DE69127957T2

DE69127957T2 - Ionenstreuungsspektrometer

Info

Publication number: DE69127957T2
Application number: DE69127957T
Authority: DE
Inventors: Masakazu Aono; Shigeki Hayashi; Mitsuhiro Katayama; Sumio Kumashiro
Original assignee: Shimadzu Corp; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: Shimadzu Corp; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2011-11-23
Also published as: JPH04206432A; EP0488067A3; JP2567736B2; EP0488067B1; DE69127957D1; EP0488067A2; US5166521A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Ionenstreuungsspektrometer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, bei der eine Probe mit einem Ionenstrahl bestrahlt wird, wodurch Teilchen veranlaßt werden, von der Probe zu streuen, und bei der die Energie dieser Teilchen analysiert wird, die in einer axialen Richtung, die gleich wie jene des bestrahlenden Ionenstrahls ist, auf der Einfallsseite des Strahls streuen.
In vielen Fällen wird ein Flugzeitspektrometer als eine Einrichtung zum Analysieren der Energie bei einem Zusammenstoß- Kollisions-Ionenstreuungsspektrometer verwendet. Ein Flugzeitspektrometer führt eine Energieanalyse aufgrund von Unterschieden bei der Zeit durch, die für Teilchen, die gleichzeitig von einer Probe gestreut werden, erforderlich ist, um eine Erfassungseinrichtung zu erreichen. Das kennzeichnende Merkmal eines Spektrometers dieses Typs besteht darin, daß die Energieanalyse ohne Berücksichtigung durchgeführt werden kann, ob die Teilchen eine elektrische Ladung tragen.
Die Teilchen, die gestreut werden, wenn eine Probe mit Ionen bestrahlt wird, sind von zwei Typen. Ein Typ wird gestreut, während er eine elektrische Ladung trägt. Der andere Typ wird als neutrales Teilchen gestreut, da dessen elektrische Ladung durch die Probe erfaßt wird. Das zuvor genannte kennzeichnende Merkmal des Flugzeitspektrometers wird aus der Tatsache abgeleitet, daß alle der gestreuten Teilchen, die aus diesen beiden Typen bestehen, einer Energieanalyse unterzogen werden.
Von den beiden Typen der genannten Teilchen werden viele von jenen, die gestreut werden, während sie eine elektrische Ladung besitzen, veranlaßt, von den Atomen zu streuen, die an der Oberfläche der Probe angeordnet sind. Andererseits dringen die neutralisierten Teilchen von deren Oberfläche aus in das Innere der Probe ein und werden nach einer Zusammenwirkung mit den Atomen der Probe gestreut. Mit anderen Worten, diese beiden Typen von Teilchen besitzen eine unterschiedliche Information bezüglich der Probe, wie dies in Einzelheiten in "Nuclear Instruments & Methods in Physics Research", 1988, Seiten 871 - 875 beschrieben wird.
Demzufolge gibt die Zusammenstoß-Kollisions-Ionenstreuungs- Spektrometervorrichtung, die das Flugzeit-(TOF)-Spektrometer verwendet, Informationen aus, die für diese beiden Typen von Teilchen spezifisch sind und erhält nur die Informationen, die für beide Typen von Teilchen gemeinsam sind.
Von seinem Aufbau her gesehen sind die Merkmale des Flugzeitspektrometers wie folgt:
Das Flugzeitspektrometer umfaßt eine Ionenquelle und eine Erfassungseinrichtung, die in einer geraden Linie auf deren gemeinsamer optischer Achse angeordnet sind, wobei die Erfassungseinrichtung zwischen der Probe und der Ionenquelle liegt. Dementsprechend ist eine beträchtliche Teilchenflugstrecke erforderlich, um eine Energieanalyse aufgrund der Flugzeit durchzuführen. Demzufolge ist die Strecke von der Ionenquelle zur Probenoberfläche groß, und daher ist es schwierig, den Strahl auf der Probenoberfläche zusammenlaufen zu lassen. Folglich ist die Vorrichtung nicht für eine mikrostrukturelle Analyse der Probenoberfläche geeignet und die einzige Information, die ermittelt wird, ist eine durchschnittliche analytische Information bestimmter Bereiche.
Da die vorstehend beschriebene Vorrichtung einen linear angeordneten Aufbau besitzt, besteht ein Vorteil nichtsdestotrotz darin, daß für den Einbau, im Gegensatz zum vorstehend genannten TOF-System mit einer großen Beschleunigungsröhre, wenig Raum erforderlich ist.
Demzufolge befindet sich die Vorrichtung unabhängig von dem vorstehend genannten Nachteil, nämlich der Tatsache, daß die Impaktzusammenstoß-Ionenstreuungs-Spektrometervorrichtung unter Verwendung des Flugzeitspektrometers fur eine mikrostrukturelle Analyse einer Probenoberfläche nicht geeignet ist, in breiter Anwendung, da die Energie aller gestreuten Teilchen analysiert wird und wegen des vorstehend genannten Vorteils, daß der erforderliche Installationsraum klein ist.
Der vorliegende Anmelder hat in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 63-102151, die für ein Patent in Japan am 17. Oktober 1986 eingereicht und am 7. Mai 1988 offengelegt wurde, eine Zusammenstoß- Ionenstreuungs-Spektrometervorrichtung unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Flugzeitspektrometers offenbart. Gemäß der offenbarten Vorrichtung werden nur Ionen erfaßt, die über einen sehr weiten Streuungswinkel gestreut werden, der 180º angenähert ist, und die gestreuten Ionen werden nicht ausreichend verwendet. Zudem können die Teilchen nicht hinsichtlich des Vorliegens oder Fehlens elektrischer Ladung unterschieden werden, und daher kann die analytische Information, die auf die Probenoberfläche hinweist, nicht ausreichend analysiert werden. Ferner trifft man auf Schwierigkeiten hinsichtlich des Zusammenlaufens des Ionenstrahls auf der Probenoberfläche, wobei die Vorrichtung für eine mikrostrukturelle Analyse der Probenoberfläche nicht geeignet ist, und die einzig erfaßte Information ist eine durchschnittliche analytische Information bestimmter Bereiche.
