DE3686598T2

DE3686598T2 - Verfahren und vorrichtung zur analyse mittels positionsausloeschung und elektronenmikroskop mit derartiger einrichtung.

Info

Publication number: DE3686598T2
Application number: DE8686107608T
Authority: DE
Inventors: Eiichi Narusawa Apt Nishimura; Kazumichi Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1986-06-04
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2006-06-05
Also published as: DE3686598D1; US4740694A; EP0205092A2; EP0205092B1; EP0205092A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse der Positronauslöschung, bei der eine Probe durch Anwendung einer analytischen Positronauslöschungsmethode analysiert wird, und insbesondere auf eine Technologie, bei der hochgenau Positronen auf eine analytische Stelle der Probe gestrahlt werden.
Ein Positronauslöschungs- oder Vernichtungsmethode ist eine analytische Methode, die Positronen in eine Probe implantiert, Paarauslöschung oder -vernichtung der Positronen mit Elektronen in der Probe verursacht, und die Gammastrahlen erfaßt, die hierbei ausgesandt werden, um verschiedene Daten wie eine Elektronenstruktur und einen Gitterdefekt und dergleichen in der Probe zu erhalten. Das Positron ist ein Teilchen, das die gleiche Ruhemasse wie ein Elektron hat, dessen absoluter Wert gleich der Ladung des Elektrons (negative Ladung) ist, aber dessen Polarität der des Elektrons entgegengesetzt ist. Eine Positronenquelle verwendet ein Radioisotop (z. B. ²²Na), das in der Quelle versiegelt ist und +β-Zerfall verursacht. Wenn ein Positron mit einer Energie von einigen 100 keV das von dieser Positronenquelle ausgesandt wird, auf eine Probe gestrahlt wird, stößt das in die Probe eindringende Positron wiederholt gegen Ion und Elektron, wobei das Positron in der kurzen Zeit von ungefähr 10&supmin;¹² Sekunden in thermische Energie von etwa 0,025 eV umgewandelt wird. Wenn die Probe ein Metall ist, verursacht das so in thermische Energie umgewandelte Positron eine Paarauslöschung zusammen mit einem Elektron mit einer Lebensdauer von 100 bis 300 psec.
Zugleich werden zwei Gammastrahlen von ungefähr 511 keV (das ist die Energie, die der Ruhemasse von Positron und Elektron entspricht) in im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen emittiert. Die Winkel und die Energie der beiden Gammastrahlen hängen von dem Impuls ab, das das Positron-Elektronenpaar zur Zeit der Paarauslöschung hat (es ist in diesem Fall möglich, den Impuls des Positrons im wesentlichen zu vernachlässigen und nur den Impuls des Elektrons zu berücksichtigen) aufgrund des Gesetzes von der Erhaltung der totalen Energie und des totalen Impulses einschließlich der Masse zur Zeit der Paarauslöschung, und die zwei Gammastrahlen werden innerhalb eines Winkelbereichs (innerhalb ± 25 mrad) verteilt, wobei die Richtung 180º die Mitte bildet. Daher zeigt auch die Energie eine Dopplerbreite mit 511 keV als Mitte. Dementsprechend kann die Impulsverteilung des Elektrons in der Probe bestimmt werden entweder durch genaues Messen der Winkelverteilung der beiden Gammastrahlen (Messung der Gamma-Gamma-Winkelkorrelation) oder durch Messung der Energieverteilung der Gammastrahlen (Dopplerbreite).
Im folgenden wird eine konventionelle Positronauslöschungs-Analysemethode beschrieben (siehe "Lattice Defect", Vorlesungen aus der Experimentalphysik, veröffentlicht von der Kyoritsu Publication Co. 1978, Seiten 163 bis 165) unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und 20 der beigefügten Zeichnungen.
Fig. 19 zeigt eine konventionelle Vorrichtung zur Messung des Energiespektrums der Auslöschungsgammastrahlen (die erzeugt werden durch die Paarauslöschung von Positron und Elektron). Das Positron 21, das von einer Positronenquelle 12 (z. B. ²²Na) ausgesandt wird wird auf eine Probe 34 gestrahlt, die Auslöschungsgammastrahlen 22 werden durch einen Gammastrahlendetektor 19 festgestellt und das Energiespektrum der Auslöschungsgammastrahlen wird gemessen. Die Energie von 2 Photonen (Gammastrahlen), die zur Zeit der Auslöschung ausgesandt werden, ist jeweils 511 keV. Die kinetische Energie des Elektrons als Gegenstück der Paarauslöschung ist nur einige eV, und aus diesem Grund weicht die Energie der Auslöschungsgammastrahlen von 511 keV ab. In einem Laboratoriumssystem ist die Energiebreite δE des Energiespektrums der Auslöschungsgammastrahlen gleich CP /2 infolge des Dopplereffekts. Hier ist C die Lichtgeschwindigkeit und P eine Impulskomponente in der Emissionsrichtung. Dementsprechend erweitert sich die Energiebreite δE auf etwa 2 keV und kann gemessen werden, zum Beispiel mit einem Ge(Li)-Festkörperdetektor (SSD) mit hoher Auflösung als Gammastrahlendetektor 19.
Fig. 20 zeigt schematisch das Energiespektrum der Auslöschungsgammastrahlen. Ein S-Parameter wird zum Messen des Energiespektrums der Auslöschungsgammastrahlen verwendet. Dieser S-Parameter wird ausgedrückt durch die folgende Gleichung, in der eine Fläche A im Zentrum des Spektrums und Flächen B&sub1; und B&sub2; in beiden Endfeldern der Fig. 20 verwendet werden.
S = A/(B&sub1; + B&sub2;) (1)
Das Mittelfeld A des Spektrums ist eine Region, zu der vor allem die Gammastrahlen beitragen, die aus der Paarauslöschung des Positrons und des freien elektronenartigen Elektrons resultieren, während beide Endfelder B&sub1; und B&sub2; solche Regionen sind, zu welchen die Gammastrahlen aus der Paarauslöschung des Positrons und des Elektrons der inneren Schale hauptsächlich beitragen. Die Messung des S-Parameters ist ein außergewöhnlich wirksames Mittel zum Studium des Gitterdefekts, insbesondere eines Gitterdefekts mit einer niedrigen Ionen-Konzentration wie ein auf Zug beanspruchter Teil einer Gittervakanz-Randverschiebung.
Es sei beispielsweise eine atomare Fehlstelle in einem Metall betrachtet.
1. Da die atomare Fehlstelle durch Herausziehen eines Kations gebildet wird, ist sie negativ geladen im Vergleich mit einem vollständigen Kristall. Da das Positron positiv geladen ist, wird es infolge der Coulomb-Wechselwirkung von der atomaren Fehlstelle angezogen, wenn es in die Nähe der atomaren Fehlstelle gerät. Wenn die Konzentration atomarer Fehlstellen ungefähr 10&supmin;¹&sup4; ist, werden fast alle Positronen von den atomaren Fehlstellen angezogen und verschwinden in der Nähe der atomaren Fehlstellen.
2. Die potentielle Energie des Elektrons allein infolge des Abfalls des Kations an der atomaren Fehlstelle ist fast flach, und das Elektron wird wie ein freies Elektron. Je größer daher die Zahl der Positronen ist, die in den atomaren Fehlstellen verschwinden, desto größer wird die Paarauslöschung mit den freien elektronenartigen Elektronen, und desto größer wird der S-Parameter. (Das Zentralfeld A des Spektrums wird verhältnismäßig größer als beide Endfelder B&sub1; und B&sub2;).
3. Wenn eine Vielzahl von atomaren Fehlstellen zusammentreffen und eine Fehlstellenhäufung bilden, wird das Elektron noch mehr gleich einem freien Elektron und der S-Parameter wird noch größer.
Wie oben beschrieben, ist der S-Parameter effektiv für die Untersuchung der Erzeugung atomarer Fehlstellen und den Wiederherstellungsprozeß. Werden z. B. Elektronen von 3 MeV bei 10º K auf Kupfer (Cu) gestrahlt, steigt der S-Parameter mit der Bestrahlung. Dies kommt daher, daß das Kupferatom aus dem Gitterpunkt durch das schnelle Elektron herausgeschlagen wird und dabei eine atomare Fehlstelle erzeugt. Wird der durch die Bestrahlung eingetretene Schaden durch Erhöhung der Temperatur nach der Bestrahlung behoben, steigt der S-Parameter auf eine Stufe III (ein Temperaturbereich, in dem die atomare Fehlstelle sich bewegen kann). (Siehe S. Mantle u. a. "Physical Review Left", 34, Seite 1554 (1975).) Dies kommt daher, daß die atomaren Fehlstellen sich an die Stufe III bewegen und dadurch die Fehlstellenhäufung gebildet wird.
Außer der mit Auslöschung oder Vernichtung arbeitenden Gammastrahlen-Energiespektrummessung wie oben beschrieben, umfaßt die Positronauslöschungsmethode auch Gamma-Gamma-Winkelkorrelationsmessung und Positronlebensdauermessung. (Beispielsweise, wenn das Positron in einem leeren Gitterpunkt gefangen wird, von dem das Gitteratom eines Metallkristallgitters abfällt, ist es bekannt, daß sich die Lebensdauer verlängert.
Daher kann die Konzentration leerer Gitterpunkte im Metall durch Messung der Lebensdauer des Positrons bestimmt werden.) Dies sind auch besonders wirksame Mittel zum Studium des Gitterdefekts auf gleiche Art wie die oben beschriebene Methode. Da jedoch alle diese konventionellen Positronauslöschungsmethoden einfach die Positronen, die von der Positronquelle emittiert werden, auf die Probe strahlen, sind die resultierenden Daten unvermeidbar Durchschnittsdaten für einen weiten Bereich, da die Positronenbestrahlungsfläche der Probe im allgemeinen zwischen einigen mm² bis einigen cm² beträgt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Positronauslöschungsanalyse zu schaffen, wodurch Positronen mit hoher Genauigkeit in eine sehr kleine Stelle der zu analysierenden Probe implantiert werden können.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Positronauslöschungsverfahren, und eine entsprechende Vorrichtung vorgesehen, wie in den Ansprüchen definiert.
