DE2337118B2 - Arrangement for imaging and mass analysis of the secondary ions emitted by a sample - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Abbildung und Massenanalyse der von einer Probe emittierten Sekundärionen mit einem ersten magnetischen Sektorfeld, durch das das lcnenbündel hindurchgeht, und mit einem zweiten magnetischen Sektorfeld, durch das das lonenbündel nach Austritt aus dem ersten Sektorfeld und nachfolgender Reflexion an einem elektrostatischen Spiegel hindurchgeht.The invention relates to an arrangement for imaging and mass analysis of a sample emitted secondary ions with a first magnetic sector field through which the bundle of rays passes, and with a second magnetic sector field through which the ion beam after exiting the first Sector field and subsequent reflection on an electrostatic mirror passes through.

Eine derartige Anordnung, die beispielsweise aus der Zeitschrift »Nachr. Chem. Techn.«, Bd. 18, Nr. 15(1970), S. 303 und 304, bekannt ist, ermöglicht die Erzeugung einer Abbildung der Elementtopographie der untersuchten Probe mit Hilfe des Sekundärionenbündels, indem das aus dem zweiten Sektorfeld austretende lonenbündel beispielsweise durch eine lonenoptik auf einen Bildwandler projiziert wird. Die Abbildung wird dadurch möglich gemacht, daß durch das doppelte Sektorfeld mit dem hinsichtlich der Ionenbahn dazwischengeschalteten elektrostatischen Spiegel eine doppelte Filterung durchgeführt wird, nämlich eine Bewegungsgrößenfilterung und eine Energiefilterung. Zusätzlich läßt sich mit der bekannten Anordnung eine Sekundärionen-Massenspektrometrie durchführen. Zu diesem Zweck ist αϊ dem Bildwandlerteil des Geräts eine Registriereinrichtung hinzugefügt, die mit den Elektronen arbeitet, welche der lonen-Elektronen-Bildwandler für die Ionen verschiedener Massen liefert und deren Anzahl der Anzahl der Ionen proportional ist.Such an arrangement, for example from the magazine »Nachr. Chem. Techn. ", Vol. 18, No. 15 (1970), Pp. 303 and 304, known, enables the generation of an image of the element topography of the examined Sample with the help of the secondary ion bundle by removing the one emerging from the second sector field Ion bundle is projected onto an image converter, for example by means of ion optics. The figure will made possible by the fact that through the double sector field with the interposed with respect to the ion path electrostatic mirror a double filtering is carried out, namely one Motion size filtering and an energy filtering. In addition, with the known arrangement, a Perform secondary ion mass spectrometry. For this purpose, αϊ is the imager part of the device added a registration device that works with the electrons, which are the ion-electron imagers for the ions of different masses and the number of which is proportional to the number of ions.

Diese Massenspektrometrie ist abjr den Einschränkungen unterworfen, die sich aus der für die Mikroanalyse durchgeführten Filterung der Ionen ergeben. Insbesondere stellt die vom elektrostatischen Spiegel durchgeführte Energiefilterung eine Schwellenwert-Filterung dar, die nur die Verwertung der Ionen mit der kleinsten Energie von den Ionen eines bestimmten Typs zuläßt. Es ist daher nicht möglich, die 6s Ionen aus dem für die Massenspektrometrie günstigsten Energieband auszuwählen. Andererseits ist es nicht möglich, das Massenauflösungsvermögen zu erhöhen.This mass spectrometry is beyond the limitations resulting from the filtering of ions carried out for microanalysis result. In particular, the energy filtering performed by the electrostatic mirror provides threshold filtering represent that only the recovery of the ions with the smallest energy from the ions of one certain type. It is therefore not possible to use the 6s Select ions from the most favorable energy band for mass spectrometry. On the other hand, it is not possible to increase the mass resolving power.

ohne die Abbildungseigenschaften des Sekundärionenmikroskops in unannehmbarer Weise zu verringern.without the imaging properties of the secondary ion microscope reduce in an unacceptable manner.