Ähnlich hat der gegenwärtige Anmelder in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 63-102150, die in Japan am 17. Oktober 1986 für ein Patent eingereicht und am 7. Mai 1988 offengelegt wurde, eine Zusammenstoß- Ionenstreuungs-Spektrometervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart, bei der der Ionenstrahl abgelenkt und veranlaßt wird, auf der ebenen Oberfläche einer Probe ein Abtasten in zwei Dimensionen durchzuführen, um die Zusammensetzung der Probenoberfläche zu analysieren. Bei dieser Vorrichtung werden die gestreuten Ionen gerade wie beim Beispiel des vorstehend beschriebenen Standes der Technik auch nicht ausreichend verwendet. Zudem können Teilchen nicht durch das Vorhandensein oder Fehlen elektrischer Ladung unterschieden werden und daher kann die analytische Information, die auf die Probenoberfläche hinweist, nicht ausreichend analysiert werden. Ferner trifft man auf Schwierigkeiten beim Konvergieren des Ionenstrahls auf der Probenoberfläche, wodurch die Vorrichtung für eine mikrostrukturelle Analyse der Probenoberfläche nicht geeignet ist und die einzig erfaßte Information eine durchschnittliche analytische Information gewisser Bereiche bzw. Flächen ist.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Ionenstreuungsspektrometer zu schaffen, bei dem der Ionenstrahl auf der Oberfläche einer Probe konvergiert werden kann, um eine mikrostrukturelle Analyse der Probenoberfläche möglich zu machen, wobei Ionen und neutrale Teilchen gemessen werden, während sie voneinander unterschieden werden, um eine detaillierte Analyse der Probenoberfläche möglich zu machen, und gestreute Ionen in einem weiten Raumwinkel erfaßt werden, um die Ionenerfassungseffizienz zu erhöhen und eine Messung der Verteilung der Streuungswinkel gestreuter Ionen möglich zu machen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vorstehende Aufgabe durch das Bereitstellen eines Ionenstreuungsspektrometers gemäß Anspruch 1 erzielt. Es umfaßt eine Ionenquelle, eine erste Steuerelektrode zum Steuern eines Ionenstrahls, der durch die Ionenquelle emittiert wird, einen Detektor zum Erfassen gestreuter Teilchen und eine zweite Steuerelektrode zum Steuern des Ionenstrahls, der von der Ionenquelle zu einer Probe hin gerichtet ist, wie auch der gestreuten Teilchen, wobei diese Bauelemente zusammen mit der Probe auf der gleichen Achse angeordnet sind. Der Ionenstrahl, der von der Ionenquelle zur Probe hin gerichtet ist, wird veranlaßt zu konvergieren, um ein winziges Teil der Probe zu bestrahlen, wobei die zweite Steuerelektrode eine Einzellinse ist. Teilchen, die von der Probe gestreut und zur Erfassungseinrichtung gerichtet werden, werden veranlaßt zu konvergieren, und gestreute Ionen werden über einen weiten Raumwinkel erfaßt, um die Ionenerfassungswirksamkeit zu erhöhen. wegen der Anwendung der Einzellinse der zweiten Steuerelektrode werden die geladenen Teilchen und neutralen Teilchen unter den gestreuten Teilchen mit einem Unterschied hinsichtlich der Geschwindigkeit bereitgestellt, um zu ermöglichen, zwischen diesen beiden Typen von Teilchen zu unterscheiden und diese zu messen. Ferner besitzt der Detektor eine Anodenplatte, die in der Form konzentrischer, kreisförmiger Platten oder konzentrischer, bogenförmiger Platten geteilt ist, wobei die Erfassungsausgabe von jeder von diesen einer Signalverarbeitung unterzogen wird, wodurch ermöglicht wird, eine Verteilung von Streuungswinkeln der gestreuten Ionen zu messen.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, die in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen herangezogen wird, ersichtlich, bei denen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Teile durch die Figuren von dieser hinweg bezeichnen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Ionenstreuungsspektrometer gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die Ionenspuren zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die das Flugzeitspektrum gestreuter Ionen darstellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Erfassungseinrichtung verdeutlicht;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Anode der Erfassungeinrichtung verdeutlicht;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das ein anderes Ausführungsbeispiel der Anode der Erfassungseinrichtung verdeutlicht;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Streuungswinkel gestreuter Teilchen, wie auch die Verteilung der Ankunftszeiten verdeutlicht;
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel eines Ionenstreuungsspektrometers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 9 ist ein Taktdiagramm zum Beschreiben des Betriebs des in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiels.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ionenstreuungsspektrometers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist die Vorrichtung ein Außengehäuse 1 mit einer linearen Anordnung auf, von der ein erstes Ende mit einer Ionenquelle 2 auf einer Achse X innerhalb des Gehäuses versehen ist. Eine Kammer C, in die eine Probe S gesetzt ist und die in dem Gehäuse auf der Achse X angeordnet ist, befindet sich an dessen zweitem Ende. Die Ionenquelle 2 emittiert einen Ionenstrahl, der zur Probe S hin gerichtet ist. Eine erste Elektrode 3, eine Erfassungseinrichtung bzw. ein Detektor 4 und eine zweite Elektrode 5 sind innerhalb des Außengehäuses 1 in der genannten Reihenfolge zwischen der Ionenquelle 2 und der Probe S angeordnet. Diese Bauelemente sind auch auf der gleichen Achse X angeordnet. Ein Impulsgenerator 6 ist mit der Zerhackerelektrode 3 verbunden. Ein Loch ist im zentralen Teil des Detektors 4 ausgebildet, so daß der Ionenstrahl, der durch die Ionenquelle 2 ausgestrahlt wird, durch das Loch zur Probe S hin eingeführt werden kann. Das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung 4 tritt in einen Vorverstärker 8 ein. Die Beschleunigungselektrode 5 weist drei zylindrische Elektroden 51, 52, 53 auf, die koaxial angeordnet sind, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die zentral angeordnete Elektrode 51 wird mit einer Ionenbeschleunigungsspannung durch eine Leistungsquelle 10 versorgt. Die Elektroden 52, 53 an beiden Seiten der Elektrode 51 sind auf das gleiche Grundpotential bzw. Erdungspotential wie die Probe S gesetzt. Die gesamte Beschleunigungselektrode 5 bildet eine Einzeltyplinse aus.
