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Dokumentenidentifikation DE102006050600A1 03.05.2007
Titel Spektrometer zur Oberflächenanalyse und Verfahren dafür
Anmelder Thermo Fisher Scientific,Inc., Waltham, Mass., US
Erfinder Barnard, Bryan Robert, Nutley, East Sussex, GB
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Anmeldedatum 26.10.2006
DE-Aktenzeichen 102006050600
Offenlegungstag 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse G01J 3/02(2006.01)A, F, I, 20070126, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01J 3/28(2006.01)A, L, I, 20070126, B, H, DE   G01J 3/42(2006.01)A, L, I, 20070126, B, H, DE   G01N 21/25(2006.01)A, L, I, 20070126, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Spektrometer (10) zur Probenoberflächenanalyse durch Bestrahlung der Oberfläche mit Primärpartikeln und ein entsprechendes Verfahren der Oberflächenanalyse-Spektroskopie. Das Spektrometer (10) ermöglicht die Betrachtung der Probe und das Sammeln der geladenen Sekundärpartikel im Wesentlichen normal zur Probenoberfläche. Eine Sammelkammer (22) umfasst eine Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe (20) zum Fokussieren der emittierten Partikel in stromabwärtiger Richtung entlang einer ersten normalen Achse (24), um hierdurch einen optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort (25) zu definieren, sowie ein lichtreflektierendes optisches Element (50) stromab der Linsenanordnung, angeordnet, um Abbildungslicht (41) zu empfangen und dieses von einer zweiten normalen Achse (42) wegzureflektieren, um ein sichtbares Bild der Oberfläche zu liefern. Das optische Element (50) ist an oder nahe dem Bündelknotenort (25) angeordnet und enthält eine Durchgangsöffnung (52), sodass die fokussierten Partikel durch die Öffnung im Wesentlichen ohne Behinderung durch das optische Element (50) zur stromabwärtigen spektroskopischen Analyse hindurchtreten.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Spektrometer zur Oberflächenanalyse einer Probe, wobei das Spektrometer die Möglichkeit bietet, die Probe optisch zu betrachten, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Oberflächenanalysen-Spektroskopie. Die Erfindung betrift insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, die Probenanalyse mittels Sekundärelektronenenergie-Spektroskopie, wie etwa Röntgenstrahlen-Photoelektronen-Spektroskopie oder Auger-Elektronenspektroskopie.

Die chemische und physikalische Analyse der Oberfläche einer Probe erfordert allgemein die Anregung dieser Oberfläche mit einem Primärstrahl von "Partikeln", wie etwa Ionen, Elektronen, Photonen oder Atomen, und die Detektion von Sekundärpartikeln, die von der Oberfläche emittiert werden und deren charakteristische Energie oder Masse gemessen wird. Das erhaltene Energie- oder Massenspektrum wird dazu verwendet, Information über die chemische oder elementare Zusammensetzung der Probe zu bekommen. Es gibt viele bekannte Techniken, die diese Form der Analyse anwenden, einschließlich z.B. Auger-Elektronenspektroskopie (AES), Röntgenstrahlen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS), Ultraviolett-Photoelektronen-Spektroskopie (UPS) und Sekundärionenmassen-Spektrometrie (SIMS).

Der Großteil dieser Techniken verwendet ein Vakuumsystem, in dem die Analyse durchgeführt wird. Es wird ein Primärpartikelstrahlen-Generator verwendet, um einen Strahl zu erzeugen, der zu einem Analysebereich des Spektrometers ausgerichtet wird, an dem die Probe angeordnet wird, gehalten in einer Vakuumanalysekammer. Die von der Oberfläche der Probe emittierten geladenen Sekundärpartikel werden dann von einer Ladungspartikel-Sammellinsenanordnung gesammelt, von wo sie in einen spektroskopischen Analysator geleitet werden, in dem ihre Energien oder Massen bestimmt werden.

Zusätzlich zu den Spektralbeobachtungen der Sekundärpartikel von der Probe ist es allgemein erwünscht, auch in der Lage zu sein, die Oberfläche der Probe mittels eines optischen Mikroskops visuell zu betrachten. Ein solches Mikroskop kann derart angeordnet sein, dass die Oberfläche visuell beobachtet werden kann, während die Sekundärpartikel von der Oberfläche her gesammelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Mikroskop dazu benutzt werden, einen Analysebereich zu identifizieren und zu definieren, insbesondere dort, wo die Analyse auf einem kleinen Bereich der Probenoberfläche durchgeführt werden soll. Die Fähigkeit, gleichzeitig visuelle und spektrale Beobachtungen durchführen zu können, ist während des Systemaufbaus besonders erwünscht.

