DE2337118C3 - 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 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.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 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 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 Ionenoptik auf einen Bildwandler projiziert wird. Die Abbildung wird dadurch möglich gemacht, daß durch das doppelte Sektorfeld mit dem hinsichtlich der lonenbahn 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 zu 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 is 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 ion optics. The figure will made possible by the fact that 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. To do this, go to 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 aber 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 Ionen aus dem für die Massenspektrometrie günstigsten Energieband auszuwählen. Andererseits ist es nicht möglich, das Massenauflösungsvermögen zu erhöhen.However, this mass spectrometry has its 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 select the ions from the most favorable for mass spectrometry Select energy band. On the other hand, it is not possible to increase the mass resolution.

ohne die Abbildungseigenschaficn 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. Naturforschung«. 12a (1957). S. 538 bis 540, die doppeifoküssierenden Massenspektrometer und Massenspektrographen bekannt, die ein außerordentlich großes Auflösungsvermögen bei der Massenspektrometrie ergaben. Bei diesen doppelfokussierenden Misse\:spel.-trometern geht das lonenbündel zunächst durch ein elektrostatisches Ablenksystem, das durch einen Toroidkondensator, Zylindei kondensator 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 (i963). 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). S. 538 to 540, the double focus Mass spectrometers and mass spectrographs are known to be an extraordinarily large one Showed resolving power in mass spectrometry. With these double-focussing misses \: spel.-trometers the ion beam first goes through an electrostatic deflection system, which is 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 is then obtained at the same time and a directional focus. From the magazine "Vakuum-Technik". 12 (1963). P. 207 to 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 Abbildungseigenschaften der Sekundärionen-Mikroanalysevorrichtung zu verschlechtern.The invention is based on the object of improving the mass resolution of the initially specified To improve 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 Ionenbündels 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 passage of the ion beam, and that the ion beam passing through is electrostatic 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, der 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, which, 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 erfindungsgemäßen Ausbildung besteht darin, daß mit einer einfachen Umschaltung sehr schnell von der einen Betriebsart zur anderen übergegangen werden kann.A particular advantage of the training according to the invention is that with a simple Switching from one operating mode to the other can be made very quickly.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung nach der Erfindung kann dieser schnelle Wechsel zwischen den Betriebsarten dadurch erhalten werden daß die Einrichtung eine mit einer Öffnung versehene bewegliche Platte aufweist, bei deren Verstellung eine Umschaltung der an d;m Spiegel anliegenden Spannun-According to an advantageous embodiment of the arrangement according to the invention, this can be done quickly between modes can be obtained by providing the device with an aperture has movable plate, when adjusted, a switchover of the voltage applied to the mirror

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 Ebene der j optischen Achse von einem Ausführungsbeispiel der Anordnung.1 shows a simplified scheme in the plane of j optical axis of an embodiment of the arrangement.

F i g. 2 eine schematische Teüansiel.i der Bestandteile des elektrostatischen Spiegels der Anordnung vors Fig. 1 undF i g. 2 a schematic part of the components of the electrostatic mirror of the arrangement in front of Fig. 1 and

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

Der in Fig. I gezeigte Sekundärionen- Mikroanalysaior enthält eine Primärionenquelle I. welche die zu untersuchende Probe 2 bombardiert, eine elektrostatische Linse 3 für die Beschleunigung der von der Probe emittierten Sekundärionen und zur Fokussierung des so gebildeten lonenbündels. ein magnetisches Ablenksystem 4. einen elektrostatischen Spiegel 5 und einen Ionen-Elektronenbildv.and!er 7, vor dem eine zweite Linse 6 liegt.The secondary ion microanalyser shown in Figure I contains a primary ion source I. which bombed the sample to be examined 2, an electrostatic lens 3 for the acceleration of the secondary ions emitted by the sample and for focusing the ion beam thus formed. one magnetic deflection system 4. an electrostatic mirror 5 and an ion electron imaging device 7 which is a second lens 6.