Ein Positronenstrahl wird durch ein konvergierendes Linsensystem auf eine Probe gerichtet, das aus magnetischen Linsen besteht, um den Strahl in eine sehr kleine Stelle der zu analysierenden Probe zu implantieren.
Wenn ein magnetisches Linsensystem eines Elektronenmikroskops als magnetische Linse verwendet wird, kann der Positronenstrahl mit hoher Genauigkeit in eine sehr kleine Stelle der Probe implantiert werden, die durch das Elektronenmikroskop betrachtet wird.
Da die magnetische Linse des Elektronenmikroskops die gleiche Brennweite für Positronen und Elektronen hat, die die gleiche Energie haben, kann der Positronenstrahl genau in die Stelle der Probe implantiert werden, die durch das Elektronenmikroskop betrachtet wird, indem unter Verwendung einer bildformenden Linse die Positronen in die in das Mikroskop eingesetzte Probe implantiert werden.
Wenn die magnetische Linse des Elektronenmikroskops verwendet wird, kann der Positronenstrahl mit hoher Genauigkeit auf eine sehr kleine Stelle der Probe gerichtet werden, die durch das Mikroskop beobachtet wird, indem das bildformende Linsensystem für den Elektronenstrahl als das konvergierende Linsensystem für den Positronenstrahl verwendet wird, wenn ein Elektronenmikroskop mit einem bildformenden System wie ein Elektronenmikroskop vom Übertragungstyp verwendet wird.
Im Falle eines Abtastelektronenmikroskops wird das konvergierende Linsensystem für den Elektronenstrahl als das konvergierende Linsensystem für den Positronenstrahl verwendet, und der Positronenstrahl wird auf die Probe vom Elektronentyp in gleicher Weise wie der Elektronenstrahl gelenkt, so daß der Positronenstrahl mit hoher Genauigkeit auf eine sehr kleine Stelle der Probe gestrahlt werden kann, die durch den Elektronenstrahl beobachtet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Längsschnitt der Vorrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Strukturansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 3 bis 8 sind Ansichten, die für die Erklärung des Prinzips der vorliegenden Erfindung nützlich sind;
Fig. 9 ist eine schematische Strukturansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist eine schematische Strukturansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ist eine schematische Strukturansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ist eine schematische Strukturansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ist eine schematische Strukturansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 ist eine schematische Strukturansicht eines siebten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 ist ein Längsschnitt eines Abtastmikroskopteils der Vorrichtung nach Fig. 14;
Fig. 16 ist eine Ansicht, die für die Erklärung des Implantierungszeitplans eines Positronenstrahls nützlich ist;
Fig. 17 ist eine schematische Strukturansicht eines achten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18 ist eine schematische Strukturansicht eines neunten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 ist ein Systemdiagramm einer konventionellen Positronauslöschungs-Analysevorrichtung;
Fig. 20 ist eine Ansicht, die für die Erklärung des Prinzips einer Positronauslöschungs-Analysemethode nützlich ist;
Fig. 21 ist eine schematische Strukturansicht eines Elektronenmikroskops des allgemeinen Übertragungstyps;
Fig. 22 ist eine Ansicht, die für die Erklärung des Prinzips des Elektronenmikroskops des Übertragungstyps der Fig. 21 nützlich ist; und
Fig. 23 ist eine schematische Strukturansicht eines normalen Abtastelektronenmikroskops.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf einen Beispielsfall beschrieben, bei dem Positronen auf eine Probe unter Verwendung der magnetischen Linse eines Elektronenmikroskops gestrahlt werden.
In letzter Zeit sind Versuche angestellt worden, um in situ den Prozeß der Erzeugung von Fehlstellen zu untersuchen, indem Ionen direkt auf eine Probe unter einem Elektronenmikroskop des Übertragungstyps gestrahlt wurden, um beim Studium von Bestrahlungsschäden die Kinetik des Erzeugungsprozesses von Strahlungsschäden zu untersuchen. Jedoch, obwohl das Elektronenmikroskop (im folgenden als "Mikroskop" bezeichnet) Fehlstellen feststellen kann, die durch die Zusammenballung einzelner Gitterdefekte (Punktdefekte) wie atomarer Fehlstellen und sekundärer Defekte wie einer Umordnungsschleife gebildet werden, kann es den Punktfehler selbst nicht beobachten.
Um im Detail die Kinetik des Erzeugungsprozesses von Strahlungsschäden wie oben beschrieben zu klären, wäre es außergewöhnlich wirksam, wenn die Information, wie die Punktdefektkonzentration in der Umgebung dieser Sekundärdefekte, mit Hilfe der Positronauslöschungsmethode wie bereits beschrieben erhalten werden könnte. Ein drastischer Fortschritt beim Studium der Eigenschaften kann auch erwartet werden, wenn Information über die örtliche Elektronenstruktur an der Beobachtungsstelle des Mikroskops und dergleichen erhalten werden kann. Um jedoch diese Ziele zu erreichen, müssen die Positronen genau an einer solchen Stelle in die Probe implantiert werden, die dem gewünschten Bild im Beobachtungsfeld des Mikroskops entspricht, doch war bisher noch keine Technologie verfügbar, die die Positronen in eine sehr kleine Stelle der Probe genau implantieren kann.
Als nächstes soll Aufbau und Prinzip eines Elektronenmikroskops des Übertragungstyps kurz beschrieben werden.
Fig. 21 ist eine Strukturansicht, die den Aufbau des Übertragungselektronenmikroskops zeigt. Das Mikroskop besteht aus einem System zur Bestrahlung einer Probe mit einem Elektronenstrahl, und einem bildformenden System zur Ausdehnung des Elektronenstrahls, der die Probe passiert hat, und zur Ausformung des Bildes auf einer Fluoreszenzplatte (Bildformungsoberfläche). Das Bestrahlungssystem seinerseits besteht aus einer Elektronenkanone 1, einer Beschleunigungsröhre 2, einer Kondensorlinse 3 und dergleichen. Das bildformende System besteht aus einer Objektivlinse 5, Zwischenlinsen 6, 7 und Projektionslinsen 8, 9. Die Zwischenlinsen umfassen eine erste Zwischenlinse und eine zweite Zwischenlinse. Die Kondensorlinse 3 des Bestrahlungssystems hat die Funktion, den Elektronenstrahl in parallele Strahlen zusammenzuführen, und die Objektivlinse 5 hat die Funktion, die Brennweite zu bestimmen. Die Zwischenlinsen 6, 7 und die Projektionslinsen 8, 9 haben die Funktion, die Vergrößerung festzulegen.
Der von der Elektronenkanone 1 emittierte Elektronenstrahl 20 wird durch die Beschleunigungsröhre 2 auf eine Energie beschleunigt, die zum Durchtritt durch die Probe 4 ausreicht (im allgemeinen ist die Probe zwischen 0 und 500 nm (5000 ) dick und die Elektronenstrahlenergie beträgt von etwa 50 bis ungefähr 200 keV). Nach der Beschleunigung auf die gewünschte Energie, wird der Elektronenstrahl in Parallelstrahlen durch die Kondensorlinse 3 zusammengeführt und auf die Probe 4 gestrahlt. Zu dieser Zeit ist der Durchmesser des Strahls mehrere Mikron (um) Beim Durchtritt durch die Probe 4 unterliegt der Elektronenstrahl der Streuung und Beugung entsprechend der Textur im Inneren der Probe. Daher zeigt der Abschnitt des Elektronenstrahls nach dem Durchtritt durch die Probe die Daten der Textur der Probe, dargestellt durch die Strahldichte. (Streuungs- und Beugungslinien werden durch einen Schlitz geschnitten.) Dieser Elektronenstrahl 20 wird mit Hilfe der Objektivlinse 5, der Zwischenlinsen 6, 7 und der Projektionslinsen 8, 9 ausgedehnt, und das Bild wird auf der Fluoreszenzplatte 11 gebildet. Da die Intensität der Fluoreszenz sich in Übereinstimmung mit der Strahldichte auf der Fluoreszenzplatte 11 ändert (d. h. in Übereinstimmung mit den Daten über die Textur), kann das vergrößerte Bild der Textur der Probe visuell betrachtet werden.
Fig. 22 illustriert die Art der Ausdehnung des Elektronenstrahls nach dem Passieren durch die Probe. Jede Linse des bildformenden Systems ist in solcher Weise angeordnet, daß sie einen Teil des von der vorhergehenden Linse erzeugten Bildes weiter ausdehnt, und ein endgültiges Bild kann entsprechend dem Bezugszeichen 24 erhalten werden.
Das Obige erläutert Aufbau und Wirkungsweise des Übertragungselektronenmikroskops grundsätzlich. In letzter Zeit sind verschiedene Elektronenmikroskope mit der Funktion eines Abtastelektronenmikroskops, mit der Funktion einer Röntgenstrahleneigenschaftsanalyse und dergleichen vorgeschlagen und der praktischen Anwendung zugeführt worden, außer dem Abtastelektronenmikroskop wie oben beschrieben. Es sind jedoch noch keine Elektronenmikroskope der oben beschriebenen Art verfügbar, denen auch die analytische Funktion durch Verwendung der Positronauslöschungsmethode hinzugefügt wurde.