Seit mehr als 20 Jahren sind Oberflächenanalysesysteme hergestellt worden, wobei die Ladungspartikel-Sammellinsenanordnung an oder nahe der Normalen zur Oberfläche einer Probe angebracht wird. Diese Systeme umfassen die Thermo VG ESCALAB Systeme, hergestellt von Thermo Electron Corporation in Delaware, USA, und die KRATOS ULTRA XPS Systeme, hergestellt von KRATOS Analytical (eine Tochter von SHIMADZU Corporation), Manchester, Großbritannien, und anderen. Wenn ein System ein optisches Mikroskop enthält, wird dieses mit einem Winkel zur Normalen der Probenoberfläche, typischerweise 45°, angebracht. Dann wird auf ähnliche Weise eine separate Lichtquelle, die für die Beleuchtung des zu untersuchenden Bereichs der Probenoberfläche sorgt, mit einem beliebigen Winkel zur Achse des optischen Mikroskops angebracht.

Jedoch ist die Qualität des mit dieser Probenbetrachtungsgeometrie sichtbaren Bilds allgemein schlecht, wobei das Probenbild nur im Fokus in der Mitte des Blickfelds und außerhalb des Fokus zu den Rändern hin richtig sichtbar ist, und zwar wegen des Winkels, aus dem die Probe betrachtet wird. Wenn darüber hinaus die Probenoberfläche von der Lichtquelle beleuchtet wird, können aus dem gleichen Grund Schatten, die infolge der Oberflächentopographie der Probe erzeugt werden, die Bildqualität verschlechtern. Wenn ferner die Probenhöhe verändert wird, scheint sich auch die Analyseposition der Probe, wie durch das optische Mikroskop zu sehen, zu bewegen. Diese Probensichtgeometrie ist daher zum Identifizieren der Analysepositionen nicht erwünscht.

Eine Anordnung, die eine optische Sicht normal zur Probe liefert, ist der Elektronenproben-Mikroanalysator (EPMA), hergestellt von Cameca, Courbevoie Cedex, Frankreich. Jedoch ist der EPMA ein wellenlängenstreuendes Röntgen-Mikroanalyse (WDX)-System, worin die Sekundärpartikel keine geladenen Partikel sind, sondern Röntgenstrahlen-Photonen. Die optische Achse, die die Probe für das Mikroskop belässt, ist zusammen mit dem Primärelektronenstrahl-Generator normal zur Probenoberfläche angebracht. Die eine Sonde bildende Primärstrahlenoptik erzeugt einen sehr engen Strahl, der so angeordnet ist, dass er durch ein kleines Loch in der Mitte eines herkömmlichen Mikroskop-Schwarzschildreflexionsobjektivs hindurchtritt, das direkt über der Probe angeordnet ist. Die Sekundärpartikel, die Röntgenstrahlen-Photonen sind, werden zur Messung mit angenähert 45° zur Normalen gesammelt.

Für den Cameca EPMA führt der achsversetzte Röntgenstrahlen-Sammler zu einer reduzierten Empfindlichkeit, insbesondere für die Emission weicher Röntgenstrahlen. Jedoch kann dieses System nicht zur Analyse geladener Sekundärpartikel verwendet werden.

Es sind auch Sekundärladungspartikelsysteme bekannt, bei denen das optische Mikroskop normal zur Probenoberfläche angebracht ist; z.B. die SSI X- und S-Sondensysteme, hergestellt von Surface Science Instruments, Kalifornien, USA, und das Thermo Thetaprobe, hergestellt von Thermo Electron Corporation. In diesen Systemen ist die Ladungspartikel-Sammellinsenanordnung mit einem Winkel von typischerweise 55° zur Normalen angebracht.

Während visuelle Beobachtungen mit solchen Probenbetrachtungsgeometrien eine bessere Qualität haben können, geht dies mit einer potenziell signifikanten Verschlechterung der Analyseempfindlichkeit des Instruments für die SSI X- und S-Sonden- und Thermo Thetaprobe-Systeme einher, und zwar wegen der achsversetzten Sammlung der geladenen Sekundärpartikel.

Um allgemein im Laboratorium Platz zu sparen, werden mehrere verschiedene Oberflächenanalyseinstrumente zusammen in einem Multitechniksystem vorgesehen. Ein solches System kann dann in einem jeweiligen Oberflächenanalysemodus betrieben werden, oder einer Sequenz von Modi an derselben Probe, wie es die Anwendung erfordert.

Jeder unterschiedliche Analysemodus kann dann seine eigene Primärsäule und Sekundärsäule erfordern. Einschließlich dem Zugang zur optischen Kamera, einer Probenbeleuchungsquelle, einer Vakuumpumpe, einem Probeneingang und dgl. muss die Analysekammer für ein solches Multitechniksystem daher mit einer großen Anzahl von Kammerzugängen versehen sein. Ferner müssen alle Zugänge, die für das Sammeln der Oberflächenanalysedaten relevant sind, zum Probenanalysebereich hin ausgerichtet sein.

Die tatsächliche Anordnung und Konfiguration jedes Kammerzugangs ist daher eine Sache des Ausgleichs der gegensätzlichen Anforderungen, die Hardware für jedes Instrument unterzubringen, ohne die Kammer zu überfüllen; die Primärstrahlensäule für jedes Instrument günstig zu positionieren; die Sekundärstrahlensäule für jedes Instrument günstig zu positionieren; und die Zugänge, die von allen Analyseinstrumenten gemeinsam benutzt werden, günstig zu positionieren.

