DE2556291B2 - Raster-Ionenmikroskop - Google Patents
Raster-IonenmikroskopInfo
- Publication number
- DE2556291B2 DE2556291B2 DE2556291A DE2556291A DE2556291B2 DE 2556291 B2 DE2556291 B2 DE 2556291B2 DE 2556291 A DE2556291 A DE 2556291A DE 2556291 A DE2556291 A DE 2556291A DE 2556291 B2 DE2556291 B2 DE 2556291B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sample
- mass
- ion beam
- analyzer
- primary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/252—Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
- H01J37/256—Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers using scanning beams
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
- H01J37/12—Lenses electrostatic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
Oberflächenaufnahmen, die mit Hilfe des Rasterlonenmikrositops
nach der Erfindung gewonnen werden, weisen eine Besonderheit auf, die bisher nur von
rasterelektronenmikroskopischen Bildern bekannt ist: die Topographie der Oberfläche wird sichtbar. Der Ober
die Aussagekraft der Rasterelektronenmikroskopie hinausgehende Informationsgehalt der mit einem
Sekundärionen-Massenspsktrometer ermittelten Oberflächentopographie
liegt in der gleichzeitigen Massenanalyse.
Die Fähigkeit des Raster-Ionenmikroskops nach der Erfindung zur Sichtbarmachung der Oberflächentopographie
einer Probe hat zwei Ursachen, (1) Schattenbildung bei Analyse von Sekundärionen, die unter einem
von Null verschiedenen Winkel zur (makroskopischen) Oberflächennormalen emittiert werden und (2) Abhängigkeit
der Vorzugsrichtung der Sekundärionenemission von dem auf die (mikroskopische) Oberflächennormale
bezogenen Einfallswinkel der Primärionen. Aus ionenoptischen Gründen sind die Effekte umso deutlieher
ausgeprägt, je niedriger die Beschleunigungsspannung der Sekundärionen ist
Aus der o.g. Zeitschrift J. Phis. E: ScL Instrum. 8 (1975), S. 797—808 ist es zwar bekannt, daß l>ei einem
lonen-Microanalysator, bei dem das von den Sekundärionen
erzeugte Bild rasterförmig abgetastet und auf einer Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht wird, als
Massenfilter ein elektrisches Quadrupolfilter verwendet wird. Hieraus ist jedoch kein Hinweis darauf zu
entnehmen, daß bei Verwendung eines elektrischen Quadrupolfilters als Massenfilter bei einem Ionen-Rastermikroskop
der genannten Art die Beschleunigungsspannung der Sekundärionen so niedrig gemacht
werden kann, daß bei entsprechenden Winkeln zwischen Flächennormale und Primär- bzw. Sekundärionenstrahl
ein topographisches Abbild der Probenoberflächen erhalten werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der F i g. I bis 3 näher erläutert.
F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Rasterlonenmikroskops
gemäß der Erfindung. Der gesamte Aufbau ist in einem nicht näher dargestellten (Ultra-)
Hochvakuumrezipienten untergebracht Der Primärionenstrahl
1 aus Argonionen oder anderen geeigneten Ionen mit einer Energie von einigen keV wird von einer
Ionenkanone 2 geliefert Die Auslegung der ionenkanone 2 ist beliebig, sofern von ihr ein geeigneter
Primärionenstrahl 1 geliefert wird. Es kann z. B. die in der DE-AS 22 54 444 beschriebene Ionenkanone benutzt
werden. Der Primärionenstrahl 1 wird durch die so Blenden 3 und 4 in seinem Durchmesser begrenzt.
Zwischen den Blenden 3 und 4 durchläuft er die beiden zueinander um 90° versetzt angeordneten Plattenkondensatoren
5 und 6. Durch Anlegen der i. a. symmetrischen Spannungen ± Ux und ± LJy an die Plattenkondensatoren
5 und 6 kann der ausgeblendete Primärionenstrahl 1 mit den einstellbaren Gleichspannungskomponenten Ux und Uy in die gewünschte Position
auf der Probe 7 justiert werden. Den Gleichspannungen Ui und Uf können einstellbare Sägezahnspannungen
Ui und U) überlagert werden, wobei die Frequenz /, von Ul stark verschieden von der
Frequenz fr von U' ist. Die Sägezahnspannungen
bewirken eine zeilenweise rasterförmige Ablenkung des ausgeblendeten Primärionenstrahls 1 über die Oberfläehe
der Probe 7 Ähnlich der Rasterablenkung von Elektronenstrahlen in Fernsehröhren.
