FR2532111A1

FR2532111A1 - Lentille d'emission et d'objectif electrostatique combinee

Info

Publication number: FR2532111A1
Application number: FR8313484A
Authority: FR
Inventors: Helmut Liebl; Liebl Helmut
Original assignee: Max Planck Forderung Wss; Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Forderung Wss; Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1984-02-24
Also published as: FR2532111B1; GB8322328D0; GB2128396B; DE3231036A1; DE3231036C2; JPS5958749A; JPH0441462B2; GB2128396A; US4551599A

Abstract

LENTILLE D'EMISSION ET D'OBJECTIF COMBINEE NOTAMMENT POUR UNE SONDE A MICROFAISCEAU POUR LA SPECTROSCOPIE DE MASSE PAR IONS SECONDAIRES. UN PREMIER AGENCEMENT D'ELECTRODE VOISIN DE L'ECHANTILLON P COMPORTE UNE PREMIERE LENTILLE B; SON POTENTIEL EST TEL QUE LE CHAMP ELECTRIQUE ENTRE LA LENTILLE ET L'ECHANTILLON EST EGAL AU MOINS A 40 DU CHAMP DE CLAQUAGE SOUS VIDE. IL COMPORTE UNE SECONDE ELECTRODE B DISPOSEE DU COTE DE LA PREMIERE ELECTRODE OPPOSE A L'ECHANTILLON; CETTE ELECTRODE EST AU POTENTIEL V PAR RAPPORT A LA SURFACE DE L'ECHANTILLON. LES DISTANCES D, D ET LES POTENTIELS V, V SONT TELS QUE LE FAISCEAU PRIMAIRE ACCELERE PAR UNE TENSION V EST FOCALISE SUR UNE PETITE ZONE PF.

Description

1 e 225321 11 Lentille d'émission et d'objectif électrostatique combinée

L'invention concerne une lentille d'émission et d'objectif électrostatique combinée pour un appareil

d'optique des particules, tel qu'une sonde à micro-

faisceau pour la spectroscopie de masse par ions secon-

daires (SIMS), comportant un système d'électrodes res-

pectivement couplées à une source de-potentiel, lequel,

en coopération avec une surface d'échantillon conduc-

trice, focalise un faisceau de rayons primaires sur une petite zone de la surface d'échantillon et collimate les particules secondaires émises par cette petite zone pour former un faisceau de rayons secondaires, qui

quitte le système d'électrodes dans une direction sen-

siblement opposée au faisceau de rayons primaires.

Les procédés pour examiner des surfaces de corps et des corps solides à l'aide de particules chargées (électrons, ions) prennent de plus enplus d'importance, notamment dans les domaines de l'étude des matériaux, de la métallographie, de la physique des solides, de la technologie des semiconducteurs, de la géochimie, de la biochimie et de la protection

de l'envrionnement.

Un de ces procédés est la spectroscopie de masse par ions secondaires (SIMS) qui se caractérise par une sensibilité particulièrement grande, une possibilité d'utilisation sur tous les éléments avec séparation simultanée des isotopes, et la possibilité

d'une microanalyse.

Lorsqu'on examine une zone de surface d'un -échantillon étroitement délimitée (microanalyse) par la spectroscopie de masse par ions secondaires, un rayon primaire est finement focalisé sur la surface de l'échantillon au moyen d'une lentille d'objectif électrostatique Il s'avère que pour obtenir le plus petit diamètre possible de rayon primaire, en même temps qu'une densité de courant élevée, des agencements dans lesquels les ions secondaires produits sont sortis

vers l'arrière par la lentille d'objectif, sont parti-

culièrement avantageux Une sonde à microfaisceau de ce type est connue d'après le brevet allemand 22 23 367. La sonde à microfaisceau connue mentionnée ci-dessus contient un objectif muni de deux lentilles électrostatiques de courte distance focale, ayant une forme de révolution et montées l'une derrière l'autre,