Das magnetische Ablenksystem 4 besteht aus zwei magnetischen Sektorfeldern 4a und 4b, 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 Eintrittsfläche des Sektorfeldes 4b zusammen und liegt in der durci, 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 äeKiorieücr 4a und 4b 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 ,4S durch die Eintrittsfläche des Sektorfeldes 4a und die Austrittsfläche des Sektorfeldes 4b gehi und mit der gegenstandsseitigen Achse des Sektorfeldes 46 zusammenfällt. Die bildseitige Achse des Sektorfeldes 4a und die gegenstandsseitige Achse des Sektorfeldes 4b 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 4b, whose lines of force are perpendicular to the plane of the drawing and which are generated with adjustable intensity by pole pieces 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 4b and lies in the plane marked durci, the line AB; the cut lines AG and BG which the other interfaces planes containing each form an angle of 45 "with the segment AB. The two äeKiorieücr 4a and 4b are symmetrical with respect to the perpendicular bisector plane of the line AB, which is also 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 4S through the entry surface of the sector field 4a and the exit surface of the sector field 4b and coincides with the object-side axis of the sector field 46. The image-side axis of the sector field 4a and the object-side axis of the sector field 4b 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 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 4b gehen. Die Linse 6 erzeugt aus den aus dem Sektorfeld 4b austretenden Ionen ein lonenbild, das mit Hilfe des Bildwandlers 7 in 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 arrive at the mirror 5, where they are reflected so that they pass through the sector field 4b . The lens 6 generates an ion image from the ions emerging from the sector field 4b , which ion image is converted into an electron image with the aid of the image converter 7.

Dabei ist die Induktion in dem doppelten Sektorfeld 4 ςη eingestellt, daß die durch ihr Massen-Ladungs-Verhaltnis im/q und durch ihre Anfangsgeschwindigkeit w gekennzeichneten Ionen der optischen Achse fo!gen_: vtcnn ihre Anfangsgeschwindigkeit entlang dieser optischen Achse gerichtet ist. Die am Punkt Cliegende Blende ergibt eine Filterung in Abhängigkeit von dem Verhältnis »Bewegungsgröße/Ladung«, und das Reflexionsvermögen des Spiegels 5 ist so eingestellt, daß zu dem doppelten Sektorfeld 4 nur die Ionen reflektiert weiden, deren Verhältnis »Energie/Ladung« unter einem gegebenen Schwellenwert liegt, während die anderen Ionen auf die letzte Elektrode des Spiegels (allen. Die Öffnung der Blende und das Reflexionsvermögen des Spiegels sind so eingestellt, daß i:u dem doppelten Sektorfeld nur die Ionen mit der Masse /jju reflektiert werden.The induction in the double sector field 4 ςη is set so that the ions characterized by their mass-to-charge ratio im / q and their initial velocity w _{follow the optical axis:} vtcnn their initial velocity 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 in the double sector field 4 whose ratio "energy / charge" is less than one given threshold value, while the other ions on the last electrode of the mirror (all. The aperture of the diaphragm and the reflectivity of the mirror are set so that i: u the double sector field only the ions with the mass / jju are reflected.

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 /u dem elektrostatischen Ablenksystem 8 freizugeben, so daß das zweite Sektorfeld 4b und die dahimerliegenden Teile unwirksam werden und die übrigen Teile des in Fig. 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 added parts that allow the same device to be used as a double focusing mass spectrometer by simply switching over. These parts consist of a capacitor 8 arranged behind the mirror 5, which serves as an electrostatic deflection system, an adjoining diaphragm 11 with adjustable opening and an ion trap 9. A switching device makes it possible, on the one hand, to make the mirror 5 electrically ineffective and, on the other hand, the passage for to release the ion bundle / u emerging from the first sector field 4a to the electrostatic deflection system 8, so that the second sector field 4b and the parts lying there become ineffective and the remaining parts of the device shown in FIG 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 Sehlitzen getrennt werden, deren Längsrichtung senkrecht zu dieser Ebene steht. Bei den doppelfokussierenden Massenspektrometern führt man für Ionen mit gegebenem »Mas!,e-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 with the help of sessile strands are separated, the longitudinal direction of which is perpendicular to this plane. With the double focusers In mass spectrometers, a directional focusing is carried out at the same time for ions with a given "Mas!, E-charge" ratio (at a small angle) and a speed focus, whereby the Speed focusing from a compensation between the magnetic sector field and the electrostatic deflection system results in chromatic aberrations.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des dargestellten Geräts wird für das elektrostatische Ablenksystem b ein Kugelkondensator verwendet, der geringe Abmessungen aufweist und eine Richtungsfokussierung nicht nur in der Radialebene, sondern auch in der Transversalflache (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 Ma^se n» 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 verwenden, 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 b , which has small dimensions and carries out a directional focusing not only in the radial plane, but also in the transverse surface (i.e. in the surface running perpendicular to the radial plane along the optical axis) ; A spherical capacitor has the advantage that it gives a relative scattering for the ions of mass n »corresponding to their energies, which is twice as great as the scattering caused by a cylindrical capacitor with the same radius, which makes it possible. to use a spherical capacitor with a radius half as large as the radius of the corresponding cylindrical capacitor for a certain dispersion. The property of focusing in the transverse surface is not essential, but with regard to the overall sensitivity of the mass