Nunmehr wird ein definitives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf das Übertragungselektronenmikroskop als Beispiel.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, das in ein Übertragungselektronenmikroskop eingebaut ist, dem die Funktion der Positronauslöschungsanalyse hinzugefügt wurde. Mit anderen Worten, die Vorrichtung enthält eine Positronenbestrahlungsvorrichtung und eine Auslöschungsgammastrahlen-Meßvorrichtung, hinzugefügt zu einem konventionellen Übertragungselektronenmikroskop. Die Positronenbestrahlungsvorrichtung besteht aus einer Positronenquelle 12, einer wärmeumwandelnden Platte 13, die auf der Oberfläche der Positronenquelle 12 angebracht ist, einer Positronenbeschleunigungsröhre 14 (einschließlich einer Ziehelektrode), einer konvergierenden Linse 15 und einem Kollimator 16. Eine ²²Na-Quelle (Positronenenergiebereich: 0- 540 keV) wird als Positronenquelle 12 verwendet, während eine Aluminiumfolie als wärmeumwandelnde Platte 13 verwendet wird. Die Auslöschungsgammastrahlen-Meßeinrichtung 19 ist schräg an der Rückseite der Probe, gesehen aus der Richtung der Positronenbestrahlungsvorrichtung, angeordnet und besteht aus einem Auslöschungs-γ-Strahlendetektor (Ge(Li)-Detektor).
Das Übertragungselektronenmikroskop besteht aus der Elektronenkanone 1, der Beschleunigungsröhre 2, der Kondensorlinse 3, einem Probeneinschubteil 4', dem bildformenden System 10 und der bildformenden Oberfläche 11. Das Bezugszeichen 17 stellt eine Filmkammer dar, die an der Rückseite der bildformenden Oberfläche 11 angeordnet ist, und die Positronenbestrahlungsvorrichtung ist auf der gegenüberliegenden Seite der Filmkammer 17 angeordnet. Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Positronenverzögerungsröhre, die zwischen dem bildformenden Linsensystem 10 und dem Probeneinschubteil 4' angeordnet ist. Die Verzögerungsröhre 18 bremst das von der Positronenbestrahlungsvorrichtung emittierte Positron, bevor es in die in den Probeneinschubteil 4' eingeführte Probe implantiert wird, damit das Positron nicht die Probe durchschlägt. Bezugszeichen 18' bezeichnet eine Korrektionsspule.
Eine vorbestimmte Spannung VO im Bereich von 0 bis 200 kV wird an die Beschleunigungsröhre 2 des Übertragungselektronenmikroskops angelegt. Eine Spannung VO/2 wird der Positronbeschleunigungsröhre 14 und der Positronverzögerungsröhre 18 zugeführt. Die Polarität der der Positronverzögerungsröhre 18 zugeführten Spannung ist jedoch entgegengesetzt zu den Spannungen, die der Beschleunigungsröhre 2 und der Positronbeschleunigungsröhre 14 zugeführt werden. Im übrigen ist eine Öffnung 11' im Zentrum der Fluoreszenzplatte 11 (bildformende Oberfläche) angeordnet, so daß der Positronenstrahl, der von der Positronenbestrahlungsvorrichtung emittiert wird, hindurchtreten kann.
Die Positronenbestrahlungsvorrichtung ist dazu bestimmt, die von der Positronenquelle emittierten Positronen auf die Probe zu richten, und die Auslöschungs-γ-Strahlen-Meßvorrichtung 19 ist dazu bestimmt, die Auslöschungs-γ-Strahlen festzustellen und zu zählen, die erzeugt werden, wenn die Positronen innerhalb der Probe zur Auslöschung kommen. Das bildformende Linsensystem 10 vergrößert den durch die Probe tretenden Elektronenstrahl und formt das Bild. Es besteht aus der Objektivlinse 5, der ersten Zwischenlinse 6, der zweiten Zwischenlinse 7, der ersten Projektionslinse 8 und der zweiten Projektionslinse 9. Übrigens wird die Implantierung des Positronenstrahls (oder des Elektronenstrahls) in die Probe von der Seite der bildformenden Oberfläche (Fluoreszenzplatte) 11 durch das bildformende Linsensystem 10 "inverse Bildformung" und das hierbei auf der Probe geformte Bild "inverses Bild" genannt.
Nunmehr wird die Betriebsabfolge der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 2 ist eine schematische Strukturansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 und die Beschreibung nimmt auf diese Zeichnung bezug.
Zunächst wird eine Spannung V&sub0; (kV) an die Beschleunigungsröhre 2 angelegt, während -(V&sub0;/2) (kV) an die Positronenverzögerungsröhre 18 angelegt wird. Der Elektronenstrahl, der von der Elektronenkanone 1 emittiert wird und eine Energie V&sub0; (kV) besitzt, tritt durch die Probe 4 und wird dann durch die Positronenverzögerungsröhre 18 zu einem Elektronenstrahl abgebremst, der die Energie V&sub0;/2 (keV) hat. Obwohl die Positronenverzögerungsröhre 18 vorgesehen ist, um den Positronenstrahl zu bremsen, wird der Elektronenstrahl ebenfalls in gleicher Weise gebremst wie der Positronenstrahl, da er durch die Positronenverzögerungsröhre 18 in eine Richtung entgegengesetzt zu der des Positronenstrahls hindurchtritt.
Der so auf die Energie V&sub0;/2 umgewandelte Elektronenstrahl wird durch das bildformende Linsensystem 10 auf der Basis der oben beschriebenen Wirkungsweise zur Bildformung auf der Fluoreszenzplatte 11 herangezogen, und die Probentextur wird durch das Elektronenmikroskop beobachtet. Wenn es in dem betrachteten Bild irgendeine Stelle gibt, die man durch die Positronauslöschungsmethode analysieren möchte, wird die Lage der Probe 4 genau adjustiert, so daß die zu analysierende Stelle in das Zentrum der Fluoreszenzplatte, das heißt an die Stelle der Öffnung 11', gelangt. Dann wird die Positronenquelle 12 in die Positronenbestrahlungsvorrichtung eingebaut, und die Spannung V&sub0;/2 wird der Positronbeschleunigungsröhre zugeführt. Auf diese Weise erreicht man, daß das von der Positronquelle 12 (im Energiebereich von 0 bis 540 keV) emittierte Positron auf die wärmeumwandelnde Platte 13 auftrifft und seine Energie dann in Wärmeenergie umgewandelt wird. Nachdem die Energieverteilungsbreite in der Größenordnung von 1 eV bestimmt ist, wird das Positron durch die Positronbeschleunigungsröhre beschleunigt, wobei ein monochromer Positronenstrahl 21 mit der Energie V&sub0;/2 keV erzeugt wird (hinsichtlich des Verfahrens zur Erzeugung des Positronenstrahls mit der monochromen Energie durch die Kombination der wärmeumwandelnden Platte 13 und der Beschleunigungsröhre 14, siehe "Front Line of Physics", veröffentlicht bei Kyoritsu Publication Co., p. 58, (1983)).
Dieser Positronenstrahl 21 wird mit Hilfe der Konvergenzspule 15 auf die Öffnung 11' im Zentrum der Fluoreszenzplatte (bildformende Oberfläche) 11 fokussiert. Mit anderen Worten, der Strahl ist maximal kontrahiert, wenn der Strahl 21 durch die Öffnung 11' tritt. Der Positronenstrahl 21, der somit durch die Öffnung 11' tritt, wird der inversen Bildformung auf der Probe 4 unterworfen durch das bildformende Linsensystem 10 auf der Basis eines später erscheinenden Prinzips. Das bedeutet, der Positronenstrahl 21 wird in die Stelle der Probe implantiert, die dem Bild entspricht, das in der Gegend der Öffnung 11' im Zentrum der Fluoreszenzplatte 11 geformt wurde.
Es ist hier wichtig, daß die Energie des Positronenstrahls 21 beim Durchtritt durch die bildformende Linse 10 gerade V&sub0;/2 (keV) beträgt, und gleich der Energie V&sub0;/2 (keV) des Elektronenstrahls ist, der durch das bildformende Linsensystem 10 in der entgegensetzten Richtung tritt. Hier hat die Positronenverzögerungsröhre 18 folgende zwei Funktionen.
(1) Um die inverse Bildformung des Positronenstrahls herbeizuführen, muß die Energie des Positronenstrahls, der durch das Bildformungslinsensystem 10 tritt, die gleiche sein wie die Energie des Elektronenstrahls. Daher hat die Positronenverzögerungsröhre 18 die Funktion der Abbremsung der Energie des Elektronenstrahls 20 von V&sub0; (keV) auf den Energiewert V&sub0;/2 (keV) des Positronenstrahls 21. Da die Elektronenstrahlenergie beim Durchtritt durch die Probe gleich V&sub0;(keV) ist, ist die Probendurchtrittskraft des Elektronenstrahls für das Elektronenmikroskop nicht verloren.
(2) Wenn die inverse Bildformung des Positronenstrahls 21 mittels des bildformenden Linsensystems 10 auf der Probe erzielt wird, passiert das meiste des Positronenstrahls 21 die Probe 4 in gleicher Weise wie der Elektronenstrahl 20, wenn die Energie des Positronenstrahls 21 auf V&sub0;/2 (keV) bleibt. Daher hat die Positronverzögerungsröhre 18 die Funktion, die Energie des Positronenstrahls 21 von V&sub0;/2 (keV) abzubremsen auf etwa die wärmeumgewandelte thermische Energie (ungefähr 0 keV), und der Positronenstrahl wird dann auf die Probe gerichtet. Wenn der Elektronenstrahl 20, der durch die Probe 4 hindurchtritt, ein Parallelstrahl ist, ist der Positronenstrahl, der das inverse Bild geformt hat, auch ein Parallelstrahl. Wenn jedoch der Elektronenstrahl 20 nicht vollständig parallel ist, ist auch der Positronenstrahl 21, der das inverse Bild geformt hat, kein Parallelstrahl. Da die Geschwindigkeit in vertikaler Richtung zu einem elektrischen Feld gleichbleibt, wenn das Positron in der Positronverzögerungsröhre 18 abgebremst wird, entsteht ein Fehler in der Implantierungsstelle. Daher ist die Korrektionsspule 18' vorgesehen, um den Umkreis des Elektronenstrahls 21 zum Zeitpunkt der inversen Bildformung zu korrigieren.
Die Energieverteilung der Auslöschungs-γ-Strahlen, die aus den so in die Probe 4 implantierten Positronen resultiert, wird durch eine Auslöschungs-γ-Strahlen-Feststellungsvorrichtung 19 gemessen, und die vorbestimmte Positronauslöschungsanalyse wird durchgeführt.