ainsi qu'un sténopé disposé entre celles-ci Les len-

tilles et la surface à examiner sont disposées et dimensionnées par rapport à l'énergie du faisceau de rayons primaires de telle sorte que le faisceau de

rayons primaires soit focalisé sur la zone de l'échan-

tillon par l'action combinée des champs électriques des deux lentilles; le sténopé agit comme diaphragme d'ouverture sur le faisceau de rayons primaires et simultanément, les particules secondaires produites dans la zone de l'échantillon sont focalisées par la

lentille formée par les électrodes de la seconde len-

tille et par la surface conductrice, dans l'orifice du sténopé Entre la source de rayons primaires et l'objectif est placé un agencement pour produire un champ de déviation qui sépare le faisceau de rayons primaires et le faisceau de rayons secondaires en

raison des énergies différentes de ces faisceaux.

Dans cette sonde à microfaisceau, la lentille élec-

trostatique voisine de la surface d'échantillon doit avoir une courte distance focale de sorte qu'avec la

construction connue, seuls des champs de faible inten-

sité sont autorisés sur la surface de l'échantillon.

Ceci est un inconvénient, étant donné qu'avec une lentille d'émission électrostatique, le diamètre

virtuel (apparent) d'un point émetteur est proportion-

nel au quotient de l'énergie initiale des particules

secondaires par l'intensité de champ à la surface.

Plus l'intensité de champ à la surface est grandes meilleure est l'émittance du faisceau de rayons secondaires, c'est-à-dire le produit du diamètre virtuel par l'angle d'ouverture du faisceau de rayons secondaires partant de ce point. Certes, on connaît d'après le brevet allemand 28 42 527 une lentille d'émission électrostatique dans

laquelle l'intensité de champ à la surface de l'échan-

tillon n'est pratiquement limitée que par l'intensité de champ de claquage de l'intervalle entre la surface de l'échantillon et l'électrode de lentille qui lui fait suite Cette lentille d'émission connue n'est toutefois pas utilisée comme lentille d'objectif pour focaliser le rayon primaire; -celui-ci est au contraire

introduit latéralement par des perforations supplémen-

taires des électrodes en faisant un angle relativement

grand avec l'axe de la lentille d'émission.

L'inconvénient essentiel des lentilles men-

tionnées ci-dessus est que les particules primaires et les particules secondaires doivent avoir des charges

de signe opposé.

Le but de la présente invention est de procu-

rer une lentille d'objectif et d'émission électrosta-

tique combinée qui convienne pour les particules pri-

maires et secondaires ayant des charges de même signe

et qui permette aussi bien de focaliser finement le.

rayon primaire sur la surface de l'échantillon que de concentrer et de faire sortir les ions secondaires produits, une faible émittance optimale du faisceau secondaire étant assurée par une intensité de champ maximale qui n'est limitée pratiquement que par la résistance au claquage de l'intervalle se raccordant

à la surface de l'échantillon.

Ce but est atteint par une lentille élèc-

trostatique d'objectif et d'émission combinée, carac-

térisée par la combinaison a) d'un premier agencement d'électrodes voisin de la surface de l'échantillon, comportant une première électrode (Bi), qui est située directement face à la surface de l'échantillon (PO) à une distance prédéterminée et a un potentiel (V 1) tel que l'intensité du champ électrique entre elle et la surface de l'échantillon correspond au moins à environ 40 % de l'intensité du champ de claquage sous vide, et au moins une seconde électrode (B 2), qui est disposée à une seconde distance prédéterminée de la première électrode (B 1) sur le côté de cette électrode opposé à la surface de l'échantillon et se trouve à un second potentiel (V 2) par rapport à la surface de l'échantillon, les distances (di, d 2) et les potentiels ((V, V 2) précités étant tels que le faisceau de rayons

primaires accéléré à l'aide d'une tension d'accéléra-

tion prédéterminée (V p) est focalisé sur une petite zone (PF) de la surface de l'échantillon, et que le faisceau de rayons secondaires partant de cette petite zone est focalisé en une image intermédiaire (BP) dans

un plan d'image qui se trouve sur le côté de l'agence-

ment d'électrodes opposé à la surface de l'échantillon, à proximité de la dernière électrode de cet agencement, et b) d'un second agencement d'électrodes constituant une lentille individuelle (EL) dont le plan focal côté surface de l'échantillon coïncide sensiblement avec le

plan de l'image intermédiaire (BP).