spektrometersdoch vorteilhaft.spectrometer but 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^r für den Ablenkwinkel erleichtert die technologische Ausbildung des Kugelkondensators und ergibt aui3erdem einen geringen Raumbedarf wegen der damit verbundenen Eigenschaften. Man definiert eine optische Achse des Kugelkondensators, die im Innern des Kugelkondensators 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 ^r for the deflection angle 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, which is formed inside 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 that 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 between the image-side axis of the spherical capacitor 8 and the object-side axis of the The first sector field 4a is dimensioned in such a way that the chromatic aberrations of the first order are canceled will.

Der mittlere Radius des Kugelkondensators 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 nicht wesentlich geändert wird.The mean radius of the spherical capacitor 8 is determined on the one hand so that at least partially one Compensation for the second order angular aberrations is obtained, and on the other hand so that the The space required for the electrodes of the mirror 5 is left in front of the entry surface of the spherical capacitor will. i.e. that the original structure of the microanalysis device is not significantly changed.

Der elektrostatische Spiegel 5 ist im Schema von Fig. 2 und in Fig. 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, the same parts being 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, one of these outputs being 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 completed by a diaphragm 51 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 aperture 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.

EHe letzte Elektrode 54, die den Hintergrund des Spiegels bildet ist hier durch einen Teil einer Platte 50 gebildet <3ie einen weiteren Teil aufweist der mit einer Öffnung versehen ist Die Platte 50 ist auf einem feststehenden Elektrodenträger 55 gleitbar, so daß si< zwei verschiedene Stellungen einnehmen kann: ein< erste Stellung, die in F i g. 2 und 3 dargestellt ist und it der die Öffnung von der optischen Achse entfernt ist, se daß die elektrischen Feldlinien zwischen den Elektroder des Spiegels nicht gestört werden, und eine zweite Stellung, in welcher die Öffnung zentrisch zu dei optischen Achse liegt, so daß der Durchgang de: lonenbündels möglich ist. The last electrode 54, which forms the background of the mirror, is formed here by part of a plate 50 which has a further part which is provided with an opening. The plate 50 is slidable on a stationary electrode support 55 so that it has two different positions can occupy: a <first position, which is shown in FIG. 2 and 3 is shown and it the opening is removed from the optical axis, se 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 ion beam is possible.

Ein einziger Steuerknopf 59, der auf einem Gewinde körper 60 aufschraubbar ist. ermöglicht über einer Steuerstößel 58 und einen Isolierstößel 57 die Verschiebung der beweglichen Platte in der Weise, dal: diese gegen die Wirkung einer Feder 61, die über einer /weiten Isolierstößel 56 an der Platte abgestützt ist, ir die zweite Stellung gebracht wird.A single control button 59 which can be screwed onto a threaded body 60. allows over one Control plunger 58 and an insulating plunger 57 the displacement of the movable plate in such a way that: this against the action of a spring 61, which is supported on a / wide insulating plunger 56 on the plate, ir the second position is brought.