Das ESCALAB System ist ein Beispiel eines Multitechniksystems, dessen typische Kammeranordnung in 8 dargestellt ist. Die folgende Tabelle 1 enthält eine Liste der Zugangszuweisungen für die Anordnung.

Im Hinblick auf das formidable Problem, die Konfiguration der Instrumentenzugänge in einer Analysekammer zu optimieren, sind verschiedene alternative Ansätze vorgeschlagen worden.

Ein Ansatz, der in dem NanoSIMS-System verwendet wird, auch von Cameca hergestellt, beinhaltet die spektrale Beobachtung und visuelle Beobachtung der Probe an verschiedenen Stellen. In dem NanoSIMS-System wird die Probe zwischen einer Analyseposition für die spektrale Beobachtung und einer entfernten Position für die optische Betrachtung verlagert.

In einem anderen Ansatz, der in den Quantum- und Quantera-Systemen, hergestellt von Ulvac-PHI, Kanagawa, Japan, verwendet wird, ist die Analysekammer vollständig von dem optischen Mikroskop getrennt, und CCD-Bilder werden an dem Mikroskoparbeitsplatz aufgezeichnet, bevor die Probe in die Analysekammer eingeführt wird.

Obwohl sowohl visuelle als auch spektrale Beobachtungen durchgeführt werden können, wenn die optische Mikroskopachse und die Sammellinsenanordnungsachse jeweils normal zur Probenoberfläche sind, hat dieser Ansatz einen signifikanten Nachteil darin, dass die Probe während der Spektralanalyse nicht optisch betrachtet werden kann. Zusätzlich muss das Koordinatensystem zum Anbringen und Bewegen der Probe sehr genau sein.

Es wäre daher erwünscht, ein Ladungspartikelspektrometer bereitzustellen, das in der Lage ist, spektrale Beobachtungen von geladenen Sekundärpartikeln mit hoher Empfindlichkeit herzustellen und optische Bilder der Probe mit hoher Qualität herzustellen. Die Erfindung zielt darauf, den vorstehenden Wünschen nachzukommen, indem ein verbessertes Ladungspartikelspektrometer bereitgestellt wird.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Spektrometer zur Oberflächenanalyse einer Probe durch Bestrahlung der Probenoberfläche mit Primärpartikeln angegeben, wobei das Spektrometer umfasst: eine Sammelkammer zum Empfangen von geladenen Sekundärpartikeln und Abbildungslicht von der Probenoberfläche, wobei die Sammelkammer eine erste Achse aufweist, die im Gebrauch im Wesentlichen normal zur Probenoberfläche ist, wobei die Sammelkammer umfasst: eine Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe, die angeordnet ist, um zumindest einen Anteil der emittierten geladenen Sekundärpartikel in stromabwärtiger Richtung entlang der ersten Achse zu fokussieren und hierdurch einen optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort zu definieren; und ein lichtreflektierendes optisches Element, das stromab der Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe angeordnet ist und eine zweite Achse aufweist, die im Gebrauch im Wesentlichen normal zur Probenoberfläche ist, wobei das optische Element angeordnet ist, um Abbildungslicht von der Probenoberfläche zu empfangen und dieses Licht von der zweiten Achse weg zu reflektieren, um ein sichtbares Bild der Probenoberfläche zu liefern, worin das optische Element an oder nahe dem optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort angeordnet ist und das optische Element eine Durchgangsöffnung aufweist, sodass zumindest ein Anteil der fokussierten geladenen Sekundärpartikel durch die Öffnung hindurchtreten kann, um stromab davon im Wesentlichen ohne Behinderung durch das optische Element einer spektroskopischen Analyse unterzogen zu werden.

Die Öffnung oder Apertur oder das Loch ist ein Hohlraum oder nicht verbauter Raum innerhalb der Sammelkammer, der als Durchgang für die geladenen Sekundärpartikel dient, die durch die Sammelkammer und weiter z.B. zum spektroskopischen Analysator laufen. Als solche können die geladenen Sekundärpartikel im Wesentlichen normal von der Probenoberfläche gesammelt werden, d.h. angeordnet werden und dann um die erste Achse herum fokussiert werden, die im Wesentlichen normal zur Probenoberfläche ist, bei Benutzung an dem Analysebereich des Spektrometers – ohne die Sammeleffizienz des Instruments zu beeinträchtigen, wobei es auch möglich ist, die Probe normal zu betrachten – d.h. ein Abbildungslicht an dem optischen Element zu erhalten, das um die zweite Achse herum angeordnet ist, um ein sichtbares Bild zu liefern.

Im Hinblick auf die geladenen Sekundärpartikel wird die erste Achse als Sammelachse bezeichnet, und im Hinblick auf das Abbildungslicht wird die zweite Achse als die Objektivoptikachse bezeichnet.

Bevorzugt fallen die ersten und zweiten Achsen zusammen (sie sind koaxial), obwohl es sich versteht, dass die Vorteile der Erfindung noch immer erlangt werden, wenn dazwischen ein kleiner Winkel vorhanden ist, wobei sich die Achsen bevorzugt an der Probe schneiden. Alternativ können die Achsen parallel zueinander sein, jedoch mit einem relativ kleinen seitlichen Abstand, vorausgesetzt, dass das, was man optisch von einer Probe her sieht, im Wesentlichen der gleiche Bereich ist wie jener, der geladene Sekundärpartikel zur spektroskopischen Analyse emittiert. Typischerweise sollte der Abstand nicht größer als etwa 200 Mikrometer betragen.

Die Anordnung der Objektivoptikachse, das ist die Achse, um die herum ein optisches Element angeordnet ist, um Abbildungslicht zu empfangen, das direkt von einem Objekt an dem Analysebereich abgegeben wird, normal zur Probenoberfläche im Gebrauch an dem Analysebereich bietet die bestmögliche Bildqualität. Indem man darüber hinaus das Spektrometer mit einem Mittel zum Sammeln der Sekundärpartikel in einer Richtung versieht, die bei Verwendung an dem Analysebereich normal zur Probenoberfläche ist, resultiert dies in der besten Zählrate und gibt dem Instrument die höchstmögliche Empfindlichkeit. Insbesondere wenn die Quelle der Primärpartikel so angeordnet ist, dass sie einen einfallenden Strahl mit einem schrägen Winkel in Bezug auf die Probenoberfläche erzeugt, ist die von diesem Strahl überdeckte Fläche größer als dann, wenn er normal ausgerichtet ist, und dies kann zur Anregung einer größeren Oberfläche der Probe und demzufolge einer höheren Zählrate der Sekundärpartikel führen. Bevorzugt ist der einfallende Strahl mit einem Glanzwinkel von angenähert 30° angeordnet. Der obige Effekt zeigt sich besonders bei der Röntgenstrahlen-Photoelektronen-Spektroskopie.

Indem ferner die Objektivoptikachse normal zur Probenoberfläche angeordnet wird, können helle Reflexionen einer Beleuchtungsquelle vermieden werden, wenn man hochreflektierende Proben betrachtet, wie etwa Siliciumwafer. Die normale optische Abbildung erlaubt eine entsprechende normale Beleuchtung der Probenoberfläche, wodurch nützliche visuelle Beobachtungen durchgeführt werden können.

Bevorzugt ist die Objektivoptikachse koaxial zur Sammelachse. Diese Anordnung stellt sicher, dass die Analysefläche an einer Probe, die an dem Analysebereich angeordnet ist, nicht durch Fehler in der vertikalen Anordnung der Probe beeinträchtigt wird, z.B. durch dessen Trägerbühne. Ein Vorteil, den man erreicht, indem sowohl die Objektivoptikachse als auch die Sammelachse des Spektrometers in einer festen koaxialen Beziehung anordnet, ist die erhöhte Sicherheit der Korrespondenz zwischen dem, was optisch betrachtet wird (der optische Analysebereich) und dem, was spektroskopisch beobachtet wird (der spektroskopische Analysebereich).

Vorteilhaft wird eine Öffnung vorgesehen, durch die die Sekundärpartikel unter der Wirkung der Sammellinsenbaugruppe hindurchtreten. Die Sekundärpartikel können dann weiter stromab der Öffnung, die um die Sammelachse herum angeordnet ist, z.B. zu einem spektroskopischen Analysator weiter laufen. Es ist daher nicht notwendig, dass die Sekundärpartikel einem komplizierten Weg von der zu prüfenden Probe zur Analysebühne folgen. Statt dessen können die Sekundärpartikel um die Sammelachse herum von der Probe zum Analysator hin verteilt bleiben, wobei sie von der Sammellinsenbaugruppe gesammelt und zu und durch die Öffnung fokussiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Sekundärpartikel von einer Probe gleichzeitig zu sammeln und zu analysieren und ein optisches Bild dieser Probe zu erhalten und zu betrachten, ohne das Sammeln der Sekundärpartikel signifikant zu behindern oder die Qualität der so erhaltenen optischen Bilder zu beeinträchtigen.

Die Öffnung ist in einem Loch definiert, das durch das optische Element hindurch geht. In einer bevorzugten Ausführung hat die Öffnung eine Seitenwand, die im Wesentlichen parallel zur ersten Achse ist, sodass bei jeder beliebigen Orientierung des optischen Elements in der Kammer eine gleichmäßige Querschnittsprojektion der Öffnung auf eine zur ersten Achse orthogonale Ebene vorliegt. Auf diese Weise können die geladenen Sekundärpartikel im Wesentlichen durch die gesamte Öffnung hindurchtreten, ohne ein "Verschatten" der Seitenwände zu bewirken. Dies ist besonders vorteilhaft, da hochwertige optische Elemente, die für die gewünschten Anwendungen geeignete Durchmesser haben, allgemein eine Dicke von 10 mm oder mehr haben.

Bevorzugt ist das lichtreflektierende optische Element so angeordnet, dass es das Abbildungslicht von der zweiten Achse weg und aus der Sammelkammer hinaus reflektiert, um ein sichtbares Bild der Probenoberfläche zu liefern.