Mittelelektrode der elektrostatischen Einzellinse 8 kann
der ausgeblendete, gerasterte Primärionenstrahl 1 auf die zu untersuchende Oberfläche der Probe 7 fokussiert
werden.
Von den beim Beschüß der Probe 7 emittierten Sekundärionen wird mittels der Blende 10 ein
Sekundärionenstrahl 9 abgetrennt Der Sekundäriotienstrahl
9 wird im elektrischen Feld zwischen der Probe 7 und der Blende 10 beschleunigt, wobei an der Probe 7
die einstellbare Gleichspannung Up und an der Blende
10 die einstellbare Gleichspannung Um liegt Die Gleichspannungen Up und Um können auch so eingestellt
werden, daß der Sekundärionenstrahl 9 keine Beschleunigung erfährt oder abgebremst wird.
Aus dem Sekundärionenstrahl 9 wird mit Hilfe des Energieanalysator 11 sowie der Blenden 12 und 13 der
für die Massenanalyse im Quadrupolfilter 14 geeignete Anteil aus dem Energiespektrum des Sekundärionenstrahls
9 abgetrennt Die Auslegung des Energieanalysators 11 ist beliebig. Es kann wie in dem in Fig. 1
dargestellten Ausführungsbeispiel ,er Erfindung z. B.
ein mit den Gleichspannungen Lfci und Uki versorgter
Zylinderkondensator benutzt werden.
In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das in der DE-OS 22 42 937 beschriebene
Energit filter verwendet werden. An die Blenden 12 und
13 wird die Gleichspannung Ubi gelegt Üblicherweise ist Um= Ug\. Es können jedoch auch andere Einstellungen
gewählt werden. Im elektrischen Feld zwischen der Blende 13 und der Blende 15 wird der ewergieanalysierte
Sekundärionenstrahl 9 vor dem Eintritt in das (Juadrupolfilter 14 abgebremst
Durch geeignete Wahl der Gleichspannungen Up,
Ub:, Ubi, Uk\ und Uki läßt sich eine optimale Anpassung
der Emittanz des Sekundärionenstrahls 9 an die Akzeptanz des Quadrupolfilters 14 erreichen. Eine
Einfügung weiterer elektrostatischer Linsen in den Strahlengang der Primärionen und/oder der Sekundärionen
ändert nichts am prinzipiellen Aufbau des beschriebenen Raster-lonenmikroskops. Der Strahlengang
wird dadurch lediglich komplexer. Ebenso ändert eine Hinzufügung eines Massenanalysators für die
Primärionen (zwischen Ionenkanone 2 und Blende 3) nichts an den wesentlichen Eigenschaften de? beschriebenen
Raster-Ionenmikroskops. Ein Massenanalysator für die Primärionen kann erforderlich sein, wenn
besonders saubere experimentelle Bedingungen angestrebt werden.
Die Austrittsblende 16 der Einzellinse 8 hat keine strahlbegrenzende Funktion sondern dient lediglich der
Begrenzung des elektrischen Feldes in der Einzellinse 8 derart, daß dieses Feld keinen Einfluß auf die
Sekundärionenextrakticn hat.
F i j. 2 zeigt ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit des
erfindungsgemäßen Raster-Ionenmikroskops. Als Probe 7 wurde ein aus /unden 100 μηι starken Stahldrähten
geflochtenes Netzwerk benutzt. Die Prooe 7 wurde mit lOkeV Argonionen einer Stromstärke von 1OnA
beschossen. Die Energieanalyse der (positiven) Sekundärionen erfolgte mit einer vorteilhaften Weiterentwicklung
des in der DE-OS 22 42 987 beschriebenen Energiefiiters. Der Öffnungsdurchmesser jder Elende 4
betrug 0,5 mm, der Abstand zwischen dem Ausgang der Einzellinse 8 und der Probe 7 war etwa 60 mm.
