DE2920972A1

DE2920972A1 - Vorrichtung zur spektroskopie mit geladenen teilchen

Info

Publication number: DE2920972A1
Application number: DE19792920972
Authority: DE
Inventors: Andrew Barrie; Quentin Charles Herd
Original assignee: Kratos Ltd
Current assignee: Kratos Ltd
Priority date: 1978-05-25
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1979-11-29
Also published as: US4255656A

Description

Be s ehre !bung

Vorrichtung zur Spektroskopie mit geladenen Teilchen

Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zur Spektroskopie mit geladenen Teilchen.

In der (xB-PS 1,332,20? ist eine Vorrichtung zur Spektroskopie mit geladenen Teilchen zur chemischen Analyse einer Probe beschrieben, die aufweist eine Einrichtung zum Bestrahlen eines ausgedehnten Bereiches einer Probe, um. geladene Teilchen aus dem gesamten, sich erstreckenden Bereich freizusetzen, eine Lochplatte, welche nächst der Probe befestigt ist, um geladene Teilchen von der Probe zu empfangen und diese Teilchen hindurchzulassen, eine Folsussierungseinrichtung für geladene Teilchen, zu der die hindurchgelassenen Teilchen gelangen und die ein Bild mit geladenen Teilchen in einer Bildebene bildet, und einen Energieanalysator, um die Energie der Teilchen zu analysieren, welche durch die Lochplatte hindurchgelangen.

In der Vorrichtung der vorhergehend erwähnten Patentschrift werden geladene Teilchen von dem gesamten, bestrahlten Bereich der Probe von der Lochplatte empfangen bzw. aufgenommen und in der Bildebene scharf abgebildet. Es tritt daher eine Schwierigkeit auf, irgendeinen ausgewählten Bereich zu analysieren, welcher einen kleinen Teil des gesamten bestrahlten Bereiches bildet.

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Eine Zielsetzung der vorligenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Analyse eines kleinen ausgewählten Bereiches der Oberfläche einer Probe erleichtert. Diese Zielsetzung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Öffnung in der Platte eine von einer Austrittsöffnung beabstandete Eintrittsöffnung aufweist, um dadurch einen Weg für einen feinen Teilchenstrahl zu dezimieren,welcher von einem ausgewählten, begrenzten Teil des ausgedehnten Bereiches der Probe empfangen wird.

Bei einer bevorzugten Vorrichtung ist eine Laser- oder Lichtführungseinrichtung angeordnet, um ein Strahlungsbündel durch die Lochplatte auf der Achse des feinen Strahls zu richten, um einen beleuchteten Fleck auf dem ausgewählten Bereich der Probe zu bilden, wodurch eine visuelle Kennzeichnung bzw. Identifikation des ausgewählten Bereiches geschaffen wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse einer Probe, und

Fig. 2 eine Aufsicht im vergrößerten Maßstab eines Teiles der Vorrichtung gem. Fig. Ί.

Es wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Eine Probe 1 ist innerhalb einer Probenkammer (diese ist nicht dargestellt) be-

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festigt und so angeordnet, daß sie über einen ausgedehnten Bereich, mittels eines Röntgenstrahls 2 'bestrahlt werden kann, welcher an einer Röntgenstrahlen-Aufprallfläche durch Elektronenbeschießung oder durch andere Mittel erzeugt wird. Von der bestrahlten Probe 1 ausgesandte Elektronen 4 gelangen durch eine Öffnung einer Platte 5» üe auf dem gleichen Potential wie die Probe 1 gehalten wird, in eine elektronenoptische Fokussierungseinrichtung 6, welche drei oder mehr elektrostatische Linsenglieder Ί—ΛΌ umfaßt. Die Glieder 7-10 haben alle einen gleichmäßigen Innendurchmesser, obgleich bei Abwandlungen dies nicht der Fall sein muß , und sind koaxial mit dex Öffnung der Platte 5 ausgerichtet.

Beim Betrieb, wenn geeignete Potentiale an die Glieder 8-10 gelegt werden, wie es in der GB-PS 1.332.207 beschrieben ist, werden die Elektronen 4- durch, die Fokussierungseinrichtung 6 fokussiert, um ein elelctronenoptisches Bild in einer Bildebene 11 von dem Bereich der Probe zu bilden, welche die Quelle dea? Elektronen darstellt, die durch die öffnung der Platte 5 !hindurchgehen. Die Vergrößerung des Bildes kann in Bezug auf die Probe 1 um einen Faktor größer als 1 veränderlich sein.