Die Ionenquelle emittiert den Ionenstrahl zu allen Zeitpunkten, und das Auftreffen des Ionenstrahls auf der Probe S wird durch die Zerhackerelektrode 3 gesteuert. Der Impulsgenerator 6 versorgt die Zerhackerelektrode 3 mit einer Spannung zum Ablenken des Ionenstrahls. Wenn ein Zerhackerimpuls angelegt wird, wird die Ablenkungsspannung zeitweilig null. Der Ionenstrahl trifft auf die Probe S während der Zeit auf, während der die Ablenkungsspannung null ist. Durch Wiederholen dieses Verfahrens trifft der Ionenstrahl auf die Probe S periodisch für sehr kurze Zeitperioden auf. Die Stärke des Ionenstrahls und die Bestrahlungsdauer sind in einer solchen Art und Weise eingestellt, daß bei einer Bestrahlungs- Zeitperiode etwa ein Teilchen erfaßt wird. Als nächstes läuft der Ionenstrahl durch das Loch, das im zentralen Teil des Detektors 4 ausgebildet ist, und dann durch die Beschleunigungselektrode 5, wo der Ionenstrahl vor dem Auftreffen auf die Probe S zusammenläuft bzw. konvergiert wird. Wenn der Ionenstrahl auf die Probe S auftrifft, werden Teilchen veranlaßt, von der Probe zu streuen. Unter den Teilchen, die von der Probe S streuen, laufen Teilchen, die in einer Richtung entgegengesetzt der des einfallenden Ionenstrahls gestreut werden, durch die Beschleunigungselektrode 5 erneut in der entgegengesetzten Richtung und treffen dann auf dem Detektor 4 auf. Wenn diese Teilchen auf dem Detektor 4 auftreffen, erzeugt letzterer ein Erfassungssignal, das in den Verstärker 8 eintritt, wo das Signal verstärkt wird. Der Impulsgenerator 6 und der Verstärker 8 sind mit einem Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC) 7 zum Umwandeln zeitlicher zu digitalen Daten verbunden. Der Wandler 7 beginnt das Zählen in Erwiderung auf einen Ausgangsimpuls von dem Impulsgenerator 6 und beendet das Zählen in Erwiderung auf ein Ausgangssignal von der Erfassungseinrichtung 4. So wird ein Zeithalten aufgrund des Zählwertes durchgeführt. Der Wandler 7 ist mit einem Computer 9 verbunden, der ein Histogramm des Zählergebnisses erzeugt, das durch den Wandler 7 aufgezeichnet wird. Das Histogramm ist ein Energiespektrum der gestreuten Teilchen von der Probe. Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die das Flugzeitspektrum der gestreuten Ionen darstellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
Wenn der Ionenstrahl von der Ionenquelle 2 zur Probe S hin gerichtet wird, wird der Ionenstrahl zwischen den Elektroden 53 und 51 beschleunigt, schreitet mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit längs des Zwischenraums der Elektrode 51 fort und wird zwischen den Elektroden 51 und 52 verzögert. Insgesamt wird der Ionenstrahl durch die Beschleunigungselektrode 5 beschleunigt. Zu diesem Zeitpunkt unterliegt der Elekrodenstrahl einer zusammenlaufenden bzw. konvergierenden Wirkung. Umgekehrt wird der Strahl, wenn der Ionenstrahl von der Probe S zur Ionenquelle 2 hin gerichtet ist, zwischen den Elektroden 52 und 51 beschleunigt, schreitet mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit längs des Abstands bzw. Zwischenraums der Elektrode 51 fort und wird zwischen den Elektroden 51 und 53 verzögert. Insgesamt wird der Ionenstrahl durch die Beschleunigungselektrode 5 beschleunigt. Zu diesem Zeitpunkt unterliegt der Ionenstrahl einer konvergierenden Wirkung. Andererseits unterscheidet sich die Wirkung der Beschleunigungselektrode 5 auf neutrale Teilchen, die frei von elektrischer Ladung sind, von der Wirkung auf den Ionenstrahl. Da neutrale Teilchen durch ein elektrisches Feld nicht beeinflußt werden, werden sie weder beschleunigt, verzögert noch veranlaßt, während deren Durchgangs durch die Beschleunigungselektrode 5 zu konvergieren. Dementsprechend laufen die Ionen durch die Beschleunigungselektrode 5 mit einer höheren Geschwindigkeit als der der neutralen Teilchen, und sie werden beim Detektor 4 eher als die neutralen Teilchen eintreffen, falls die Ionen und neutralen Teilchen von der Probe S mit der gleichen Geschwindigkeit emittiert werden. Demzufolge unterscheiden sich das Energiespektrum der Ionen und das Energiespektrum der neutralen Teilchen, und die beiden Energiespektren können voneinander unterschieden werden. Im einzelnen weist das Ionenspektrum im Vergleich mit dem Spektrum der neutralen Teilchen eine scheinbare Verschiebung zur Seite der höheren Energie hin auf. Obwohl der Betrag dieser Verschiebung abhängig von der Spannung variiert, die an die Elektrode 51 angelegt wird, gibt es in der Gestalt des Spektrums selber keine Änderung.
Da die Beschleunigungselektrode 5 eine Einzellinse ist, sind die Geschwindigkeiten der Ionen und neutralen Teilchen in der Erfassungseinrichtung 4 identisch.
Ferner ist deren Struktur in einem Fall, wo keine Spannung an die Beschleunigungselektrode angelegt wird, von der der konventionellen Ionenstreuungs-Spektroskopvorrichtung nicht verschieden, und der Abstand von der Probe S zur Erfassungseinrichtung 4 dient als eine Geschwindigkeits- Klassifizierungsstrecke, bei der die gestreuten Teilchen durch den Unterschied hinsichtlich der Geschwindigkeit klassifiziert werden.
Die vorstehend genannte Wirkung, bei der die gestreuten Teilchen nach deren Klassifizierung als Ionen oder neutrale Teilchen mittels deren entsprechenden Energiespektren gemessen werden, wird durch die Elektrode 51 der Beschleunigungselektrode 5 erhalten; die Elektroden 52, 53 spielen keine Rolle.
Der Betrieb der Elektroden 52, 53, die die Beschleunigungselektrode 5 der Einzellinse ausbilden, wird nun unter Bezug auf Fig. 2 beschrieben.
Fig. 2 verdeutlicht schematisch die Bahnen geladener Teilchen, die durch die Anordnung der Elektroden 51, 52, 53 hindurchlaufen. Die Spuren, die durch die nach links gerichteten Pfeile angezeigt werden, sind die Ionenspuren von Ionenstrahlen, die von der Ionenquelle 2 zur Probe S hin emittiert werden, und die Bahnen, die durch die nach rechts gerichteten Pfeile angezeigt werden, sind die Ionenbahnen von Ionenstrahlen, die von der Probe S zur Ionenquelle 2 hin emittiert werden. Daher laufen die Ionenstrahlen, die die Probe S bestrahlen, zur Probe S hin zusammen. Unter den Ionenstrahlen, die von der Probe S divergieren, laufen jene, die von der Probe S über einen Raumwinkel α gestreut werden, zentriert auf der optischen Achse zusammen und fallen auf den Detektor 4 im wesentlichen als ein paralleler Fluß ein. Wegen dieser konvergierenden Wirkung ist es möglich, gestreute Ionen über einen weiten Raumwinkel zu erfassen, wodurch die Ionenerfassungseffektivität erhöht wird.
