DE3429599A1

DE3429599A1 - Analysegeraet zur hochaufloesenden analyse einer oberflaeche

Info

Publication number: DE3429599A1
Application number: DE19843429599
Authority: DE
Inventors: Yoshiro Fuchi Tokio/Tokyo Shiokawa
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1983-08-10
Filing date: 1984-08-10
Publication date: 1985-02-21
Also published as: JPS6037644A; US4562352A; JPS6352430B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Analysegerät (Spektrometer) zur Analyse einer Probenoberfläche durch geladene Teilchen, wie die allgemein bekannten Augerelektronen. Speziell ist die Erfindung auf ein Analysegerät anwendbar, das einen ZyIinderanalysator zur Energieanalyse der von der Oberfläche ausgesandten geladenen Teilchen enthält.

Wie später unter Bezugnahme zu einigen der 14 Figuren der erläuternden Zeichnungen beschrieben wird, weist ein herkömmliches Analysegerät einen Strahlsender auf, der eine Strahlsenderachse hat und einen Strahl aussenden

kann, beispielsweise einen Elektronenstrahl, der auf die Oberfläche der Probe gerichtet ist, um diese zur Emission von geladenen Teilchen zu veranlassen.

Der ZyIinderanalysator enthält äußere und innere koaxiale Zylinderelektroden, die eine gemeinsame Zylinderachse haben, die mit der Hauptachse des Gerätes übereinstimmt. Die äußeren und inneren zylindrischen Elektroden definieren mithin einen äußeren und einen inneren Raumbereich. Zwischen der äußeren und der inneren Zylinderelektrode ist ein gewisser Zwischenraum definiert. Die innere Zylinderelektrode hat eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung, jede diese beiden Öffnungen läuft um die Hauptachse herum.

Der spiegelzylindrische Analysator arbeitet derart, daß die in dem zwischen den Zylinderelektroden liegenden Zwischenraum durch die Einlaßöffnung hineingelangenden und durch die Auslaßöffnung aus diesem herauskommenden geladenen Teilchen analysiert werden.

In einem bekannten herkömmlichen Spektrometer sind der 20| Strahlsender und der Zylinderanalysator gesondert an der Innenseite eines Vakuumbehälters befestigt, wobei der Strahlsender außerhalb der äußeren Zylinderelektrode vorgesehen ist. Mit einer derartigen Anordnung kann der ;Strahlsender nicht näher an die Oberfläche der Probe herangebracht werden als die äußere Zylinderelektrode. Deshalb hat der Strahl einen relativ großen Durchmesser auf der Oberfläche, weswegen es unmöglich ist, die Analyse mit hoher räumlicher -Auflösung durchzuführen. Darüber hinaus sollen der Analysator und der Strahlsender individuell und exakt innerhalb des Vakuumgefäßes zusammen angeordnet sein. Solch eine präzise Anordnung ist

mühevoll und schwierig. Andererseits müssen beide Teile bei Wartungsarbeiten oder der Reinigung des Gerätes auseinander genommen werden. Die oben erläuterte Anordnung bringt es mit sich, daß das Zerlegen beim Warten oder Reinigen des Gerätes lästig und schwierig ist.

Ein Ätzstrahl sender zur Erzeugung eines Ätzstrahles (Sputterstrahles) ist häufig innerhalb des Vakuumbehälters angeordnet. Ein derartiger Sputterstrahl ist gegen die Probenoberfläche gerichtet und geeignet, die Oberfläche abzutragen. Die Probenoberfläche wird dabei in Tiefenrichtung in die Probe hinein abgetragen. Die Sputterstrahlquelle ist notwendig, um eine Tiefen-Elementanalye der Probe durchzuführen. Der Ätzstrahlsender verursacht ein gewisses Problem.

Ein anderes herkömmliches Analysegerät ist im US-Patent No. 4,048,098 offenbart, das für für Robert L. Gerlach et al. erteilt ist. In dem Spektrometer gemäß Gerlach et al. ist der Strahlsender im inneren Raumbereich angeordnet, wobei die Achse der Strahlsenders mit der Hauptachse der Vorrichtung zusammenfällt. Mit einer derartigen Anordnung kann eine hohe Analyseauflösung erreicht werden, da der Strahlsender unmittelbar über der Probenoberfläche angeordnet werden kann. Allerdings ist eine Miniaturisierung des Analysestrahlsenders erforderlich, um ihn im inneren Raumbereich anzuordnen. Damit wird die hohe Auflösung auf Kosten der Einfachheit der Anordnung erreicht-.

Ein weiteres herkömmliches Analysegerät wird in US-PS No. 4,205,226 offenbart, das alleine für R. L. Gerlach erteilt ist. In diesem Gerlach-Gerät ist der Analysestrahisender entlang der Hauptachse des Gerätes angeordnet und von außen in den Innenraum hinein gerichtet. Die Ana-

lysestrahlensenderachse fällt mithin mit der Hauptachse zusammen. Mit dem Gerlach-Gerät kann ebenfalls eine hohe Auflösung erhalten werden, da der Analysestrahl ebenfalls unmittelbar über die Probenoberfläche gebracht werden kann.

Wie auch immer, der Analysestrahl fällt entlang der Achse des Analysestrahl senders auf eine Probenoberfläche auf. Der Einfall des Analysestrahls auf der Probenoberfläche löst eine Emission von geladenen Teilchen von der Oberfläche aus. Die geladenen Teilchen werden schließlich auf einem Sensor gesammelt, der entlang der Achse des Analysestrahlsenders angeordnet ist. Angesichts der Tatsache, daß der Analysestrahl und der Sensor koaxial angeordnet sind, muß der Sensor mit einer Öffnung versehen sein, durch welche der Analysestrahl hindurchgehen kann. Exakte Herstellung des Sensors ist nötig, um die Öffnung auszubilden. Aus diesem Grunde wird die hohe Auflösung auf Kosten der Einfachheit der Anordnung erreicht.

In jedem der Analysegeräte entsprechend Gerlach et al.

!und Gerlach alleine ist der Ätzstrahl sender außerhalb des

Analysators angeordnet. Deshalb wird zwischen dem Ätz-

jstrahlsender und dem Analysestrahl sender ein großer

Winkel gebildet. Deswegen ist die Auflösung der Analyse

in Tiefenrichtung der Probe (Tiefenauflösung) gering.

Unter allen Umständen ist jedes bekannte Spektrometer insofern unvorteilhaft, als Zusammenbau urrd Demontage bei Herstellung bzw. Unterhalt des Gerätes schwierig sind entsprechend den vorstehend erwähnten herkömmlichen Apparaten.

Vf '

Es ist deshalb generell Aufgabe der Erfindung, ein Analysegerät derart auszubilden, daß es zur Oberflächenanalyse mit hoher Auflösung geeignet ist.

Weiterhin soll ein Gerät der beschriebenen Art einfach im Aufbau sein, mit vorgefertigten Teilen zusammengebaut und gewartet werden können. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, ein Gerät der vorbeschriebenen Art derart auszubilden, daß es eine Tiefenanalyse bei hoher Auflösung ermöglicht.