Bevorzugt ist ein Spiegel entlang der Objektivoptikachse so vorgesehen, dass er das von einem Objekt an dem Analysebereich von der Objektivoptikachse weg umlenkt, sodass das umgelenkte Licht um eine dritte Bildoptikachse herum angeordnet ist. Auf diese Weise können optische abbildende Elemente, wie etwa Linsen oder Bildaufnahme- oder Anzeigevorrichtungen, von der Sekundärladungspartikel-Sammellinsenbaugruppe entfernt angeordnet werden, um eine durch die optischen Mikroskopelemente hervorgerufene Behinderung in Bezug auf die geladene Sekundärpartikel von der Probe zu minimieren.

Vorteilhaft enthält der Spiegel ein Loch, das die Öffnung vorsieht. Bevorzugt ist das Loch in dem Spiegel elliptisch. Mit dem Spiegel, der bei Verwendung an dem Analysebereich mit einem schrägen Winkel zur Probenoberfläche angeordnet ist, hat die elliptische Ausbildung des Lochs den Vorteil, dass seine Projektion auf einer zum Analysebereich koplanaren Ebene kreisförmig gemacht werden kann und so bemessen werden kann, dass man einen effizienten Durchgang für die fokussierten Sekundärpartikel durch das Loch hindurch bekommt.

Bevorzugt ist der Spiegel nahe am Eingang des spektroskopischen Analysators angeordnet, mit dem Vorteil, dass dann die geladene Sekundärpartikel durch den Hauptanteil der Sammelkammer, unter dessen fokussierenden Einfluss, hindurchtreten müssen, bevor sie den Spiegel tatsächlich erreichen. Dies hat den Vorteil, dass die Sammellinsenbaugruppe mit einem größeren Abstand versehen wird, über den der Sekundärpartikelstrahl eingeengt wird, sodass der Strahl einen relativ kleinen Querschnitt bekommt, um durch das Loch in dem Spiegel hindurchzutreten. Auf diese Weise kann das Loch in dem Spiegel eine relativ kleine Fläche haben, im Vergleich zur Gesamtfläche des Spiegels, sodass relativ wenig Bildintensität verloren geht. Das Vorhandensein eines solchen Lochs in dem Spiegel kann auf die Qualität des betrachteten optischen Bilds nur einen geringen Effekt aufzeigen.

Alternativ kann der Spiegel weiter stromauf in der Sammelkammer angeordnet werden. Z.B. kann der Spiegel an oder nahe einem optischen Ladungspartikel-Bündelknoten angebracht werden, wie etwa jenem, der zwischen zwei Linsen gebildet wird, wo der Ladungspartikelstrahl ein Ort minimalen Durchmessers ist.

In einer einfachen Sammellinsenbaugruppe gibt es einen einzigen Brennpunkt, zu dem die geladene Sekundärpartikel ausgerichtet werden, gewöhnlich am Eingangsschlitz zum spektrometrischen Analysator. Wenn eine kompliziertere Linsenbaugruppe verwendet wird, kann etwas auftreten, was man in der Terminologie der Optik "intermediären Brennpunkt" nennt: eine Stelle örtlich minimalen Strahlendurchmessers: der (intermediäre) optische Ladungspartikel-Bündelknoten. In dieser Beschreibung wird der Begriff "optischer Ladungspartikel-Bündelknoten" dazu verwendet, einen Ort zu bezeichnen, an dem der Strahl einen örtlich minimalen Durchmesser hat, ob nun an einem intermediären Brennpunkt in einer Verbundlinsenbaugruppe oder einem Einzelbrennpunkt in einer einfachen Linsenbaugruppe.

Bevorzugt sind die Sammellinsenbaugruppe und der Spiegel innerhalb einer Sammelkammer vorgesehen, wobei die optischen Abbildungselemente des Mikroskops an einer Seitenwand der Kammer angeordnet sind, um das von dem Spiegel reflektierte Abbildungslicht zu empfangen. Vorteilhaft kann die Seitenwand ein optisch durchlässiges Fenster aufweisen, das so angeordnet ist, dass es das umgelenkte Abbildungslicht aus der Kammer durchlässt. Das Licht kann dann durch Mehrfachelementoptiken, die eine Vergrößerungs/Zoomfähigkeit haben kann, auf eine Bilddarstellungsund/oder -aufnahmevorrichtung fokussiert werden, wie etwa eine CCD-Kamera.

Vorteilhaft kann das Fenster selbst ein Linsenelement sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Spiegel so ausgestaltet sein, dass ein fokussierendes optisches Element bildet.

Bevorzugt enthält das Mikroskop eine Lichtquelle, um den Analysebereich normal hierzu zu beleuchten. Ein partiell reflektierendes Element, wie etwa ein Häutchen, das mit 45° zur optischen Achse angebracht ist, kann zwischen der Bildaufnahmevorrichtung und dem Spiegel angeordnet sein und das Licht von einer achsfern angeordneten Lichtquelle empfangen. Das Vorsehen einer normalen Beleuchtung erhöht die Qualität des Betrachtungsbilds und vermeidet eine Anzahl der oben beschriebenen Beleuchtungsprobleme oder bietet Verbesserungen hierzu.

