EP0004065A2 - Einrichtung zur Fokussierung und Analyse eines geladenen Korpuskularstrahls - Google Patents

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EP0004065A2
EP0004065A2 EP79100669A EP79100669A EP0004065A2 EP 0004065 A2 EP0004065 A2 EP 0004065A2 EP 79100669 A EP79100669 A EP 79100669A EP 79100669 A EP79100669 A EP 79100669A EP 0004065 A2 EP0004065 A2 EP 0004065A2
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EP
European Patent Office
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lens
sector
electrostatic
energy
field lens
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EP79100669A
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EP0004065B1 (de
EP0004065A3 (en
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Friedrich Prof.Dr. Rüdenauer
Wolfgang Dr. Steiger
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Oesterreichisches Forschungszentrum Seibersdorf GmbH
Original Assignee
Oesterreichisches Forschungszentrum Seibersdorf GmbH
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Publication of EP0004065A3 publication Critical patent/EP0004065A3/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
    • H01J49/067—Ion lenses, apertures, skimmers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/022—Circuit arrangements, e.g. for generating deviation currents or voltages ; Components associated with high voltage supply
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/44—Energy spectrometers, e.g. alpha-, beta-spectrometers
    • H01J49/46—Static spectrometers
    • H01J49/48—Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter

Definitions

  • the invention relates to a device for focusing and analyzing a charged corpuscular beam, in particular a secondary ion beam, and to a method for operating the same, the electrical potentials being controlled as a function of the desired energy and energy sharpness of the selected corpuscular beam.
  • An electron energy spectrometer is already known in which the electron beam is focused with an electrostatic focusing lens, an entrance aperture, a sector field lens with spherical sector electrodes, an exit aperture and is then fed to a detector.
  • Such an arrangement requires a relatively large amount of space.
  • the manufacture of the sector field lens with a spherical sector electrode is extremely difficult and complex and only allows a corresponding focusing if the spherical surfaces have been specially machined.
  • the sector field lenses with cylindrical electrodes require two correction plates for their precise function, which, like the cylindrical electrodes, must also be polarized. This means that a further voltage supply must be provided here.
  • the aim of the invention is to provide a device and a method for operating the same which avoids the disadvantages mentioned above.
  • the device according to the invention for focusing and analyzing a charged corpuscular beam, in particular a secondary ion beam, with at least one, optionally two electrostatic focusing lenses, an entrance aperture, an electrostatic sector field lens and an exit aperture and a detector being arranged in the direction of the beam path, consists essentially in: that an electrostatic projection lens with at least two, preferably three, electrically polarizable apertures, the openings of which lie on one axis, an exit aperture and an electrostatic correction lens with at least one electrically polarizable aperture, and the detector are arranged after the sector field lens.
  • an electrostatic projection lens with at least two, preferably three, electrically polarizable apertures, the openings of which lie on one axis, an exit aperture and an electrostatic correction lens with at least one electrically polarizable aperture, and the detector are arranged after the sector field lens.
  • a stigmatically focusing sector field lens is used as the sector field lens, which has concentric negative or positive polarizable sector electrodes with a cylindrical curvature and two correction plates.
  • the arrangement of such a lens makes it particularly easy to take into account geometric changes in the system by controlling the potential of the correction plates, while at the same time being particularly simple. Production of the device according to the invention is made possible.
  • inlet and outlet orifices are arranged interchangeably, a particularly high degree of adaptation to the various experimental requirements can be achieved, since particles with a larger range of the initial velocity and with a different energy bandpass can be fed to the analysis, with the maximum particle flow transmission being achieved in the respectively defined range can be.
  • the disturbances of the particle paths when entering and exiting the sector lens are kept to a minimum.
  • the projection lens has at least two, preferably three diaphragms, with two diaphragms the first looking in the direction of the beam path and with three diaphragms the middle opening being larger, e.g. has a circular or slit shape than the adjacent diaphragms that are electrically insulated from it, the transmission of this lens is higher, with three diaphragms no longer being able to influence the mode of operation of the projection lens by the sector field lens.