In F i g. 2a ist die Struktur der Probe skizziert. F i g. 2b zeigt eine Photograpnie der auf einem Oszillographenschirm
mit Hilfe des erfindungsmäßigen Raster-lonenmikroskops erzeugten Helligkeitsverteilung bei Einstel-
lung des Massenfilters auf die Massenzahl 56. Das Bild in
Fig.2b spiegelt somit die laterale Verteilung von 56Fe
auf der Probe wider. Man erkennt deutlich die Struktur des Netzwerks. Die laterale Auflösung und Nachweisempfindlichkeit
ist über die gesamte Fläche von 1,5 χ 1,5 mm* konstant. Aus Fig.2b und anderen
Aufnahmen kann eine laterale Auflösung von ΙΟμιη
oder besser abgeschätzt werden. Die Auflösung läßt sich noch verbessern, z. B. durch Verkleinerung des Öffnungsdurchmessers
der Blende 4 und/oder Verringerung des Abstandes zwischen Einzellinse 8 und Probe 7.
Fig. 3 erläutert die bei der Bestrahlung der Probe 7
und der Sekundärionenextraktion relevanten Parameter. F i g. 3a dient der Definition von Einfallswinkel ödes
Primärionenstrahls 1 und Abnahmewinkel φ des
Sekundärionenstrahls 9, beide bezogen auf die makro-
skopische Oberflächennormale FJ. F i g. 3b kennzeichnet
an einem vergrößerten Ausschnitt der Probe 7 den Unterschied zwjschen der makroskopischen Oberflächennormalen
W und der mikroskopischen Oberflächennormalen nT Die Oberflächentopographie der
ίο Probe 7 wird deutlich sichtbar, wenn mindestens einer
der Winkel ft und φ größer als 10" ist. Bei der Aufnahme
von F i g. 2b war ft = 0 und φ = 40°.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Die analysierte Fläche ist auf einen Durchmesser oder eine Kantenlänge von maximal 0,4 mm
beschränkt,
2. die Tiefenschärfe ist gering und
3. die Oberflächentopographie wird nicht sichtbar.
Die Ursachen für diese Mängel sind u.a. darin zu
suchen, daß bei Verwendung magnetischer Massenspektrometer eine ausreichende Massenauflösung nur
bei kleiner Objekt- und Bildgröße zu erreichen ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das
■to eingangs genannte Rasterionenmiwroskop so auszubilden,
daß großflächige Mikroanalyse mit hoher Tiefenschärfe sowie die Sichtbarmachung der Oberflächentopographie
der Probe ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der
Massenanalysator ein elektrisches Quadrupolfilter ist,
und daß die Beschleunigungsspannung zur Extraktion der von der Probe kommenden Sekundärionen weniger
als IkV beträgt
Mit Hilfe der elektrostatischen Linsen können die
so Sekundärionen vor ihrem Eintritt in den Energieanalysator beschleunigt und abgebildet sowie nach Durchlaufen
des Energieanalysators wiederum abgebildet und auf eine für die Massenanalyse im Quadrupolfilter
geeignete Energie abgebremst werden. Durch die Verwendung des elektrischen Quadrupolfllters für die
Massenanalyse reicht beim Raster-Ionenmikroskop nach der Erfindung bereits eine Beschleunigungsspannung
von etwa 100 V aus, um maximale Intensität im Massenspektrum zu erzielen. Ferner kann die Position
der zu untersuchenden Proben bezüglich des Massenspektrometer? parallel zum Primärionenstrahl in weiten
Grenzen (±2 mm) ohne merkliche Einbuße an Intensität variiert werden. Auch in der Probenebene, d.h.