Bevorzugt umfasst das Mikroskop ferner einen Referenzmustergenerator zum Definieren eines interessierenden Punkts innerhalb des Analysebereichs. Ein solches Referenzmuster kann beim Ausrichten einer Probe an dem Analysebereich des Spektrometers günstig sein.

Die Kammer kann aus vielen Bauteilen hergestellt sein, die in herkömmlicher Weise miteinander verschweißt sind. Bevorzugt hat die Sammelkammer jedoch eine Monoblock-Konstruktion. Dies ergibt eine steife Struktur und gewährleistet ein vibrationsfreies Bild und ermöglicht eine stabile Ausrichtung. Dies ist besonders günstig, dem Instrument eine gute optische Leistung zu geben.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren der Oberflächenanalyse-Spektroskopie angegeben, das die Schritte umfasst: Bestrahlen einer Oberfläche einer Probe, um zu bewirken, dass geladene Sekundärpartikel von der Oberfläche emittiert werden; Sammeln zumindest eines Anteils der emittierten Sekundärpartikel in einer Sammelkammer, die um eine zur Probenoberfläche im Wesentlichen normale erste Achse herum angeordnet ist; Fokussieren der gesammelten Sekundärpartikel entlang der ersten Achse in stromabwärtiger Richtung unter Verwendung einer Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe, um hierdurch einen optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort zu definieren; Empfangen des von der Probenoberfläche emittierten Abbildungslichts an einem lichtreflektierenden optischen Element, das stromab der Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe positioniert ist und im Wesentlichen um eine zweite Achse herum angeordnet ist, die im Wesentlichen normal zur Probenoberfläche ist; und Reflektieren des empfangenen Abbildungslichts von der zweiten Achse weg, um ein sichtbares Bild der Probenoberfläche zu liefern, worin das optische Element an oder nahe dem optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort angeordnet ist und das optische Element eine Durchgangsöffnung aufweist, sodass zumindest ein Anteil der fokussierten geladenen Sekundärpartikel durch die Öffnung hindurchtreten kann, um stromab davon im Wesentlichen ohne Behinderung durch das optische Element einer spektroskopischen Analyse unterzogen zu werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren der Oberflächenanalyse-Spektroskopie angegeben, das innerhalb einer Sammelkammer gleichzeitig aufweist: a) Fokussieren von von einer Probenoberfläche emittierten geladenen Sekundärpartikeln unter Verwendung einer Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe, wobei die fokussierten geladenen Sekundärpartikel stromab der Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe einen optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort definieren, und Empfangen der fokussierten geladenen Sekundärpartikel durch eine Öffnung, die im Wesentlichen um eine zur Probenoberfläche im Wesentlichen normale erste Achse herum angeordnet und an oder nahe dem optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort positioniert ist, und spektroskopisches Analysieren der empfangenen Sekundärpartikel; und b) Empfangen des von der Probenoberfläche emittierten Abbildungslichts und Abbilden des empfangenen Abbildungslichts um die Öffnung herum, um ein sichtbares Bild der Oberfläche zu liefern.

Andere bevorzugte Merkmale und Vorteil werden in der beigefügten Beschreibung und in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung kann auf zahlreichen Wegen in die Praxis umgesetzt werden und nun werden anhand nicht einschränkender Beispiele Ausführungen in Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, worin:

1 zeigt schematisch eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Spektrometers und stellt Ladungspartikel-Trajektorien dar;

2 zeigt schematisch eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Spektrometers und stellt das optische Mikroskop und die dort hindurchtretenden Lichtstrahlen dar;

3 zeigt schematisch eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Spektrometers und stellt sowohl die Sekundärpartikel-Trajektorien als auch die Abbildungslichtstrahlen dar;

4a und 4b zeigen schematisch eine Draufsicht und eine Perspektivansicht einer Ausführung eines erfindungsgemäßen optischen Spiegels;

5 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführung eines erfindungsgemäßen Spektrometers, das zur Verwendung bei der Röntgenstrahlen-Photoelektronen-Spektroskopie dient;

6 zeigt schematisch eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Spektrometers und stellt Ladungspartikel-Trajektorien dar;

7 zeigt schematisch eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Spektrometers und stellt Lichtstrahlentrajektorien dar; und

8 zeigt eine Draufsicht einer Multitechnik-Analyse nach dem Stand der Technik.

In 1 ist ein Spektrometer 10 gezeigt, das zur Oberflächenanalyse einer Probe 60 geeignet ist. Das Spektrometer 10 ist in dieser Ausführung schematisch gezeigt und stellt Beispiele von Trajektorien von geladenen Sekundärpartikeln dar, die von einer Oberfläche der Probe 60 emittiert werden. Das Spektrometer 10 umfasst eine Sammellinsenbaugruppe 20, die in einer Vakuumsammelkammer 22 angeordnet ist. Obwohl der Klarheit wegen nicht gezeigt, bildet die Vakuumsammelkammer 22 Teil einer Vakuumkammer, die auch die Probe umschließt.