  • the sample to be examined can be kept particularly easily at ground potential, with no loss of energy sharpness in the charged particles to be detected and the focusing and positioning of the primary beam emerging from the primary beam source on the sample is particularly simple and also the simultaneous detection of positive and negative particles of the secondary particles emitted by the sample, e.g. is possible in two identical arrangements according to the invention.
  • the potential of the electrostatic correction lens is set to a value of. where Eo has the meaning given above and. h 4 represents an empirical constant. Optimal bundling of the beam can thus be achieved, as a result of which a maximum proportion of the particles to be detected are detected in the detector can.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an ion microsensor and FIG. 2 shows a block diagram for the voltage supply of the optics and the detector.
  • the ion microanalyser shown in Fig. 1 has an ion emitting unit 1 which is made up of an ion source, e.g. a duoplasmatron, an objective lens and deflection plates for deflecting the ion beam on the surface of the sample 2 to be examined can be constructed.
  • an ion source e.g. a duoplasmatron
  • an objective lens and deflection plates for deflecting the ion beam on the surface of the sample 2 to be examined can be constructed.
  • the direction of the primary ion beam and secondary ion beam is shown by arrows a and b, the exact course being shown by a dash-dotted line.
  • there is one Sector field lens 6 is arranged, which has 2 concentric cylindrical electrodes 7 and 8 and two correction plates 9 and 10.
  • the distance between the sector electrodes with a cylindrical curvature is greater than the diameter of the circular opening of the first diaphragm 12 of the projection lens 11 viewed in the direction of the beam path b.
  • the projection lens 11 has three diaphragms 12, 13 and 14 which exit from the sector lens 6 Ion beam focused on the interchangeable exit aperture 15. All other ions are blocked by the exit aperture.
  • a correction lens 16 is arranged between the exchangeable exit aperture 15 and the detector 17.
  • the detector is a quadrupole mass spectrometer and analyzes the ions emerging from the exit aperture 15 and the correction lens 16 in accordance with their E atomic weight.
  • an electron multiplier could be used as a detector, for example, as used for the Er. generation of material contrasts in raster electronic images is common.
  • the sector field lens 6 selects a sharp area from secondary ions with an energy between Eo - and Eo + , whereby an initial energy between 0 eV and 3oo eV and an energy band pass between 1 eV and 5o eV is usually selected. If the device is to be made particularly compact, the secondary ion beam emerges from the sector lens in a divergent manner. In the projection lens 11, this divergent beam is then converted into a convergent beam, so that ions between the above-mentioned energy areas can pass through the opening into the exit aperture 15 and reach the detector 17. Ions of all other energies are retained by the exit aperture 15.
  • FIG. 2 The schematic block diagram shown in Fig. 2 shows the control of the various potentials for lenses and diaphragms.
  • A, B and C are variable voltage sources that can be reversed and in which Eo, ⁇ E and the apparatus constant ⁇ for the quadrupole can be set.
  • the power supply of the focusing lenses 3 and 4 takes place via the amplifier units V 1 and V 2 , and the amplifiers can be adjusted via the potentiometers P 1 and P 2 so that the potentials of the focusing lenses 3 and 4 can be set according to equations 1 and 2.
  • the constants k 1 and k 2 are chosen so that the maximum current of the secondary ions from sample 2 reaches the detector. Once these constants have been determined, they remain valid for all values of Eo.
  • the sector field lens has a triple supply of voltage, the voltage depending on Eo and ⁇ E.
  • the amplifier units V 3 and V 5 each supply the cylindrically curved sector electrodes, the amplifiers and the potentiometers P 3 and P 5 being set such that the voltage f for the sector field electrodes can be maintained as follows. where h 1 and h 2 are empirical constants chosen in this way must that a maximum of the corresponding ions get into the detector with selected energy and energy sharpness.