Es sind andererseits, beispielsweise aus der »Z. f. Naturfcrschung«, 12a (1957). S. 538 bis 540, die doppelfokussierenden Massenspektrometer und Massenspektrographen bekannt, die ein außerordentlich großes Auflösungsvermögen bei der Massenspektrometrie ergaben. Bei diesen doppelfokussierenden Massenspektrometern geht das lonenbündel zunächst durch ein. elektrostatisches Ablenksystem, das durch einen Toroidkondensator, Zylinderkondensator oder Kugelkondensator gebildet ist, und anschließend durch ein magnetisches Sektorfeld. Bei geeeigneter Dimensionierung erhält man dann gleichzeitig eine Geschwindigkeitsfokussierung und eine Richtungsfokussierung. Aus der Zeitschrift »Vakuum-Technik«, 12 (1963), S. 207 bis 209, ist es auch bekannt, die Reihenfolge der Ablenkfelder zu vertauschen, so daß das lonenbündel zuerst durch das magnetische Sektorfeld und anschließend durch das elektrostatische Ablenksystem geht.On the other hand, for example from the »Z. f. nature research «, 12a (1957). Pp. 538 to 540, the double focusing mass spectrometers and mass spectrographs known to have an extremely high resolving power in mass spectrometry revealed. In these double-focusing mass spectrometers, the ion beam initially goes through. electrostatic deflection system created by a toroidal capacitor, cylindrical capacitor, or spherical capacitor is formed, and then by a magnetic sector field. With suitable dimensioning a speed focus and a direction focus are then obtained at the same time. the end of the magazine "Vakuum-Technik", 12 (1963), pp. 207 bis 209, it is also known to swap the order of the deflection fields so that the ion beam first goes through the magnetic sector field and then through the electrostatic deflection system.

Diese bekannten doppelfokussierenden Massenspektrometer ermöglichen aber keine Abbildung der lonentopographie.However, these known double-focusing mass spectrometers do not allow imaging of the ion topography.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Massenauflösungsvermögen der eingangs angegebenen Anordnung zu verbessern, ohne die Abbildungseigen· schäften der Sekundärionen-Mikroanalysevorrichtung zu verschlechtern.The invention is based on the object of improving the mass resolution of the initially specified To improve the arrangement without the imaging properties of the secondary ion microanalysis device to deteriorate.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Spiegel mit einer Einrichtung versehen ist, die einen Durchgang des lonenbündels erlaubt, und daß das durchgehende lonenbündel einen elektrostatischen Kondensator durchläuft, der zusammen mit dem ersten Sektorfeld ein doppelfokussierendes Massenspektrometer bildet.According to the invention, this object is achieved in that the mirror is provided with a device which allows a passage of the ion beam, and that the ion beam passing through is an electrostatic one Condenser passes through which, together with the first sector field, a double focusing mass spectrometer forms.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ergibt die Wirkung, daß wahlweise der elektrostatische Spiegel unwirksam gemacht wird, so daß das lonenbündel nicht mehr durch das zweite Sektorfeld und die dahinterliegenden Teile der Sekundärionen-Mikroanalysevorrichtung geht, sondern durch den elektrostatischen Kondensator, de; zusammen mit dem ersten Sektorfeld ein doppelfokussierendes Massenspektrometer bildet. Dieses doppelfokussierende Massenspektrometer kann ohne Rücksicht auf die Abbildungseigenschaften der Sekundärionen-Mikroanalyse-Vorrichtung so ausgebildet sein, wie dies für die Erzielung des gewünschten Massenauflösungsvermögens erforderlich ist. In der anderen Betriebsstellung ist dagegen der Spiegel voll wirksam, so daß das lonenbündel nicht mehr durch den Kondensator geht, sondern in der bei den Sekundärionen-Mikroanalyse-Vorrichtungen üblichen Weise durch das zweite magnetische Sektorfeld und die dahinterliegenden Teile. Das Gerät kann wiederum so ausgebildet sein, daß ohne Rücksicht auf das Auflösungsvermögen des Massenspektrometers in dieser Betriebsstellung optimale Abbildungseigenschaften erzielt werden.The inventive design gives the effect that the electrostatic mirror is optional is made ineffective, so that the ion beam no longer passes through the second sector field and the one behind it Parts of the secondary ion microanalysis device goes, but through the electrostatic capacitor, de; together with the first sector field forms a double focusing mass spectrometer. This Double focusing mass spectrometers can be used regardless of the imaging properties of the Secondary ion microanalysis device be designed as required for achieving the desired Mass resolving power is required. In the other operating position, however, the mirror is full effective, so that the ion beam no longer goes through the capacitor, but in the secondary ion microanalysis devices usual way through the second magnetic sector field and the parts behind it. The device can, in turn, do so be designed that regardless of the resolving power of the mass spectrometer in this Operating position optimal imaging properties can be achieved.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgcinäßen Ausbildung besteht darin, daß mit einer einfachen Umschaltung sehr schnell von der einen Betriebsart zut anderen übergegangen werden kann.A particular advantage of the invention Training consists in the fact that with a simple switchover from one operating mode to another others can be passed over.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung nach der Erfindung kann dieser schnelle Wechse /wischen den Betriebsarten dadurch erhalten werden daß die Einrichtung eine mit einer öffnung versehene bewegliche Platte aufweist, bei deren Verstellung eine Umschaltung der an dem Spiegel anliegenden SpannunAccording to an advantageous embodiment of the arrangement according to the invention, this can be changed quickly / between the operating modes are obtained by the device being provided with an opening has movable plate, when it is adjusted, the voltage applied to the mirror is switched over

gen erfolgt.gen takes place.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. In der Zeichnungzeigt The invention is described below by way of example with reference to the drawing. In the drawing shows