Ein Analysegerät, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, hat eine Hauptachse und weist Halteelemente zur Befestigung einer Probe mit zur Hauptachse rechtwinklig angeordneter Probenoberfläche auf. Weiterhin sind strahl aussendende Elemente zur Aussendung eines Analyse-Strahls auf die Probenoberfläche zur Erzeugung einer Emission von geladenen Teilchen, sowie ein Zylinderanalysator vorgesehen, der eine äußere und eine innere Zylinderelektrode aufweist, wobei die Achsen beider Zylinder mit der Hauptachse zusammenfallen und zwischen den Zylinderelektroden ein gewisser Zwischenraum gebildet wird. Die äußere und die innere Zylinderelektrode begrenzen einen äußeren und einen inneren Raumbereich. Die innere Zylinderelektrode hat jeweils eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung, die die Hauptachse des Gerätes im Nachbereich der Halteelemente und entfernt von diesen umringen. Der ZyIinderanalysator hat die Aufgabe, die geladenen Teilchen, die den Zwischenraum durch die Einlaßöffnung erreichen und aus dem Zwischenraum durch die Auslaßöffnung wieder herauskommen, zu analysieren. Erfindungsgemäß beinhalten die Analysestrahlsenderelemente einen Analysestrahl sender mit einer Strahlsenderachse und einer Strahlsenderöffnung, um den Analysemeßstrahl durch

3423599

die Öffnung auszusenden. Die Achse der Strahlsenders ist zumindest teilweise in den äußeren Raumbereicn hinaus verlängert und stimmt nicht mit der Hauptachse überein.
Die Meßstrahlaussendeöffnung ist in unmittelbarer Nähe der Halteelemente angeordnet. Die Analysestrahlsenderelemente enthalten Richtelemente, um den Analysestrahl durch die Strahlöffnung auf die Probenoberfläche mit vorherbestimmtem Winkel relativ zur Hauptachse auszusenden. .

In weiterer Ausbildung der Erfindung enthält das Analysegerät weiterhin eine Ätzstrahlquelle zur Aussendung eines Ätzstrahles (Sputterstrahls) auf die Oberfläche, um letztere abzutragen. Die Ätzstrahlquelle erstreckt sich zumindest teilweise in den äußeren Raumbereich.

Die Erfindung ist anhand einiger Ausführungsbeispiele in den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt eines herkömmlichen Analysegerätes,

Fig. 2 einen schematischen Vertikalschnitt durch ein _; herkömmliches Analysegerät anderer Ausführungsform,

Fig. 3 einen schematischen Vertikal schnitt durch ein herkömmliches Analysegerät dritter*Ausführungsform,

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch ein Analysegerät nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 einen schematischen Schnitt entlang Linie 5-5 in Figur 4,

Fig. 6 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung einer Tiefenauflösung entsprechend den herkömmliehen Analysegeräten gemäß Figuren 2 und 3,

Fig. 7 eine zu Figur 6 ähnliche Ansicht zur Verdeutlichung der Tiefenauflösung in dem Analysegerät gemäß Figuren 4 und 5,

Fig. 8 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des Analysegerätes gemäß Figuren 4 und 5,

Fig. 9 eine zu Figur 8 ähnliche Ansicht zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der herkömmlichen Analysegerät gemäß Figuren 2 und 3,

Fig. 10 eine Teilansicht eines Analysegerätes entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt,

Fig. 11 einen schematischen Vertikalschnitt eines Analysegerätes in einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 eine schematische Draufsicht auf das in Figur 11 dargestellte Analysegerät, -~_

Fig. 13 einen schematischen Vertikai schnitt durch ein Analysegerät nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 14 eine Seitenansicht zur Verdeutlichung einer Elektronenkanone, wie sie in den Analysegeräten aller vier Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird, teilweise im Schnitt.

Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen, wo ein herkömmliches Analysegerät beschrieben ist, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Das Analysegerät ist ein Augereiektonenspektrometer mit einer Hauptachse 21. Das Analysegerät weist weiter einen Probenhalter 22 auf, auf dem die Probe 25 gelagert ist. Die Probe 25 hat eine Oberfläche, die rechtwinklig zur Hauptachse 21 liegt. Eine Elektronenkanone 26 ist entlang einer Elektronenkanonenachse angeordnet und dazu vorgesehen, einen Elektronenstrahl auf die Oberfläche auszusenden, damit diese in an sich bekannter Weise Augerelektronen emittiert. Die Elektronenkanone 26 kann deswegen als Analysestrahlsender (radiant beam radiator) betrieben werden.

Ein spiegel symmetrisch aufgebauter ZyI inderanalysator 31 enthält äußere und innere zueinander koaxial angeordnete Zylinderelektroden 32 und 33„ deren gemeinsame Zylinderachsen mit der Hauptachse 21 zusammenfallen. Ein Zwischenraum wird zwischen der äußeren und der inneren Zylinderelektrode 32 und 33 begrenzt. Die äußere und die innere Zylinderelektroderi 32 und 33 begrenzen einen äußeren und einen inneren Raumbereich. -Die innere Zylinderelektrode 33 hat Einlaß- und Aifslaßöffnungen 34, 35, die die Hauptachse 21 vollständig!', umgeben und von denen die Einlaßöffung 34 nahe am Probenhalter, die Auslaßöffnung 35 entfernt vom Probenhalter angeordnet ist.

Die innere Zylinderelektrode 33 ist geerdet. Eine elektrische Spannungsquelle 36 ist zur Versorgung der äußeren Zylinderelektrode 32 mit einer elektrischen Spannung vorgesehen, die relativ zur Erdung negativ ist. Die äußere und die innere Zylinderelektrode 32 und 33 sind elektrisch voneinander isoliert, so daß die elektrische Spannung ein elektrische Potentialdifferenz zwischen der äußeren und der inneren Zylinderelektrode 32, 33 aufbaut und ein elektrisches Feld im Zwischenraum erzeugt.

Der Zylinderanalysator 31 ist geeinget, Augerelektronen zu analysieren, die durch die Einlaßöffnung 34 in den Zwischenraum eintreten und durch die Auslaßöffnung 35 wieder aus diesem herauskommen. Der Zylinderanalysator 31 hat weiterhin einen elektronensammelnden Abschnitt 37 zum Einfangen der Augerelektronen, die durch die Auslaßöffnung 35 aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Zylinderelektroden kommen. Der elektronensammelnde Abschnitt 37 enthält eine Detektorteil 38 für die Augerelektronen. Diejenigen der Augerelektronen, die eine bestimmte kinetische Engergie haben - bestimmt durch die elektrische Potentialdifferenz zwischen den äußeren und inneren Zylinderelektroden 32, 33 -, werden auf den Einlaß des Detektorteils 38 fokussiert.

Eine Ionenkanone 41 kann als Sputterstrahlsender betrieben werden. Diese Ionenkanone 41 hat eine Ionenkanonenachse und sendet einen Ionenstrahl auf die Ob-e-rfläche der Probe 25 aus, um die Oberfläche abzutragen. Die Ionenkanone 41 wird benutzt, um die Elementanalyse in Tiefenrichtung bezogen auf die Oberfläche der Probe durchzuführen.

-Λ3-

Der spiegelbildlich aufgebaute Zylinderanalysator 31, die Elektronenkanone 26 und die Ionenkanone 41 sind innerhalb eines Vakuumbehälters (nicht dargestellt) untergebracht und gesondert an einer Innenfläche desselben befestigt. Die Elektronenkanone 26 und die Ionenkanone 41 erstrecken sich außerhalb des Analysators 31.

Mit einem derartigen Aufbau hat der Elektronenstrahl einen relativ großen Durchmesser auf der Probenoberfläche, da die Elektronenkanone 26 nicht näher an die Probenoberfläche 25 gebracht werden kann als die äußere Zylinderelektrode 32. Dies führt dazu, daß eine Analyse hoher räumlicher Auflösung unmöglich durchgeführt werden kann. Darüber hinaus ist das dargestellte Analysegerät insofern unvorteilhaft, als Zusammenbau und Zerlegen mühevoll sind, wie bereits in der Einleitung der gegenwärtigen Beschreibung hervorgehoben wurde.

Unter Bezugnahme auf Figur 2 enthält ein anderes herkömmliches Analysegerät ähnliche Teile, die durch i. w. gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet sind. Im dargestellten Analysegerät ist die Elektronenkanone 26 im inneren Raumbereich angeordnet, wobei die Achse der Elektronenkanone mit der Hauptachse 21 zusammenfällt.

Mit diesem Aufbau kann die Elektronenkanone 26 in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Probe 25 angeordnet werden. Es ist deshalb möglich, hohe räumlir-he Auflösung zu erhalten. Dabei ist es - wie auch immer - notwendig, die Eletronenkanone so zu miniaturisieren, daß sie in den inneren Raumbereich eingebaut werden kann. Deswegen wird die hohe räumliche Auflösung auf Kosten der Einfachheit des Aufbaus erkauft.

Darüber hinaus ist die Ionenkanone 41 außerhalb des Analysators 31 angeordnet. Aus diesem Grunde wird ein großer Winkel zwischen den Achsen der Ionenkanone bzw. der Elektronenkanone gebildet, infolge daraus ist die Tiefenauflösung in Tiefenrichtung der Probe 25 gering. Schließlich sind bei Herstellung und Reparatur des dargestellten Gerätes Zusammenbau und Demontage schwierig.

Unter Bezugnahme auf Figur 3 soll ein herkömmliches Analysegerät ähnlich zu dem in Figur 2 dargestellt sein, ausgenommen, daß sich die Elektronenkanone 26 (Fig. 3) teilweise entlang der Hauptachse 21 aus dem inneren Raumbereich hinaus erstreckt. Die Achse der Elektronenkanone fällt mit der Hauptachse 21 zusammen. Die dargestellte Elektronenkanone 26 enthält eine Elektronenquelle 42 außerhalb des inneren Raumbereiches zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, einen ersten Rohrabschnitt 43 außerhalb des inneren Raumbereiches und einen zweiten Rohrabschnitt 44 innerhalb des inneren Raumbereiches. Der erste und zweite Rohrabschnitt 43, 44 sind dazu vorgesehen, den Elektronenstrahl, der durch die Elektronenstrahlquelle 42 erzeugt wird, entlang der Achse der Elektronenkanone zu der Oberfläche der Probe 25 zu leiten. Der Elektronenstrahl ist einem nicht ausgefüllten Bereich des Vakuumbehälters in einem Abschnitt zwischen dem ersten und zweiten Rohrabschnitt 43 bzw. 44 ausgesetzt. Der ungeschützte Elektronenstrahl geht durch eine Öffnung, die im Detektorteil 38 angeordnet ist und durch eine (weitere) Öffnung, die in dem anderen Teil des elektronensammelnden Abschnittes 37 vorgesehen ist.

Mit diesem Aufbau kann ebenfalls eine hohe räumliche Auflösung (der Messung) erhalten werden, da die Elektronenkanone sehr nahe an die Probenoberfläche gebracht

3423599

werden kann. Jedoch ist exaktes Arbeiten notwendig, um die Öffnungen in den elektronensammelnden Abschnitt einzuarbeiten, wie bereits in der Einleitung der gegenwärtigen Beschreibung erwähnt ist.

Darüber hinaus ist die Ionenkanone 41 außerhalb des Analysators 31 befestigt. Deswegen wird zwischen den Achsen der Ionenkanone und der Elektronenkanone ein relativ großer Winkel gebildet, infolge davon ist die Tiefenauflösung ebenso wie beim Analysegerät entsprechend Figur 2 in Tiefenrichtung der Probe 25 gering. Schließlich liegen Nachteile bezüglich der Genauigkeit beim Zusammenbau, der Wartung und bei den Kosten vor entsprechend den Ausführung gemäß Figuren 1 und 2.

In Figuren 1 - 3 haben die äußere und innere Kammer erste äußere und innere Endabschnitte, die nahe beim Probenhalter 22 liegen und zum unteren Abschnitt der Figur hin gerichtet sind. Darüber hinaus haben die äußere und innere Kammer zweite äußere und innere Endabschnitte, die vom Probenhalter 22 abgewandt sind und die gegen das Oberteil der Zeichnungsfigur weisen.

In Figuren 1-3 wird die innere Kammer durch das innere zylindrische Teil 33 begrenzt und ist an seinem zweiten Endabschnitt im wesentlichen abgeschlossen, abgesehen von einer engen Öffnung. Die Elektronenkanone 26 alleine ist in der abgeschlossenen inneren Kammer"untergebracht, wie es in Figur 2 dargestellt ist.

Es hat sich herausgestellt, daß eine Mehrzahl von Kanonen in die innere Kammer eingesetzt werden können, wobei sich die Kanonen teilweise aus der inneren Kammer heraus er-

strecken und daß die innere Kammer nicht immer am zweiten Endabschnitt abgeschlossen zu sein hat. Die Gründe hierfür werden nachstehend beschrieben.

Erstens bildet die innere Kammer einen freien Raum mit einem unveränderlichen elektrischen Potential, da die innere Zylinderelektrode 33 geerdet ist. Aufgrund dieser Tatsache ist es bereits verständlich, daß die Mehrzahl von Kanonen, beipielsweise die Elektronenkanone 26, die Ionenkanone 41 usw. innerhalb der inneren Kammer untergebracht werden können, auch wenn sie unterschiedliche geometrische Ausbildungen haben, wenn sie nur auf demselben elektrischen Potential wie die innere Zylinderelektrode 33 gehalten werden.

Zweitens hat jede der Kanonen, nämlich die Elektronenkanone 26 und die Ionenkanone 41 entweder die Elektronenbzw. Ionenquelle an einem Ende und das Fühlungsrohr einen Sammelabschnitt für die Konvergenz des Elektronen- bzw. Ionenstrahls. Sowohl die Elektronen- als auch die Ionenstrahlquellen sind in ihren Abmessungen nicht reduzierbar, wohingegen das jeweils zugehörige Führungsrohr schlanker sein kann. Zusätzlich kann sowohl der Elektronen als auch der Ionenstrahl teilweise der inneren Kammer ausgesetzt werden, wenn die innere Kammer ein freier Raum ist.

Drittens wird der Sensor oder das Detektorte'jJ 38 außerhalb der inneren Kammer angeordnet und mit Hochspannung versorgt. Um das Potential in der inneren Kammer vor Veränderungen infolge dieser Hochspannungsversorgung zu schützen, ist die innere Kammer am zweiten Endabschnitt

-M-

abgeschlossen. Wie dem auch sei, die innere Kammer kann an ihrem zweiten Ende auch offen sein, wenn der Sensor 38 durch ein metallisches Gehäuse abgeschirmt ist.

Unter Bezugnahme auf Figuren 4 und 5 besteht das Analysegerät entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung aus ähnlichen Teilen, die i. w. mit gleichen Positionszahlen bezeichnet sind. Die ersten und zweiten inneren Endabschnitte sind offen, wie am besten in Figur 4 zu sehen ist. Die ersten und zweiten radial äußeren Endabschnitte hingegen sind abgeschlossen, ausgenommen die ersten und zweiten inneren Endabschnitte.

Die dargestellte Elektronenkanone 26 hat eine Elektronenkanonenachse, die sich teilweise in den äußeren Raumbereich hinaus erstreckt und die nicht mit der Hauptachse 21 zusammenfällt. Genauer gesagt ist die Elektronenkanonenachse komplanar (gleichebig) mit der Hauptachse 21 und bildet einen vorgegebenen Winkel mit der Hauptachse 21. Der vorgegebene Winkel kann beispielsweise zwischen 5° und 10^ö liegen. Die Elektronenkanonenachse erstreckt sich nach oben und unten durch den zweiten inneren Endabschnitt. Die dargestellte Elektronenkanonenachse ist nicht gleichlaufend mit der Hauptachse 21.