  • the potential of the correction plates 9 and 10 of the sector field lens is controlled via the amplifier unit V 4 and potentiometer P 4 so that it lies between U + and U - .
  • the potential is chosen exactly so that in particular a bundling of the ion beam is achieved in the vertical direction going to the drawing.
  • the correction plates have a different potential.
  • the potential of the central diaphragm 13 of the projection lens 11 is regulated via the amplifier unit V 6 and potentiometer P 6 so that a voltage of U P according to equation 5 is maintained.
  • h 3 is an empirically determined constant which must be chosen so that the projection lens focuses the ion beam emerging from the sector lens onto the exit aperture
  • the power supply to the inlet and outlet diaphragm is carried out by the amplifier unit V 7 and potentiometer P 7 .
  • the regulation takes place in such a way that a potential of U B is maintained, U B having to lie exactly between U + and U.
  • the correction lens is also supplied with voltage via an amplifier unit, namely V 8 and potentiometer P 8 , a voltage of U K being maintained according to the following equation.
  • h 4 is an empirical constant which must be selected so that the most favorable solid angle for the ion beam is achieved for a given detector. This solid angle differs from detector to detector and must also be determined empirically.
  • the quadrupole is supplied with voltage via amplifier unit V 9 and potentiometer P 9 so that the quadrupole axis receives the following voltage.
  • ⁇ represents a constant of the quadrupole, which has to be determined empirically, where ⁇ has to be chosen such that a maximum mass resolution of the quadrupole is given for a desired energy Eo and energy width ⁇ E.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fokussierung und zur Analyse eines geladenen Korpuskularstrahls, die zumindest eine elektrostatische Fokussierungslinse, eine Eintrittsblende, eine elektrostatische Sektorfeldlinse, eine Austrittsblende und einen Detektor aufweist, besteht im wesentlichen darin, daß nach der Sektorfeldlinse eine elektrostatische Projektionslinse mit zumindest zwei, vorzugsweise drei elektrisch polarisierbaren Blenden, deren Öffnungen auf einer Achse liegen, eine Austrittsblende und eine elektrostatische Korrekturlinse mit zumindest einer elektrisch polarisierbaren Blende sowie der Detektor angeordnet sind. Eine derartige Einrichtung kann die Fokussierung des Korpuskularstrahls und damit auch dessen Analyse auf einen wesentlich geringeren Raumbedarf beschränken. Beim Verfahren der Erfindung wird das Potential der ersten in Richtung des Strahls gesehenen Blende bei zwei Blenden und der mittleren Blende bei drei Blenden der Projektionslinse auf einen Wert von Up = Eo - h3ΔE, wobei Eo der Anfangsenergie der Teilchen im Korpuskularstrahl vor dem Detektor und ΔE dem Energiebandpass entspricht und h3 eine empirische Konstante ist, gehalten. Dadurch können mit nur zwei Steuerspannungen sämtliche erwünschten Potentiale eingestellt werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Fokussierung und zur Analyse eines geladenen Korpuskularstrahls, insbesondere eines Sekundärionenstrahls und auf ein Verfahren zum Betrieb derselben, wobei die elektrischen Potentiale in Abhängigkeit von der erwünschten Energie und Energieschärfe des selektierten Korpuskularstrahls gesteuert werden.
  • Es ist bereits ein Elektronenenergigspektrometer bekannt geworder bei dem der Elektronenstrahl mit einer elektrostatischen Fokussierungslinse, einer Eintrittsblende, einer Sektorfeldlinse mit kugelförmigen Sektorelektroden, einer Austrittsblende fokussiert wird und darauf einem Detektor zugeführt wird. Eine derartige An ordnung bedingt einen relativ großen Platzaufwand. Weiters ist d Herstellung der Sektorfeldlinse mit kugelförmigen Sektorelektrod ausgesprochen schwierig und aufwendig und erlaubt nur dann eine entsprechende Fokussierung, wenn die sphärischen Flächen besonde genau bearbeitet sind.