senkrecht zum Primärionenstrahl kann über einen Durchmesser von mehr als 2 mm eine nahezu konstante
Nachweisempfindlichkeit erreicht werden. Innerhalb der genannten Grenzen wird keine Änderung der
Massenauflösung beobachtet
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2556291A DE2556291C3 (de) | 1975-12-13 | 1975-12-13 | Raster-Ionenmikroskop |
GB18755/76A GB1490496A (en) | 1975-12-13 | 1976-05-07 | Raster scanning ion microscope with quadrupole mass filte |
US05/701,683 US4132892A (en) | 1975-12-13 | 1976-07-01 | Raster scanning ion microscope with quadrupole mass filter |
FR7623714A FR2335038A1 (fr) | 1975-12-13 | 1976-08-03 | Microscope ionique a grille |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2556291A DE2556291C3 (de) | 1975-12-13 | 1975-12-13 | Raster-Ionenmikroskop |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2556291A1 DE2556291A1 (de) | 1977-06-23 |
DE2556291B2 true DE2556291B2 (de) | 1980-03-27 |
DE2556291C3 DE2556291C3 (de) | 1980-11-27 |
Family
ID=5964353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2556291A Expired DE2556291C3 (de) | 1975-12-13 | 1975-12-13 | Raster-Ionenmikroskop |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4132892A (de) |
DE (1) | DE2556291C3 (de) |
FR (1) | FR2335038A1 (de) |
GB (1) | GB1490496A (de) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2950330C2 (de) * | 1979-12-14 | 1983-06-01 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Vorrichtung zur chemischen Analyse von Proben |
US4315153A (en) * | 1980-05-19 | 1982-02-09 | Hughes Aircraft Company | Focusing ExB mass separator for space-charge dominated ion beams |
JPS6197557A (ja) * | 1984-10-19 | 1986-05-16 | Kawasaki Steel Corp | 二次イオン質量分析装置 |
US4661702A (en) * | 1984-10-24 | 1987-04-28 | The Perkin-Elmer Corporation | Primary ion beam raster gating technique for secondary ion mass spectrometer system |
US4633084A (en) * | 1985-01-16 | 1986-12-30 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | High efficiency direct detection of ions from resonance ionization of sputtered atoms |
US4556794A (en) * | 1985-01-30 | 1985-12-03 | Hughes Aircraft Company | Secondary ion collection and transport system for ion microprobe |
US4829179A (en) * | 1986-07-12 | 1989-05-09 | Nissin Electric Company, Limited | Surface analyzer |
US4785173A (en) * | 1987-03-09 | 1988-11-15 | Anelva Corporation | Element analyzing apparatus |
US4800273A (en) * | 1988-01-07 | 1989-01-24 | Phillips Bradway F | Secondary ion mass spectrometer |
US4968888A (en) * | 1989-07-05 | 1990-11-06 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Pulsed field sample neutralization |
JP3260663B2 (ja) * | 1997-07-23 | 2002-02-25 | 沖電気工業株式会社 | ホール内表面の組成分布検出方法 |
US6153880A (en) * | 1999-09-30 | 2000-11-28 | Agilent Technologies, Inc. | Method and apparatus for performance improvement of mass spectrometers using dynamic ion optics |
GB2386747A (en) * | 2001-11-08 | 2003-09-24 | Ionoptika Ltd | Fullerene ion gun |
DE102004030523A1 (de) * | 2004-06-18 | 2006-01-12 | Siemens Ag | Transportsystem für Nanopartikel und Verfahren zu dessen Betrieb |
KR101359562B1 (ko) | 2005-07-08 | 2014-02-07 | 넥스젠 세미 홀딩 인코포레이티드 | 제어 입자 빔 제조를 위한 장치 및 방법 |
WO2008140585A1 (en) | 2006-11-22 | 2008-11-20 | Nexgen Semi Holding, Inc. | Apparatus and method for conformal mask manufacturing |
US10566169B1 (en) | 2008-06-30 | 2020-02-18 | Nexgen Semi Holding, Inc. | Method and device for spatial charged particle bunching |
US10991545B2 (en) | 2008-06-30 | 2021-04-27 | Nexgen Semi Holding, Inc. | Method and device for spatial charged particle bunching |