Demzufolge können Ionen und neutrale Teilchen gemessen werden, während sie voneinander durch das Bereitstellen der Beschleunigungselektrode unterschieden werden, und die Ionenstrahlen können zur Probenoberfläche hin durch das Anordnen der Beschleunigungselektrode in der Form einer Einzellinse konvergierend gemacht werden, so daß die Analyse winziger Bereiche auf der Probenoberfläche, wie auch die Erfassung gestreuter Ionen über einen weiten Raumwinkel ermöglicht werden. Dies macht es möglich, eine Ionenerfassungseffektivität zu verbessern und die Verteilung der Streuungswinkel der gestreuten Ionen zu messen.
Ein Ausführungsbeispiel des Detektors 4 wird unter Bezug auf Fig. 4 beschrieben.
Beispielsweise kann der verwendete Detektor 4 einer sein, der eine Mikrokanalplatte 44 verwendet. Die Mikrokanalplatte 44 weist eine Anzahl von schmalen Glasröhrchen auf, die in Form einer Scheibe zusammengesetzt sind, wobei die innere Wand von jeder Glasröhre mit einem Sekundäremissionsmaterial beschichtet ist. Eine Hochspannung von einer Hochspannungs- Leistungsquelle 47 ist über die Mikrokanalplatte 44 angelegt. Ein Kollimator 41 zum Einführen der Einfallsionen ist zusammen mit einem Abstandshalter 45 in den Innenraum der Erfassungseinrichtung längs deren zentraler Achse eingesetzt. Das elektrische Feld, das durch die vorstehend genannte Hochspannung erzeugt wird, wird durch den Kollimator 41 geerdet, um so nicht auf die Ionen zu wirken, die durch den Kollimator 41 hindurchlaufen, und der letztgenannte ist von der Mikrokanalplatte 44 durch den Abstandshalter 45 isoliert, der aus einem Isolationsmaterial besteht. Ein geerdetes, maschenförmiges Gitter 46 ist an der Vorderseite der Mikrokanalplatte 44 vorgesehen, um eine Abschirmung gegen das Hochspannungsfeld auszubilden, so daß die einfallenden Ionen, die den Kollimator 41 erregt haben, durch den feldfreien Raum fortschreiten werden, ohne daß deren Flugbahnen durch das Hochspannungsfeld geändert werden. Wenn die gestreuten Ionen bei der Mikrokanalplatte 44 ankommen, nachdem sie durch das Gitter 46 gelaufen sind, werden die Ionen durch das elektrische Feld beschleunigt, das aus der Hochspannung folgt, die über die Mikrokanalplatte 44 angelegt ist. Die beschleunigten Ionen treffen gegen die Mikrokanalplatte 445 Sekundärelektronen, die durch die Mikrokanalplatte 44 ausgestrahlt werden, werden durch das Hochspannungsfeld beschleunigt, und zwar auf die doppelte Geschwindigkeit, und ein Erfassungssignal 48 wird durch eine Anodenplatte 42 hieraus gewonnen. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Anodenplatte 42, bei dem die Anodenplatte 42 eine Größe etwa gleich der des Mikrokanals 44 aufweist, werden die Ionen, die von der Probe S mit deren entsprechenden Streuungswinkeln gestreut werden, unabhängig von diesen Streuungswinkeln erfaßt. Demzufolge kann eine Information hinsichtlich der Streuungswinkel hieraus nicht gewonnen werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Anodenplatte 42 wird unter Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anodenplatte 42 in konzentrische Platten A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4; aufgeteilt bzw. gesplittet.
Signale a&sub1;, a&sub2;, a&sub3;, a&sub4; werden aus entsprechenden der geteilten bzw. gesplitteten Anodenplatten A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4; herausgezogen, und diese Signale treten in eine Signalverarbeitungsschaltung ein, die nachfolgend beschrieben wird. Die Beziehung zwischen den Durchmessern der Anodenplatten A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4; und dem Streuungswinkel wird unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben. In Fig. 7 stellt l&sub1; den Abstand von der Probe S zur Beschleunigungselektrode, L die Länge der Beschleunigungselektrode selber und l&sub2; den Abstand von der Beschleunigungselektrode zum Detektor 4 dar. Wenn Ionen von der Probe S mit Streuungswinkeln β, 2β, 3β und 4β streuen, kommen die Ionenstrahlen beim Detektor 4 bei Positionen Ktanβ, Ktan2β, Ktan3β bzw. Ktan4β relativ zu der zentralen Achse an, wobei K eine Konstante ist, die durch L, l&sub2; und die Konvergenzkonstante der Beschleunigungselektrode bestimmt wird. Demzufolge sind die Durchmesser der Anodenplatten A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4; proportional zu tanβ, tan2β, tan3β, tan4β. Durch das Annehmen dieser Durchmesser für die Anodenplatten werden die Werte, die durch die Anodenplatten A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4; erfaßt werden, proportional zu den Streuungswinkeln β, 2β, 3β, 4β.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Anodenplatte 42 wird unter Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anodenplatte 42 in konzentrische, bogenförmige Platten A&sub1;&sub1; - A&sub1;&sub8;, A&sub2;&sub1; - A&sub2;&sub8;, A&sub3;&sub1; - A&sub3;&sub8;, A&sub4;&sub1; - A&sub4;&sub8; gesplittet, die in einer Art und Weise eines Strahls angeordnet sind. Signale a&sub1;&sub1; - a&sub1;&sub8;, a&sub2;&sub1; - a&sub2;&sub8;, a&sub3;&sub1; - a&sub3;&sub8;, a&sub4;&sub1; - a&sub4;&sub8; werden aus entsprechenden der gesplitteten Anodenplatten A&sub1;&sub1; - A&sub1;&sub8;, A&sub2;&sub1; - A&sub2;&sub8;, A&sub3;&sub1; - A&sub3;&sub8;, A&sub4;&sub1; - A&sub4;&sub8; gewonnen, und diese Signale treten in eine Signalverarbeitungsschaltung ein, die nachfolgend beschrieben wird. Wie beim zweiten Ausführungsbeispiel sind die Durchmesser der konzentrisch angeordneten Anodenplatten ausgebildet, proportional zu tanβ, tan2β, tan3β, tan4β zu sein, und die Winkel der bogenförmigen Platten sind gleich. Durch Anpassung dieser Durchmesser und Winkel für die Anodenplatten werden die Werte, die durch die Anodenplatten A&sub1;&sub1; - A&sub1;&sub8;, A&sub2;&sub1; - A&sub2;&sub8;, A&sub3;&sub1; - A&sub3;&sub8;, A&sub4;&sub1; - A&sub4;&sub8; erfaßt werden, proportional zu den Streuungswinkeln β, 2β, 3β, 4β.