  • Bei.einem Verfahren zum Betrieb der obenangeführten Einrichtung ist es bereits bekannt geworden, daß lediglich über zwei Einste größen, und zwar die erwünschte Energie der Elektronen und dere Energieschärfe, eine Steuerung-der Potentiale sowohl der elektr statischen Linsen und der Ein- und Austrittsblende, erfolgt, sc daß in den Detektor lediglich Elektronen mit vorbestimmter Ener und Energieschärfe eintreten. Der Nachteil bei diesem Verfahrei ist, daß die Steuerung über eine kugelförmige Sektorfeldlinse erfolgt, die besonders hohe Ansprüche an die Fertigungsgenauig.
  • keit stellt. Wird diese nicht eingehalten, so kann die entsprechende Fokussierung durch Potentialveränderungen nicht alleine erreicht werden, sondern es müssen auch Nachjustierungen der gesamten Anordnung durchgeführt werden.
  • Die Sektorfeldlinsen mit zylindrischen Elektroden benötigen zu ihrer genauen Funktion zwei Korrekturplatten, die ebenfalls, so wie die zylindrischen Elektroden polarisiert werden müssen. Das heißt, daß hier eine weitere Spannungsversorgung vorgesehen werden muß.
  • Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Betrieb derselben zu schaffen, die die obenangeführten Nachteile vermeidet.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Fokussierung und zur Analyse eines geladenen Korpuskularstrahls, insbesondere eines Sekundärionenstrahls, wobei in Richtung des Strahlengangs, zumindest eine, gegebenenfalls zwei elektrostatische Fokussierungslinsen, eine Eintrittsblende, eine elektrostatische Sektorfeldlinse und eine Austrittsblende und ein Detektor angeordnet sind, besteht im wesentlichen darin, daß nach der Sektorfeldlinse eine elektrostatische Projektionslinse mit zumindest zwei, vorzugsweise drei elektrisch polarisierbaren Blenden, deren öffnungen auf einer Achse liegen, eine Austrittsblende und eine elektrostatische Korrekturlinse mit zumindest einer elektrisch polarisierbaren Blende sowie der Detektor angeordnet sind. Eine derartige Einrichtung kann die Fokussierung des Korpuskularstrahls und damit auch dessen Analyse auf einen wesentlich geringeren Raumbedarf beschränken.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird als Sektorfeldlinse eine stigmatisch fokussierende Sektorfeldlinse verwendet, die konzentrische negativ bzw. positiv polarisierbare Sektorelektroden mit zylindrischer Krümmung und zwei Korrekturplatten aufweist. Durch die Anordnung einer derartigen Linse können geometrische Änderungen des Systems durch Steuerung des Potentials der Korrekturplatten besonders leicht berücksichtigt werden, wobei gleichzeitig eine besonders einfache. Herstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung ermöglicht wird.
  • Sind die Eintritts- und Austrittsblende auswechselbar angeordnet, so ist eine besonders hohe Anpassungsmöglichkeit an die verschiedenen experimentellen Erfordernisse erreichbar, da Teilchen mit einem größeren Bereich der Anfangsgeschwindigkeit und mit einem verschiedenen Energiebandpass der Analyse zugeführt werden können wobei in den jeweils festgelegten Bereich die maximale Teilchenstromtransmission erreicht werden kann.
  • Ist der Abstand der Sektorelektroden mit zylindrischer Krümmung voneinander größer als der Durchmesser der kreisförmigen öffnun bzw. die Spaltbreite der in Richtung des Strahlengangs gesehenen ersten Blend Projektionslinse, so sind die Störungen der Teilchenbahnen beim Ein- und Austritt aus der Sektorlinse auf ein Minimum gehalten.
