DE2556291C3 - Raster-Ionenmikroskop - Google Patents
Raster-IonenmikroskopInfo
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- H01J37/252—Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
- H01J37/256—Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers using scanning beams
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- H01J37/10—Lenses
- H01J37/12—Lenses electrostatic
Description
Oberflächenaufriahmen, die mit Hilfe des Raster-Ionenmikroskops
nach der Erfindung gewonnen werden, weisen eine Besonderheit auf, die bisher nur von
rasterelektronenmikroskopischen Bildern bekannt ist: die Topographie der Oberfläche wird sichtbar. Der über
die Aussagekraft der Rasterelektronenmikroskopie hinausgehende Informationsgehalt der mit einem
Sekundärionen-Massenspektrometer ermittelten Oberflächentopographie liegt in der gleichzeitigen Massenanalyse.
Die Fähigkeit des Raster-Ionenmikroskops nach der Erfindung zur Sichtbarmachung der Oberflächentopographie
einer Probe hat zwei Ursachen, (I) Schattenbildung
bei Analyse von Sekundärionen, die unter einem von Null verschiedenen Winkel zur (makroskopischen)
Oberflächennormalen emittiert werden und (2) Abhängigkeit der Vorzugsrichtung der Sekundärionenemission
von dem auf die (mikroskopische) Oberflächennormale bezogenen Einfallswinkel der Primärionen. Aus
ionenoptischen Gründen sind die Effekte umso deutlieher ausgeprägt, je niedriger die Beschleunigungsspannung
der Sekundärionen ist.
Aus der o.g. Zeitschrift J. Phis. E: Sei. Instrum. 8
(1975), S. 797-808 ist es zwar bekannt, daß bei einem Ionen-Microanalysator, bei dem das von den Sekundärionen
erzeugte Bild rasterförmig abgetastet und auf einer Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht wird, als
Massenfilter ein elektrisches Quadrupolfilter verwendet wird. Hieraus ist jedoch kein Hinweis darauf zu
entnehmen, daß bei Verwendung eines elektrischen Quadrupolfilters als Massenfilter bei einem Ionei-Rastermikroskop
der genannten Art die Beschleunigungsspannung der Sekundärionen so niedrig gemacht
werden kann, daß bei entsprechenden Winkeln zwischen Flächennormale und Primär- bzw. Sekundärionenstrahl
ein topographisches Abbild der Probenoberflächen erhalten werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert.
F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Raster-Ionenmikroskops gemäß der Erfindung. Der gesamte
Aufbau ist in einem nicht näher dargestellten (Ultra-) Hochvakuumrezipienten untergebracht. Der Primärionenstrahl
1 aus Argonionen oder anderen geeigneten Ionen mit einer Energie von einigen keV wird von einer
Ionenkanone 2 geliefert. Die Auslegung der Ionenkanone 2 ist beliebig, sofern von ihr ein geeigneter
Primärionenstrahl 1 geliefert wird. Es kann z. B. die in der DE-AS 22 54 444 beschriebene Ionenkanone benutzt
werden. Der Primärionenstrahl 1 wird durch die Blenden 3 und 4 in seinem Durchmesser begrenzt.
Zwischen den Blenden 3 und 4 durchläuft er die beiden zueinander um 90° versetzt angeordneten Plattenkondensatoren
5 und 6. Durch Anlegen der i. a. symmetrischen Spannungen ± Ux und ± Uy an die Flattenkondensatoren
5 und 6 kann der ausgeblendete Primärionenstrahl 1 mit den einstellbaren Gleichspannungskomponenten US und Uv in die gewünschte Position
auf der Probe 7 justiert werden. Den Gleichspannungen LJi und Uv können einstellbare Sägezahnspannungen
Ui und Uy übc-'agert werden, wobei die
Frequenz fx von Ui »ΐάΐ*. verschieden von der
Frequenz fy von Uy ist. Die Sägezahnspannungen
bewirken eine zeilenweise rasterförmige Ablenkung des ausgeblendeten Primärionenstrahls t über die Oberfläehe
der Probe 7 ähnlich der Rasterablenkung von Elektronenstrahlen in Fernsehröhren.