Wird beispielsweise eine ²²Na-Quelle von 1 Ci als die Positronenquelle 12 verwendet, können ungefähr 1000 Positronen pro Sekunde in die Probe 4 implantiert werden unter der Annahme, daß die Wahrscheinlichkeit, daß die entstehenden Positronen durch die wärmeumwandelnde Platte 13 treten und in die Positronenbeschleunigungsröhre 14 eingeführt werden, gleich 10&supmin;&sup4; ist, und die Wahrscheinlichkeit, daß der konvergierte Positronenstrahl 21 verlorengeht, bevor er in die Probe implantiert ist, gleich 1/2 ist. Wenn dabei die Messung der Verteilung der Auslöschungs-γ-Strahlenenergie auf 100 Kanäle 100 Sekunden lang durchgeführt wird, ist es möglich, Daten zu erhalten, bei denen der statistische Fehler für jeden Kanal bis zu 5% beträgt.
Wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Positronenbestrahlungsvorrichtung, deren axiales Zentrum (das definiert ist als gleiches wie das axiale Zentrum der Positronenbeschleunigungsröhre 14) mit dem axialen Zentrum des bildformenden Linsensystems übereinstimmt, im folgenden eine "axial zentrierte Bestrahlungsvorrichtung des linearen Typs" genannt.
Nunmehr wird die Wirkungsweise, von der in der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht wird, für eine Vorrichtung erklärt, die ein bildformendes Linsensystem wie z. B. TEM hat, unter Bezugnahme auf die Fig. 3-6.
Fig. 3 zeigt die Wirkungsweise der inversen Bildformung. Es wird angenommen, daß ein endgültiges vergrößertes Bild 24 von einem Objekt (Probe) 23 durch das bildformende Linsensystem 10 erhalten wird. Es wird auch angenommen, daß das Bild der Position P&sub0; des Objekts 23 aufeinanderfolgend von jeder Linse geformt wird, und daß ein Bild für das Bild 25 am Punkt P1 und ein Bild schließlich am Punkt P geformt wird. Nun betrachten wir die Linse 9. Der Strahl (oder der Elektronenstrahl in diesem Fall), der den Punkt P1 verläßt, wird durch die Linse 9 auf den Punkt P konvergiert. Im Gegensatz dazu wird der Strahl (oder der Elektronenstrahl in diesem Fall), der den Punkt P verläßt, durch die Linse 9 am Punkt P&sub1; in genau der gleichen Weise zu einem Bild geformt. Andererseits hat die magnetische Linse die gleiche Brennweite für das Elektron und das Positron, die jeweils die gleiche Energie aufweisen, wie an anderer Stelle erläutert. Wenn daher die Positronen von Punkt P des Bilds 24 (dem Punkt auf der Fluoreszenzoberfläche) auf die Linse 9 gestrahlt werden, werden die Bilder zuerst am Punkt P&sub1; des Bildes 25, dann auf den Punkten P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; in der genannten Ordnung und schließlich auf Punkt P&sub0; gebildet (Formung des inversen Bilds).
Nunmehr wird die Tatsache, daß die magnetische Linse die gleiche Brennweite für das Elektron und das Positron besitzt, die die gleiche Energie haben, unter Bezugnahme auf die Fig. 4-6 erklärt.
Fig. 4 zeigt die Art der Konvergenz durch die magnetische Linse. Der Elektronenstrahl 20, der den Punkt A verläßt, tritt durch die magnetische Linse 29, wobei er sich spiralförmig nach links wendet, und formt das Bild am Punkt P. Andererseits tritt in Gegensatz dazu der Positronenstrahl 21, der den Punkt A verläßt, spiralförmig nach rechts, formt jedoch das Bild am gleichen Punkt P. Dies kann auf folgende Weise durch die Anwendung der Lorentzkraft [V·B] gezeigt werden (Flemings Linke-Hand-Gesetz). Man betrachtet zunächst den Kreis des Elektrons unter Bezugnahme auf Fig. 5. Unter der Annahme, daß das Elektron, das den Punkt A in Fig. 5(a) verläßt, nun am Punkt B ankommt, wirkt die Radiuskomponente Hr des magnetischen Felds auf die Komponente Vz der Geschwindigkeit in axialer Richtung, und eine Kraft von der Vorderseite zur Rückseite des Blattes, d. h. -e(Vz·Hr), entsteht. Daher weist das Elektron nun Vz auf und beginnt zur gleichen Zeit zu rotieren (nach links relativ zu der Flugrichtung in diesem Fall) mit der Geschwindigkeitskomponente VR um die Achse wie in Fig. 5(b) gezeigt. Wenn die Komponente Hz des magnetischen Feldes in der Axialrichtung auf diese Geschwindigkeitskomponente VR wirkt, entsteht eine konvergierende Kraft Fr (= -e(VR·Hr)), und das Bild wird von dieser Kraft am Punkt P geformt (siehe Fig. 4).
Andererseits betrachte man den Fall eines Positrons am Punkt B, das in Fig. 6(a) in gleicher Weise gezeigt ist. Angenommen, daß das Positron die gleiche Energie wie das Elektron hat, wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert, ist die Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung am Punkt B gleich Vz. Die Kraft, die durch dies Zusammenwirken dieser Komponente Vz und der Radiuskomponente Hr des magnetischen Feldes entsteht, ist [+ e(Vz·Hr)], und dieser Wert hat den gleichen Absolutwert wie das Elektron, jedoch ist seine Richtung entgegengesetzt. Das Positron beginnt daher zu rotieren (nach rechts relativ zur Flugrichtung) mit der Geschwindigkeitskomponente -VR um die Achse, wie in Fig. 6(b) gezeigt. Wenn die Komponente Hz des magnetischen Felds in der Axialrichtung auf dieses -VR wirkt, entsteht eine konvergierende Kraft, die durch die folgende Formel ausgedrückt wird:
Fr' = +e[(-VR)·Hz]
Fr' = +e[(-VR)·Hr] = -e(VR·Hz) = Fr (2)
Wie aus Gleichung (2) verständlich wird, ist die konvergierende Kraft Fr', die auf das Positron wirkt, genau die gleiche wie die konvergierende Kraft Fr, die auf das Elektron wirkt; daher werden die Bilder an der gleichen Stelle Z geformt, obwohl die Rotationsrichtungen exakt entgegengesetzt sind. Es wird auch verständlich, daß die magnetische Linse die gleiche Brennweite für das Positron und das Elektron besitzt, die die gleiche Energie haben. Wenn die Rechnung in weiteres Detail fortgesetzt wird, kann das Linsengesetz auch für die magnetische Linse wie folgt aufgestellt werden:
darin:
(f) Brennweite,
(a) Distanz zwischen Objekt und Linse,
(b) Distanz zwischen Linse und Bild.
Die Brennweite f kann auch durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
worin:
E: die Energie (keV) des Elektrons (oder Positrons),
I: Strom (AT), der durch die magnetische Spule fließt,
k: Konstante, die durch Polstückform der magnetischen Linse bestimmt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist, da das Positron durch die Öffnung 11' im Mittelpunkt der Fluoreszenzplatte (bildformende Oberfläche) 11 implantiert wird, das durch jede Linse aufeinanderfolgend geformte Bild auf der Achse der magnetischen Linse und verursacht kein praktisches Problem. Wird jedoch im allgemeinen das Positron aus einer beliebigen Position der Fluoreszenzplatte (bildformende Oberfläche) 11 implantiert, wird die Rotation des Bildes ein Problem. Im Fall normaler Optik ist das Bild entweder ein invertiertes Bild oder ein aufrechtes Bild. Im Fall der magnetischen Linse jedoch rotiert das Bild im allgemeinen, wie in Fig. 7 gezeigt. Dies geschieht deswegen, weil, wie bereits beschrieben, eine Rotation (VR oder -VR) für die Erzeugung der konvergierenden Kraft Fr der magnetischen Linse auftritt. Nimmt man daher an daß das Bild durch das Elektron um einen Winkel Φ rotiert rotiert das Bild durch das Positron um einen Winkel -Φ, wie ohne weiteres verständlich.
Dieser Rotationswinkel Φ wird durch die folgende Gleichung gegeben:
darin:
Φ&sub0;: Beschleunigungsspannung
B(Z): magnetische Flußdichte auf der Achse
Za, Zb: Z-Achsen-Koordinaten von Objekt bzw. Bild.
Ein Rechnungsbeispiel der Gleichung (5) ist in Fig. 8 dargestellt. In der Zeichnung stellt NI einen Strom (AT) dar, der durch die magnetische Linse fließt. Φ&sub0; ist die Rotation durch die Objektivlinse und ΦP ist die Rotation durch die Projektionslinse. Es wird ohne weiteres aus Fig. 8 verständlich, daß der gesamte Rotationswinkel Φ total leicht auf π (rad) eingestellt werden kann, indem man die Stromwerte, die durch die Objektivlinse und durch die Projektionslinse fließen, entsprechend adjustiert. Wenn der Rotationswinkel Φ total auf π (rad) eingestellt ist, d. h. 180º, wird der Rotationswinkel des Positrons -180º (d. h. 180º), und man kann das Bild durch das Elektron zum Zusammenfallen mit dem Bild durch das Positron bringen. In dieser Weise kann das Problem der Rotation des Bildes wegen der magnetischen Linse gelöst werden.
Im übrigen verwendet dieses Ausführungsbeispiel ein System, das die Positronenquelle 12 zur Zeit der Bestrahlung mit dem Positronenstrahl einsetzt. Jedoch ist es natürlich möglich, ein System zu verwenden, welches eine Positronenstrahlblende vor der Positronenquelle 12 vorsieht und den Positronenstrahl durch Entfernen der Blende zur Zeit der Bestrahlung aussendet, oder ein System, das eine Ablenkungselektrode verwendet, den Strahl normalerweise durch diese Ablenkungselektrode auf eine andere Stelle lenkt, und den Strahl nur zur Zeit der Bestrahlung (zur Zeit der Messung) durch die Öffnung 11 führt, oder eine Kombination solcher Systeme.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die positionelle Auflösung der Positronauslöschungsanalyse entsprechend dem Flächeninhalt der Öffnung 11' im betrachteten Bild. Mit anderen Worten, die positionelle Auflösung ist ungefähr A/M², worin M die Vergrößerung und A die Fläche der Öffnung 11' ist. Daher kann die positionelle Auflösung eingestellt werden durch Hinzufügen einer Kontraktierungsfunktion zur Öffnung 11' der Fluoreszenzplatte (bildformende Oberfläche) 11 und durch Variieren der Größe der Öffnung 11'. Natürlich ist es möglich, die Auflösung durch Änderung der Vergrößerung des Elektronenmikroskops veränderlich zu machen.