Die Durchmesser der Anodenplatten längs der Achsen der Teilung und die Winkel in der Umfangsrichtung können abhängig von den Charakteristika der Streuungswinkel, dem Winkel der Anordnung der Probe relativ zur Achse des Ioneneinfalls, den Kennwerten der Beschleunigungselektrode und der Lagebeziehung unter Probe, Elektrode und Erfassungseinrichtung eingestellt werden.
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ionenstreuungs-Spektroskopvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist die Ionenstreuungs- Spektroskopvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels zusätzlich mit Ablenkungseinrichtungen D&sub1;, D&sub2; zwischen der Zerhackerelektrode 3 und dem Detektor 4, Strahlablenkungseinrichtungen Dx, Dy zwischen der Beschleunigungselektrode 5 und der Probe S, einer Probentreibereinheit ST zum Ändern des Polarkoordinaten-Winkels und des Azimutwinkels der Probe S relativ zum einfallenden Ionenstrahl und einer Einrichtung zum Treiben und Steuern dieser zusätzlichen Bauelemente ausgestattet. Eine Leistungszufuhreinrichtung DS&sub1; für die Ablenkeinrichtungen D&sub1;, D&sub2; ist damit verbunden. Ein Impulsgenerator 61 ist mit der Zerhackerelektrode 3 verbunden und erzeugt ein Impulssignal, in Erwiderung auf das der Ionenstrahl auf die Probe S einfällt. Eine Triggerschaltung 62 und eine Gatterschaltung 63 stehen mit dem Impulsgenerator 61 in Verbindung. Die Gatterschaltung 63 steht ferner mit einer Abtaststeuerschaltung 75 und einer Steuerschaltung 76 zum Steuern der Probentreibereinheit ST in Verbindung. Die Abtaststeuerschaltung 75 sendet ein Steuersignal zu einer Strahlabtast-Leistungszufuhreinrichtung DS&sub3;, um die Strahlablenkungseinrichtungen Dx, Dy zu treiben. Die Steuerschaltung 76 zum Steuern der Probentreibereinheit ST sendet ein Steuersignal zu einer Abtasttreiber- Leistungsversorgungseinrichtung DS&sub4;, um die Probentreibereinheit ST anzutreiben. Eine Elektroden- Leistungsversorgungseinheit DS&sub2; steht mit der Beschleunigungselektrode 5 in Verbindung, und die von dieser Leistungsversorgungseinheit angelegte Spannung wird mittels einer Steuerschaltung 74 gesteuert. Die Steuerschaltung 74 ist auch mit dem Impulsgenerator 61, der Abtaststeuerschaltung 75 und einer Probentreibereinheit-Steuerschaltung 76 verbunden. Die Ausgangs-Signalleitungen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3;, a&sub4; des in Fig. 5 dargestellten Detektors oder die Ausgangs-Signalleitungen a&sub1;&sub1;, a&sub1;&sub2; - a&sub1;&sub8;, a&sub2;&sub1; - a&sub2;&sub8;, a&sub3;&sub1; - a&sub3;&sub8;, a&sub4;&sub1; - a&sub4;&sub8; des in Fig. 6 dargestellten Detektors treten in einen Vorverstärker 71 ein. Der Ausgang des Verstärkers 71 steht mit dem Eingang eines Zeit-zu-Impuls-Höhen-Wandlers 72 in Verbindung, dessen Ausgang mit einer Impulshöhen-Analysierungseinrichtung 73 verbunden ist, deren Ausgang mit einem Speicher 77 verbunden ist. Eine Triggerschaltung 62 erzeugt ein Startsignal, das an den Zeit- zu-Impuls-Höhen-Wandler 72 angelegt wird, wodurch der letztgenannte einen Zählbetrieb startet. Die Impulshöhen- Analysierungseinrichtung 73 und der Speicher 77 werden mittels eines Steuersignals von der Steuerschaltung 74 gesteuert. Daten, die auf eine Information eines gestreuten Ionenstrahls von der Impulshöhen-Analysierungseinrichtung 73 bezogen sind, werden dem Speicher 77 angelegt, wie auch Daten, die auf eine Abtastinformation von der Abtaststeuerschaltung 75 und der Probentreibereinheit-Steuerschaltung 76 bezogen sind, und Daten, die auf eine Probenpositionsinformation bezogen sind.
Eine Anzeigeeinheit 83 und eine Aufzeichnungseinheit 84 sind mit dem Speicher 77 verbunden. Mit dem Speicher 77 ist auch eine Arithmetikschaltung 81 verbunden, die deren verarbeitete Daten zu einem Speicher 82 liefert. Die Daten im Speicher 82 werden in die Anzeigeeinheit 83 und in die Aufzeichnungseinheit 84 geführt.
Nun wird der Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Die Steuereinheit 74 legt ein Positionssteuersignal an die Proben-Treibereinheit-Steuerschaltung 76, wodurch die Lage der Probe S relativ zum einfallenden Ionenstrahl eingestellt wird. Das Einstellen der Lagebeziehungsposition der Probe S umfaßt das Einstellen ihres Polarkoordinaten-Winkels und ihres Azimutwinkels relativ zum einfallenden Ionenstrahl, wie auch deren Lage in der X- und der Y-Richtung. Die Probentreibereinheit-Steuerschaltung 76 legt das Lagesteuersignal an die Probentreiber- Leistungsversorgungseinrichtung DS&sub4; an, wodurch die Probentreibereinheit ST gesteuert wird. Für die eingestellte Lage der Probentreibereinheit ST ist es möglich, mittels eines Lagesensors erfaßt zu werden, der dann eine Rückführung zur Probentreibereinheit-Steuerschaltung 76 anlegen kann.
Der Ionenstrahl von der Ionenquelle 2 wird ständig ausgestrahlt, wobei die Bestrahlung der Probe S durch die Steuerung der Zerhackerelektrode 3 durchgeführt wird. Die Steuereinheit 74 legt ein Steuersignal c an den Impuisgenerator 61 an, und der Impulsgenerator 61 legt ein Impulssignal b an die Zerhackerelektrode 3 an. Eine Spannung wird an die Zerhackerelektrode 3 angelegt, wenn keine Messung durchgeführt wird. Als ein Ergebnis wird der Ionenstrahl abgelenkt und bestrahlt die Probe S nicht. Wenn das Impulssignal b an die Zerhackerelektrode 3 angelegt wird, wird die Spannung, die an die Zerhackerelektrode 3 angelegt wird, zeitweilig null. Zu einem solchen Zeitpunkt wird der Ionenstrahl nicht abgelenkt, und die Probe S wird mittels eines Impulses einfallender Ionen bestrahlt. Eine Messung wird mittels des Steuersignals c einmal durchgeführt. Die nächste Messung wird in Erwiderung auf das nächste Steuersignal c durchgeführt.