Die Elektronenkanone 26 hat weiterhin ein unteres Ende mit einer Elektronenstrahlaustrittsöffnung 45, durch die der Elektronenstrahl auf die Probenoberf 1 ächje unter vorbestimmtem Winkel ausgesendet wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel läuft der Elektronenstrahl ohne jegliche Ablenkung gerade gegen die Oberfläche.

-ZZ-

Die dargestellte Elektronenkanone 26 weist eine ElektronenstrahlquelIe 42 auf, die außerhalb der äußeren Kammer liegt. Es ist Aufgabe der ElektronenstrahlquelIe 42, den Elektronenstrahl zu erzeugen.

Ein Strahlführungsrohr 46 hat ein unteres Ende, das die Elektronenstahlaustrittsöffnung 45 umgrenzt. Das Elektronenstrahlführungsrohr 46 leitet den Elektronenstrahl durch die ElektronenstrahlquelIe 42 entlang der Elektronenstrahl achse zu der Elektronenstrahlaustrittsöffnung 45. Das Elektronenstrahlührungsrohr 46 ist bei einem Abschnitt 47 verjüngt ausgebildet, bei welchem das Elektronenstrahlführungsrohr die Bahn der von der Probenoberfläche emittierten Augerelektronen schneidet.

Die Elektronenkanone 26 enthält weiterhin einen Fein-Justierungsmechanismus, der mit Bezugszeichen 38 symbolisch dargestellt ist. Der erste Justiermechanismus 48 ist dazu vorgesehen, den durch die Elektronenstrahlquelle 42 erzeugten Elektronenstrahl mit der Elektronenkanonenachse in Übereinstimmung zu bringen.

Die Ionenkanone 41 hat eine Ionenkanonenachse, die sich zumindest teilweise in den äußeren Raumbereich hinaus erstreckt, ein oberes Ende, das durch den zweiten inneren Endabschnitt hindurchsteht und ein unteres Ende, das in der inneren Kammer endet. Die Ionenkanonenachse ist ähnlieh wie die Elektronenkanonenachse kompl^nar (gleichebig) der Hauptachse 21, stimmt jedoch nicht mit dieser überein. Die Ionenkanonenachse ist gleichebig mit der Hauptachse und der Elektronenkanonenachse.

Die Ionenkanone 41 besteht aus einer Ionenstrahlquelle 49, die außerhalb der äußeren Kammer angeordnet und zur Erzeugung des Ionenstrahls vorgesehen ist, und einem Ionenstrahlführungsrohr 51 mit einer Ionenstrahlaustrittsöffnung 52. Das Ionenstrahlführungsrohr 51 leitet den durch die Ionenstrahlquelle 49 erzeugten Ionenstrahl entlang der Ionenstrahlsenderachse zu der Ionenstrahlaustrittsöffnung 52. Das Ionenstrahlführungsrohr 51 ist bei einem Abschnitt 53 verjüngt ausgebildet, an welchem das Ionenstrahlführungsrohr 51 die Bahn der von der Probenoberfläche emittierten Augerelektronen schneidet.

Die Ionenstrahlquelle 59 hat eine Ionenquellenkammer, die mit Gas gefüllt ist, beispielsweise Argon oder einem ähnlichen Gas. Das Gas ist in Ionen dissoziiert. Die Ionen werden aus der Kammer zur Probe 25 durch das Ionenstrahlführungsrohr 51 geleitet. Das Gas trachtet danach, unannehmbarer Weise aus dem Ionenstrahl führungsrohr 51 auszutreten. Zusätzlich können unerwünschte Gase von einer Wandung der Ionenstrahlquelle austreten und in das Vakuumgefäß eindringen. Solch ein Gasleck muß vermieden werden. Aus diesem Grund ist ein Absaugrohr 54 an dem Abschnitt des Ionenstrahlführungsrohres angeschlossen, das außerhalb des zweiten inneren Endes vorgesehen ist. Das Absaugrohr 54 ist an eine Absaugpumpe (nicht dargestellt) angeschlossen, die unabhängig von weiteren Absaugpumpen oder Pumpen zur Evakuierung des Vakuumgefäßes vorgesehen ist. Wie aus Figur 4 sofort verstanden werden kann, ist die Ionenstrahlquelle 59 außerhalb des zweiten inneren und äußeren Endes angeordnet. Unter Umständen kann die Ionenstrahlquelle 49 volumenmäßig vergrößert und mit Gas hohen Druckes gefüllt werden. Als Ergebnis ist

es möglich, die Abtragsrate (Fähigkeit) der Ionenkanone zu steigern und die Analyse mit hoher Genauigkeit durchzuführen.

Der Abschnitt 37 zum Sammeln der Augerelektronen enthält ein Detektorteil, nämlich den Sensor 38 und eine Abschirmung 55. Die Abschirmung 55 hat einen Spalt 56 zwischen zwei Elektroden 57, 58 und dient zur Abschirmung des eigentlichen Sensors 38. Die Augerelektronen kommen durch die Auslaßöffnung 35 aus der Kammer heraus und treten durch den Spalt 56.

Die Arbeitsweise des dargestellten Analysegerätes entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.

Das Analysegerät soll fest innerhalb eines nicht darge-

stellten Vakuumbehälters montiert sein. Unter Umständen kann der Innenraum des Vakuumbehälters auf einen Druck von weniger als 10 Pascal evakuiert werden. Dann wird das Analysegerät ähnlich den in Figuren 1 - 3 dargestellten Analysegeräten betrieben. Beispielsweise wird zuerst die Ionenkanone gestartet, um einen Ionenstrahl auf die Oberfläche der Probe zu werfen. Die Oberfläche wird durch den Ionenstrahl abgetragen und gereinigt. Sodann wird die Elektronenkanone 26 in Betrieb genommen, um einen Elektronenstrahl auf die gereinigte Oberfläche

25. der Probe auszusenden und diese zur Emi ssio'n.. von Augerelektronen zu veranlassen. Die Augerelektronen, die eine spezifische kinetische Energie für jedes chemische Element haben, durchlaufen einen Weg durch den Zylinderanalysator 31 ähnlich dem in Zusammhang mit Figuren 1 - 3 beschriebenen und erreichen das Detektorteil (den Sensor). Das Detektorteil 38 erzeugt abhängig von der spe-

zifischen kinetischen Energie (der Augereiektronen) ein elektrisches Ausgangssignal. Solch ein elektrisches Ausgangssignal wird zur Ausführung der Elementanalyse der Probenoberfläche in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet.

Beim Analysegerät entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, die Elektronenstrahlaustrittsöffnung (der Elektronenkanone) sehr nahe an die Probenoberfläche zu bringen, ebenso wie bei den vorstehend erwähnten Analysegeräten gemäß Figuren 2 und 3. Deswegen hat der Elektronenstrahl einen relativ geringen Durchmesser auf der Probenoberfläche, als Ergebnis ist es mithin möglich, eine hohe räumliche Auflösung der Analyse zu bekommen. Insoweit als die hohe räumliche Auflösung durch Neigung der Elektronenstrahl achse relativ zur Hauptachse des Gerätes erreicht wird, ist das Analysegerät entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung einfacher im Aufbau als das konventionelle Analysegerät gemäß Figuren 2 und 3. In diesem Zusammenhang ist der Winkel zwischen der Elektronenkanonenachse und der Hauptachse 21, wie bereits erwähnt, sehr klein. Eine volumenmäßige Verkleinerung der Elektronenkanone 26 ist nicht nötig. Darüber hinaus muß in das Detektorteil 38 keine Durchtrittsöffnung (zum Durchtritt des Elektronen-

Strahls) eingearbeitet werden.