Nunmehr werden weitere Ausführungsbeispiele, die von der vorliegenden Erfindung Gebrauch machen, mit Bezugnahme auf die Fig. 9-13 beschrieben. Im übrigen werden in diesen Zeichnungen gleiche Bezugszeichen zur Kennzeichnung gleicher Bestandteile, wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, verwendet.
Fig. 9 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei ein Ablenkungsmagnet 30 für die Positronenbestrahlungsvorrichtung verwendet wird. Der von der Positronenquelle 12 emittierte Positronenstrahl wird der Wärmeumwandlung, Beschleunigung und Konvergenz unterworfen, wird dann von einem analytischen Magneten abgelenkt und durch die Öffnung 11' in die Probe 4 implantiert. Da dieses Ausführungsbeispiel das Positron durch die Öffnung 11' implantiert, ist es im wesentlichen gleich dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel sieht jedoch den Effekt vor, daß der Raum für das Positronenbestrahlungssystem leicht bereitgestellt werden kann, die Abschirmung der Auslöschungsgammastrahlen (Streulicht), die von dem Auftreffen des Positrons auf die Wärmeumwandlungsplatte 13, die Beschleunigungsröhe 14 und dergleichen resultieren, einfach wird, und das Signal-Rausch-Verhältnis S/N der Messung auch verbessert werden kann.
Die Positronenbestrahlungsvorrichtung der Art wie die Vorrichtung dieses zweiten Ausführungsbeispiels, wobei der Weg des Positronenstrahls 21 von der Positronenquelle 12 auf die Fluoreszenzplatte (bildformende Oberfläche) 11 abgelenkt wird und der Strahl 21 dann durch das axiale Zentrum des bildformenden Linsensystems 10 geführt wird, wird im folgenden eine "axial zentrierte Bestrahlungsvorrichtung des Ablenkungstyps" genannt.
Fig. 10 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und stellt das Beispiel einer beweglichen Positronbestrahlungsvorrichtung dar, bestehend aus der Positronenquelle 12, der Wärmeumwandlungsplatte 13, der Positronbeschleunigungsröhre 14, der Konvergenzspule 15 und dergleichen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Öffnung nicht auf der Fluoreszenzplatte (bildformende Oberfläche) 11 ausgebildet. Anstattdessen ist die Fluoreszenzplatte 11 so hergestellt, daß man sowohl die vordere als auch die rückseitige Oberfläche einer transparenten Platte mit einer fluoreszenten Farbe beschichtet, und das fluoreszente Licht wird durch Bestrahlung mittels des Positronenstrahls auf beide Oberflächen der fluoreszenten Platte emittiert, um die Position des Positronenstrahls auf der fluoreszenten Platte zu bestimmen. Die Positronenbestrahlungsvorrichtung ist beweglich und kann den Positronenstrahl auf eine beliebige Stelle auf der Fluoreszenzplatte 11 richten. Die Fluoreszenzplatte 11 kann geöffnet und geschlossen werden, wie durch eine strichlierte Linie in der Zeichnung dargestellt.
Die Betriebsabfolge dieses Ausführungsbeispiels wird nun beschrieben. Zunächst wird die Positronenbestrahlungsvorrichtung bewegt, so daß der fluoreszierende Punkt (Fleck) durch den Positronenstrahl auf die Stelle kommt, die für die Positronenauslöschungsanalyse des beobachteten Bildes gewünscht wird. Darauf wird die Fluoreszenzplatte 11 in gleicher Weise wie im Fall der Photographie hochgeklappt, und der Positronenstrahl 21 wird durch das bildformende Linsensystem 10 in die Probe 4 implantiert. In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel kann man den Effekt erreichen, daß eine beliebige Stelle des beobachteten Bildes analysiert werden kann, ohne die Probenlage zu verändern.
Nachdem im übrigen der Positronenstrahl durch eine vorbestimmte Stelle der fluoreszenten Oberfläche hindurchgetreten ist, wird die Positronenbestrahlungsvorrichtung von einem Goniometer bewegt, so daß sie immer der Richtung des Polstücks der Projektionslinse 9 gegenüberliegt, und in einer hiermit gekoppelten Anordnung wird der Strom der Konvergenzlinse 15 automatisch adjustiert, so daß der Strahldurchmesser den kleinsten Wert erreicht, wenn der Positronenstrahl 21 durch die vorbestimmte Stelle auf der fluoreszenten Oberfläche 11 hindurchtritt. Die Positronenbestrahlungsvorrichtung dieses Systems, die die Bestrahlungsstelle des Positronenstrahls 21 bewegt, wird im folgenden "Bestrahlungsvorrichtung des Abtasttyps mit beweglicher Strahlenquelle" genannt.
Es ist auch einfach, den Positronenstrahl 21 durch eine Kombination von Ablenkungselektroden abtasten zu lassen, ohne die Positronenbestrahlungsvorrichtung zu bewegen, und so eine Vorrichtung wird eine "Bestrahlungsvorrichtung des Abtasttyps mit Ablenkungselektroden" genannt.
Fig. 11 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Positronenquelle 12 ist auf einem Träger montiert, der in der Xund Y-Richtung beweglich ist und die Fluoreszenzplatte (Bildformungsoberfläche) 11 direkt abtastet. Die Energie des von der Positronenquelle 12 emittierten Positrons ist kontinuierlich von 0-500 keV verteilt. Wenn die inverse Bildformung durchgeführt wird, weicht der Kreis der Positronen, deren Energie wesentlich verschieden von der des Elektronenstrahls ist, merkbar ab, und solche Positronen werden auf halbem Wege der Schlitze, die zwischen den Linsen vorgesehen sind, entfernt. Daher werden diejenigen Elektronen, deren Energie etwa der Elektronenstrahlenergie entspricht, vorzugsweise in die Probe 4 implantiert. Dieses Ausführungsbeispiel ist als einfaches System wirksam, wo keine große Genauigkeit der Positronenimplantation verlangt wird. Im übrigen muß man keine Positronverzögerungsröhre 18 vorsehen, wenn die Dosis der Positronen klein sein kann.
Fig. 12A zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist wirksam, wenn keine große Genauigkeit erforderlich ist, in gleicher Weise wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 11. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet eine Bremsplatte 32 anstelle der Positronenbremsröhre 18 (vgl. Fig. 2). Wie in Fig. 128 gezeigt, hat die Bremsplatte 32 eine große Zahl von Öffnungen und kann rotieren. Die normale Betrachtung durch das Elektronenmikroskop wird vorgenommen, indem man einen Elektronenstrahl 20 durch die Öffnungen hindurchführt. Wenn die Positronauslöschungsanalyse vorgenommen wird, läßt man den Positronenstrahl 21 auf die Platte 32 auftreffen und dort abbremsen, so daß die Positronen von der Probe 4 aufgenommen werden. Im übrigen kann die Abbremsfunktion durch Änderung der Dicke der Bremsplatte 32 von Position zu Position verstellt werden.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in der Anwendung auf den Übertragungstyp von Elektronenmikroskopen beschrieben worden sind, kann die vorliegende Erfindung auch auf Elektronenmikroskope angewendet werden, die ein bildformendes Linsensystem entsprechend einem Elektronenmikroskop vom Bestrahlungstyp, vom Projektionstyp und dergleichen haben, neben dem Elektronenmikroskop vom der Übertragungstyp.
Fig. 13 zeigt das sechste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die auf ein Elektronenmikroskop des elektronischen Spiegeltyps angewandt ist. In Fig. 13 ist A eine Strukturansicht des Ausführungsbeispiels und B zeigt einen elektronischen Spiegel. In dem Elektronenmikroskop dieses Typs wird der Elektronenstrahl 20 durch ein Ablenkmagnetfeld abgelenkt und fällt auf den elektronischen Spiegel, und die Probe ist auf dem Boden des elektronischen Spiegels angeordnet. Der einfallende Elektronenstrahl 20 wird von einer Position sehr nahe der Probenoberfläche abgewendet und durch das Ablenkmagnetfeld gebogen, wobei das Bild auf der Fluoreszenzplatte 11 durch die Projektionslinse 33 geformt wird. Wenn die Elektronen reflektiert werden, entsteht ein Kontrast wegen leichter Wellung der Probenoberfläche, da die Elektronen gegenüber dem nahen elektrischen Feld sehr empfindlich sind. In einem solchen Elektronenmikroskop des elektronischen Spiegeltyps wird, wenn das Positron von der Seite der Fluoreszenzplatte 11 gegen die Projektionslinse 33 (die dem bildformenden Linsensystem des vorhergehenden Ausführungsbeispiels entspricht) implantiert wird, ein inverses Bild auf der Probe 4 auf der Basis des gleichen Prinzips wie das Prinzip der vorhergehenden Ausführungsbeispiele geformt, und das Positron trifft auf die gleiche Stelle auf wie der Reflexionspunkt des Elektrons. Da das Positron entgegengesetzte Ladung zu der des Elektrons hat, wird das Positron von der Probenoberfläche am Reflexionspunkt angezogen und in die Probe 4 implantiert. In dieser Art kann das Positron auf die Oberflächenstelle der Probe 4 implantiert werden, die dem Bild auf der Fluoreszenzplatte durch das Elektron entspricht.
Nunmehr werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, angewandt auf ein Abtastelektronenmikroskop des Reflexionstyps erläutert, wobei das Konvergenzlinsensystem des Elektronenstrahls als Konvergenzlinsensystem des Positronenstrahls verwendet wird.
Zunächst wird der Aufbau und das Prinzip eines konventionellen Abtastelektronenmikroskops kurz beschrieben.