In der vorhergehend genannten Patentschrift ist ein Quellenschlitz an der Stelle angeordnet, an. der hier in der Fig. 1 die Lochplatte 5 vorgesehen ist, um Elektronen von einem großen, bestrahlten Bereich der Probe zu empfangen. Eine Lochplatte ist in der Bildebene angeordnet, damit nur einige der Elektronen, welche das Bild bilden, hindurchgelangen können. Es war deshalb erforderlich., die Lochplatte in der Bildebene oder das Bild zu bewegen, um den Bereich, der Probe auszuwählen, der untersucht werden soll.

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Bei der vorlxegenden Erfindung, wie es dargestellt ist, ist die Lochplatte 5 in. einer festen Stellung nächst der Probe angeordnet. Mittel 71, welche schematisch dargestellt sind, sind vorgesehen, um die Probe relativ zu der Lochplatte 5 in einer Ebene senkrecht zu der Achse der FolaissLereinrichtung 6 zu bewegen, um einen ausgewählten, kleinen Bereich der Probe zu lokalisieren, der der Öffnung 5a der Platte gegenüberliegt. Die Platte 5 ist mit einer öffnung ausgebildet, welche durch zwei axial beabstandete öffnungen 5a, 5a¹ gebildet wird, wie es dargestellt ist, oder mit einer einzigen, sich in axialer Sichtung erstreckenden Öffnung, um eine Öffnung zu schaffen, die eine Eingangsöffnung und eine Ausgangsöffnung aufweist, welche einen solchen Abstand voneinander aufweist, daß nur ein schmaler Elektronenstrahl durch die Öffnung gelangen kann, wodurch der ausgewählte Bereich der zu untersuchenden Probe begrenzt wird.

Die Bildebene 11 f.ällt mit der Eingangsebene eines halbkugelförmigen, elektrostatischen Analysators 14- zusammen, welcher ein feldbegrenzendes Element, Platte oder Gitter 12 und ein Paar von metallenen Halbkugeln 15» 16 aufweist, welche konzentrisch und voneinander elektrisch isoliert, befestigt sind. Beim Betrieb wird eine Spannung zwischen, den Halbkugeln 15» 16 von einer Analysator-Spannungsversorgung angelegt, wobei die äußere Halbkugel 15 auf negativem Potential in Bezug auf die innere Halbkugel 16 liegt. Dies bewirkt, daß Elektronen, welche durch die Lochplatte hindurchgehen und in den Raum zwischen den Halbkugeln eintreten, Kurvenbahnen (z.B. 18) folgen, so daß ein elektronenoptisches Bild des Loches in der Platte 5 in der Ausgangsebene 19 des Analysators gebildet wird.

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Man sieht, daß tatsächlich eine große Anzahl von Bildern des Loches in der Ausgangsebene 19 gebildet werden, da Elektronen mit größeren Energien Bahnen mit größerem Krümmungsradius folgen und deshalb an verschiedenen Stellen fokosiert werden.

Ein Ausgangsschlitz 20 ist in der Ausgangsebene 19 angeordnet und dient dazu, Elektronen mit Energien innerhalb eines gewissen, begrenzten Bereiches des Energiespektrums auszuwählen, wobei die so ausgewählten Elektronen mit einem Elektronenvervielfacher 21 festgestellt werden. Am Ausgang des Elektronenvervielfachers erhält man ein Aus— gangssignal, welches der pro Zeiteinheit durch den Schlitz 20 ankommenden Elektronen proportional ist.

Beim Betrieb wird die von der Spannungsversorgung 17 zwischen den Halbkugeln 15,16 angelegte Spannung mittels einer Abtast einheit 2A-, die die Spannungsversorgung 17 steuert, über einen vorbestimmten Wertebereich verändert (swept), mit dem Ergebnis, daß der Ausgangsschlitz 20 wirkungsvoll das Elektronen-Energiespektrum abtastet. Der Ausgang des Zählers 23 wird an dem Y-Eingang eines XY-Aufzeichnungsgerätes 25 (beispielsweise ein Streifenschreiben) gegeben, wobei den X-Eingang ein Signal von der Abtasteinheit 24 zugeführt wird, welches der kinetischen Energie der Elektronen oder der Lage des Probenantriebs oder des Schlitzmotors 73 proportional ist. Somit stellt das Aufzeichnungsgerät eine Aufzeichnung des Energie-Spektrums der Elektronen von kleinen Bereichen der Probe her, welche durch die Lochplatte 5 ausgewählt werden, und ermöglicht somit die chemische Struktur von mehreren klei-

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nen Bereichen auf der Probenoberfläche in zweidimensionaler Weise zu ananlysieren.