  • Weist die Projektionslinse zumindest zwei, vorzugsweise drei Blenden auf, wobei bei zwei Blenden die erste in Richtung des Strahlengangs gesehen und bei drei Blenden die mittlere eine größere öffnung z.B. kreis- oder spaltförmig aufweist als die von ihr elektrisch isolierten benachbarten Blenden, so ist die Transmission dieser Linse höher, wobei mit drei Blenden eine Beeinflussung der Wirkungsweise der Projektionslinse durch die Sektorfeldlinse nicht mehr gegeben sein kann.
  • Wird als Detektor ein Quadrupol eingesetzt, so kann die zu untersuchende Probe besonders leicht auf Erdpotential gehalten werden, wobei keine Einbuße an Energieschärfe bei den nachzuweisenden geladenen Teilchen bedingt wird und die Fokussierung und Positionierung des aus der Primärstrahlquelle austretenden Primärstrahls auf die Probe besonders einfach ist und auch der simultane Nachweis von positiven und negativen Teilchen der von der Probe ausgesandten Sekundärteilchen, z.B. in zwei identen erfindungsgemäßen Anordnungen möglich wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der Einrichtung, wobei die elektrischen Potentiale der Eintrittsblende und der Austrittsblende, die dasselbe Potential aufweisen, das dem mittleren Potential der elektrostatischen Sektorfeldlinse entspricht, der elektrostatischen Fokussierungslinse und der Sektorfeldlinse in Abhängigkeit von der erwünschten Energie und Energieschärfe des selektierten Korpuskularstrahls gesteuert werden und die Potentiale der Sektorfeldlinse und der Fokussierungslinse proportional der erwünschten Energie des Korpuskularstrahls gehalten werden und die erwünschte Energie und Energieschärfe durch zwei Steuerspannungen, die die Potentiale der Blenden und der Linsen steuern, geregelt werden, besteht im wesentlichen darin, daß das Potential der ersten in Richtung des Strahls gesehenen Blende bei zwei Blenden und der mittleren Blende bei drei Blenden der Projektionslinse auf einen Wert von
    Figure imgb0001
    wobei Eo der Anfangsenergie der Teilchen im Korpuskularstrahl vor dem Detektor und ΔE dem Energiebandpass entspricht und h3 eine empirische Konstante ist,gehalten wird. Durch eine derartige Vorgangsweise wird erreicht, daß lediglich durch zwei Steuerspannungen sämtliche erwünschten Potentiale eingestellt werden, so daß eine besonders einfache Bedienung der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich ist, wobei gleichzeitig eine weitestgehende Automatisierung bei einer besonders kompakten Anordnung durchgeführt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Potential der elektrostatischen Korrekturlinse auf eine Wert von.
    Figure imgb0002
    wobei Eo die obenangeführte Bedeutung hat und.h4 eine empirische Konstante darstellt, gehalten . Damit kann eine optimale Bündelung des Strahls erreicht werden, wodurch im Detektor ein maximaler Anteil der nachzuweisenden Teilchen erfaßt werden kann.
  • Werden die zylindrisch gekrümmten Sektorelektroden der Sektorfeldlinse auf Potentiale, die den Wert
    Figure imgb0003
    bzw. für die andere Sektorelektrode U- = Eo - h2ΔE entsprechen und das der Korrekturplatten zwischen U+ und U- gehalten, so wird es auch möglich die Steuerung einer Sektorfeldlinse mit zylindrischen Elektroden durchzuführen.
  • Wird die Quadrupolachse auf ein Potential von Uq = Eo - δ gehalten, wobei Eo die bereits angeführte Bedeutung hat und δeine Konstante des Quadrupols ist, so kann dadurch ein optimaler Nachweis der Sekundärteilchen erreicht werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ionenmikrosonde und in Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Spannungsversorgung der Optik und des Detektors gezeigt.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Ionenmikroanalysator weist eine ionenemittierende Einheit 1 auf, die aus einer Ionenquelle, z.B. einem Duoplasmatron , einer Objektivlinse und Ablenkplatten zur Ablenkung des Ionenstrahls auf der Oberfläche der zu untersuchenden Probe 2 gibt, aufgebaut sein kann.