US9245722B2 (en) * | 2013-09-16 | 2016-01-26 | Georgia Tech Research Corporation | SMS probe and SEM imaging system and methods of use |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5034439B1 (de) * | 1969-05-16 | 1975-11-08 | ||
US3894233A (en) * | 1972-10-27 | 1975-07-08 | Hitachi Ltd | Ion microprobe analyzer |
DE2255302C3 (de) * | 1972-11-11 | 1980-09-11 | Leybold-Heraeus Gmbh, 5000 Koeln | Einrichtung für die Sekundär-Ionen-Massenspektroskopie |
JPS5015594A (de) * | 1973-06-08 | 1975-02-19 | ||
DE2347946A1 (de) * | 1973-09-24 | 1975-04-10 | Max Planck Gesellschaft | Quadrupolfeld-massenanalysator hoher eingangsapertur |
DE2414221C3 (de) * | 1974-03-25 | 1979-01-18 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen | Ionenoptisches Gerät zur Untersuchung der Oberfläche einer Probe durch IonenbeschuB und Analyse der vom beschossenen Oberflächenbereich ausgehenden Ionen |
-
1975
- 1975-12-13 DE DE2556291A patent/DE2556291C3/de not_active Expired
-
1976
- 1976-05-07 GB GB18755/76A patent/GB1490496A/en not_active Expired
- 1976-07-01 US US05/701,683 patent/US4132892A/en not_active Expired - Lifetime
- 1976-08-03 FR FR7623714A patent/FR2335038A1/fr active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2335038A1 (fr) | 1977-07-08 |
DE2556291C3 (de) | 1980-11-27 |
FR2335038B1 (de) | 1981-09-04 |
DE2556291A1 (de) | 1977-06-23 |
US4132892A (en) | 1979-01-02 |
GB1490496A (en) | 1977-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2556291C3 (de) | Raster-Ionenmikroskop | |
EP0218829B1 (de) | Anordnung zur Detektion von Sekundär- und/oder Rückstreuelektronen in einem Elektronenstrahlgerät | |
DE69821467T2 (de) | Rasterelektronenmikroskop unter kontrollierter umgebung mit einem magnetfeld zur erhöhten sekundärelektronenerfassung | |
DE3913965A1 (de) | Direkt abbildendes sekundaerionen-massenspektrometer mit laufzeit-massenspektrometrischer betriebsart | |
DE2151167C3 (de) | Elektronenstrahl-Mikroanalysator mit Auger-Elektronen-Nachweis | |
DE1798021B2 (de) | Einrichtung zur buendelung eines primaer-ionenstrahls eines mikroanalysators | |
DE2627085A1 (de) | Ionenstreuspektrometeranalysatoren, die vorzugsweise im tandem angeordnet sind | |
EP0370276A1 (de) | Vorrichtung zum Nachweis geladener Sekundärteilchen | |
DE19929185A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur energie- und winkelaufgelösten Elektronenspektroskopie | |
DE69815498T2 (de) | Rasterelektronenmikroskop unter kontrollierter umgebung mit mehrpolfelder zur erhöter sekundärelektronenerfassung | |
DE2608958A1 (de) | Vorrichtung zum erzeugen von strahlen aus geladenen teilchen | |
DE2705430C3 (de) | Elektrostatischer Analysator für geladene Teilchen | |
DE2041422A1 (de) | Elementanalysator | |
EP0175807B1 (de) | Einrichtung zur Durchführung des SNMS-Verfahrens | |
DE112010005188T5 (de) | Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen | |
DE2105805C3 (de) | Gerät zur Elektronenspektroskopie | |
DE2659385C3 (de) | Ionen-Mikrosonden-Analysator | |
DE102010056321A1 (de) | Partikelstrahlmikroskop | |
DE2652273C2 (de) | Verfahren zur bildlichen Darstellung eines Beugungsbildes bei einem Durchstrahlungs-Raster-Korpuskularstrahlmikroskop | |
DE2540602A1 (de) | Feldemissions-strahlsystem | |
DE3943211A1 (de) | Abbildendes elektronenoptisches geraet | |
DE2950330C2 (de) | Vorrichtung zur chemischen Analyse von Proben | |
DE2752933A1 (de) | Elektronenmikroskop | |
DE2542362B2 (de) | Ionenstreuspektroskopisches Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung desselben | |
DE2414221A1 (de) | Teilchenoptisches geraet fuer die ionenstreuungsspektrometrie und sekundaerionenmassenspektrometrie |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |