird.

7. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 6 beansprucht, wobei die Abschlußeinrichtung (24, 26) einen geerdeten Schirm umfaßt, der um die Ringelektrode (23) herum angeordnet ist.

8. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht, wobei die Elektrodenanordnung (23) wirksam ist, ein elektrostatisches Beschleunigungsfeld zu erzeugen, und wobei die Stärke des elektrostatischen Beschleunigungsfeldes und/oder die Intensität der auf die Elektrodenanordnung (23) durch die genannte weitere Strahlungsquelle (27) gerichteten Strahlung eingestellt werden kann, eine wesentliche Ladungsneutralisierung der Probe (S) zu bewirken.

9. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, das umfaßt eine magnetische Linse (21), eine Strahlungsquelle (R), die angeordnet ist, Strahlung auf eine Probe (S) zu lenken, wodurch bewirkt wird, daß geladene Teilchen von ihr emittiert werden, wobei die Probe (S) in das magnetische Abbildungsfeld der magnetischen Linse (21) eingebracht ist, wodurch emittierte Teilchen, die Energien in einem vorbestimmten Energiebereich aufweisen, durch das magnetische Abbildungsfeld in einen Brennpunkt gebracht werden, und emittierte Teilchen, die Energien außerhalb des vorbestimmten Energiebereiches haben, nicht fokussiert werden, eine Analysiereinrichtung (10) zur Energieanalyse der fokussierten geladenen Teilchen und eine Ladungsänderungseinrichtung (23), um die Ladung auf der Probe (S) zu ändern, wobei die Ladungsänderungseinrichtung eine Quelle (30, 41, 52) geladener Teilchen, die die gleiche Polarität wie die geladenen Teilchen aufweisen, die von der Probe (S) emittiert worden sind, und eine Felderzeugungseinrichtung umfaßt, damit geladene Teilchen von der Quelle (30, 41, 52) geladener Teilchen einem elektrischen Feld ausgesetzt werden, das im wesentlichen quer zu der optischen Achse (X-X) des magnetischen Abbildungsfeldes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Wirkung des elektrischen Feldes und des magnetischen Abbildungsfeldes so ist, daß bewirkt wird, daß geladene Teilchen von der Quelle (30, 41, 42) geladener Teilchen in Richtung zu der genannten optischen Achse (X-X) in einer zu dem elektrischen Feld querverlaufenden Richtung driften, wodurch die geladenen Teilchen durch das magnetische Abbildungsfeld auf die Probe (S) geführt werden, um die Ladung auf der Probe (S) abzuändern.

10. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei die Quelle (30, 41) geladener Teilchen ein geheizter Glühfaden ist.

11. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 10 beansprucht, wobei die Felderzeugungseinrichtung den geheizten Glühfaden (30) umfaßt.

12. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei der geheizte Glühfaden (30) halbkreisförmig und zu der optischen Achse (X-X) des magnetischen Abbildungsfeldes zentriert ist.

13. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 11 oder Anspruch 12 beansprucht, wobei die Felderzeugungseinrichtung auch ein Paar gleichvorgespannter Elektrodenplatten (40, 40'; 50, 50') umfaßt.

14. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei die Felderzeugungseinrichtung (40, 40; 50, 50') unabhängig von der Quelle geladener Teilchen ist.

15. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 14 beansprucht, wobei die Quelle geladener Teilchen ein geheizter Glühfaden (41) ist und die Felderzeugungseinrichtung eine Elektrodeneinrichtung (40, 40) umfaßt.

16. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 14 beansprucht, wobei die Felderzeugungseinrichtung eine Elektrodeneinrichtung (50, 50') umfaßt und die Quelle geladener Teilchen eine Quelle (51) ionisierender Strahlung umfaßt, die angeordnet ist, Strahlung auf die Elektrodeneinrichtung (50, 50') zu richten, damit geladene Teilchen veranlaßt werden, von ihr emittiert zu werden.

17. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 16 beansprucht, wobei die Quelle (51) ionisierender Strahlung eine Quelle ultravioletter Strahlung ist.

18. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei die magnetische Linse (21) eine Linse vom Schnorchel-Typ ist.

19. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, in der Form eines Geräts zur Elektronenenergieanalyse.

20. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 19 beansprucht, in der Form eines Photoelektronen-Spektrometers.

21. Ein Gerät zur Energieanalyse geladener Teilchen, wie in Anspruch 19 beansprucht, in der Form eines Photoelektronen-Mikroskops.