  • Die Richtung des Primärionenstrahls und Sekundärionenstrahls ist durch die Pfeile a und b gezeigt, wobei der genaue Verlauf durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Die von der auf Erdpotential befindlichen Probe 2 emittierten Ionen gelangen zu den elektrostatischen Fokussierungslinsen 3 und 4, die als zylindrische Rohre aufgebaut sind und diese fokussieren bevorzugt alle jene Ionen, die die Energie Eo aufweisen auf die Öffnung der austauschbaren Eintrittsblende 5. Nach dieser ist eine Sektorfeldlinse 6 angeordnet, die 2 konzentrische zylindrische Elektroden 7 und 8 und zwei Korrekturplatten 9 und 1o aufweist. Der Abstand der Sektorelektroden mit zylindrischer Krümmung voneinander ist größer als der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung der in Richtung des Strahlengangs b gesehenen ersten Blende 12 der Projektionslinse 11. Die Projektionslinse 11 weist drei Blenden 12, 13 und 14 auf, die den aus der Sektorlinse 6 austretenden Ionenstrahl auf die austauschbare Austrittsblende 15 fokussiert. Alle anderen Ionen werden durch die Austrittsblende abgeblendet. Eine Korrekturlinse 16 ist zwischen der austauschbaren Austrittsblende 15 und dem Detektor 17 angeordnet. Der Detektor ist ein Quadrupolmassenspektrometer und analysiert die aus der Austrittsblende 15 und der Korrekturlinse 16 austretenden Ionen entsprechend ihrE Atomgewicht. Bei einer anderen Anordnung könnte z.B. als Detekto: ein Elektronenvervielfacher verwendet werden, wie es z.B. zur Er. zeugung von Materialkontrasten in rasterelektronischen Bildern üblich ist.
  • Die Sektorfeldlinse 6 wählt einen scharfen Bereich von Sekundärionen mit einer Energie zwischen Eo -
    Figure imgb0004
     und Eo +
    Figure imgb0005
     aus, wobei üblicherweise eine Anfangsenergie zwischenO eV und 3oo eV und ein Energiebandpass zwischen 1 eV und 5o eV gewählt wird. Soll die Einrichtung besonders kompakt ausgestaltet werden, so tritt der Sekundärionenstrahl aus der Sektorlinse divergierend aus. In der Prpjektionslinse 11 wird sodann aus diesem divergenten Strahlbündel ein konvergentes Strahlenbündel, so daß Ionen zwischen den obenangeführten Energiebereichen durch die öffnung in die Austrittsblende 15 treten können und zum Detektor 17 gelangen. Ionen aller anderen Energien werden von der Austrittsblende 15 zurückgehalten.
  • Für ein Quadrupol ist es für eine maximale Massentrennung erforderlich, daß die eintretenden Ionen innerhalb eines bestimmten Raumwinkelbereiches liegen und daß diese Ionen dasselbe mit einer optimalen im allgemeinen von Eo verschiedenen Energie durchlaufen. Die letztgenannte Energie wird dadurch eingestellt, daß die Quadru- polachse auf ein Potential von Uq = Eo -δgelegt wird.Der für das Quadrupol erwünschte Raumwinkelbereich der eintretenden Ionen stimmt im allgemeinen mit dem Raumwinkelbereich der aus der Austrittsblende 15 austretenden Ionen nicht überein. Die erforderliche Raumwinkelkorrektur wird durch ein Potential, das proportional Eo ist erreicht.
  • Das in Fig. 2 dargestellte schematische Blockschaltbild zeigt.die Steuerung der verschiedenen Potentiale für Linsen und Blenden.