Fig. 1 ein vereinfachtes Schema in der Fbene der optischen Achse von einem Ausfiihri ngsbeispiel der Anordnung,1 shows a simplified diagram in the plane of the optical axis of an exemplary embodiment in FIG Arrangement,

F i g. 2 eine schematische Teilansicht der Bestandteile des elektrostatischen Spiegels der Anordnung von Fig. 1 und ,0F i g. FIG. 2 is a partial schematic view of the components of the electrostatic mirror of the arrangement of FIG Fig. 1 and, 0

Fig.3 eine Schnittansicht des von dem elektrostatischen Sp'.tgel und dem Eintritt des elektrostatischen Ablenksystems gebildeten Teils der Anordnung.Fig.3 is a sectional view of the electrostatic Sp'.tgel and the entry of the electrostatic deflection system formed part of the arrangement.

Der in F i g. 1 gezeigte Sekundärionen-Mikroanalysator enthält eine Primärionenquelle 1, welche die zu untersuchende Probe 2 bombardiert, eine elektrostatische Linse 3 für die Beschleunigung der von der Probe emittierten Sekundärionen und zur ^cokussierung des so gebildeten Ionenbündels, ein magnetisches Ablenksystem 4, einen e'ektrostatischen ao Spiegel 5 und einen lonen-Elektronenbildwandler 7, vor dem eine zweite Linse 6 liegt.The in F i g. Secondary ion micro analyzer 1 includes a primary ion source 1, the bombarded sample under 2, an electrostatic lens 3 for the acceleration of electrons emitted from the sample secondary ions and ^c okussierung of the ion beam thus formed, a magnetic deflection system 4, a e'ektrostatischen ao Mirror 5 and an ion electron image converter 7, in front of which a second lens 6 is located.

Das magnetische Ablenksystem 4 besteht aus zwei magnetischen Sektorfeldern 4a und 46, deren Kraftlinien senkrecht zur Zeichenebene stehen und die mit einstellbarer Intensität durch Polschuhe erzeugt werden, welche den durch volle Linien dargestellten Umriß haben. Die Grenzflächen der Sektorfelder liegen in Ebenen, deren Schnittlinien mit der Zeichenebene das gleichseitige Dreieck ABG bilden. Die Austrittsfläche des Sektorfeldes 4a fällt mit der Eintrittsflärhe des Sektorfeldes Ab zusammen und liegt in der durch die Strecke AB gekennzeichneten Ebene; die Schnittlinien AG bzw. BG der die anderen Grenzflächen enthaltenden Ebenen bilden jeweils einen Winkel von 45° mit der Strecke AB. Die beiden Sektorfelder 4a und 46 liegen symmetrisch in bezug auf die mittelsenkrechte Ebene der Strecke AB, die auch die optische Achse des Spiegels 5 enthält. Die optischen Achsen der Linsen 3 und 6 liegen auf einer gemeinsamen Geraden, die parallel zu der Strecke AB durch die Eintrittsfläche des Sektorfeldes 4a und die Austrittsfläche des Sektorfeldes Ab geht und mit der gegenstandsseitigen Achse des Sektorfeldes Ab zusammenfällt. Die bildseitige Achse des Sektorfeldes 4a und die gegenstandsseitige Achse des Sektorfeldes Ab fallen mit der optischen Achse des Spiegels 5 zusammen. Die optische Achse des Geräts (mittlere Bahn des lonenbündels) hat somit den durch die strichpunktierte Linie angegebenen Verlauf. Eine Blende liegt zentrisch zum Punkt C, wobei diese Blende durch die erste Elektrode des Spiegels gebildet sein kann.The magnetic deflection system 4 consists of two magnetic sector fields 4a and 46, the lines of force of which are perpendicular to the plane of the drawing and which are generated with adjustable intensity by pole shoes which have the outline shown by solid lines. The boundaries of the sector fields lie in planes, the intersection lines of which form the equilateral triangle ABG with the plane of the drawing. The exit surface of the sector field 4a coincides with the entry surface of the sector field Ab and lies in the plane marked by the line AB; the intersection lines AG and BG of the planes containing the other boundary surfaces each form an angle of 45 ° with the segment AB. The two sector fields 4a and 46 are symmetrical with respect to the central perpendicular plane of the line AB, which also contains the optical axis of the mirror 5. The optical axes of the lenses 3 and 6 lie on a common straight line which goes parallel to the line AB through the entry surface of the sector field 4a and the exit surface of the sector field Ab and coincides with the object-side axis of the sector field Ab . The image-side axis of the sector field 4a and the object-side axis of the sector field Ab coincide with the optical axis of the mirror 5. The optical axis of the device (middle path of the ion beam) thus has the course indicated by the dash-dotted line. A diaphragm is centered on point C, whereby this diaphragm can be formed by the first electrode of the mirror.