Zusätzlich kann die Elektronenkanone 26"„lang gebaut werden ohne Längenbeschränkung durchgehe innere Zylinderelektrode 33 im Analysegerät gemäß'i dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Deswegen ist es möglich, ein elektrisches Linsensystem mit einer starken Verkleinerungsrate des Elektronenbildes innerhalb des Elektronenstrahlführungsrohres 46 vorzusehen. Die Verwendung eines

solchen Linsensystems ermöglicht ein Verkleinerung des Elektronenbreckflecks auf der Probenoberfläche. Deswegen wird die räumliche Auflösung extrem verbessert.

Weiterhin kann die Fei ηjustiervorrichtung 48 zwischen der Elektronenstrahlquelie 42 und dem Elektronenstrahl führungsrohr 41 vorgesehen werden. Dies kann deswegen geschehen, weil die Elektronenstrahlquelie 42 außerhalb des Analysators 31 angeordnet ist und ein räumlicher Spielraum für die Elektronenstrahlquel Ie vorhanden ist.

Die Feinjustiervorrichtung 48 dient dazu, den Elektronenstrahl der ElektronenstrahlquelIe 42 in Übereinstimmung mit der Achse der Elektronenkanone zu bringen. Insoweit, als ein Verkleinerung einer "Mißjustierung" zwischen dem Elektronenstrahl und der Elektronenstrahlquelle möglich ist, kann auch der Brennfleck des Elektronenstrahls auf der Probenoberfläche verkleinert werden.

Im Analysegerät entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, Messungen mit hoher Tiefenauflösung (etwa rechtwinklig zur Probenoberfläche) durchzuführen. Der Grund dafür wird anhand der Figuren 6 und 7 verdeutlicht.

Gemäß Figur 6 hat die Probe 25 eine rauhe Oberfläche mit einer Vielzahl von Vorsprüngen und zurückgesetzten Oberflächenabschnitten. In jedem der konventionellen Analysegeräte gemäß Figuren 2 und 3 wird ein großer Winkel zwischen dem Elektronenstrahl 61 - ausgesandt durch die Elektronenkanone 26 - und dem Ionenstrahl 62 - ausgesandt durch die Ionenkanone 41 - gebildet, da die Ionenkanone 41 außerhalb des Analysators 31 angeordnet ist. Der Winkel zwischen dem Elektronenstrahl 61 und dem Ionenstrahl 62 kann beispielsweise zwischen 70 und 80° liegen.

Die Vorsprünge auf der Probenoberfläche werfen eine Reihe von Schatten 63 auf die zurückgesetzten Probenabschnitte in die Strahlung des Ionenstrahls 62. Jeder Schatten wird mit Vergrößerung des Winkels zwischen dem Ionen- und Elektronenstrahl 62 und 61 größer und vergrößert die nicht abgetragenen Oberflächenabschnitte der Probe 25. Wenn der Elektronenstrahl 61 nun auf die rauhe Oberfläche fällt, werden die Augerelektronen von den nicht abgetragenen Oberflächenbereichen mit den Augerelektronen von den abgetragenen Oberflächenbereichen vermischt. Solch eine Mischung von Augerelektronen führt zu einer Verschlechterung der Tiefenauflösung der Analyse.

Wie in Figur 7 dargestellt, ist es möglich, mit Hilfe des Analysegerätes entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung den Winkel zwischen dem Elektronenstrahl 61 und dem Ionenstrahls 62 zu reduzieren, da sowohl die Elektronenkanone als auch die Ionenkanone innerhalb der inneren Kammer plaziert werden können. Der Winkel zwischen beiden ist beispielsweise zwischen 10° und 20°.

Daraus folgt, daß die vorstehend erwähnten Schatten nahezu überhaupt nicht vorkommen können. Es ist deshalb möglich, eine hohe Tiefenauflösung zu erhalten, auch wenn die Probe 25 eine sehr rauhe Oberfläche hat.

Unter Bezugnahme auf das in Figuren 4 und 5 dargestellte Gerät kann der Verlust beim Einfang der Augerelektronen

verringert werden, da das ElektronenstrahlfüRrungsrohr 46 und das Ionenstrahiführungsrohr 51 in Abschnitten 47 und 53 verjüngt werden können, bei welchen das

Eiektronenstrahlführungsrohr 46 und das Ionenstrahlfüh-

rungsrohr 51 die Bahn der Augerelektronen schneiden. Die

Abschnitte 47 und 53 können schlanke Abschnitte genannt

werden.

• OT-

Insoweit als sowohl die Elektronenkanone 26 als auch die Ionenkanone 41 innerhalb des Innenraumes des Analysators 31 angeordnet werden können, ist Montage und Demontage bei Herstellung und Wartung problemlos.

Es ist im Stand der Technik bekannt, daß jedes Analysegerät durch einen "Tiefenauflösungsfaktor" kritisch beurteilt werden kann. Je kleiner dieser Faktor ist, desto besser wird das Analysegerät eingeschätzt. Unter Bezugnahme auf Figur 8 wird der vorstehend genannte Faktor in Verbindung mit dem in Figuren 4 und 5 dargestellten Analysegerät berechnet unter der Randbedingung, daß der Winkel zwischen dem Elektronen- und dem Ionenstrahls 61 bzw. 62 zwischen 10° und 20° ist. Wenn ein Betrag einer Tiefenverschiebung der Probenoberfläche 65 durch Δ. ζ dargestellt wird und der Seitenversatz zwischen dem Elektronenstrahl 61 und dem Ionenstrahl 62 auf der Oberfläche durch Δ χ ausgedrückt wird, dann ist der Faktor ά. χ/4 ζ zwischen 0,2 und 0,4 für einen Winkel zwischen 10° und 20° zwischen den beiden einfallenden Strahlen. Unter Hinweis auf Figur 9 wird der Faktor d x/4z im Bezug auf ein herkömmliches Gerät nach Figuren 2 und 3 in der vorstehend genannten Art berechnet. Insoweit als der Winkel bei den herkömmlichen Geräten zwischen 70° und 80° ist, liegt der Faktor A χ/Δ ζ zwischen 2,7 und 5,7. Deswegen sind herkömmliche Gerät als schlechter zu beurteilen als das Gerät entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Der Spalt 56 kann durch Vorsehen eines weiteren Justiermechanismus (nicht dargestellt) variiert werden, der am offenen zweiten inneren Ende des Analysators 31 angeordnet werden kann. Die Justiermechanismus ist geeignet, die

Länge des Spaltes 56 zu variieren. Solch ein Mechanismus ermöglicht die genaue Einstellung der Energieauflösung des Analysators 31 .

Zusätzlich kann ein weiterer nicht dargestellter Mechanismus an der Einlaßöffnung 34 und Auslaßöffnung 35 vorgesehen werden. Dieser weitere Mechanismus kann ebenfalls am Analysator 31 im Bereich des offenen zweiten inneren Endes vorgesehen sein. Dieser weitere Mechanismus dient dazu, die Durchlässigkeit der Augereiektronen durch den Analysator 31 einzustellen.

Unter Bezugnahme auf Figur 10 weist ein Analysegerät entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ähnliche Teile auf, die wiederum mit den i. W. gleichen Bezugsziffern versehen sein sollen. Die Elektronenkanone 26 hat eine erste Öffnung 67 am Elektronenstrahlführungsrohr 46 in der Nähe der Probe 25. Die ist dazu vorgesehen, den Durchtritt des Ionenstrahls zu ermöglichen, der durch die Ionenstrahlquelle 41 ausgesandt wird. Eine (elektrische) Frontlinse 68 (Objektiv) ist am unteren Ende des Elektronenstrahlührungsrohres 46 angeordnet und mit der Elektronenstrahlaustrittsöffnung 45 versehen. Die Frontlinse 68 hat weiterhin eine zweite Öffnung 69, um dem Ionenstrahl ebenfalls den Durchtritt zu ermöglichen. Der Ionenstrahl wird auf die Probenoberfläche duch die erste und zweite Öffnung 67, 69 geworfen. Wenn auch der Ionenstrahl geringfügig durch die Frontlinie. 68 aufgeweitet wird, so resultiert daraus doch kein wesentliches Problem betreffend die Augerelektronenanalyse. Mit diesem Aufbau ist die El ektronenstrahlaustrittsöffnung 45 der Elektronenkanone 26 sehr nahe der Probenoberfläche. Damit wird die sphärische Apparation der Frontlinse 68 redu-

3423599

ziert. Im Ergebnis ist es mithin möglich, die Aufweitung des Elektronenstrahls infolge der sphärischen Aberration der Frontlinse 68 (objectiv lense 68) zu reduzieren.