Nach dem Hindurchlaufen durch die Zerhackerelektrode 3 läuft der Ionenstrahl durch die Ablenkungseinrichtungen D&sub1;, D&sub2;, die Erfassungseinrichtung 4, die Beschleunigungselektrode 5 und Strahlablenkungseinrichtungen Dx, Dy und bestrahlt dann die Probe S. Die Ablenkungseinrichtungen D&sub1;, D&sub2; richten die optische Achse des Ionenstrahls dadurch aus, daß sie mittels der Spannung von der Leistungsversorgungseinrichtung DS&sub1; für diese Ablenkungseinrichtungen versorgt werden. Die Ausrichtung der optischen Achse des Ionenstrahls mittels dieser Ablenkungseinrichtungen D&sub1;, D&sub2; wird ausgeführt, wenn eine Einstellung und Justierungen vor der Messung durchgeführt werden. Der Ionenstrahl wird mittels der Beschleunigungselektrode 5 veranlaßt zu konvergieren. Da die Beschleunigungselektrode 5 als eine Einzellinse konfiguriert ist, unterliegt der Ionenstrahl zu diesem Zeitpunkt nur einer konvergierenden Wirkung, und seine Geschwindigkeit wird nicht geändert. Eine Spannung i, die an die Beschleunigungselektrode 5 angelegt wird, wird mittels der Elektroden-Leistungsversorgungseinrichtung DS&sub2; angelegt. Ferner wird der Ionenstrahl durch die Strahlablenkungseinrichtungen Dx, Dy abgetastet. Die Probe S, die bei der Position in die richtige Lage gebracht wird, wie dies vorstehend beschrieben ist, wird mit Hilfe der Abtastoperation einer zweidimensionalen Messung unterzogen. Das Steuern der Strahlablenkungseinrichtungen Dx, Dy wird durch eine Spannung g durchgeführt, die durch die Strahlabtast- Leistungsversorgungseinrichtung DS&sub3; angelegt wird, und die Spannung g wird mittels eines Steuersignals f von der Abtaststeuerschaltung 75 eingestellt. Die letztgenannte empfängt ein Signal von der Steuereinheit 74 und ein Taktsignal von der Gatterschaltung 63 und erzeugt das Steuersignal f. Die Steuerung wird in einer solchen Art und Weise ausgeübt, daß die Spannung g für die Zeitperiode erzeugt wird, während der der Ionenstrahl auf die Probe S gerichtet wird, nicht jedoch für die Zeitperiode, während der der Ionenstrahl von der Probe S zum Detektor 4 gerichtet wird. Das Abtasten des Ionenstrahls wird nur für die Zeitperiode durchgeführt, während der der Ionenstrahl zur Probe S hin gerichtet ist. Der Grund dafür besteht darin, daß das Ausgangssignal des Detektors 4 beeinträchtigt werden würde, falls der Ionenstrahl abgetastet würde, während er von der Probe S zum Detektor 4 hin gerichtet wird.
Der Impulsgenerator 61 erzeugt das Impulssignal b und bewirkt ein Triggersignal d, das über die Triggerschaltung 62 zum Zeitzu-Impuls-Höhen-Wandler 72 anzulegen ist. Die Steuereinheit 74 legt das Steuersignal an die Elektroden- Leistungszufuhreinrichtung DS&sub2; an, wodurch die Spannung gesteuert wird, die an die Beschleunigungselektrode 5 angelegt wird, um den Konvergenzgrad des Ionenstrahls und den Grad der Beschleunigung der geladenen Teilchen einzustellen.
Wenn die Probe S mit den Ionenimpulsen bestrahlt wird, werden Teilchen von der Probe S gestreut. Die gestreuten Teilchen enthalten Ionen und neutrale Teilchen. Der Detektor 4 erfaßt jene gestreuten Teilchen, die unter einem Streuungswinkel von etwa 180º gestreut wurden. Die gestreuten Ionen und neutralen Teilchen passieren die Strahlablenkungseinrichtungen Dx, Dy und die Beschleunigungselektrode 5, bevor sie beim Detektor 4 ankommen. Wie vorstehend erwähnt, werden die Strahlablenkungseinrichtungen Dx, Dy nicht betrieben, während der Ionenstrahl von der Probe S zur Erfassungseinrichtung 4 wandert, und daher fällt der Ionenstrahl auf die Beschleunigungselektrode 5, ohne durch diese Strahlablenkungseinrichtungen abgelenkt zu werden. Die Beschleunigungselektrode 5 wird mit der Spannung von der Elektroden-Leistungsversorgungseinrichtung DS&sub2; versorgt, die durch die Steuereinrichtung 74 gesteuert wird, wie dies vorstehend beschrieben ist, und der Ionenstrahl unterliegt einer Konvergenz und einer selektiven Beschleunigung. Die selektive Beschleunigung umfaßt das Beschleunigen der geladenen Teilchen, nicht aber der neutralen Teilchen, nämlich der Teilchen, die keine elektrische Ladung tragen. Die geladenen Teilchen werden auf eine höhere Geschwindigkeit als die der neutralen Teilchen beschleunigt, und daher passieren die geladenen Teilchen die Beschleunigungselektrode 5 eher als die neutralen Teilchen. Die Steuerung der angelegten Spannung durch die Steuereinheit 74 wird durch das Maß der Strahlkonvergenzwirkung und der Größe des Unterschieds bei den Zeiten bestimmt, zu denen die geladenen Teilchen und die neutralen Teilchen wegen des Unterschieds bei den Geschwindigkeiten beim Detektor 4 ankommen.
Die geladenen Teilchen treffen beim Detektor 4 eher als die neutralen Teilchen ein. Der Detektor 4 erfaßt die Ankunft der geladenen Teilchen und der neutralen Teilchen und erzeugt ein Erfassungssignal, das zum Verstärker 71 geliefert wird. Das Erfassungssignal wird über die Signalleitungen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3;, a&sub4;, die in Fig. 5 dargestellt sind, oder die Signalleitungen a&sub1;&sub1; - a&sub1;&sub8;, a&sub2;&sub1; - a&sub2;&sub8;, a&sub3;&sub1; - a&sub3;&sub8;, a&sub4;&sub1; - a&sub4;&sub8;, die in Fig. 6 dargestellt sind, geliefert. Die Erfassungssignale an den Signalleitungen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3;, a&sub4; oder a&sub1;&sub1; - a&sub1;&sub8;, a&sub2;&sub1; -a&sub2;&sub8;, a&sub3;&sub1; - a&sub3;&sub8;, a&sub4;&sub1; - a&sub4;&sub8; sind Signale von den Anodenpiatten A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4; oder A&sub1;&sub1; - A&sub1;&sub8;, A&sub2;&sub1; - A&sub2;&sub8;, A&sub3;&sub1; - A&sub3;&sub8;, A&sub4;&sub1; - A&sub4;&sub8; des Detektors 4. Mit anderen Worten, diese Signale besitzen Informationen, die auf den Streuungszustand bezogen sind, einschließlich Informationen, die auf die Lage der Probe S bezogen sind. Das Ausgangssignal des Verstärkers 71 tritt in den Zeit/Impuls-Höhen-Wandler 72 ein. Letzterer beginnt das Zählen in Erwiderung auf das Triggersignal d von der Triggerschaltung 62, wie dies vorstehend beschrieben ist, und mißt die Zeit zur Ankunft des Signals von dem Verstärker 71.