Dieser einzige .Steuerknopf steuert gleichzeitig die Verstellungen der beweglichen Platte und die Umschaltung der Hochspannung der Elektroden. Auf seinen· Verstellweg löst der Steuerknopf 59 einen mechanischen Schalter 16 aus, der in Serie mit einer Stromquelle in Stromkreis der Erregungswicklung eines Relais 15 hegt. Dieses Relais steuert seinerseits Hochspannung«)-I Imschaltcr (in F i g. 2 symbolisch durch Umschaltkon takte 13 und 14 dargestellt), die in den Stromkreisen dei Elektroden 53 und 54 liegen.This single control button also controls the Adjustments of the movable plate and switching of the high voltage of the electrodes. On his· Adjustment triggers the control button 59 from a mechanical switch 16 in series with a power source in the circuit of the excitation winding of a relay 15 harbors. This relay in turn controls high voltage «) - I Imschaltcr (in F i g. 2 symbolically represented by Umschaltkon contacts 13 and 14), which in the circuits dei Electrodes 53 and 54 are located.

Der Elektrodenträger 55 ist aus einem gut wärmeleitenden Material hergestellt. Er weist einen konkaver Teil auf. der mit schwarzem Nickel geschwärzt ist, damii er die Strahlungsenergie absorbiert, die von einci Heizlampo 62 durch eine lichtdurchlässige Dichtungskuppel 63 hindurch abgestrahlt wird. Diese Vorrichtung ermöglicht es. die Verschmutzung der Elektrode 54 zi reduzieren, da diese durch Wärmeleitung erhitzt und aul eine höhere Temperatur als die benachbarten Teile gebracht wird.The electrode carrier 55 is made of a material that conducts heat well. He has a concave one Part on. which is blackened with black nickel, damii it absorbs the radiant energy that is radiated from a heating lamp 62 through a translucent sealing dome 63. This device allows. reduce the contamination of the electrode 54 zi, since it is heated by conduction and aul 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 im 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 lies in the vicinity of the path indicated by an arrow F in FIGS. 2 and 3 electrically neutral space zone, 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 doppelfokussierende Massenspektrometer.The device formed by the first part of the known microanalysis device up to and including the diaphragm 51, the spherical capacitor 8, the diaphragm 11 and the catching device 9 forms the double-focusing mass spectrometer.

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

Verkleinerung der Öffnung der Blende 51 wird die Filterung verbessert, aber hinsichtlich der erwünschter Ionen mit der Masse im wird der Geschwindigkeitsbereich zu beiden Seiten der Geschwindigkeit vo, d. h. da: Energieband der nutzbaren Ionen verringert Durcli Verkleinerung der Öffnung der Blende 11 erhöht mar das Massenauflösungsvermögen des Geräts. Die durch die Blende durchgeführte Filterung ist infolge dei Tatsache verbessert daß man ein punktförmiges BildBy reducing the opening of the diaphragm 51, the filtering is improved, but with regard to the desired ions with the mass im , the speed range on both sides of the velocity vo, i.e. since: the energy band of the usable ions is reduced Device. The filtering performed by the diaphragm is improved due to the fact that a point image is obtained

hält, und nicht das Bild eines Schlitzes, wie in der lssischen Spektrometrie.holds, and not the image of a slit, as in the lssian spectrometry.

Es ist nicht unbedingt notwendig, einen Kugelkondenlor zu verwenden. Ganz allgemein ist offensichtlich :1er Kondensator geeignet, der zusammen mit dem sten Magnetfeldprisma der Mikroanalysevorrichtung ι doppelfokussierendes Spektrometer bilden kann.It is not absolutely necessary to have a spherical condenser to use. In general it is obvious: 1 capacitor is suitable, which together with the Most magnetic field prism of the microanalysis device ι can form double focusing spectrometer.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

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Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zur Abbildung jnd Massenanalyse der von einer Probe emittierten Sekundärionen mit einem ersten magnetischen Sektorfeld, 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 lonenbündels erlaubt, und daß das durchgehende lonenbündel einen elektrostatischen Kondensator durchläuft, der zusammen mit dem ersten Sektorfeld ein doppelfokussierendes Massenspektrometer bildet.1. Arrangement for imaging and mass analysis of the secondary ions emitted by a sample a first magnetic sector 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 at an electrostatic mirror, characterized in that the mirror with a device is provided, which allows a passage of the ion beam, and that the continuous ion beam an electrostatic capacitor passes through which, together with the first sector field, produces a double focusing 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 that the electrostatic capacitor is a spherical capacitor. 3. Anordnung nach Anspruch ) 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) or 2, characterized in that the device has a movable plate provided with an opening, the adjustment of which switches over the voltages applied to the mirror.