La lentille d'objectif et d'émission élec-

trostatique combinée selon l'invention peut être utili-

sée pour des particules primaires et secondaires ayant le même signe de charge et se caractérisé par une très petite émittance du faisceau de rayons secondaires, étant donné que l'intensité de champ à la surface de l'échantillon n'est limitée que par l'intensité de champ de claquage entre la surface de l'échantillon et l'électrode voisine de celle-ci La lentille combinée est traversée axialement par le rayon primaire

de sorte que celui-ci peut être très finement focalisé.

Le champ d'aspiration élevé entre la surface de l'échan-

tillon et la première électrode de la lentille assure, non seulement une résolution optimale,-mais également un nombre minimal de défauts d'image.

En raison de leur grande souplesse d'utilisa-

tion, les formes de réalisation préférées de la len-

tille d'objectif et d'émission électrostatique combi-

née de l'invention peuvent passer facilement d'une utilisation à l'autre, de sorte qu'on peut effectuer à volonté des examens avec des particules primaires et

secondaires de même signe ou de signe opposé sans chan-

ger les relations géométriques.

Un diaphragme d'ouverture disposé à l'inté-

rieur du système d'électrodes, tel qu'il est nécessaire avec le système de lentilles selon le brevet allemand

22 23 367, n'est pas nécessaire avec la présente len-

tille combinée.

L'invention va être expliquée ci-après plus en détail en se référant aux figures, sur lesquelles:

la figure 1 est une représentation schéma-

tique d'un système d'électrodes pour expliquer les principes optiques des porteurs de charges;

les figures 2, 3 et 4 sont des représenta-

tions schématiques des agencements d'électrodes à côté

desquels se trouvent, à droite, les schémas correspon-

dants de potentiel de trois systèmes de lentilles qui ne comportent respectivement que deux électrodes et conviennent pour des particules de polarité opposées;

la figure 5 est une représentation corres-

pondant à la figure 2 d'une forme de réalisation de l'invention, convenant pour des particules primaires et secondaires de même polarité; et les figures 6 a et 6 b sont respectivement des représentations correspondant à la figure 2 d'une forme de réalisation de l'invention, qui peut passer à volonté d'un fonctionnement avec des particules de

polarités opposées à un fonctionnement avec des parti-

cules de même polarité, la figure 6 a représentant les conditions pour un fonctionnement avec des particules de polarités opposées et la figure 6 b les conditions pour un fonctionnement avec des particules de même polarité. La présente lentille d'objectif et d'émission

électrostatique combinée comporte un agencement d'élec-

trodes voisin de la surface d'échantillon PO, sous forme d'un jeu d'électrodes B 1 l Bi Bn, analogues à des sténopés, qui peuvent être respectivement minces ou épaisses, planes ou bien de révolution, par exemple coniques, qui sont disposées avec leurs trous coaxiaux le long d'un axe de lentilles perpendiculaire à la

surface de l'échantillon (supposée plane) et se trou-

vent, en fonctionnement à des potentiels différents.

L'index i indique l'ordre de succession des électrodes,

i = 1 désignant l'électrode la plus proche de la sur-

face d'échantillon En ce qui concerne les potentiels, on suppose que la surface d'échantillon se trouve à un

potentiel de référence (V = 0).

Une caractéristique essentielle de la pré-

sente lentille d'objectif et d'émission combinée consiste en ce que la distance et la différence de potentiel entre la surface d'échantillon PO et la première électrode B 1 sont choisies de telle sorte que l'intensité du champ électrique en résultant est très

élevée, c'est-à-dire au moins égale à 40 %, de préfé-

rence au moins 50 % de l'intensité du champ de claquage

sous vide (environ 10 k/mm).