  • A, B und C sind variable Spannungsquellen, die umpolbar sind und in welchen Eo,ΔE sowie die Apparatkonstante δfür das Quadrupol eingestellt werden können. Die Spannungsversorgung der Fokussierungslinsen 3 und 4 erfolgt über die Verstärkereinheiten V1 und V2, wobei über die Potentiometer P1 und P2 die Verstärker so eingestellt werden können, daß die Potentiale der Fokussierungslinsen 3 und 4 gemäß der Gleichungen 1 und 2 einstellbar sind.
    Figure imgb0006
    Figure imgb0007
  • Die Konstanten k1 und k2 werden so gewählt, daß der maximale Strom der Sekundärionen von der Probe 2 in den Detektor gelangt. Sind diese Konstanten einmal bestimmt, so behalten sie für sämtliche Werte von Eo ihre Gültigkeit.
  • Die Sektorfeldlinse weist eine dreifache Versorgung mit Spannun auf, wobei die Spannung jeweils von Eo undΔE abhängig ist. Die Verstärkereinheiten V3 und V5 versorgen jeweils die zylindrisch gekrümmten Sektorelektroden, wobei die Verstärker und die Potentiometer P3 und P5 so eingestellt werden, daß die Spannung f die Sektorfeldelektroden wie folgt eingehalten werden kann.
    Figure imgb0008
    Figure imgb0009
    wobei h1 und h2 empirische Konstanten sind, die so gewählt wer müssen, daß bei gewählter Energie und Energieschärfe ein Maximum der entsprechenden Ionen in den Detektor gelangen.
  • Das Potential der Korrekturplatten 9 und 1o der Sektorfeldlinse wird über die Verstärkereinheit V4 und Potentiometer P4 so gesteuert, daßes zwischen U+ und U- liegt. Das Potential wird genau so gewählt, daß insbesondere eine Bündelung des Ionenstrahls in der zur Zeichnung gehenden senkrechten Richtung erreicht wird.
  • Ist die Sektorfeldlinse unsymmetrisch gebaut, so weisen die Korrekturplatten ein unterschiedliches Potential auf.
  • Das Potential der mittleren Blende 13 der Projektionslinse 11 wird über die Verstärkereinheit V6 und Potentiometer P6 so geregelt, daß eine Spannung von UP gemäß Gleichung 5 eingehalten wird.
    Figure imgb0010
    wobei h3 eine empirisch zu bestimmende Konstante ist, die so gewählt werden muß., daß die Projektionslinse den aus der Sektorlinse austretenden Ionenstrahl auf die Austrittsblende fokussier
  • Durch die Verstärkereinheit V7 und Potentiometer P7 wird die Spannungsversorgung der Eintritts- und Austrittsblende durchgeführt. Die Regelung erfolgt so, daß ein Potential von UB eingehalten wird, wobei UB genau zwischen U+ und U zu liegen hat.
  • Die Spannungsversorgung der Korrekturlinse erfolgt ebenfalls über eine Verstärkereinheit, und zwar V8 und Potentiometer P8, wobei eine Spannung von UK, gemäß nachfolgender Gleichung eingehalten ist.
    Figure imgb0011
    wobei h4 eine empirische Konstante ist, die so gewählt werden muß, daß für einen gegebenen Detektor der entsprechend günstigste Raumwinkel für den Ionenstrahl erreicht wird. Dieser Raumwinkel ist von Detektor zu Detektor unterschiedlich und muß ebenfalls empirisch bestimmt werden.
  • Die Spannungsversorgung des Quadrupols erfolgt über Verstärkereinheit V9 und Potentiometer P9 so, daß die Quadrupolachse folgende Spannung erhält.
    Figure imgb0012
    wobei δ eine Konstante des Quadrupols darstellt, die empirisch bestimmt werden muß, wobei δ so gewählt werden muß, daß für eine gewünschte Energie Eo und Energiebreite Δ E eine maximale Massenauflösung des Quadrupols gegeben ist.