Die Sammellinsenbaugruppe 20 ist um eine Sammelachse 24 herum angeordnet (sodass sie hier mit einer der dargestellten Ladungspartikel-Trajektorien 64 zusammenfällt). Die Sammellinsenbaugruppe 20 ist an einem Ende der Sammelkammer 22 benachbart dem Analysebereich 12 des Spektrometers angeordnet, um geladene Sekundärpartikel zu empfangen, die von einem Analysebereich 62 auf der Oberfläche einer Probe 60 emittiert werden, wenn diese im Gebrauch an dem Analysebereich angeordnet ist.

Am anderen Ende der Sammelkammer 22 ist ein spektroskopischer Analysator 30 angeordnet. In Abhängigkeit von der Anwendung des Spektrometers kann der Analysator so angeordnet sein, dass er entweder ein Massenspektrum oder ein Energiespektrum der von ihm erhaltenen sekundären Partikel erzeugt.

Innerhalb der Sammelkammer 22 ist, zu seinem stromabwärtigen Ende weisend (d.h. nahe dem Eingang zum Analysator 30) ein Spiegel 50 angebracht. Der Spiegel ist mit einem Winkel von 45° zur Normalen zum Analysebereich 12 des Spektrometers 10 hin orientiert, um das Licht aus der Sammelkammer hinaus umzulenken. Der Spiegel 50 hat ein Loch 52, das angenähert zur Mitte des Spiegels hin angeordnet ist, sodass es den Durchgang der geladene Sekundärpartikel durch die Sammelkammer 22 und in den spektroskopischen Analysator 30 hinein nicht behindert.

Im Gebrauch liefert ein Primärstrahlengenerator (nicht gezeigt) einen Strahl von Primärpartikeln zu dem Analysebereich 12, um einen Analysebereich 62 einer an dem Analysebereich angeordneten Probe 60 zu bestrahlen. Die Bestrahlung der Probenoberfläche stimuliert die Emission von Sekundärpartikeln von der Oberfläche, deren Energien oder Massen für die untersuchte Probe charakteristisch sind.

Z.B. wird in XPS die Probe mit Röntgenstrahlen bestrahlt, was die Ejektion von Elektronen veranlasst. Die Bindungsenergien dieser Photoelektronen, wie durch den spektroskopischen Analysator 30 gemessen, sind Charakteristika der Elemente, die sich in der Oberfläche befinden, und können auch Information über die Bindungszustände der hierdurch detektierten Elemente liefern. In AES bestrahlt ein fokussierter Strahl von Primärelektronen die Probenoberfläche, was die Emission von Kernelektronen von Atomen, die in der Oberfläche der Probe enthalten sind, veranlasst. Die hierdurch entstehenden Kernlöcher werden durch Freisetzen der Atome wieder gefüllt, in denen Elektronen mit niedrigeren Bindungsenergien in die gebildeten Löcher hineinfallen. Die durch diese Ent-Regungsprozesse freigesetzte Energie resultiert in der Emission entweder von Röntgenstrahlen oder Auger-Elektronen. Die Energien dieser Auger-Elektronen sind wiederum ein Charakteristika der Elemente, von denen sie stammen, und können daher dazu benutzt werden, die in der Oberfläche der Probe vorhandenen Elemente zu identifizieren.

Von der Probe 60 emittierte geladene Sekundärpartikel werden in der Sammelkammer 22 unter dem Einfluss der Sammellinsenbaugruppe 20 gesammelt. Die Sammellinsenbaugruppe 20 kann eine beliebige Konstruktion haben. Z.B. könnte sie eine elektrostatische Linse sein, die durch eine diskrete Elektrodenkonstruktion gebildet ist. Alternativ könnte die elektrostatische Linse durch gekrümmte Gitter hergestellt werden. Alternativ könnte die Sammellinsenbaugruppe 20 magnetische Linsen verwenden, die über oder unter dem Analysebereich 12 angebracht sind. Auch sind Kombinationen der obigen Linsentypen möglich. In der bevorzugten Ausführung ist die Linse eine Mehrelementbaugruppe, die elektrostatische und/oder elektromagnetische Linsenelemente verwendet. Solche Linsenkonstruktionen sind in der Technik bekannt.

Die Sammellinsenbaugruppe 20 sammelt die geladene Sekundärpartikel in die Sammelkammer 22 und bewirkt, dass die Partikel konvergieren, sodass sie durch das Loch 52 in dem Spiegel 50 und weiter zum spektroskopischen Analysator 30 hindurchtreten können. Der Konvergiereffekt der Sammellinsenbaugruppe 20 kann derart sein, dass die Sekundärpartikel auf oder zu einem Punkt hin fokussiert werden, entweder innerhalb der Sammelkammer 22 oder dem Analysator 30. Alternativ kann der Konvergiereffekt derart sein, dass die Sekundärpartikel in einen ausreichend engen Strahl für den Durchtritt durch das Loch 52 in dem Spiegel 50 kollimiert werden. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Führen oder Steuern der Sekundärpartikel auf einem dieser Wege durch die Sammelkammer 22 und in den Analysator 30 die Sammeleffizienz des Spektrometers 10 nicht signifikant beeinträchtigt.