La lentille focalise un faisceau de rayons primaires parallèles d'énergie relativement élevée (énergies de particules de l'ordre de quelques 103 e V)

sur une zone de petit diamètre de la surface d'échan-

tillon et les particules secondaires chargées, de

O 2532111

faible énergie de sortie (faible par comparaison avec les énergies auxquelles les-particules sont ensuite accélérées) émises par cette petite zone, quittent l'agencement d'électrodes en sens inverse du rayon primaire, par exemple sous forme d'un faisceau de

rayons sensiblement parallèles L'agencement d'élec-

trodes agit donc pour le rayon primaire en tant que

lentille d'objectif et pour les particules secondai-

res, en-tant que lentille d'émission Il faut ici différencier deux cas, à savoir pour les particules primaires et secondaires ayant une charge de même

polarité, ou une charge de polarités opposées.

Selon les conditions, la lentille d'émission peut produire à partir des particules secondaires, qui

sont émises par la petite zone de la surface d'échan-

tillon atteinte par le rayon primaire, une image inter-

médiaire réelle de la petite zone d'impact, à l'inté-

rieur de l'agencement d'électrodes, ou bien les parti-.

cules secondaires émises peuvent être collimatées directement pour former un faisceau sensiblement parallèle. Un agencement constitué-par une surface d'échantillon conductrice plane et des électrodes à sténopé planes écartées, dont les trous circulaires sont disposés coaxialement le long d'un axe, tel que

représenté sur la figure 1, peut être traité en pre-

mière approximation, de façon connue, analytiquement avec des matrices de transfert (voir par exemple

B.U Timm: "Pour calculer les lentilles électrosta-

tiques", Zeitschrift fur Naturforschung i Da ( 1955), pages 593 à 603) La fonction de transfert de la matrice de la combinaison sténopé-intervalle de champ est, pour la trajectoire des particules primaires I =lM i =nl r r Ii F i l r u j i i l Lr'i-1 J ri ( 1) avec la matrice de transfert 1 1 _ 2 ài 1 _V + Vi

fi + Vi -

pi p -

2 di \ lvp +Vi V + Vi 1

V V 1

d'o il résulte que = 1 l 1 i-1 A ' f.i 4 Id V V d 1 V ( 3) Les signes des potentiels V et V sont toujours p i positifs; l'énergie cinétique des particules primaires lors du passage à travers le sténopé Bl a la valeur lel (Vp+ Vi) le signe plus étant affecté aux particules primaires et secondaires de même polarité, le signe moins à celles de polarité opposée (e = charge élémentaire); l'énergie cinétique des particules secondaires est chaque fois

Je Jvi-

Ainsi, la totalité de la matrice de transfert pour-les orbites des particules primaires entre le sténopé Bn et la surface d'échantillon est le produit matriciel de toutes les matrices individuelles {Mi} i lJ JPlilP 12 11 lMil lPl J iÀn P= 2

21 P 22 J

( 4) ( 2) et : lJ:Pl r l = lPl ( 4 a)

L'exigence qu'un faisceau de particules paral-

lèles entrant au voisinage de l'axe soit focalisé sur la surface d'échantillon est satisfaite par Pl = o il ( 5)

La distance focale de la lentille d'objectif ainsi trou-

vée est alors: fp = -/P 21/ Pour les orbites des particules secondaires, la fonction de transfert de matrice d'un élément partiel intervalle de champ sténopé est: rl ri i S: i = 1 n ( 6) s avec la matrice 3 1 l l 1 r_ f 3 de transfert 2 di 1 + v Vi/Vi-l I ii sv-l fi 2 d. 1 +P, 1 v d'o il résulte que 1 =k i) 1 i 4 d di+ 1 di+i 1 AV:Li-1 \v ( 7) ( 8) La totalité de la matrice de transfert pour les orbites des particules secondaires entre la surface

d'échantillon et le dernier sténopé Bn est alors le pro-

duit de toutes les matrices individuelles I Ni}: n -S il 1 illi lNil tl a S 21:2: 9) On a la formule l = lSil ( 9 a) S O s