Die bisher beschriebenen Teile bilden einen Sekundärionen-Mikroanalysator, mit dem eine Abbildung der Elementtopographie der untersuchten Probe 2 erhalten werden kann. Diese Abbildung kommt auf folgende Weise zustande:The parts described so far form a secondary ion microanalyzer with which an image the element topography of the examined sample 2 can be obtained. This picture comes up in the following way:

Die durch den Beschüß mit Primärionen aus der Oberfläche der Probe 2 austretenden Sekundärionen treten entlang der optischen Achse der Linse 3 in das Sektorfeld 4a ein. Nach Ablenkung im Sektorfeld 4a gelangen sie zum Spiegel 5, wo sie reflektiert werden, so daß sie durch das Sektorfeld Ab gehen. Die Linse 6 erzeugt aus den aus dem Sektorfeld Ab austretenden Ionen ein lonenbild, das mit Hilfe des Bildwandlers 7 in (15 ein Elektronenbild umgewandelt wird.The secondary ions emerging from the surface of the sample 2 as a result of the bombardment with primary ions enter the sector field 4a along the optical axis of the lens 3. After being deflected in the sector field 4a, they come to the mirror 5, where they are reflected so that they go through the sector field Ab . The lens 6 generates an ion image from the ions emerging from the sector field Ab , which is converted into an electron image with the aid of the image converter 7 into (15.

Dabei ist die Induktion in dem doppelten Sektorfeld 4 sn eineestelll. daß die durch ihr Massen I.adiings-Veihältnis mo/q und durch ihre Anfangsgeschwindigkeit vo gekennzeichneten 1οηε·ι der optischen Achse folgen, wenn ihre Anfangsgeschwindigkeii entlang dieser optischen Achse gerichtet ist. Die am Punkt C liegende Blende ergibt eine Filterung in Abhängigkeit von dem Verhältnis »Bewegungsgröße/Ladung«, und das Reflexionsvermögen des Spiegels 5 ist eo eingestellt, daß zu dem doppelten Sektorfeld 4 nur die Ionen reflektiert werden, deren Verhältnis »Energie/Ladung« unter einem gegebenen Schwellenwert liegt, während die anderen Ionen auf die letzte Elektrode des Spiegels fallen. Die Öffnung der Blende und das Reflexionsvermögen des Spiegels sind so eingestellt, daß zu dem doppelten Sektorfeld nur die Ionen mit der Masse mo reflektiert werden.The induction in the double sector field 4 sn is uniquely. that the 1οηε ι characterized by their mass I.adiings ratio mo / q and by their initial speed vo follow the optical axis when their initial speed is directed along this optical axis. The diaphragm located at point C results in a filtering depending on the ratio "movement size / charge", and the reflectivity of the mirror 5 is set so that only those ions are reflected to the double sector field 4 whose ratio "energy / charge" is below a given threshold, while the other ions fall on the last electrode of the mirror. The aperture of the diaphragm and the reflectivity of the mirror are set so that only the ions with the mass mo are reflected in the double sector field.

Zu dem bisher beschriebenen Sekundärionen-Mikroanalysator sind in F i g. 1 Teile hinzugefügt, die es ermöglichen, das gleiche Gerät durch eine einfache Umschaltung als doppelfokussierendes Massenspektrometer zu verwenden. Diese Teile bestehen aus einem hinter dem Spiegel 5 angeordneten Kondensator 8, der als elektrostatisches Ablenksystem dient, einer sich anschließenden Blende 11 mit einstellbarer öffnung und einer lonenfangvorrichtung 9. Eine Umschaltvorrichtung ermöglicht es, einerseits den Spiegel 5 elektrisch unwirksam zu machen und andererseits den Durchgang für das vom ersten Sektorfeld 4a austretende lonenbündel zu dem elektrostatischen Ablenksystem 8 freizugeben, so daß das zweite Sektorfeld 46 und die dahinterliegtnden Teile unwirksam werden und die übrigen Teile des in F i g. 1 dargestellten Geräts ein doppelfokussierendes Massenspektrometer mit Zwischenkonvergenzpunkt bilden, bei welchen das magnetische Sektorfeld vor dem elektrostatischen Ablenksystem liegt.The secondary ion microanalyser described so far is shown in FIG. 1 parts added to it enable the same device by simply switching over as a double focusing mass spectrometer to use. These parts consist of a capacitor 8 arranged behind the mirror 5, the serves as an electrostatic deflection system, an adjoining screen 11 with adjustable opening and an ion trap device 9. A switching device makes it possible on the one hand to electrically to make ineffective and on the other hand the passage for the ion beam emerging from the first sector field 4a to release to the electrostatic deflection system 8, so that the second sector field 46 and the underlying parts become ineffective and the remaining parts of the in F i g. 1 shown device Form double focusing mass spectrometer with intermediate convergence point, in which the magnetic Sector field is in front of the electrostatic deflection system.