Durch Anlegen einer Hochspannung Uh an die
Mittelelektrode der elektrostatischen Einzellinse 8 kann der ausgeblendete, gerasterte Primärionenstrahl 1 auf
die zu untersuchende Oberfläche der Probe 7 fokussiert werden.
Von den beim Beschüß der Probe 7 emittierten Sekundärionen wird mittels der Blende 10 ein
Sekundärionenstrahl 9 abgetrennt Der Sekundärionenstrahl 9 wird im elektrischen Feld zwischen der Probe 7
und der Blende 10 beschleunigt, wobei an der Probe 7 die einstellbare Gleichspannung L'p und an der Blende
10 die einstellbare Gleichspannung Um lieg! Die
Gleichspannungen U9 und Um können auch so eingestellt
werden, daß der Sekundärionenstrahl 9 keine Beschleunigung erfährt oder abgebremst wird.
Aus dem Sekundärionenstrahl 9 wird mit Hilfe des Energieanalysator 11 sowie der Blenden 12 und 13 der
für die Massenanalyse im Quadrupolfilter 14 geeignete Anteil aus dem Energiespektrum des Sekundärionenstrahls
9 abgetrennt Die Auslegung des Energieanalysator 11 ist beliebig. Es kann wie in dem in F i g. 1
dargestellten Ausführungsbeispiei der Erfindung z. B.
ein mit den Gleichspannungen LJκ\ und Uκι versorgter
Zylinderkondensator benutzt werden.
In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das in der DE-OS 22 42 937 beschriebene
Energiefilter verwendet werden. An die Blenden 12 und 13 wird die Gleichspannung Ubz gelegt Üblicherweise
ist Um= Ub\. Es können jedoch auch andere Einstellungen gewählt werden. Im elektrischen Feld zwischen der
Blende 13 und der Blende 15 wird der energieanalysierte Sekundärionenstrahl 9 vor dem Eintritt in das
Quadrupolfilter 14 abgebremst.
Durch geeignete Wahl der Gleichspannungen Up, Ub\. Um, Uk\ und Uk2 läßt sich eine optimale Anpassung
der Emittanz des Sekundärionenstrahls 9 an die Akzeptanz des Quadrupolfilters 14 erreichen. Eine
Einfügung weiterer elektrostatischer Linsen in den Strahlengang der Primärionen und/oder der Sekundärionen
ändert nichts am prinzipiellen Aufbau des beschriebenen Raster-Ionenmikroskops. Der Strahlengang
wird dadurch lediglich komplexer. Ebenso ändert eine Hinzufügung eines Massenanalysators für die
Primärionen (zwischen Ionenkanone 2 und Blende 3) nichts an den wesentlichen Eigenschaften des beschriebenen
Rastsr-Ionenmikroskops. Ein Massenanal>sator für die Primärionen kann erforderlich sein, wenn
besonders saubere experimentelle Bedingungen angestrebt werden.
Die Austrittsblende 16 der Einzellinse 8 hat keine strahlbegrenzende Funktion sondern dient lediglich der
Begrenzung des elektrischen Feldes in der Einzellinse 8 derart, daß dieses Feld keinen Einfluß auf die
Sekundärionenextraktion hat.
F i g. 2 zeigt ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Raster-Ionenmikroskops. Als Probe
7 wurde ein aus runden 100 μ.η\ starken Stahldrähten
geflochtenes Netzwerk benutzt. Die Probe 7 wurde mit lOkeV Argonionen einer Stromstärke von 1OnA
beschossen. Die Energieanalyse der (positiven) Sekundärionen erfolgte mit einer vorteilhaften Weiterentwicklung
des in der DE-OS 22 42 987 beschriebenen Energiefilters. Der Öffnungsdurchmesser der Blende 4
betrug 0,5 mm, der Abstand zwischen dem Ausgang der Einzellinse 8 und der Probe 7 war etwa 60 mm.