Dieser Zählbetrieb wird für jede der Anodenplatten A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4; oder A&sub1;&sub1; - A&sub1;&sub8;, A&sub2;&sub1; - A&sub2;&sub8;, A&sub3;&sub1; - A&sub3;&sub8;, A&sub4;&sub1; - A&sub4;&sub8; ausgeführt. Die Zählwerte, die eine frühe Ankunft anzeigen, weisen auf geladene Teilchen hin, und jene, die eine späte Ankunft anzeigen, weisen auf neutrale Teilchen hin. Das Ausgangssignal des Zeit-zu- Impuls-Höhen-Wandlers 72 tritt in die Impulshöhen- Analysierungseinrichtung 73 ein, wo das Signal einer Analog/Digital-Wandlung unterzogen wird, und die daraus folgenden digitalen Werte werden in Form eines Histogramms angesammelt, in dem die Flugzeit T längs der horizontalen Achse und der Zählwert der gestreuten Ionen, die erfaßt wurden, längs der vertikalen Achse aufgetragen werden. Eine Arithmetik- bzw. Recheneinheit 78 liest in diesen Datenposten bzw. Datenpositionen und subtrahiert die Flugzeit T&sub0; (den Wert, der bereits bekannt ist) des Impulses auf die Probe S einfallender Ionen von der Flugzeit T, wodurch die Flugzeit T&sub1; gestreuter Ionen über die Strecke von der Probe S zum Detektor 4 erhalten wird. Die Arithmetikeinheit 78 berechnet dann ein Flugzeitspektrum (der in Fig. 3 dargestellten Art) von den gestreuten Ionen hinsichtlich der Flugzeit T&sub1; und speichert dieses Spektrum im Speicher 77 ab. Zur gleichen Zeit, zu der die vorstehend genannte Flugzeitmessung durchgeführt wird, wird die Strahlabtast-Leistungsversorgungseinrichtung DS&sub3; mittels der Steuereinheit 74 jedesmal gesteuert, wenn ein Impuls einfallender Ionen erzeugt wird, wodurch bewirkt wird, daß der Impuls einfallender Ionen die Probe S abtastet. Zudem wird die Abtastposition der einfallenden Ionen zur Zeit des Abtastens berechnet, und das Flugzeitspektrum der gestreuten Ionen wird bei jedem winzigen Teil der Oberfläche der Probe S zusammen mit der Abtastlage der einfallenden Ionen aufgezeichnet. Die Lage der Probe S relativ zum einfallenden Ionenstrahl wird mittels des Lagesteuersignals der Probentreiber-Steuerschaltung 76 oder eines Rückkopplungssignals von einem Lagesensor auch im Speicher 77 abgespeichert. Demzufolge speichert der Speicher 77 zusammen mit der Information, die auf die Lage der Probe S relativ zum einfallenden Ionenstrahl hinweist, und der Information, die auf die Abtastlage der einfallenden Ionen hinweist, für die Lage von jeder der geteilten Anodenplatten ein Flugzeitspektrum der gestreuten Ionen für jedes winzige Teil der Oberfläche der Probe S ab. Die Inhalte des Speichers 77 werden auf der Anzeigeeinheit 83 angezeigt und in der Aufzeichnungseinheit 84 aufgezeichnet.
Ferner werden die Inhalte des Speichers 77 der Arithmetikschaltung 81 geliefert, die die Verteilung der Zusammensetzung der Probenoberfläche analysiert und die analysierten Ergebnisse im Speicher 82 abspeichert. Die Inhalte des Speichers 82 werden auf der Anzeigeeinheit 83 angezeigt und auf dem Recorder 84 aufgezeichnet. Die Ausgangssignale von den Speichern 77, 82 zur Anzeigeeinheit 83 und Aufzeichnungseinrichtung 84 werden durch die Steuereinheit 85 gesteuert.
Bevor das nächste Steuersignal c angelegt wird, legt die Probentreibereinheit-Steuerschaltung 76 ein Steuersignal zur Probentreibereinheit an, um die Lage der Probe zu ändern. Nachdem die Lage der Probe geändert wurde, wird eine Messung in der vorstehend beschriebenen Art und Weise durchgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können, wie vorstehend in Einzelheiten beschrieben, die nachfolgenden Vorteile erzielt werden:
(1) Der Ionenstrahl kann auf der Oberfläche der Probe konvergiert werden, wodurch eine mikrostrukturelle Analyse der Probenoberfläche möglich ist.
(2) Ionen und neutrale Teilchen können gemessen werden, wobei sie voneinander unterschieden werden können, und daher kann die Oberfläche der Probe einer detaillierten Analyse unterzogen werden.
(3) Über einen weiten Raumwinkel gestreute Ionen können wegen der konvergierenden Wirkung der Beschleunigungselektrode erfaßt werden. Dies macht es möglich, die Ionenerfassungswirksamkeit zu erhöhen.
(4) Die Verteilung der Streuungswinkel der gestreuten Ionen kann mittels des Verwendens der geteilten Anodenplatten gemessen werden.
Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Formen umgesetzt werden, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen. Eine Steuerung kann in einer konsolidierten Art und Weise mittels einer Steuervorrichtung ohne das Bereitstellen der Abtaststeuerschaltung und der Proben- Treibereinheit-Steuerschaltung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels durchgeführt werden. Zudem kann die Beschleunigungselektrode der zweiten Steuerelektrode von einem anderen Elektrodentyp sein, solange sie eine Wirkung zeigt, die zu der einer Einzellinse aquivalent ist. Ferner ist ersichtlich, daß der Detektor ein anderer als einer sein kann, der die Mikrokanalplatte des vorhergehenden Ausführungsbeispiels verwendet. Die Art und Weise, in der die Anodenplatte des Detektors geteilt ist, kann konform zur Art der Streuung, der Erfassungscharakteristika und dergleichen geteilt werden, die Durchmesser der konzentrischen Kreise können von jenen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels verschieden gemacht werden, und die Winkel der Bögen der strahlenförmigen Platten brauchen nicht gleich sein.
Da viele ersichtlich weit unterschiedliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne vom Schutzumfang der anhängenden Ansprüche abzuweichen, ist es ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsbeispiele von dieser beschränkt ist, außer als dies in den anhängenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Ionenstreuungsspektrometer zum Bestrahlen einer Probe (S) mit einem Ionenstrahl und Erfassen von Teilchen, die als Folge von der Probe (S) gestreut wurden, aufweisend:

- eine Ionenquelle (2) zum Bestrahlen der Probe (5) mit einem Ionenstrahl;

- eine erste Elektrode (3) zum Steuern der Bestrahlung der Probe (S) mit dem Ionenstrahl;

- einen Detektor (4), der zwischen der Probe (S) und der Ionenquelle (2) an einer Achse (X), die die Probe (S) und die Ionenquelle (2) verbindet, zum Erfassen der gestreuten Teilchen angeordnet ist, wobei der Detektor (4) mit einem solchen Abstand von der Probe (S) angeordnet ist, daß die gestreuten Teilchen durch deren entsprechende Flugzeiten klassifiziert werden können; und

- eine Verarbeitungsschaltung (7,8,9;71,72,73,78) zum Unterscheiden zwischen geladenen Teilchen und neutralen Teilchen und Analysieren der Flugzeit von diesen aufgrund eines Erfassungssignals (48,a1-a4,a11-a18,a21-a28, a31-a38,a41-a48) von dem Detektor (4);

gekennzeichnet durch - eine zweite Elektrode, die eine Beschleunigungselektrode (5) ist und drei zylindrische Elektroden (51,52,53) aufweist, die zwischen der Probe (S) und dem Detektor (4) auf der gleichen Achse (X) zum Steuern von Ionen, die von der Probe (S) gestreut werden, koaxial angeordnet sind, wobei die zentral angeordnete Elektrode (51) mit einer Ionenbeschleunigungsspannung durch eine Leistungsquelle (10) versorgt wird und die Elektroden (52,53) auf jeder Seite der Elektrode (51) auf das gleiche Erdungspotential wie die Probe (S) gesetzt sind, und eine Einzellinse ausbilden.

2. Spektrometer nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (3) eine Zerhackerelektrode ist.

3. Spektrometer nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (3) eine Zerhackerelektrode und eine Ablenkungselektrode (D1,D2) ist.

4. Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Elektrode (5) eine Strahlablenkungselektrode (DX,DY) umfaßt.

5. Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Anodenplatte (42) des Detektors (4) in kreisförmige, konzentrische Anodenplatten (A1,A2,A3,A4) geteilt ist.

6. Spektrometer nach Anspruch 5, wobei Durchmesser der geteilten kreisförmigen, konzentrischen Anodenplatten (A1,A2,A3,A4) Werte proportional zu tan nß aufweisen, wobei ß den Streuungswinkel darstellt und n eine ganze Zahl darstellt.

7. Spektrometer nach Anspruch 5 oder 6, wobei die geteilten Anodenplatten (A1,A2,A3,A4) ferner in gleichwinklig bogenförmige Anodenplatten (A11-A18;A21-A28;A31-A38; A41-A48) geteilt sind.

8. Spektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Verarbeitungsschaltung einen Speicher (77) aufweist und der Speicher (77) zusammen mit Lagedaten, die die Lage der Probe (S) relativ zu einem einfallenden Ionenstrahl zeigen, und Daten, die eine Abtastposition einfallender Ionen zeigen, Daten abspeichert, die ein Flugzeitspektrum der gestreuten Ionen bei jedem winzigen Teil der Oberfläche der Probe (S) anzeigen, wobei diese Daten für jede Lage gespeichert werden, die durch die geteilten Anodenplatten (A1-A4;A11-A18;A21-A28;A31-A38;A41-A48) eingenommen wird.

9. Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verarbeitungsschaltung einen Zeit-zu-Impuls-Höhen-Wandler (72), eine Impulshöhen-Analyseeinrichtung (73) und eine arithmetische Schaltung (78) zum Berechnen eines Flugzeitspektrums der gestreuten Ionen aus Daten umfaßt, die durch die Impulshöhen-Analyseeinrichtung (73) ausgegeben werden.

10. Spektrometer nach Anspruch 8, wobei die Daten, die im Speicher (77) gespeichert werden, zu einer Anzeigeeinheit (83) oder einem Aufzeichnungsgerät (84) so, wie sie sind, oder in der Form von Daten ausgegeben werden, die durch Analysieren einer Zusammensetzungsverteilung der Oberfläche der Probe (S) erhalten werden.