L'exigence d'un faisceau de particules secon-

daires émise par un point d'échantillon de faible énergie

initiale Ie IV O <<Iel Vi) proche de l'axe dans le demi-

espace, quitte le sténopé Bn sous forme de faisceau paral-

lèle, est satisfaite par

522 = O ( 10)

La distance focale de la lentille d'émission ainsi définie est fs = -1/s 21 Grâce à la différence de potentiel le long de l'axe, les caractéristiques d'image sont totalement définies en première approximation Avec la solution décrite ci-dessus, le potentiel le long de l'axe a un

tracé polygonal constitué de lignes droites et de coudes.

En principe, on peut approcher à l'aide d'un tel tracé polygonal, avec un sectionnement suffisamment fin, n'importe quelle différence de potentiel le long de l'axe, même si elle est produite par des électrodes de n'importe quelle forme symétrique par rotation, ouvertes autour de l'axe, et le traiter de la façon

décrite ci-dessus.

Avec la prés-ente lentille d'objectif et -

d'émission combinée, les conditions pll = O et 522 = doivent être remplies simultanément Pour remplir ces conditions, on dispose comme variables du nombre n d'électrodes, des distances di entre des électrodes

successives, des potentiels de service Vi des électro-

des respectives B ainsi que de l'énergie d'entrée lel (Vp Vn) des ions primaires Il peut également y avoir des parties de trajectoire dépourvues de champs; c'est-à-dire V =Vi 1 Les solutions préférées sont celles qui, outre qu'elles remplissent les conditions citées ci-dessus, satisfont plus ou moins bien d'autres exigences, par exemple que les défauts d'image soient petits. Exemples de solutions 1 Particules de polarités opposées Dans ce cas, les particules primaires peuvent

donc être positives et les particules secondaires néga-

tives, ou bien les particules primaires négatives et les

particules secondaires positives.

Pour ce cas, il existe des solutions avec deux

électrodes seulement (n = 2).

La condition P 1 l = O est dans ce cas explicitement

1-V (V -V 1) 1-(V-V 11/(V -V 2)

+ p 1 p 2 p 2 Pl =o( 1 2 1,P PV ( 11-v 2)/(vp-v 2)

p 1 p + 2 V-

La condition S 22 = O est explicitement d i 2 ( v 2} (v)+ 3 ll +1/V l V = ( 12) Une solution pour G 1 ( 12) est dl/d 2 = 3/4; V 1/V 2 = 4 Si on utilise ces valeurs dans Gl ( 11), on peut les résoudre par le choix approprié de V Dans le P système représenté sur la figure 2, la solution est

Vp = 5 V 2.

p 20 Une autre solution de Gl ( 12) est dl/d 2 = 1/3; Vl:V 2 = 6,56 Ceci utilisé dans Gl ( 11) donne la solution

de G 1 ( 11) avec Vp = 7,63 V 2 (figure 3).

Des agencements avec N = 3 et un trajet dépourvu de champ se raccordant à l'électrode la plus proche de la surface d'échantillon peuvent être réalisés à l'aide de trois minces sténopés B 1, B 2 et B 3, dont le premier et le second sont au même potentiel A la place des minces électrodes à sténopé mises au même potentiel et disposées avec entre elles la distance axiale d 2, on peut également utiliser une seule électrode à sténopé épaisse, ayant l'épaisseur d 2 La condition Pll = O est ici explicitement (avec V 2 = V 1): 25321 il 1 + 1 1-P/( i 1 2 1 +X/v; / (vy -v) + 3 d 1 1 (V PV 9)/ (v-V 3) d 3 1 + V(v -V)/ V -V 1, (2) (V 3 d 2 v -v