  • Die angeführten Konstanten sind, wenn einmal bestimmt, für alle Werte von Eo und Δ E gültig.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Fokussierung und zur Analyse eines geladenen Korpuskularstrahls, insbesondere eines Sekundärionenstrahls, wobei in Richtung des Strahlengangs zumindest eine, gegebenenfalls zwei, elektrostatische Fokussierungslinsen, eine Eintrittsblende, eine elektrostatische Sektorfeldlinse und eine Austrittsblende und ein Detektor angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Sektorfeldlinse (6) eine elektrostatische Projektionslinse (11) mit zumindest zwei, vorzugsweise drei Blenden, deren Öffnungen auf einer Achse liegen, eine Austrittsblende (15) und eine elektrostatische Korrekturlinse (16), sowie der Detektor (17) angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektorfeldlinse(6) eine stigmatisch fokussierende Sektorfeldlinse ist, die konzentrische negativ bzw. positiv polarisierbare Sektorelektroden (7,8) mit zylindrischer Krümmung und zwei Korrekturplatten (9, 10) aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts-(5) und Austrittsblende (15) auswechselbar angeordnet sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Sektorelektroden (7, 8) mit zylindrischer Krümmung voneinander größer ist als der Durchmesser der kreisförmigen öffnung bzw. der Spaltbreite der in Richtung des Strahlengangs gesehenen ersten Blende (12)der Projektionslinse (11).
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Projektionslinse (11) die zumindest zwei, vorzugsweise drei Blenden aufweist, bei zwei Blenden die erste in Richtung des Strahlenganges gesehen und bei drei Blenden die mittlere (13) eine größere öffnung aufweist als die von ihr elektrisch isolierten benachbarten Blenden (12, 14).
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (17) ein Quadrupolspektrometer ist
7. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektrischen Potentiale der Eintrittsblende, der Austrittsblende, die dasselbe Potential aufweisen, das dem mittleren Potential der elektrostatischen Sektorfeldlinse entspricht, der elektrostatischen Fokussierungslinsen und der Sektorfeldlinse in Abhängigkeit von der erwünschten Energie und Energieschärfe des selektierten Korpuskularstrahls gesteuert werden, wobei die Potentiale der Sektorfeldlinse und der Fokussierungslinse proportional der erwünschten Energie des Korpuskularstrahls gehalten werden und die erwünschte Energie und Energieschärfe durch zwei Steuerspannungen, die die Potentiale der Blenden und der Linsen steuern, geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der ersten in Richtung des Strahls gesehenen Blende bei zwei Blenden und der mittleren Blende bei drei Blenden der Projektionslinse auf einen Wert von UP = Eo - h3 ΔE, wobei E die Anfangsenergie der Teilchen im Korpuskularstrahl vor der Einrichtung undΔE dem Energiebandpass entspricht und h3 eine empirische Konstante ist, gehalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Po- 'tential der elektrostatischen Korrekturlinse auf einen Wert von Uk = h4 . Eo , wobei Eo der Anfangsenergie der Teilchen entspricht und h4 eine empirische Konstante darstellt, gehalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrisch gekrümmten'Sektorelektroden der Sektorfeldlinse auf Potentiale gehalten werden, das den Werten U+ = Eo + h1 . ΔE bzw für die andere Sektorelektrode U- = Eo - h2 ΔE entspricht, wobei Eo und Δ E die in Anspruch 7 angeführte Bedeutung haben und h1 und h 2 empirische Konstanten darstellen und das Potential der Korrekturplatten zwischen U+ und U_ gehalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung des Quadrupolspektrometers so erfolgt, daß die Quadrupolachse ein Potential von Uq = Eo -δ, wobei Eo die in Anspruch 7 angeführte Bedeutung hat und δ eine Konstante des Quadrupolspektrometers ist, gehalten wird.
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