In F i g. 2a ist die Struktur der Probe skizziert. F i g. 2b
zeigt eine Photographie der auf einem Oszillographenschirm mit Hilfe des erfindungsmäßigen Raster-Ionenmikroskops
erzeugten Helligkeitsverteilung bei Einstel-
-I
•MV
lung des Massenfilters auf die Massenzahl 56. Das Bild in Fig. 2b spiegelt somit die laterale Verteilung von 56Fe
auf der Probe wider. Man erkennt deutlich die Struktur des Netzwerks. Die laterale Auflösung und Nachweisempfindlichkeit
ist über die gesamte Fläche von 1,5χ 1,5 mm2 konstant. Aus Fig.2b und anderen
Aufnahmen kann eine laterale Auflösung von 10 μΐη
oder besser abgeschätzt werden. Die Auflösung läßt sich noch verbessern, z. B. durch Verkleinerung des Öffnungsdurchmessers
der Blende 4 und/oder Verringerung des Abstandes zwischen Einzellinse 8 und Probe 7.
F i g. 3 erläutert die bei der Bestrahlung der Probe 7
und der Sekundärionenextraktion relevanten Parameter. F i g. 3a dient der Definition von Einfallswinkel ϋ-des
Primärionenstrahls 1 und Abnahmewinkel φ des Sekundärionenstrahls 9, beide bezogen auf die makroskopische
Oberflächennormale N. F i g. 3b kennzeichnet an einem vergrößerten Ausschnitt der Probe 7 den
Unterschied zwischen der makroskopischen Oberflächennormalen N^ und der mikroskopischen Oberflächennormalen
7Γ Die Oberflächentopographie der Probe 7 wird deutlich sichtbar, wenn mindestens einer
der Winkel & und φ größer als 10° ist. Bei der Aufnahme
von Fig. 2b war-ö^O und φ = 40°.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Die analysierte Fläche ist auf einen Durchmesser oder eine Kantenlänge von maximal 0,4 mm
beschränkt,
2. die Tiefenschärfe ist gering und
3. die Oberflächentopographie wird nicht sichtbar.
Die Ursachen für diese Mängel sind u. a. darin zu suchen, daß bei Verwendung magnetischer Massenspektrometer
eine ausreichende Massenauflösung nur bei kleiner Objekt- und Bildgröße zu erreichen ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das
"to eingangs genannte Rasterionenmikroskop so auszubilden,
daß großflächige Mikroanalyse mit hoher Tiefenschärfe sowie die Sichtbarmachung der Oberflächentopographie
der Probe ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Massenanalysator ein elektrisches Quadrupolfilter ist, und daß die Beschleunigungsspannung zur Extraktion der von der Probe kommenden Sekundärionen weniger als 1 kV beträgt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Massenanalysator ein elektrisches Quadrupolfilter ist, und daß die Beschleunigungsspannung zur Extraktion der von der Probe kommenden Sekundärionen weniger als 1 kV beträgt.
Mit Hilfe der elektrostatischen Linsen können die Sekundärionen vor ihrem Eintritt in den Energieanalysator
beschleunigt und abgebildet sowie nach Durchlaufen des Energieanalysators wiederum abgebildet und
auf eine für die Massenanalyse im Quadrupolfilter geeignete Energie abgebremst werden. Durch die
Verwendung des elektrischen Quadrupolfilters für die Massenanalyse reicht beim Raster-Ionenmikroskop
nach der Erfindung bereits eine Beschleunigungsspannung von etwa 100 V aus, um maximale Intensität im
Massenspektrum zu erzielen. Ferner kann die Position der zu untersuchenden Proben bezüglich des Massenspektrometer
parallel zum Primärionenstrahl in weiten Grenzen (±2 mm) ohne merkliche Einbuße an Intensität
variiert werden. Auch in der Probenebene, d. h. senkrecht zum Primärionenstrahl kann über einen
Durchmesser von mehr als 2 mm eine nahezu konstante Nachweisempfindlichkeit erreicht werden. Innerhalb
der genannten Grenzen wird keine Änderung der Massenauflösung beobachtet.