Bekanntlich befaßt man sich bei Massenspektrometern hauptsächlich mit der Fokussierung in der Radialebene (d. h. in der Ebene, welche die optische Achse enthält und senkrecht zu der magnetischen Induktion steht), wobei die Ionen mit Hilfe von Schlitzen getrennt werden, deren Längsrichtung senkrecht zu dieser Ebene steht. Bei den doppelfokussierenden Massenspektrometern führt man für Ionen mit gegebenem »Masse-Ladung«-Verhältnis gleichzeitig eine Richtungsfokussierung (in einem kleinen Winkel) und eine Geschwindigkeitsfokussierung durch, wobei sich die Geschwindigkeitsfokussierung aus einer Kompensation zwischen den vom magnetischen Sektorfeld bzw. vom elektrostatischen Ablenksystem verursachten chromatischen Aberrationen ergibt.It is well known that mass spectrometers are mainly concerned with focusing in the Radial plane (i.e. in the plane containing the optical axis and perpendicular to the magnetic one Induction stands), the ions are separated with the help of slits, the longitudinal direction of which is perpendicular to this level stands. With the double focusing mass spectrometers one leads for ions with a given "Mass-charge" ratio simultaneously a directional focus (at a small angle) and a Speed focusing by, whereby the speed focusing results from a compensation between the chromatic ones caused by the magnetic sector field and the electrostatic deflection system Aberrations.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des dargestellten Geräts wird für das elektrostatische Ablenksystem 8 ein Kugelkondensator verwendet, der geringe Abmessungen aufweist und eine Richtungsfokussierung nicht nur in der Radialebene, sondern auch in der Transversalfläche (d. h. in der senkrecht zur Radialebene entlang der optischen Achse verlaufenden Fläche) durchführt; ein Kugelkondensator weist nämlich den Vorteil auf, daß er für die Ionen der Masse im eine ihren Energien entsprechende relative Streuung ergibt, die doppelt so groß wie die von einem Zylinderkondensator mit gleichem Radius bewirkte Streuung ist, wodurch es möglich ist, für eine bestimmte Streuung einen Kugelkondensator zu Verwender,, dessen Radius halb so groß wie der Radius des entsprechenden Zylinderkondensators ist. Die Eigenschaft der Fokussierung in der Transversalfläche ist zwar nicht wesentlich, aber hinsichtlich der Gesamtempfindlichkeit des Massen-In the preferred embodiment of the device shown, a spherical capacitor is used for the electrostatic deflection system 8, which has small dimensions and carries out a directional focusing not only in the radial plane, but also in the transverse surface (ie in the surface running perpendicular to the radial plane along the optical axis) ; A spherical capacitor has the advantage that it gives the ions of the mass in a relative scattering corresponding to their energies, which is twice as large as the scattering caused by a cylindrical capacitor with the same radius, whereby it is possible for a certain scattering Spherical capacitor to user, whose radius is half the radius of the corresponding cylindrical capacitor. The property of focusing in the transverse surface is not essential, but with regard to the overall sensitivity of the mass

spektrometer doch vorteilhaft.spectrometer advantageous.

Der Kugelkondensator 8 ist in diesem Fall ein 90°-Ablenkglied, das durch zwei zueinander konzentrische Elektroden 81 und 82 mit sphärischer Oberfläche gebildet ist. Der gewählte Wert von 90° für den Ablenkwirkel erleichtert die technologische Ausbildung des Kugelkondensators und ergibt außerdem einen geringen Raumbedarf wegen der damit verbundenen Eigenschaften. Man definiert eine optische Achse des Kugelkondensators, d^;e im Innern des Kugclkondensators durch einen konzentrisch zu den Elektroden liegenden 90°-Kreisbogen gebildet ist, dessen Radius dem Mittelwert der Radien der Elektroden entspricht; die optische Achse des Kugelkondensators ist ferner durch die Strahlen gebildet, die diesen Kreisbogen jenseits der Eintrittsfläche bzw. der Austrittsfläche des Kugelkondensators tangential verlängern; diese Strahlen bilden mit ihren jeweiligen Verlängerungen die gegenstandsseitige Achse bzw. die bildseitige Achse des Kugelkondensators.In this case, the spherical capacitor 8 is a 90 ° deflection element which is formed by two mutually concentric electrodes 81 and 82 with a spherical surface. The selected value of 90 ° for the deflection effect facilitates the technological design of the spherical capacitor and also results in a low space requirement because of the properties associated with it. An optical axis of the spherical capacitor is defined, d ^; e is formed in the interior of the spherical capacitor by a 90 ° circular arc concentric to the electrodes, the radius of which corresponds to the mean value of the radii of the electrodes; the optical axis of the spherical capacitor is also formed by the rays which tangentially lengthen this circular arc beyond the entry surface or the exit surface of the spherical capacitor; these rays, with their respective extensions, form the object-side axis or the image-side axis of the spherical capacitor.