_ _ _ __ _____ 1+ 1

2 I 4 d k v v 1 + Tj(V 7 vlv) / (V -v) 3 i$JJ 1 (V -y 3)l (v -y 1)

1 + Vv P/ v P-V 1)-

=-o ( 13) La condition S 22 0 est + 2 < 4 +) " f v (J o14) Une solution des deux conditions, représentée sur la figure 4, est: dl =d 3 d 2/3 = 4/9 Vl/3 = 4; p = 49 V 3 II Particules de même polarité Dans ce cas, les particules primaires et secondaires sont donc toutes les deux positives ou toutes

les deux négatives'.

Si on part tout d'abord d'un système d'lélec-

trodes comportant seulement deux électrodes, la condition p 1 O est alors explicitement l -V (V +v 1) 1-V+ /v+V 2 L + 2 + 2/v v) ii+v 1) / (V-I y 2 v 7 e/ (VP+V,)' v v P) 3 di 1 (V Pv 1 Mn V 2 2 1 + vv +v) /(Vp+V 2) 1 v P+ 2(pi V i +Vv P/ (V+v 1) = o. Si on choisit a) le rapport de distance d 1/d 2 = 4/3 (comme dans le premier exemple), ainsi que b) V = 3 V 2 (ceci donne la même énergie d'entrée, comme dans l'exemple de la figure 2, à savoir 4 e V 2, étant donné que l'énergie d'entrée dans le cas de signes iden- tiques est égale à e(V p + V 2), et dans le cas de signes opposés, e(Vp V 2), on trouve ainsi comme solution de

Gi ( 15) Vp = 0,21 V 1.

Mais dans cette solution pour pl, = 0, il n'y

a pas de solution pour S 22 = 0.

Cependant, si on calcule le trajet des parti-

cules secondaires, on trouve qu'il se forme une image de la petite-zone d'échantillon émettrice juste derrière

le second sténopé (compté à partir de la surface d'échan-

tillon) Si alors on dispose, vu à partir de la surface d'échantillon, derrière ce point d'image une lentille individuelle constituée de trois autres électrodes à sténopé de façon que ladite image se trouve dans son

plan focal, l"'aigrette" de particules secondaires par-

tant de l'image en divergeant, est collimatée à travers cette lentille individuelle en un faisceau de rayons

parallèles Pour l'ensemble de l'agencement d'élec-

trodes constitué de cinq électrodes à sténopé, la seconde condition S 22 = O est alors remplie Un tel agencement est représenté sur la figure 5 Il y est

respectivement représenté un trajet de particules pri-

maires PT ainsi qu'un trajet de particules secondaires

ST; la coordonnée horizontale de ces trajets est forte-

ment grossie par rapport à la représentation des élec-

trodes, pour des raisons de clarté Les cinq électrodes

analogues à des sténopés sont référencées en B à B 5.

L'image de la petite zone d'échantillon PF est produite au point BP par les électrodes Bl et B 2 * La lentille individuelle est constituée par les électrodes B 3, B 4

et B 5.

L'influence de la lentille'individuelle B 3 à B 5 supplémentaire sur le rayon primaire PT est très faible à cause de l'énergie beaucoup plus grande du rayon primaire et si nécessaire, on peut en tenir compte en modifiant légèrement la tension d'accélération V des P particules primaires.

Comme dans le cas I, d'autres solutions prati-

ques sont également possibles icio III Agencements commutables pour des particules de

polarités opposées ou de même polarité, au choix.

Avec certains agencements d'électrodes, il est possible de remplir au choix les deux conditions Pll = O et S 22 = O avec le même agencement d'électrodes, aussi bien pour des particules primaires et secondaires de polarités opposées que de même polarité; dans ce cas, il suffit de commuter les potentiels des électrodes ou une partie de ces potentiels Un exemple d'une telle forme de réalisation de l'invention est représenté sur

la figure 6.