Fig. 23 zeigt den Aufbau des Abtastelektronenmikroskops (vgl. "Lectures on Experimental Physics", No. 23, "Electron Microscope", veröffentlicht von Kyoritsu Publication Co.). Wenn der Elektronenstrahl auf die Oberfläche eines Objekts gestrahlt wird, werden Sekundärelektronen, reflektierte Elektronen, Augerelektronen, charakteristische Röntgenstrahlen, Phosphoreszenz und dergleichen erzeugt. Dadurch kann Information über das Material und die Form am Bestrahlungspunkt durch das Feststellen von einem der oben beschriebenen Signale erhalten werden durch enges Zusammenziehen des Elektronenstrahls und Bestrahlen der Probe. Außerdem kann das ausgedehnte Bild der Probe erhalten werden, indem man den eng zusammengezogenen Elektronenstrahl die Probenoberfläche abtasten läßt und das festgestellte Signal in einen Kathodenstrahloszillographen als Luminanzmodulationssignal in Synchronismus mit der Abtastspannungsquelle eingibt.
Das Obige erklärt das Prinzip des Abtastelektronenmikroskops. Die Auflösung des Abtastelektronenmikroskops wird vom Durchmesser des Elektronenstrahls bei seiner engen Zusammenziehung bestimmt, und der eng zusammengezogene Elektronenstrahl unmittelbar vor seinem Auftreffen auf die Probe wird insbesondere ein "Elektronensondenstrahl" genannt. Nun wird der Aufbau erklärt. In Fig. 23 wird der von der Elektronenkanone 1 emittierte Elektronenstrahl 2 durch eine Anode 43 beschleunigt und gegen die Konvergenzlinsen 47 und 48 gezogen. Der Elektronenstrahl 2 wird in den Elektrodensondenstrahl 46 durch die erste und zweite Konvergenzlinse 47 bzw. 48 umgeformt. Der entstehende Elektronensondenstrahl 46 wird dann durch die Abtastelektrode 49 abgelenkt und tastet die Probenoberfläche ab. Die Sekundärelektronen und dergleichen, die zu dieser Zeit entstehen, werden vom Detektor 51 festgestellt, laufen durch einen Verstärker und werden als Gitterluminanzmodulationssignal dem Kathodenstrahloszillographen 66 zugeführt, der in Synchronismus mit der Abtastspannungsquelle steht, wobei das ausgedehnte Bild der Probe entsteht.
Im übrigen kann der Durchmesser des Elektronensondenstrahls bis auf etwa 1 nm (10 ) zusammengezogen werden. Die Bezugszeichen 71 und 72 in der Zeichnung stellen einen Heizdraht und einen Wehnelt-Zylinder dar.
Das siebte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Anwendung der Erfindung auf das oben beschriebene Abtastelektronenmikroskop.
Fig. 14 zeigt den Aufbau dieses Ausführungsbeispiels. Wie in der Zeichnung dargestellt, besteht das Abtastelektronenmikroskop mit der Positronenauslöschungs-Analysefunktion in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel aus einem Elektronenbestrahlungssystem zur Erzeugung und Beschleunigung eines Elektronenstrahls; einem Positronenbestrahlungssystem zur Erzeugung und Beschleunigung eines Positronenstrahls; einem Ablenkmagneten 44, um den Umkreis des Elektronenstrahls in Übereinstimmung mit dem des Positronenstrahls zu bringen; einem Konvergenzlinsensystem zur Zusammenführung sowohl des Elektronenstrahls als auch des Positronenstrahls zu einem Elektronensondenstrahl; einem Strahlabtastsystem für die Ablenkung und Abtastung mittels des Elektronensondenstrahls; einem Bilddarstellungssystem zur Darstellung eines Abtastelektronenmikroskopbildes; und einem Positronenauslöschungs-Analysesystem zur Feststellung, Analyse und Darstellung der Auslöschungsgammastrahlen.
In diesem Fall besteht das Elektronenbestrahlungssystem aus der Elektronenkanone 1 und der Anode 43, und das Positronenbestrahlungssystem besteht aus der Positronenquelle 12, der Wärmeumwandlungsplatte 13, die an der Oberfläche der Positronenquelle 12 angeordnet ist, der Positronenbeschleunigungsröhre 14, der Konvergenzlinse 15, der Ablenkungselektrode 66, der Ablenkungsspannungsquelle für den Positronenstrahl 60 und dem Kollimator 16. Das Konvergenzlinsensystem besteht aus der ersten Konvergenzlinse 47, der zweiten Konvergenzlinse 48 und dem Schlitz 45, und das Stahlabtastsystem besteht aus der Abtastelektrode 49 und der Abtastspannungsquelle 54. Das Bilddarstellungssystem besteht aus dem Detektor 51, dem Verstärker 55 und der Bilddarstellung einschließlich des Kathodenstrahloszillographen 56, und das Positronenauslöschungs- Analysesystem besteht aus dem Auslöschungsgammastrahlendetektor 19, dem Verstärker 59, einer Steuer/Betriebseinheit 58 bestehend im wesentlichen aus einem Mikrocomputer und enthaltend einen Analog/Digital- Wandler und eine Schnittstelle, und einem Datenterminal 57.
Ein ²²Na (Positronenenergiebereich 0-540 keV) wird als Positronenquelle 12 und eine Aluminiumfolie als Wärmeumwandlungsplatte 13 verwendet. Außerdem wird ein Ge(Li)-Detektor als Auslöschungsgammastrahlendetektor 19 verwendet.
Die Beschleunigung von Elektronen und Positronen wird nun erklärt. Eine vorbestimmte Spannung V&sub0; im Bereich von 0-30 kV wird an die Anode 43 des Abtastelektronenmikroskops angelegt, und eine Spannung V&sub0; wird an die Positronenbeschleunigungsröhre 14 angelegt, so daß der Positronenstrahl die gleiche Energie wie der Elektronenstrahl hat. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Beschleunigung des Elektronenstrahls ausschließlich von der Anode 43 bewirkt, ohne Benutzung einer Beschleunigungsröhre.
Nunmehr werden einige wichtige Ausdrücke in der vorliegenden Erfindung wie folgt definiert, vor der Beschreibung der Betriebsweise und Funktion dieser Vorrichtung.
Der Ausdruck "Positronenbestrahlungssystem" bedeutet allgemein Systeme, die die von der Positronenquelle emittierten Positronen auf die Probe strahlen, und der Ausdruck "Elektronenbestrahlungssystem" bedeutet allgemein Systeme, die die Elektronen auf die Probe strahlen. Der Ausdruck "Positronen-Elektronen mischendes Bestrahlungssystem" bedeutet Systeme, die sowohl den Elektronenstrahl als auch den Positronenstrahl in das axiale Zentrum der Konvergenzlinsen führen und sie in axialer Richtung durch das Konvergenzlinsensystem in die Probe implantieren. Jedoch bedeutet der Ausdruck "Mischbestrahlung" nicht notwendigerweise, daß der Elektronenstrahl und der Positronenstrahl gleichzeitig implantiert werden, sondern umfaßt auch die Implantierung der zwei Strahlarten zeitlich unabhängig voneinander.
Außerdem bedeutet der Ausdruck "Konvergenzlinsensystem" allgemein Systeme, die den Elektronenstrahl zu einem Elektronensondenstrahl konvergieren. Daher sind die Objektivlinsen eines normalen Abtastelektronenmikroskops in diesem System zusätzlich zu den Konvergenzlinsen erfaßt. Der Ausdruck "Positronenauslöschungs-Analysesystem" bedeutet allgemein Systeme, die die Daten feststellen, zählen, verarbeiten, sowie analysieren und das Ergebnis darstellen, von Auslöschungsgammastrahlen, die erzeugt werden, wenn das Positron in der Probe die Auslöschung erfährt.
Nun wird die Betriebsweise und die Funktion dieser Vorrichtung beschrieben. Die Spannung V&sub0; wird sowohl an die Anode 43 als auch an die Positronenbeschleunigungsröhre 14 angelegt. In diesem Zustand wird der von der Elektronenkanone 1 emittierte Elektronenstrahl 2 von dem Ablenkungsmagnet 44 abgelenkt und auf den Schlitz 45 geführt. Der so auf den Schlitz 45 geführte Elektronenstrahl 2 wird mit Hilfe des Konvergenzlinsensystems auf der Basis der Wirkungsweise des Abtastelektronenmikroskops zu dem Elektronensondenstrahl zusammengezogen und tastet die Oberfläche der Probe 4 ab, wobei das Abtastelektronenmikroskop-Bild entsteht. Wenn nun innerhalb des Bildes, das betrachtet wird, ein Bereich existiert, dessen Analyse mit Hilfe der Positronenauslöschungs-Analysemethode gewünscht wird, wird es vom Datenterminal 57 der Steuer- und Betriebseinheit 58 gemeldet. Die Positronenquelle 12 ist auf dem Positronenbestrahlungssystem befestigt, und die Positronen (Energiebereich 0-540 keV), die von der Positronenquelle 12 emittiert werden, läßt man auf die Wärmeumwandlungsplatte 13 auffallen, und ihre Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt. Nachdem die Energieverteilungsbreite in der 1-eV-Größenordnung festgesetzt ist, wird das Positron von der Positronenbeschleunigungsröhre 14 beschleunigt, so daß der monochrome Positronenstrahl 21 erhalten wird, der den gleichen Energiewert V&sub0; (keV) wie die Energie des Elektronenstrahls 2 hat.
Der so beschleunigte Positronenstrahl 21 wird dann von der Konvergenzspule 15 konvergiert und durch den Kollimator 16 dem Ablenkungsmagneten 44 zugeführt. Diese Zuführung wird jedoch nicht immer vorgenommen, sondern normalerweise wird der Positronenstrahl 21 von der Ablenkungselektrode 66 abgelenkt und tritt nicht durch den Kollimator 16. Wenn Implantierung notwendig ist, wird die Spannung der Ablenkungselektrode 66 abgeschaltet (oder eingestellt) mit solcher Zeitabfolge, daß der Positronenstrahl in den Bereich implantiert werden kann, für den die Positronenauslöschungs-Analyse durchgeführt werden soll, und der vorher in die Steuer/Betriebseinheit 58 eingegeben wurde. Dann wird der Positronenstrahl 21 über den Kollimator 16 dem Ablenkungsmagneten 44 zugeführt. Um diese Zeitabfolge zu erhalten, sind die Abtastspannungsquelle 54 und die Positronenstrahlablenkungsspannungsquelle 60 durch die Steuer/Betriebseinheit 58 miteinander synchronisiert.