Die gegenstandsseitige Achse des Kugelkondensators 8 fällt mit der bildseitigen Achse des ersten Sektorfeldes 4a zusammen; die gegenstandsseitige Achse des ersten Sektorfeldes 4a und die bildseitige Achse des Kugelkondensators 8 liegen auf der gleichen Seite in bezug auf diese gemeinsame Achse.The object-side axis of the spherical capacitor 8 coincides with the image-side axis of the first Sector field 4a together; the object-side axis of the first sector field 4a and the image-side Axis of the spherical capacitor 8 are on the same side with respect to this common axis.

Die den Eintritt der lonenfangvorrichtung bildende Blende 11 liegt zentrisch zu dem Bildpunkt, den der Kugelkondensator 8 aus dem Punkt Cerzeugt.The aperture 11 forming the entrance of the ion trap is centered on the image point that the Spherical capacitor 8 generated from the point C.

Der Abstand der bildseitigen Achse des Kugelkondensators 8 von der gegenstandsseitigen Achse des ersten Sektorfeldes 4a ist so bemessen, daß die chromatischen Aberrationen erster Ordnung aufgehoben werden.The distance of the axis of the spherical capacitor on the image side 8 of the object-side axis of the first sector field 4a is dimensioned so that the first order chromatic aberrations can be canceled.

Der mittlere Radius des Kugelkondensat ->rs 8 ist einerseits so bestimmt, daß wenigstens teilweise eine Kompensation der Winkel-Aberrationen zweiter Ordnung erhalten wird, und andererseits so, daß der erforderliche Platz für die Elektroden des Spiegels 5 vor der Eintrittsfläche des Kugelkondensators gelassen wird, d. h„ daß die ursprüngliche Struktur der Mikroanalysevorrichtung n'cht wesentlich geändert wird.The mean radius of the spherical condensate -> rs 8 is on the one hand determined so that at least partial compensation of the second-order angular aberrations is obtained, and on the other hand so that the required space for the electrodes of the mirror 5 is in front leaving the entrance surface of the spherical capacitor, d. h "that the original structure of the microanalysis device is not changed significantly.

Der elektrostatische Spiegel 5 ist im Schema von F i g. 2 und in F i g. 3 dargestellt, wobei die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Er ist rotationssymmetrisch und enthält drei Elektroden 52, 53, 54, die jeweils mit einem von drei Ausgängen der Stromversorgungsanordnung 12 verbunden sind, wobei einer dieser Ausgänge an Masse liegt. Diese Elektroden sind durch Isolierteile mechanisch festgelegt. Die beiden ersten Elektroden 52 und 53 haben eine ringförmige Struktur, und die erste Elektrode 52 ist durch eine Blende 51 vervollständigt, welche die Form eines rechteckigen Schlitzes mit einstellbarer Breite hat und für die Filterung der aus dem ersten Sektorfeld austretenden Ionen bestimmt ist.The electrostatic mirror 5 is shown in the diagram of FIG. 2 and in FIG. 3 shown being the same Parts are provided with the same reference numerals. It is rotationally symmetrical and contains three electrodes 52, 53, 54, each of which is connected to one of three outputs of the power supply arrangement 12, wherein one of these outputs is connected to ground. These electrodes are mechanically fixed by insulating parts. The two first electrodes 52 and 53 have an annular structure, and the first electrode 52 is through a Aperture 51 completed, which has the shape of a rectangular slot with adjustable width and is intended for filtering the ions emerging from the first sector field.

Die öffnung dieser Blende wird durch zwei gleichartige Vorrichtungen gesteuert. Jede dieser Vorrichtungen enthält einen Einstellknopf, beispielsweise den Einstellknopf 17, der auf einem Gewindekörper aufschraubbar ist; mit diesen Einstellknöpfen können über Hebel die beweglichen Ränder der Blende gegen die Wirkung von Rückstellfedern, wie eine bei 18 dargestellt ist, voneinander entfernt werden.The opening of this diaphragm is controlled by two similar devices. Any of these Device includes an adjustment knob, for example the adjustment knob 17, which is on a threaded body can be screwed on; With these adjustment knobs the movable edges of the cover can be counteracted via levers the action of return springs, such as one shown at 18, can be removed from one another.