La lentille d'objectif et d'émission combinée de la figure 6 est constituée de trois électrodes Bl B 2, B 3 et d'une lentille invididuelle EL La distance entre l'électrode B 1 et la surface d'échantillon, et les distances entre des électrodes voisines B 1, B 2, B 3

sont respectivement égales à d.

Les conditions pour des particules de pola-

rité opposées sont représentées sur la figure 6 a Les électrodes de la lentille invididuelle se trouvent au

potentiel V de l'électrode B 3, la lentille indivi-

duelle n'est donc pas activée Les potentiels des électrodes sont, rapportés à la tension d'accélération Vp des particules primaires: Vp = 4, 5 V 3

V 1 = V 2 = 3,55 V 3.

La distance focale fp pour les particules primaires est 1,9 d, la distance focale f 5 pour les

particules secondaires est 3,3 d.

Pour des particules de même polarité, dont les conditions sont représentées sur la figure 6 b, la condition pl, = O est remplie par Vp = 2,5 V 3; V 1 = 3,55 V 3; V 2 = 10 V 3; la distance focale fp est

2,56 d.

Le plan principal de la lentille individuelle

est à la distance de = 1,83 d de l'électrode B 3.

La condition S 22 = O est remplie par l'acti-

vation de l'électrode du milieu B 5 de la lentille indi-

viduelle Ve, qui est choisie de telle sorte que l'image BP de la petite zone PF se formant à la distance 0,76 d derrière le sténopé B 3 coïncide avec la plan focal de

la lentille individuelle EL.

L'exemple de la figure 6 est choisi de telle sorte que dans les deux cas, l'énergie d'entrée des particules primaires est la même, à savoir e(Vp V 3) 3,5 e V 3, que l'intensité de champ sur la surface d'échantillon est la même, à savoir 3,55 V 3/d et que la distance focale de la partie lentille d'émission de la présente lentille combinée est la même, à savoir

f 5 = 3,3 d.

Dans la pratique, on peut utiliser dans la forme de réalisation de la figure 5, les paramètres suivants: V 2 = 1 k V et dl = 2 mm, et dans l'exemple de réalisation de la figure 6, V 1 = 7,1 k V; V 3 = 2 k V et d = 1 mm; les autres paramètres sont obtenus à partir

des relations indiquées.

Lors de l'utilisation dans une sonde à micro-

faisceau, on dispose, compté à partir de la surface d'échantillon, de façon connue derrière la lentille combinée, un système de déviation qui dévie le faisceau de rayons secondaires sortant de la lentille combinée du chemin du faisceau de rayons primaires provenant d'une source de rayons primaires et pénétrant dans la lentille combinée et le conduit à un spectromètre de masses un analyseur d'énergie ou tout autre dispositif pour examiner le faisceau de rayons secondaires, comme cela est déjà connu d'après le brevet déja mentionné

DE-PS 22 23 367.

Claims

REVENDICATIONS

1 Lentille d'émission et d'objectif combinée pour un appareil d'optique des particules, tel qu'une sonde à microfaisceau pour la spectroscopie de masses par ions secondaires (SIMS), comportant un système d'électrodes respectivement couplées à une source de potentiel, lequel, en coopération avec une surface d'échantillon conductrice, focalise un faisceau de rayons primaires sur une petite zone de la surface d'échantillon et collimate les particules secondaires émises par cette petite zone pour former un faisceau de rayons secondaires qui quitte le système d'électrodes dans une direction sensiblement opposée au faisceau de rayons primaires, caractérisée par la combinaison a) d'un premier agencement d'électrodes voisin de la surface d'échantillon, comportant une première électrode (B 1) qui est située directement face à la