Das magnetische Feld B im Ablenkungsmagnet 44 zeigt von der Rückseite zur Vorderseite des Zeichnungsblattes, und der Positronenstrahl 21 wird nach rechts im Verhältnis zur Flugrichtung abgelenkt, wie in der Zeichnung dargestellt, so daß er durch den Schlitz 45 in den Betriebszustand tritt, wo er mit den, Umkreis des Elektronenstrahls 2 überlagert wird. Nach Durchtritt durch den Schlitz 45 wird der Positronenstrahl 21 mit dem Elektronensondenstrahl durch die Konvergenzlinsen zusammengeführt in genau der gleichen Weise wie der Elektronenstrahl auf der Basis des später zu erläuternden Prinzips, und wird im Ablenkungssteuerzustand in die Probe 4 implantiert, in die der Elektronenstrahl 2 zu implantieren ist. Die Ablenkungsrichtung des Positronenstrahls ist jedoch entgegengesetzt zu der des Elektronenstrahls, und daher müssen bei der Festlegung der Implantierungszeitfolge für den Positronenstrahl die unten beschriebenen Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden.
Die Auslöschungsgammastrahlen 22 als Folge des so in die Probe 4 implantierten Positrons werden vom Auslöschungsgammastrahlendetektor 19 festgestellt, und sein Detektionssignal wird in die Steuer/Betriebseinheit 58 durch den Verstärker 59 eingegeben. Die Steuer/Betriebseinheit 58 führt die vorbestimmte Positronenauslöschungs-Analyse durch und stellt das Ergebnis der Analyse auf dem Datenterminal 57 dar, abhängig vom Typ der Einheit 58.
Obwohl hauptsächlicher Aufbau, Funktion und Betriebsweise des siebten Ausführungsbeispiels hiermit beschrieben worden sind, zeigt Fig. 15 den Längsschnitt des Abtastelektronenmikroskopteils dieses Ausführungsbeispiels. Das Innere eines Linsengehäuses wird durch einen Auslaßstutzen 73 evakuiert, und ein Luftventil 24 wird geschlossen, um das Vakuum innerhalb des Linsengehäuses zu bewahren, wenn die Probe 4 eingesetzt wird. Eine magnetische Abschirmung 78 wird um das Linsengehäuse gelegt, um jegliches schädliche Magnetfeld von außen abzuschirmen. Beispielsweise verwendet man Permalloy als Material für die magnetische Abschirmung 78. Die Bezugszeichen 76, 77 und 79 stellen eine Hilfsspule, eine Auskleidungsröhre und eine Einschuböffnung für die Positronenquelle dar.
Der Grund, warum der Positronenstrahl mit genau der gleichen Energie wie der Elektronenstrahl durch die Konvergenzlinse (magnetische Linse) in genau der gleichen Weise wie der Elektronenstrahl konvergiert wird, oder warum die Bildformung am gleichen Punkt stattfindet, kann durch die oben erwähnte Tatsache erklärt werden, daß die magnetische Linse die gleiche Brennweite für Positronen und Elektronen hat, die jeweils die gleiche Energie haben, in gleicher Weise wie in dem oben erwähnten Übertragungselektronenmikroskop.
Nun wird die Implantierungszeitfolge des Positronenstrahls unter Bezugnahme auf Fig. 16 erklärt. Man betrachte den Fall, wo der Positronenstrahl 21 in die Abtastoberfläche 69 des Elektronensondenstrahls implantiert wird, d. h. in der Region S der Betrachtungsoberfläche. Dann wird der Positronenstrahl 21 durch das Konvergenzlinsensystem mit dem Elektronensondenstrahl konvergiert in genau der gleichen Weise wie der Elektronenstrahl 2, wird aber an der Abtastelektrode 49 in genau entgegengesetzter Richtung abgelenkt. Wenn in Fig. 16 der Positronenstrahl 21 auf den Punkt P (x, y) gestrahlt wird, wird der Elektronenstrahl 2 auf einen Punkt P' (-x, -y) gestrahlt, der hinsichtlich der Abtastoberfläche zentralsymmetrisch zu dem Punkt P ist. Wünscht man daher, das Positron auf eine bestimmte Region S der Betrachtungsoberfläche zu implantieren, ist es verständlich, daß der Positronenstrahl in das Konvergenzlinsensystem durch Regulieren der Spannung der Ablenkungselektrode 66 eingeführt werden kann, wenn der Elektronenstrahl 2 die Region S' abtastet, die zur Region S zentralsymmetrisch ist. Wenn in der Praxis die Region S, in die der Positronenstrahl 21 implantiert werden soll, der Steuer/Betriebseinheit 58 durch das Datenterminal 57 eingegeben wird, wandelt die Steuer/Betriebseinheit 58 die Region S in die Region S' um und synchronisiert die Abtastspannungsquelle 54 mit der Positronenstrahlablenkungsspannungsquelle 60.
Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung des Konvergenzlinsensystems des Elektronenmikroskops wird im folgenden beschrieben.
Fig. 17 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das von der Positronenquelle 12 emittierte Positron als solches in den Ablenkungsmagneten 44 eingeführt wird, ohne die Wärmeumwandlungsplatte und die Beschleunigungsröhre für das Positronenbestrahlungssystem zu verwenden, wobei der Ablenkungsmagnet 44 auch als Energieanalysator des Positronenstrahls 21 verwendet wird und nur ein Positron, das die gleiche Energie wie die des Elektronenstrahls 2 hat, in das Konvergenzlinsensystem eingeführt wird. In diesem Fall hängt die Energiebreite des Positronenstrahls 21, der in das Konvergenzlinsensystem eingeführt wird, vom Durchmesser des Abschneideschlitzes 70 ab. Der Abschneideschlitz 70 hat mehrere Löcher mit verschiedenen Durchmessern, und ein gewünschter Durchmesser wird entsprechend dem beabsichtigten Objekt ausgewählt. Der Wert der an die Ablenkungselektrode 66 angelegten Spannung ist zumindest so, daß er das Positron ablenken kann, das von der Positronenquelle emittiert wird, die maximale Energie (540 keV im Fall der ²²Na-Quelle) hat und nicht durch die Löcher des Kollimators 68 tritt. Das Positronen-Elektronen- Mischbestrahlungssystem, das den Ablenkungsmagnet als Energieanalysator für das Positron verwendet, wird "Mischbestrahlungssystem des Positronenenergie-Analysetyps" genannt.
Fig. 18 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Positronenbestrahlungssystem und das Elektronenbestrahlungssystem in Reihe angeordnet sind. Diese Bauart benötigt keinen Ablenkungsmagneten und wird dadurch einfacher. Der Heizer für die Elektronenkanone 1 ist von der hohlen Type und hat eine solche Bauweise, daß der Positronenstrahl durch sein axiales Zentrum hindurchtreten kann. Wenn übrigens der Elektronenstrahl durch die Anode 43 hindurchtritt, wird er in diesem Fall abgebremst. Eine Spannung V&sub0; (V) wird nämlich an die Anode 43 zum Zweck der Beschleunigung des Elektrons angelegt, so daß das Positron im Gegensatz dazu durch V&sub0; (keV) abgebremst wird. Daher wird eine Spannung 2V&sub0;(V) an die Positronenbeschleunigungsröhre 14 angelegt, so daß der Positronenstrahl 21 und der Elektronenstrahl 2 im Konvergenzlinsensystem die gleiche Energie haben. Das Bestrahlungssystem des Positronen-Elektronen-Mischtyps, bei dem das Elektronenbestrahlungssystem und das Positronenbestrahlungssystem in Reihe angeordnet sind wie in diesem Ausführungsbeispiel, wird ein "Mischbestrahlungssystem vom Reihentyp" genannt.
Obwohl die vorliegende Erfindung hiermit unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, die einen Elektronenstrahl benutzen, um ein Abtastelektronenmikroskopbild zu erhalten, kann der Positronenstrahl statt des Elektronenstrahls effektiv verwendet werden. Wenn nämlich der Positronenstrahl auf die Oberfläche eines Objekts gestrahlt wird, werden die charakteristischen Röntgenstrahlen in gleicher Weise wie im Fall des bereits beschriebenen Elektronenstrahls erzeugt, und das Abtastelektronenmikroskopbild kann durch Feststellen der Röntgenstrahlen erhalten werden. Wenn die Positronenauslöschungs- Analyse mit Hilfe einer solchen Vorrichtung durchgeführt wird, wird zuerst das Abtastelektronenmikroskopbild erhalten. Zu dieser Zeit werden Auslöschungsgammastrahlen von der gesamten Oberfläche des Abtastelektronenmikroskopbilds erzeugt. Hierauf wird eine gewünschte Region bestimmt, für die die Positronenauslöschungs-Analyse durchzuführen ist, und dann der Positronenauslöschungs-Analyse unterworfen, durch Zusammenziehen des Bildes auf die gewünschte Region (oder Zusammenziehen der Abtastoberfläche). Wird daher der Positronenstrahl allein verwendet, muß kein Elektronenbestrahlungssystem wie eine Elektronenkanone vorgesehen werden, wodurch der Aufbau entsprechend vereinfacht wird.
In einer Vorrichtung mit dem oben erwähnten Elektronenbestrahlungssystem werden im übrigen die charakteristischen Röntgenstrahlen und dergleichen in Überlagerung zusammen mit den vom Elektronenstrahl erzeugten festgestellt, und zwar von der Region, in die der Positronenstrahl implantiert wird, wenn die Positronenauslöschungs-Analyse durchgeführt wird. Es ist daher möglich, die Bildhelligkeit der Positronenstrahlimplantierungsregion in dem Abtastelektronenmikroskopbild zu erhöhen und die Stelle der Positronenauslöschungs-Analyse zu bestätigen. Es ist auch wirksam, nur das Bild der Stelle der vom Positron herrührenden Positronenauslöschungs-Analyse zu erhalten, indem man zeitweise die Bestrahlung durch den Elektronenstrahl unterbricht. Es ist ferner wirksam, die Positronenauslöschungs-Analyse in der Richtung der Probentiefe weiterzuführen, indem man die Energie des Positronenstrahls ändert.
Obwohl die vorliegende Erfindung beispielsweise die Vorrichtung, die das Auslöschungsgammastrahlenenergiespektrum mißt, als Auslöschungsgammastrahlendetektor veranschaulicht, ist es auch möglich,
(1) die Gamma-Gamma-Winkelkorrelation zu messen, indem man ein Paar von Gammastrahlendetektoren auf beiden Seiten der Probe anordnet, von denen wenigstens einer auf dem Umfang mit der Probe als Mittelpunkt fein einstellbar ist, (ungefähr ± 5,0 m rad); und
(2) die Lebensdauer des Positrons zu messen durch unterbrochenes Implantieren des Positronenstrahls in der Größenordnung von einigen psec.