Die letzte Elektrode 54, die den Hintergrund des Spiegels bildet, ist hier durch einen Teil einer Platte 50 gebildet, die einen weiteren Teil aufweist, der mit einer Öffnung versehen ist. Die Platte 50 ist auf einem feststehenden Elektrodenlräger 55 gleitbar, so daß sie zwei verschiedene Stellungen einnehmen kann: eine erste Stellung, die in F i g. 2 und 3 dargestellt is' und in der die öffnung von der optischen Achse entfernt ist, so daß die elektrischen Feldlinien /wischen den Elektroden des Spiegels nicht gestört werden, und eine zweite Stellung, in welcher die Öffnung zentrisch zu der optischen Achse liegt, so daß der Durchgang des lonenbtindels möglich ist.The last electrode 54, which forms the background of the mirror, is here through part of a plate 50 formed, which has a further part which is provided with an opening. The plate 50 is on one fixed electrode carrier 55 slidable so that it can assume two different positions: one first position shown in FIG. 2 and 3 are shown and in which the opening is removed from the optical axis, see above that the electric field lines / between the electrodes of the mirror are not disturbed, and a second Position in which the opening is centered on the optical axis, so that the passage of the lonenbtindels is possible.

ίο Ein einziger Steuerknopf 59, der auf einem Gewindekörper 60 aufschraubbar ist, ermöglicht über einen Steucrslößel 58 und einen Isolierstößel 57 die Verschiebung der beweglichen Platte in der Weise, daß diese gegen die Wirkung einer Feder 61, die über einenίο A single control button 59 on a threaded body 60 can be screwed on, enables the Displacement of the movable plate in such a way that this against the action of a spring 61, which has a

«5 zweiten Isolierstößel 56 an der Platte abgestützt ist, in die zweite Stellung gebracht wird.«5 second insulating ram 56 is supported on the plate, is brought into the second position.

Dieser einzige Steuerknopf steuert gleichzeitig aie Verstellungen der beweglichen Platte und die Umschaltung der Hochspannung der Elektroden. Auf seinemThis single control button controls both the movements of the movable plate and the switching at the same time the high voltage of the electrodes. On his

ίο Verstellweg löst der Steuerknopf 59 einen mechanischen Schalter 16 aus, der in Serie mit einer Stromquelle im Stromkreis der Erregungswicklung eines Relais 15 liegt. Dieses Relais steuert seinerseits Hochspannungs-Umschalter (in F i g. 2 symbolisch durch Umschaltkontakte 13 und 14 dargestellt), die in den Stromkreisen der Elektroden 53 und 54 liegen. ίο adjusting travel, the control button 59 triggers a mechanical switch 16 which is in series with a power source in the circuit of the excitation winding of a relay 15. This relay, in turn, controls high-voltage changeover switches (shown symbolically in FIG. 2 by changeover contacts 13 and 14), which are located in the circuits of electrodes 53 and 54.

Der Elektrodenträger 55 ist aus einem gut wäi -neleitenden Material hergestellt. Er weist einen konkaven Teil auf, der mit schwarzem Nickel geschwärzt ist, damit er die Strahlungsenergie absorbiert, die von einer Heizlampe 62 durch eine lichtdurchlässige Dichtungskuppel fi3 hindurch abgestrahlt wird. Diese Vorrichtung ermöglicht es, die Verschmutzung der Elektrode 54 zu reduzieren, da diese durch Wärmeleitung erhitzt und auf eine höhere Temperatur als die benachbarten Teile gebracht wird.The electrode carrier 55 is made of a well-conductive one Material made. It has a concave part blackened with black nickel with it it absorbs the radiant energy which is radiated from a heating lamp 62 through a translucent sealing dome fi3. This device makes it possible to reduce the contamination of the electrode 54, since it is heated and raised by heat conduction a higher temperature than the neighboring parts is brought.