surface de l'échantillon (PO) à une distance prédéter-

minée, et a un potentiel (V 1) tel que l'intensité du champ électrique entre elle et la surface d'échantillon correspond au moins à environ 40 % de l'intensité du champ de claquage sous vide, et au moins une seconde électrode (B 2), qui est disposée à une seconde distance prédéterminée de la première électrode (B 1) sur le côté de cette électrode opposé à la surface de l'échantillon et se trouve à un second potentiel (V 2) par rapport à la surface d'échantillon, les distances (dl, d 2) et les potentiels (V 1, V 2) précités étant tels que le faisceau de rayons primaires accéléré à l'aide d'une tension d'accélération prédéterminée (V p) est focalisé sur une petite zone (PF) de la surface d'échantillon, et que le faisceau de rayons secondaires partant de

cette petite zone est focalisé en une image intermé-

diaire (BP) dans un plan d&image qui se trouve sur le côté de l'agencement d'électrodes opposé à la surface d'échantillon, à proximité de la dernière électrode

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de cet agencement; et

b) d'un second agencement d'électrodes consti-

tuant une lentille individuelle (EL) dont le plan focal côté surface de l'échantillon coïncide sensiblement avec le plan de l'image intermédiaire (BP).

2 Dispositif selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le premier système d'électrodes comporte deux électrodes (B 1, B 2) dont la première est disposée à une première distance prédéterminée -(d 1) de la surface

d'échantillon (PO) et à une seconde distance prédéter-

minée (d 2) de la seconde-électrode (B 2), d 1/d 2 4/3; que V 2 = Vp/3 et Vl = Vp/0,21, Vp étant la tension

d'accélération des particules primaires (figure 5).

3 Dispositif selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que les potentiels des électrodes du premier et du second agencement d'électrodes (B à B 3 et EL) peuvent être commutés de telle sorte que la lentille individuelle est inactive à volonté pour les particules primaires et secondaires de polarités opposées, et que le premier agencement d'électrodes (B 1 a B 3) focalise les particules primaires sur la surface d'échantillon et collimate les particules secondaires en un faisceau de rayons sensiblement parallèle, ou bien, pour les particules primaires et secondaires de même polarité, le premier agencement d'électrodes focalise sur la surface d'échantillon les particules primaires qui ne

sont pas notablement influencées, à l'aide de la len-

tille individuelle (EL) alors excitée, et focalise

dans le plan d'image entre le premier agencement d'élec-

trodes et la lentille individuelle (EL) les particules secondaires partant de la surface d'échantillon, et la lentille individuelle collimate en un faisceau de rayons

sensiblement parallèle les particules secondaires diver-

geant du plan d'image.

4 Dispositif selon la revendication 3, carac-

térisé en ce que le premier agencement d'électrodes comporte trois électrodes (B 1, B 2, B 3), dont la première est disposée à une première distance prédéterminée (d) de la surface d'échantillon et de la seconde électrode (B 2) et la troisième électrode (B 3) est disposée à la première distance prédéterminée de la seconde électrode (B 2), que le plan focal cité de la lentille individuelle (EL) est à une seconde distance prédéterminée (d e) de la troisième électrode (B) qui est égale à 1,83 fois la première distance prédéterminée (d); que, dans le cas de particules de polarités opposées, les électrodes de la lentille individuelle sont mises au potentiel (V 3) de la troisième électrode (B 3) du premier agencement d'électrodes, et les potentiels des électrodes de cet agencement, sont choisis comme suit, par rapport à la tension d'accélération (V p) des particules primaires:

V = 4,5 V 3

V 1 = V 2 = 3,55 V 3,

et que pour des particules de même polarité V 3 = V /2,5; V 1 = 3,55 V 3 et V 2 = 10 V 3 que les potentiels des électrodes extérieures de la lentille individuelle sont égaux au potentiel de la

troisième électrode (B 3) du premier agencement d'élec-

trodes, et que le potentiel de l'électrode médiane (B 5) de la lentille individuelle est choisi de telle sorte que le plan focal de la lentille individuelle (EL), côté échantillon, coïncide avec le plan dans lequel le premier agencement d'électrodes (B 1 à B 3) Localise les

particules secondaires émises par la surface d'échan-

tillon.