Im dargestellten Analysegerät hat die Elektronenkanone 26 Öffnungen 67 und .69, die den Durchtritt des von der Ionenkanone 41 erzeugten Ionenstrahls ermöglichen. In Umkehrung dazu ist es auch möglich, entsprechende Öffnungen wie beispielsweise die Öffnungen 67 und 69 in der Wandung der Ionenkanone anzuordnen, um dem von der Elektronenkanone 26 erzeugten Elektronenstrahl den Durchtritt zu ermöglichen.

Unter Bezugnahme auf Figuren 11 und 12 weist ein Analysegerät entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung ähnliche Teile auf, die mit i. w. gleichen Bezugszahlen versehen sind. Wie in Figuren 11 und 12 dargestellt, sind die Elektronen- und die Ionenkanone 26 und 41 in die innere Kammer durch den Zwischenraum zwischen der inneren und äußeren Zylinderelektrode 33 und 32 hingeingeführt. Im Ergebnis verläuft die Achse der Elektronenkanone 26 nicht durch das zweite innere Ende, sondern sowohl durch den Zwischenraum, als auch die innere Zylinderelektrode 33.

Die Elektronenkanone 26 ist zwischen einem Paar von Endwandungsabschnitten 71 angeordnet, die zueinander parallel liegen, einen Abstand zwischen si*c-h bilden und sowohl in die innere als auch in die äußere Zylinderelektrode 32 und 33 übergehen. Jeder der Endwandungsabschnitte besteht aus einem elektrischen Isolator. Weiterhin ist jeder der Endwandungsabschnitte 71 mit einer Mehrzahl von Kompensationselektroden 72 versehen, die untereinander voneinander isoliert sind und die sich

zwischen den ersten und zweiten äußeren Endbereichen erstrecken. Mithin ist jede Kompensationselektrode 72 auf eine Rückseite eines jeden Endwandungsabschnittes 61 aufgesetzt. Es ist Aufgabe der Kompensationselektroden 72, elektrische Potentialschwankungen zwischen der äußeren und der inneren Zylinderelektrode 32 und 33 zu kompensieren. Die Schwankungen des elektrischen Potentials rühren daher, daß die äußere und innere Zylinderelektrode 32 und 33 teilweise aufgeschnitten sind und in den Aufschnitt die Elektronenkanone 26 eingesetzt ist. Durch die Kompensationselektroden 72 ist eine elektrische Potentialverteilung vorgegeben, die diese Potentialfluktuationen ausgleichen kann. Damit können die Endwandungsabschnitte 71 mit den Kompensationselektroden 72 als Feldregulator zum Einstellen des elektrischen Feldes innerhalb des Zwischenraumes zwischen den beiden zylinderförmigen Elektroden betrieben werden.

Die Achse der Ionenkanone 41 erstreckt sich ebenfalls nicht durch den zweiten inneren Endabschnitt, sondern sowohl durch den Zwischenraum, als auch die innere Zylinderelektrode 33 ebenso wie die Elektronenstrahl achse.

In Figuren 11 und 12 ist eine Mehrzahl von zusätzlichen Kompensationselektroden 75 an einem Abschnitt der Ionenkanone angeordnet, der innerhalb des Zwischenraumes liegt. Die zusätzlichen Kompensationselektroden 75 können ebenfalls zur Kompensation elektrischer Potentialfluktuationen herangezogen werden - ebenso wie die Kompensationselektroden 72 - und deshalb auch als Feldeinstellungsvorrichtung bezeichnet werden. Die zusätzlichen

Kompensationselektroden 75 können auch an die Elektronen-

kanone 26 angesetzt werden. In diesem Fall werden die Kompensationselektroden 72 sowie die Endwandungsabschnitte 71 unnötig.

Unter Bezugnahme auf Figur 13 enthält ein Analysegerät

entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung ähnliche Teile, die durch i. w. dieselben Bezugszeichen

bezeichnet werden.*

Die Elektronenkanone 26 erstreckt sich innerhalb des zweiten inneren Endes der inneren Kammer und ist teilweise außerhalb des zweiten Endes der inneren Kammer angeordnet. Das Analysegerät enthält Detektoren 77 - 79. Die Detektoren 77 - 79 sind dazu vorgesehen, die geladenen Teilchen zu erfassen, die von der Probenoberfläche emittiert, aber von dem Zylinderanalysator 31 nicht erfaßt werden.

Genauer gesagt, ist der Detektor 77 zur Erfassung von Sekundärelektronen geeignet, während der Detektor 78 dazu vorgesehen ist, einen ausgesandten Strahl (radiant ray) zu erfassen. Beide Detektoren 77, 78 sind in der inneren Kammer angeordnet. Der Detektor 79 ist zur Detektierung von Sekundärionen geeignet und verläuft teilweise innerhalb der inneren Kammer, ein Abschnitt des Detektors 79 erstreckt sich aber außerhalb des zweiten inneren Endes der inneren Kammer. Der Detektor 79 hat eine Detektorachse, die einen vorgegebenen Winkel mit d-er Hauptachse 21 des Gerätes einschließt. Die Detektorachse liegt mit der Hauptachse zwar in einer Ebene, stimmt jedoch mit der Hauptachse nicht überein. Die dargestellte Detektorachse ist außerdem gleichebig mit der Achse der Elektronenkanone. Mithin sind beim dargestellten Beispiel alle Detektorachsen und die Hauptachse 21 in einer Ebene

3A29599

angeordnet, die Elektronenkanonenachse kann aber auf einer Ebene liegen, die sich von der Ebene der Detektorachsen und der Hauptachse unterscheidet.

Unter Bezugnahme auf Figur 14 ist ein Ausführungsbeispiel der Elektronenkanone 26 erläutert. Diese enthält einen Teil 80 (Gehäuseteil), der mit einer Anordnung einer ersten elektrostatischen Linse 81, einer zweiten elektrostatischen Linse 82 und einer Objektivlinse 83 (Frontlinse) versehen ist. Das Teil 80 dient dazu, den von der Elektronenquelle (Figur 4) ausgesandten Elektronenstrahl auf die Probenoberfläche zu führen. Die Objektivlinse (Frontlinse) besteht aus einem Permanentmagnet. Sie dient dazu, den Brennfleck des Elektronenstrahls auf der Probe zu verkleinern.

Gemäß Figur 4 kann eine Vorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes innerhalb des Elektronenstrahlführungsrohres 46 vorgesehen sein, um an den von der Elektronenstrahlquel Ie 42 erzeugten Elektronenstrahl ein magnetisches Feld anzulegen. Das Magnetfeld und infolgedessen die Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes wird mit Bezugsziffer "85" symbolisiert. Wenn das Magnetfeld rechtwinklig zur Rückseite der Figur 4 hin gerichtet ist (in die Zeichenebene hinein), wird der Elektronenstrahl bezogen auf die Figur in Linksrichtung abgelenkt. Damit wird es dem Elektronenstrahl ermöglicht, auf die Probenoberfläche nahezu rechtwinklig"„einzufallen. Die Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes kann ein Elektromagnet sein. Alternativ dazu kann die Vorrichtung zur Erzeugung des Feldes auch ein Permanentmagnet sein, der innerhalb des Elektronenstrahlführungsrohres (oder in Verbindung mit demselben) montiert ist. Als weitere

Alternative kann eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes vorhanden sein, um den Elektronenstrahl frei nach Belieben abzulenken.