Im Betrieb als Massenspektrometer werden die Elektroden des Spiegels nicht an Spannung gelegt, und die Platte 50 befindet sich in der zweiten Stellung. Die aus dem ersten Magnetfeldprisma austretenden Ionen laufen auf einer Bahn, die in der Nähe der durch einen Pfeil F in Fig.2 und 3 angedeuteten Bahn liegt. Nachdem sie durch die Blende 51 gefiltert worden sind, laufen sie durch die irr. Innern des Spiegels liegende freie und elektrisch neutrale Raumzone, und sie treten in das elektrostatische Ablenksystem durch die öffnung in einer Eintrittsplatte 83 ein. Diese Eintrittsplatte liegt in der Nähe der Elektroden 81 und 82 des Kugelkondensators. In operation as a mass spectrometer, the electrodes of the mirror are not connected to voltage, and the plate 50 is in the second position. The ions emerging from the first magnetic field prism run on a path which is in the vicinity of the path indicated by an arrow F in FIGS. 2 and 3. After they have been filtered through the aperture 51, they run through the irr. Free and electrically neutral spatial zone located inside the mirror, and they enter the electrostatic deflection system through the opening in an entry plate 83. This entry plate is located near electrodes 81 and 82 of the spherical capacitor.

Die durch den ersten Teil der bekannten Mikroanalysevorrichtung bis zu der Blende 51 einschließlich, den Kugelkondensator 8, die Blende 11 und die Fangvorrichtung 9 gebildete Vorrichtung bildet das doppelfok'jssierende Massenspektrometer.The through the first part of the known microanalysis device up to the aperture 51 inclusive, the The device formed by the spherical capacitor 8, the diaphragm 11 and the safety device 9 forms the double-focusing device Mass spectrometry.

Die Eigenschaft der Winkelfokussierung in der Ebene der optischen Achse und in der senkrecht zu diesei Ebene stehenden Transversalfläche und die Eigenschaf der Geschwindigkeitsfokussierung ermöglicht die Er zielung eines hohen Auflösungsvermögens. DurclThe property of angular focusing in the plane of the optical axis and in that perpendicular to it Flat transversal surface and the property of speed focusing enables the Er aiming for a high resolution. Durcl

Verkleinerung der öffnung der Blende 51 wird dii Filterung verbessert, aber hinsichtlich der erwünschtei Ionen mit der Masse im wird der Geschwindigkeitsbe reich zu beiden Seiten der Geschwindigkeit vo, d. h. da Energieband der nutzbaren Ionen verringert Durc Verkleinerung der öffnung der Blende 11 erhöht ma das Massenauflösungsvermögen des Geräts. Die durc die Blende durchgeführte Filterung ist infolge de Tatsache verbessert, daß man ein punktförmiges BiIReducing the opening of the diaphragm 51 improves the filtering, but with regard to the desired ions with the mass im , the speed range is rich on both sides of the velocity vo, i.e. since the energy band of the usable ions is reduced Device. The filtering carried out by the diaphragm is improved as a result of the fact that a point-like image is obtained

erhält, und nicht das Bild eines Schlitzes, wie in der klassischen SpeKtrometrie.receives, and not the image of a slit, as in the classic spectrometry.

Es ist nicht unbedingt notwendig, einen Ku^elkondensator zu verwenden. Ganz allgemein ist oflensichtlich jeder Kondensator geeignet, dr,r zusammen mit dem ersten Magnetfeldprisma der Mikroanalysevorriciitung ein doppelfokussierendes Spektrometer bilden kann.It is not absolutely necessary to have a cooling capacitor to use. In general, any capacitor is obviously suitable, dr, r together with the first magnetic field prism of the microanalysis device can form a double focusing spectrometer.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Λ QQ Λ QQ

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zur Abbildung und Massenanalyse der von einer Probe emittierten Jekundärionen mit einem ersten magnetischen Sekiorfcld, durch das das lonenbündel hindurchgeht, und mit einem zweiten magnetischen Sektorfeld, durch das das lonenbündel nach Austritt aus dem ersten Sektorfeld und nachfolgender Reflexion an einem elektrostatischen Spiegel hindurchgeht, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel mit einer Einrichtung versehen ist, die einen Durchgang des Ionenbündels erlaubt, und daß das durchgehende lonenbündel einen elektrostatischen Kondensator durchläuft, der zusammen mit dem ersten Sektoneld ein doppelfokussierendes Massenspektrometer bildet.1. Arrangement for imaging and mass analysis of the secondary ions emitted by a sample a first magnetic secondary field through which the ion beam passes, and with a second magnetic sector field through which the ion beam after exiting the first sector field and subsequent reflection on an electrostatic one Through mirror, characterized in that that the mirror is provided with a device that allows a passage of the ion beam allowed, and that the continuous ion beam passes through an electrostatic capacitor, the together with the first sector field a double-focusing one Forms mass spectrometer. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrostatische Kondensator ein Kugelkondensator ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electrostatic capacitor is a Spherical capacitor is. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine mit einer öffnung versehene bewegliche Platte aufweist, bei deren Verstellung eine Umschaltung der an dem Spiegel anliegenden Spannungen erfolgt.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the device has one with a Has opening provided movable plate, when adjusted, a switchover of the Mirror applied voltages takes place.