Priority Applications (4)
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Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2950330C2 (de) * | 1979-12-14 | 1983-06-01 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Vorrichtung zur chemischen Analyse von Proben |
US4315153A (en) * | 1980-05-19 | 1982-02-09 | Hughes Aircraft Company | Focusing ExB mass separator for space-charge dominated ion beams |
JPS6197557A (ja) * | 1984-10-19 | 1986-05-16 | Kawasaki Steel Corp | 二次イオン質量分析装置 |
US4661702A (en) * | 1984-10-24 | 1987-04-28 | The Perkin-Elmer Corporation | Primary ion beam raster gating technique for secondary ion mass spectrometer system |
US4633084A (en) * | 1985-01-16 | 1986-12-30 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | High efficiency direct detection of ions from resonance ionization of sputtered atoms |
US4556794A (en) * | 1985-01-30 | 1985-12-03 | Hughes Aircraft Company | Secondary ion collection and transport system for ion microprobe |
US4829179A (en) * | 1986-07-12 | 1989-05-09 | Nissin Electric Company, Limited | Surface analyzer |
US4785173A (en) * | 1987-03-09 | 1988-11-15 | Anelva Corporation | Element analyzing apparatus |
US4800273A (en) * | 1988-01-07 | 1989-01-24 | Phillips Bradway F | Secondary ion mass spectrometer |
US4968888A (en) * | 1989-07-05 | 1990-11-06 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Pulsed field sample neutralization |
JP3260663B2 (ja) * | 1997-07-23 | 2002-02-25 | 沖電気工業株式会社 | ホール内表面の組成分布検出方法 |
US6153880A (en) * | 1999-09-30 | 2000-11-28 | Agilent Technologies, Inc. | Method and apparatus for performance improvement of mass spectrometers using dynamic ion optics |
GB2386747A (en) * | 2001-11-08 | 2003-09-24 | Ionoptika Ltd | Fullerene ion gun |
DE102004030523A1 (de) * | 2004-06-18 | 2006-01-12 | Siemens Ag | Transportsystem für Nanopartikel und Verfahren zu dessen Betrieb |
KR101359562B1 (ko) * | 2005-07-08 | 2014-02-07 | 넥스젠 세미 홀딩 인코포레이티드 | 제어 입자 빔 제조를 위한 장치 및 방법 |
WO2008140585A1 (en) | 2006-11-22 | 2008-11-20 | Nexgen Semi Holding, Inc. | Apparatus and method for conformal mask manufacturing |
US10566169B1 (en) | 2008-06-30 | 2020-02-18 | Nexgen Semi Holding, Inc. | Method and device for spatial charged particle bunching |
US10991545B2 (en) | 2008-06-30 | 2021-04-27 | Nexgen Semi Holding, Inc. | Method and device for spatial charged particle bunching |
US9245722B2 (en) * | 2013-09-16 | 2016-01-26 | Georgia Tech Research Corporation | SMS probe and SEM imaging system and methods of use |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5034439B1 (de) * | 1969-05-16 | 1975-11-08 | ||
US3894233A (en) * | 1972-10-27 | 1975-07-08 | Hitachi Ltd | Ion microprobe analyzer |
DE2255302C3 (de) * | 1972-11-11 | 1980-09-11 | Leybold-Heraeus Gmbh, 5000 Koeln | Einrichtung für die Sekundär-Ionen-Massenspektroskopie |
JPS5015594A (de) * | 1973-06-08 | 1975-02-19 | ||
DE2347946A1 (de) * | 1973-09-24 | 1975-04-10 | Max Planck Gesellschaft | Quadrupolfeld-massenanalysator hoher eingangsapertur |
DE2414221C3 (de) * | 1974-03-25 | 1979-01-18 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen | Ionenoptisches Gerät zur Untersuchung der Oberfläche einer Probe durch IonenbeschuB und Analyse der vom beschossenen Oberflächenbereich ausgehenden Ionen |
-
1975
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Also Published As
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FR2335038B1 (de) | 1981-09-04 |
DE2556291A1 (de) | 1977-06-23 |
US4132892A (en) | 1979-01-02 |
GB1490496A (en) | 1977-11-02 |
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