Claims

1. Positronen-Löschungs-Analyseverfahren, wobei eine zu analysierende Probe (4) mit Positronen bestrahlt wird, gekennzeichnet durch Formen eines Positronen-Strahls durch das Passieren der Positronen durch eine Sammellinsen-Anordnung (10), bestehend aus einer Magnetlinse (5-9) und Messung von Auslöschungs-Gamma-Strahlen (22), die von der mit dem Positronen-Strahl bestrahlten Probe erzeugt werden, um die Probe zu analysieren.

2. Positronen-Löschungs-Analyse-Vorrichtung, welche eine Positronen-Bestrahlungs-Einrichtung mit einer Positronen-Quelle (12) zum Emittieren von Positronen (21) aufweist, gekennzeichnet durch eine Sammellinsen-Anordnung (10) zum Konvergieren und Bestrahlen einer zu analysierenden Probe (4) mit zu einem Positronen-Strahl (21) geformten Positronen von der Positronen-Bestrahlungs-Einrichtung, wobei die Sammellinsen-Anordnung eine Magnetlinse (5-9) und eine Messeinrichtung (19) zum Messen der Auslöschungs-Gamma-Strahlen, die von der Probe durch Bestrahlung mit Positronen- Strahlen erzeugt werden, aufweist.

3. Positronen-Löschungs-Analysevorrichtung nach Anspruch 2, in der die Probe durch Verwendung einer Elektronenstrahl (20) abbildenden (oder ausdehnenden) Linsen-Anordnung eines Elektronenmikroskopes, als Sammellinsen-Anordnung zur Formung des Positronen-Strahls, bestrahlt wird.

4. Positronen-Löschungs-Analyse-Vorrichtung nach Anspruch 2, in der die Probe durch Verwendung einer Elektronen-Strahl formenden Sammellinsen-Anordnung (47, 48) eines Elektronenmikroskopes, als Sammellinsen-Anordnung zur Formung des Positronen-Strahls, mit Positronen bestrahlt wird.

5. Positronen-Löschungs-Analyse-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, in der die Energie des Positronen-Strahls, der die Magnetlinse, als Sammellinsen-Anordnung zur Formung des Positronen- Strahls passiert, derjenigen des Elektronen-Strahls gleichgesetzt wird.

6. Positronen-Löschungs-Analysevorrichtung nach Anspruch 5, in der eine Einheit zur Bremsung der Positronen (18) zwischen der Elektronen-Strahl abbildenden Linsen-Anordnung (10) und einem Proben- Bereich (4') angeordnet ist.

7. Positronen-Löschungs-Analysevorrichtung nach Anspruch 5, in der die Positronen-Strahlungs-Einrichtung aus einer Positronen-Quelle (12) zum Emittieren der Positronen, einer Wärme-Umwandlungs-Platte (13) zur Umwandlung der Energieverteilung der von der Positronen- Quelle emittierten Positronen, einer Positronen-Beschleunigungs-Röhre (14) zum Beschleunigen der so behandelten Positronen, und einer Sammellinse (15) zum Konvergieren des beschleunigten Positronen- Strahls besteht.

8. Positronen-Löschungs-Analysevorrichtung nach Anspruch 7, in der die Positronen-Strahlungs-Einrichtung zusätzlich einen Kollimator (16) beinhaltet, der zwischen der Sammellinse (15) und einer Magnetlinse eines Elektronenmikroskopes, die als Sammellinsen-Anordnung für die Positronen dient, angeordnet ist.

9. Positronen-Löschungs-Analyse-Vorrichtung nach Anspruch 5, in der die Auslöschungs-Gamma-Strahlen-Messungseinrichtung aus einem Gamma-Strahlen-Detektor (19), der aus der Strahlungsrichtung gesehen schräg hinter der Probe (4) angeordnet ist, besteht.

10. Positronen-Löschungs-Analysevorrichtung nach Anspruch 6, in der eine Korrektur-Magnetspule (18') zur Korrektur der Bahn des Positronen-Strahls zwischen der abbildenden Linsenanordnung (10) und der Positronen-Bremsungs-Röhre (18) angeordnet ist.

11. Positronen-Löschungs-Analysevorrichtung nach Anspruch 5, in der eine Magnetlinse (30) vor der Magnetlinse (5-9), die als Sammellinsen-Anordnung für den Positronen-Strahl dient, angeordnet ist, um die Bahn des Positronen-Strahls von der Positronen-Quelle abzulenken, und der Positronen-Strahl so eingerichtet wird, daß er in die Sammellinsen-Anordnung zur Formung des Positronen-Strahls einfällt.

12. Positronen-Löschungs-Analysevorrichtung nach Anspruch 3, in der die fluoreszierende Platte (11), welche die den Elektronen-Strahl abbildende Oberfläche bildet, aus einer transparenten Platte besteht, die mit einer fluoreszierenden Farbe an deren Vorder- und Rückseite beschichtet ist, eine öffenbare und verschließbare Struktur hat, und geöffnet ist, wenn die Probe (4) mit dem Positronen-Strahl bestrahlt wird und die Positronen-Strahlungs-Einrichtung eine bewegliche, abtastende, lineare Quelle ist, die parallel zu der den Elektronen-Strahl abbildenden Oberfläche bewegt werden kann.

13. Positronen-Löschungs-Analysevorrichtung nach Anspruch 3, in der die fluoreszierende Platte (11), welche die den Elektronen-Strahl abbildende Oberfläche bildet, eine öffenbare und verschließbare Struktur hat und geöffnet wird, wenn die Probe mit Positronen bestrahlt wird und die Positronen-Strahlungs-Einrichtung eine abtastende Elektronen-Ablenkungs-Strahlungseinrichtung ist, die den Positronen- Strahl durch die Kombination der Ablenkungs-Elektroden abtastet.

14. Positronen-Löschungs-Analyse-Vorrichtung nach Anspruch 4, in der die Positronen-Bestrahlungs-Einrichtung so ausgebildet ist, daß die Positronen-Quelle sich auf der den Elektronen-Strahl abbildenden Oberfläche (11) in X-Y-Richtung bewegen kann.

15. Positronen-Löschungs-Analysevorrichtung nach Anspruch 4, in der das Elektronenmikroskop ein Abtast-Elektronenmikroskop ist, und der Positronen-Strahl so gerichtet wird, daß er in das axiale Zentrum eines hohlen Elektronen-Strahl-Erzeugers (1) einfällt, und zwar von der Hinterseite des Elektronen-Strahl-Erzeugers.

16. Positronen-Löschungs-Analyse-Vorrichtung nach Anspruch 4, in der die Energie des Positronen-Strahls durch den ablenkenden Magnet (30) analysiert wird, dann mit der Energie des Elektronen-Strahls unter Verwendung der Ausschaltblende gleichgesetzt und danach auf die Probe gestrahlt wird.

17. Positronen-Löschungs-Analysevorrichtung nach Anspruch 2, in der der Positronen-Strahl von der Positronen-Quelle, durch Verwendung der Magnetlinsen (5-9) eines Elektronenmikroskopes als Sammellinsen-Anordnung konvergierend gemacht wird, um die Probe, die durch Bestrahlung mit einem Positronen-Strahl analysiert wird, zu beobachten und um die Auslöschungs-Gamma-Strahlen, die erzeugt werden, wenn die Probe mit Positronen bestrahlt wird, zu messen.