Eine Streufeldplatte 26 ist nächst dem Boden der Halbkuglen 15, 16 angeordnet und dient dazu, Streufeldeffekte an den Rändern des Analysators 14 zu überwinden. Diese Platte 26 hat eine flache, ringförmige Form mit zwei Öffnungen 27 bzw. 28 anschließend an die Lochplatte 12 und den Ausgangsschlitz 20, um den Durchgang von Elektronen in den und aus dem Analysator zu ermöglichen. Die Platte wird durch nicht dargestellte Mittel auf einem Potential gehalten, welches zwischen den Potentialen der Halbkugeln 15 und 16 liegt.

Es wird darauf hingewiesen, daß alle Teile der Vorrichtung, durch die die Elektronen hindurchgehen, ein Hochvakuum aufweisen müssen. Ferner können paramagnetische Abschirmmittel (diese sind nicht dargestellt) aus z.B. Mu-Metall vorgesehen werden, welche den Analysator 14- und zumindest einen Teil des Linsensystems 6 umschließen und dazu dienen, magnetische und elektromagnetische Störungen der Elektronenbahnen aufgrund von Streufeldern zu verringern.

Um visuell bzw. mit dem Auge den ausgewählten Bereich der Probe zu identifizieren, ist eine Laser-oder Lichtführungseinrichtung 72 derart angeordnet, daß ein Strahlungsbündel längs der Achse des schmalen Elektronenstrahls durch die Lochplatten 12, 26 und 5 in eine Richtung geführt wird, welche der Richtung des Elektronenstromes entgegengesetzt ist, so daß die Strahlung nach dem Durchgang durch die Lochplatte 5 einen sichtbaren Fleck auf dem ausgewählten Bereich der Probe 1 bildet. Der Laser oder die Lichtquelle

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wird geeigneterweise außerhalb des Analysators 14 angeordnet, wobei Strahlung durch eine öffnung 15a in der Wand der Halbkugel 15 hindurchgeführt wird.

Obgleich die Platte 5 nur mit einer Öffnung oder einem beabstandeten Paar von Öffnungen ausgebildet sein kann, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wird sie vorzugsweise auch mit einem oder mehreren Schlitzen versehen. Eine solche Platte wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, weist ein loch 5a, einen ersten, engen Schlitz Jb und einen zweiten, weiteren Schlitz 5c auf.

Eine Einrichtung 73» wie z.B. ein Stellmotor, ist für die Bewegung der Platte in Längsrichtung vorgesehen, um die Öffnung 5a oder irgendeinen der Schlitze auf der Achse der Linse 6 zu positionieren.

Der Betrieb der Vorrichtung kann so erfolgen, wie es in GB-PS 1,332,207 beschrieben ist.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1J Vorrichtung zur Spektroskopie mit geladenen Teilchen zur chemischen Analyse einer Probe mit einer Einrichtung zum Bestrahlen eines ausgedehnten Bereiches einer Probe, um geladene Teilchen auf dem ausgedehnten Gesamtbereich freizusetzen, einer nächst der Probe befestigten Lochplatte, um geladene Teilchen von der Probe zu empfangen und diese Teilchen hindurchzulassen, Eokussierungsmittel für geladene Teilchen zur Aufnahme der hindurchgelassenen Teilchen und zum Erzeugen eines Bildes von geladenen Teilchen in einer Bildebene, und mit einem Energie analysator zum Analysieren der Energie der geladenen, durch die Lochplatte hindurchgegangenen Teilchen, dadurch gekennzeichnet , daß das Loch (5a, 5a¹) in der Platte (5) eine Eintrittsöffnung und eine von dieser beabstandete Austrittsöffnung aufweist, um dazwischen einen Weg für einen schmalen Strahl von Teilchen zu begrenzen,die von einem ausgewählten, begrenzten Bereich des ausgedehnten Bereiches der Probe (1) empfangen werden.

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TELEFON (O89) 2S28 6Ü

TELEX OS-0938O

TELEGRAMME MQNAPAT

TELEKOPIERER
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Laser oder eine Lichtführungseinrichtung (72) derart angeordnet ist, da£ ein Strahlungsbündel durch die Lochplatte (5) längs der Achse des schmalen Strahls verläuft, um einen beleuchteben Fleck auf dem ausgewählten Bereich dex· Probe (1) zu bilden, wodurch eine visuelle Identifizierung des ausgewählten Bereiches geschaffen wird, und/oder daß eine Photonenanregungsquelle vorgesehen ist, welche dazu verwandt wird, die Beschaffenheit der Probenoberfläche durch sichtbare Lichtabsorption oder Streuung oder eine andere Technik zu untersuchen.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Laser oder die Lichtführungseinrichtung (72) einem Loch gegenüberliegend in einer nach innen konvexen Wand des Analysators angeordnet ist.

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