Nachdem nunmehr die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen so weit beschrieben ist, wird es nun für den Durchschnittsfachmann ohne weiteres möglich sein, die Erfindung in einer Vielzahl von anderen Ausführungsbeispielen zu praktizieren. Beispielsweise können die verjüngten Abschnitte 47 und 53 vom Elektronenstrahlführungsrohr 46 und dem Ionenstrahlführungsrohr 51 (gänzlich) weggeschnitten sein, um den Elektronenstrahl und den Ionenstrahl der inneren Kammer auszusetzen. Mit einer derartigen Anordnung kann eine Überschneidung zwischen Augerelektronen und dem Elektronenstrahl und/oder den Augerelektronen und dem Ionenstrahl nahezu vollständig vermieden werden.

Unterschiedliche Strahl sender, beispielsweise eine Neutronenkanone, eine Röntgenstrahl kanone, eine UV-Kanone können anstatt der Elektronenkanone 26 und der Ionenkanone 41 Verwendung finden. Jede Strahlquellenachse sollte nicht durch das zweite äußere Ende verlängert werden.

Analysegerät Bezugszeichenliste

21	Hauptachse
22	Probenhalter
23
24
25	Probe
26	Elektronenkanone
27
28
29
30
31	Zylinderanalysator
32	Zylinderelektrode
33
34	Einlaßöffnung
35	Auslaßöffnung
36	Spannungsquelle
37	Abschnitt
38	Detektorteil
39

1429599

41 Ionenkanone

42 Elektronenstrahlsender

43 Rohrabschnitt

45 Strahlaustrittsöffnung

46 Strahlführungsrohr

47 Abschnitt

48 Justiermechanismus

49 Ionenstrahl sender 50

51 Ionenstrahlführungsrohr

52 Ionenstrahlaustrittsöffnung 53

54 Absaugrohr

55 Abschirmung

56 Spalt

57 Elektrode

58 Elektrode 59

61 Elektronenstrahl

62 Ionenstrahl 63

67 erste Öffnung

68 erste Öffnung

69 zweite Öffnung

70 zweite Öffnung

71 Endwandungsabschnitt

72 Kompensationselektrode 73

75 Kompensationselektrode

Claims

Ansprüche

Analysegerät, gekennzeichnet durch:

Eine Hauptachse (21) und Halteelemente (Probenhalter 26) für eine eine Probe (25)," deren Oberfläche zur Hauptachse (21) rechtwinklig angeordnet ist,

strahlaussendende Mittel (Elektronenkanone 26) zur Aussendung eines Strahls auf besagte Oberfläche, um diese zur Emission von geladenen Teilchen anzuregen,

.BANK DRESDNER BANK.HAMBURG.4030448(BLZ20080000) POSTSCHECK. HAMBURG 147807-200 'BU 20010020) TELEGRAMM SPECHTZIES

einen ZyIinderanalysator (31), der aus einer äußeren (32) und einer inneren Zylinderelektrode (33) besteht, wobei die Achsen beider Zylinderelektroden mit der Hauptachse (21) zusammenfallen und die Zylinderelektroden (32, 33) zwischen sich einen Zwischenraum einschliessen und die äußere und die innere Elektrode eine äußere und innere Kammer begrenzen,

eine Einlaßöffnung (34) und eine Auslaßöffnung (35) der inneren Zylinderelektrode (33), die beide

- die Hauptachse (21) im Bereich der Halteelemente bzw. entfernt von diesen umgeben.

die Eignung des Zylinderanalysators (31) zur Analyse geladener Teilchen, die in besagtem Zwischenraum durch besagte Einlaßöffnung (34) hineingehen und durch besagte Auslaßöffnung (35) herauskommen, wobei besagte strahl aussendende Elemente beinhalten:

einen Strahl sender, der eine Strahlsenderachse und eine Strahlsenderöffnung (Strahl-Austrittsöffnung 45) zur Aussendung des Strahls durch besagte Öffnung aufweist, die Senderachse zumindest teilweise in den äußeren Raumbereich verlängert ist und nicht mit der Hauptachse zusammenfällt, besagte Strahl send-eröff nung im

Bereich der Halteelemente (Probenhalter 22) angeordnet ist und

-- Führungsmittel (StrahlfUhrungsrohr 46), um die durch die Strahlaussendeöffnung ausgesandten Strahlen unter vorbestimmtem Winkel relativ zur besagten Hauptachse zu leiten.

2. Analysegerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die äußere und innere Kammer äußere und innere Endabschnitte haben, die im Bereich besagter Halteelemente (Probenhalter 22) angeordnet sind, sowie zweite äußere und innere Endabschnitte, die von besagten Halteelementen entfernt sind, wobei besagte Strahlerachse sich nicht durch den zweiten äußeren Endabschnitt erstreckt, sowie die Strahlöffnung (Strahlaustrittsöffung 45) im unmittelbaren Bereich des ersten inneren

Endabschnittes angeordnet ist.

3. Analysegerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß besagte äußere und innere Kammern im Bereich der Halteelemente (Probenhalter 22) mit ersten äußeren und inneren Endabschnitten versehen sind und zweite äußere und innere Endabschnitte entfernt von den Halteelementen vorgesehen sind, wobei sich die Strahlerachse durch den zweiten äußeren Endabschnitt erstreckt und die Strahleröffnung (Strahlaustrittsöffnung 45) im unmittelbaren Bereich des ersten inneren Endabschnittes liegt.

-2A-

-*· 3423599

4. Analysegerät nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß sich die Strahlerachse durch den zweiten inneren Endabschnitt erstreckt.

5. Analysegerät nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlerachse sich nicht durch den zweiten inneren Endabschnitt erstreckt, sondern durch den Zwischenraum zwischen den Zylinderelektroden (32, 33) und durch die innere Zylinderelektrode (33) im Bereich der Auslaßöffnung (35).

6. Analysegerät nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Zylinderanalysator (1) weiterhin Elemente zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im besagten Zwischenraum beinhaltet, wobei der Strahlsender Einstellungselemente (Kompensationselektroden 72) zum Justieren besagten elektrischen Feldes enthält, wobei erste Feldeinstellungselemente an genanntem Strahlsender angeordnet sind und weitere -in besagtem Zwischenraum liegen.

7. Analysegerät nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlerachse mit der Hauptachse den vorbestimmten Winkel einschließt und die besagten Führungselemente (Richtelemente) dazu vorgesehen sind, den Strahl ohne Ablenkung durch besagte Strahlöffnung (Strahlstrittsöffnung 45) zu leiten.

8. Analysegerät nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlerachse mit der Hauptachse (21) einen Winkel einschließt, wobei der Winkel zwischen der Hauptachse (21) und der Strahlerachse sich von dem vorbestimmten Winkel unterscheidet.

9. Analysegerät nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlerachse mit der Hauptachse (21) in einer Ebene liegt, jedoch nicht mit der Hauptachse übereinstimmt.

10. Analysegerät nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Strahlsender (Elektronenkanone 26) aus einer außerhalb des äußeren Raumes angeordneten, zur Erzeugung des Strahls vorgesehenen Strahlquelle (Elektronen-

Y 3423599

strahlquelle 42) sowie ein Führungsrohr (Strahführungsrohr 46) mit der Strahlöffnung (Strahlaustrittsrohr 45) enthält, wobei durch das Führungsrohr der durch die Strahlquelle erzeugte Strahl entlang der Strahlerachse zu besagter Strahlöffnung geführt wird, wobei besagtes Strahlführungsrohr in einem Abschnitt verjüngt ausgebildet ist, in welchem das Führungsrohr sich mit der Bahn der geladenen Teilchen (Augereiektronen) überschneidet.

1011. Analysegerät nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Strahlsender (Elektronenkanone 26) eine Strahlquelle (Elektronenstrahlquelle 42) enthält, die außerhalb der äußeren Kammer zur Erzeugung des Strahls angeordnet ist und weiterhin ein Führungsrohr (Strahlführungsrohr 46) mit der Strahl öffnung enthält, um den durch die Strahlquelle erzeugten Strahl entlang der Strahlerachse zur Strahlöffnung zu führen, wobei das Führungsrohr aus einem ersten und einem zweiten Abschnitt besteht, wobei sich der erste Rohrabschnitt entlang der Strahlerachse von der Strahlquelle zu einer Stelle erstreckt, an welcher das Führungsrohr die Bahn der geladenen Teilchen schneidet und der zweite Rohrabschnitt sich entlang der Strahlerachse von dieser Stel-

Ie nach unten zur Strahlöffnung erstrecke.

12. Analysegerät nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß es einen Ätzstrahlsender (Ionenkanone 41) zur Aussendung eines Ätzstrahles auf die Probenoberfläche enthält, um letztere abzutragen, wobei der Ätzstrahlsender sich zumindest teilweise im äußeren Raumbereich erstreckt.

13. Analysegerät nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

daß sich der Ätzstrahlsender (Ionenkanone 41) nicht ■durch den zweiten äußeren Endabschnitt erstreckt.

14. Analysegerät nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

daß sich der Ätzstrahl sender (Ionenkanone 41) durch den zweiten inneren Endabschnitt erstreckt.

15. Analysegerät nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß sich der Ätzstrahl sender (Ionenkanone 41) durch den zweiten inneren Endabschnitt erstreckt.

16. Analysegerät nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Ätzstrahl sender (Ionenkanone 41) sich nicht durch besagten zweiten inneren Endabschnitt erstreckt,

sondern durch den Zwischenraum und durch die innere Zylinderelektrode (33) im Bereich der Auslaßöffnung (35).

17. Analysegerät nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet,

daß der ZyIinderanalysator (31) weiterhin Elemente zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Zwischenraum enthält, wobei der Ätzstrahlsender (Ionenkanone 41) Elemente zur Einstellung des elektrischen Feldes aufweist, wobei diese Einstellungselemente (Kompensationselektroden 75) an einem Teil des Ätzstrahl senders (Ionenkanone 41) angeordnet sind, der innerhalb des Zwischenraumes liegt.

18. Analysegerät nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Ätzstrahl sender (Ionenkanone 41) eine Ätzstrahl&enderachse hat, die mit der Hauptachse (21) des Gerätes einen vorbestimmten Winkel einschTTeßt.

19. Analysegerät nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Ätzstrahlsender (Ionenkanone 41) eine Ätzstrahlsenderachse (Ionenstrahlquelle 49) hat, die mit der Hauptachse (21) des Gerätes in einer Ebene verläuft, jedoch nicht mit der Hauptachse (21) des Gerätes übereinstimmt.

20. Analysegerät nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Ätzstrahl sender (Ionenkanone 41) eine Ätzstrahlsenderachse aufweist, die mit der Hauptachse (21) und der Strahlsenderachse des Strahlsenders (Elektronenkanone 26) in einer Ebene verläuft.

21. Analysegerät nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Ätzstrahlsender (Ionenkanone 41) eine Ätzstrahlquelle (Ionenstrahlquelle 49) enthält, die außerhalb besagter äußerer Kammer angeordnet ist, um den Ätzstrahl zu erzeugen und weiterhin ein Ätzstrahlführungsrohr (Ionenstrahlführungsrohr 51) mit einer Ätzstrahlöffnung (Ionenstrahlöffnung 51) vorgesehen ist, um den durch den Ätzstrahlgenerator erzeugten Ätzstrahl zur Ätzstrahlöffnung zur führen, wobei das Ätzstrahlführungsrohr in einem Abschnitt verjüngt ausgebildet ist, an welchem das Führungsrohr sich mit der Bahn der geladenen Teilchen (Augerelektronen) schneidet.

22. Analysegerät nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Ätzstrahlsender (Ionenkanone 41) eine außerhalb der äußeren Kammer angeordnete Ätzstrahlquelle (Ionenstrahlquelle 49) zur Erzeugung des Ätzstrahls enthält sowie ein Atzstrahlführungsrohr mit der Ätzstrahlöffnung, um den durch den Ätzstrahl generator erzeugten Ätzstrahl zur Ätzstrahlöffnung zu führen, wobei das Ätzstrahlführungsrohr (Ionenstrahlführungsrohr 51) aus einem ersten und zweiten Rohrabschnitt besteht, der erste Rohrabschnitt sich von der Ätzstrahlquelle zu einer Stelle erstreckt, an welcher das Ätzstrahlführungsrohr sich mit der Bahn der geladenen Teilchen schneidet und der zweite Rohrabschnitt von dieser Stel-Ie zur Ätzstrahlöffnung (Ionenstrahlaustrittsöffnung) verläuft.

23. Analysegerät nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

daß entweder der Sender zur Aussendung des Meßstrahls (Elektronenkanone 26) oder der Ätzstrahlsender (Ionenkanone 41) eine im Bereich des ersten inneren Endabschnitte liegende Öffnung (erste Öffnung 67, zweite Öffnung 69) aufweist, die zum Durchtritt entweder des Meßstrahls oder des Ätzstrahls vorgesehen ist, welcher durch den anderen Strahlsender zur Aussendung entweder des Meßstrahls oder des Ätzstrahls erzeugt wird.

24. Analysegerät nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß es zustätzlich einen Detektor (77, 78, 79) zur Ermittlung der von der Probenoberfläche emittierten geladenen Teilchen enthält, die nicht durch den Zy-1 inderanalysator erfaßt werden, wobei sich besagter Detektor (77, 78, 79) zumindest teilweise innerhalb des äußeren Raumbereichs erstreckt.

25. Analysegerät nach Anspruch 24,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Detektor sich nicht durch den zweiten äußeren Endabschnitt erstreckt.

26. Analysegerät nach Anspruch 24,

dadurch gekennzeichnet,

daß sich der Detektor durch den zweiten äußeren Endabschnitt erstreckt.

27. Analysegerät nach Anspruch 27,

dadurch gekennzeichnet,

daß sich der Detektor (79) durch den zweiten inneren Endabschnitt erstreckt.

-W-

28. Analysegerät nach Anspruch 26,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Detektor sich nicht durch den zweiten inneren Endabschnitt erstreckt, jedoch durch den Zwischenraum und durch die innere Zylinderelektrode (33) im Bereich der Auslaßöffnung (35) verläuft.

29. Analysegerät nach Anspruch 26,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Detektor eine Detektorachse hat, die einen vorgegebenen Winkel mit der Hauptachse (21) einschließt.

30. Analysegerät nach Anspruch 26,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Detektor eine Detektorachse hat, die mit der Hauptachse (21) in einer Ebene liegt, jedoch nicht mit der Hauptachse (21) übereinstimmt.

31. Analysegerät nach Anspruch 26,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Detektor eine Detektorachse hat, die mit der Hauptachse (21) und mit der Senderachse (Elektronenkanone 26) in einer Ebene liegt.

32. Analysegerät nach Anspruch 26,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Detektor eine Detektorachse hat, die mit der Hauptachse in einer Ebene liegt, welch letztere nicht die Senderachse (Elektronenkanone 26) einschließt.