1 zeigt ein Beispiel, worin die Sekundärpartikel mit einem weiten Winkelbereich von dem Analysebereich 62 der Probe weg emittiert werden. Die emittierten Partikel sind allgemein um die Sammelachse 24 herum angeordnet, die normal zum Analysebereich 12 und daher normal zum Analysebereich 62 der Probe 60 ist, die an dem Analysebereich angeordnet ist. Zumindest ein Anteil der von der Oberfläche emittierten Sekundärpartikel wird durch die Sammellinsenbaugruppe 20 gesammelt, die in dieser Ausführung diese zu einem Punkt auf der Sammelachse 24 am stromabwärtigen Ende der Sammelkammer 22 fokussiert. Übrigens werden im Wesentlichen alle der Sekundärpartikel, die in der Sammelkammer 22 aufgenommen werden, durch das Loch 52 in dem Spiegel 50 und auf den Analysator 30 gelenkt.

Eine weite Vielzahl von Analysatoren, die in der Technik bekannt sind, kann als der spektroskopische Analysator 30 verwendet werden. Z.B. kann bei der Energieanalyse und insbesondere XPS und AES der Analysator 30 entweder ein elektrostatischer toroidaler Analysator oder einer elektrostatischer zylindrischer Spiegelanalysator sein, oder der Analysator kann ein Flugzeitanalysator sein, insbesondere für SIMS-Anwendungen. Jedoch kann in Abhängigkeit von der Anwendung jeder beliebige Energie- oder Massenanalysator verwendet werden.

2 zeigt ein Spektrometer 10, umfassend eine Sammellinsenbaugruppe 20, die in einer Sammelkammer 22 an einem einem Analysebereich 12 des Spektrometers benachbarten eersten Ende vorgesehen ist, einen spektroskopischen Analysator 30, der an dem anderen stromabwärtigen Ende der Sammelkammer 22 angeordnet ist, und einen Spiegel 50 mit einem Loch 52 darin, der zum stromabwärtigen Ende der Sammelkammer hin weisend angebracht ist, wie in 1 gezeigt. Das Spektrometer 10 enthält ein optisches Mikroskop 40, das in dieser Ausführung um zwei optische Achsen herum angeordnet ist. Eine Objektoptikachse 42 erstreckt sich normal von dem Analysebereich 12 zum Spiegel 50, der mit einem 45°-Winkel zur Objektoptikachse angebracht ist. In dieser Ausführung ist der Spiegel 50 auf die Objektoptikachse 42 zentriert. Von der Mitte des Spiegels 50, senkrecht zur Objektoptikachse 42, erstreckt sich eine Abbildungsoptikachse 44. Entlang der Abbildungsoptikachse 44 sind zwei Abbildungslinsen 45 angeordnet – obwohl alternativ auch nur eine Abbildungslinse oder mehr Abbildungslinsen verwendet werden können – sowie eine optische Abbildungsvorrichtung 80, wie etwa eine CCD-Kamera. Auch ist auf der Abbildungsoptikachse 44 zwischen der Abbildungsvorrichtung 80 und dem Spiegel 50 ein partiell reflektierendes und partiell durchlässiges Element oder Häutchen 47 angeordnet, das mit einem 45°-Winkel zur Abbildungsoptikachse angebracht ist. Eine Lichtquelle 46 ist senkrecht zur Abbildungsoptikachse 44 angeordnet und fluchtet mit dem Häutchen 47.

Die Sammelkammer 22 ist mit einem Vakuumoptikfenster 28 versehen, das optisch durchlässig ist, sodass Licht dort hindurch aus der Sammelkammer hinaus treten kann. In dieser Ausführung ist, obwohl nicht notwendigerweise, das Vakuumoptikfenster 28, das in der Seitenwand 26 der Sammelkammer 22 vorgesehen ist, selbst ein optisches Linsenelement 45. Dies hat den Vorteil, die Anzahl der optischen Elemente in dem Mikroskop zu reduzieren, um hierdurch die Kosten und die Komplexität zu reduzieren.

Im Gebrauch treten die Abbildungslichtstrahlen 41, die von einem Objekt an dem Analysebereich 12, wie etwa einem Analysebereich 62 einer Probe 60, herkommen, in die Sammelkammer 22 durch dessen Eintrittsöffnung ein und laufen zu dem Spiegel 50 hin, wobei die Strahlen allgemein um die Objektoptikachse 42 herum angeordnet sind. Allgemein gesehen; werden die den Spiegel 50 erreichenden Lichtstrahlen 41 allgemein in Richtung orthogonal zur Objektoptikachse 42 hin reflektiert, sodass die reflektierten Lichtstrahlen 41 dann allgemein um die Abbildungsoptikachse 44 herum angeordnet werden.

Die reflektierten Lichtstrahlen 41 treten aus der Sammelkammer 22 durch das Vakuumoptikfenster 28 hinaus. Die Lichtstrahlen 41 werden dann mittels eines Mehrelementlinsensytems zu der Abbildungsvorrichtung 80 hin fokussiert. Die Linsenelemente 45 verwenden hochwertige Glasoptik, wie etwa jene, die von Linos Photonics Ltd., Milton Keynes, Buckinghamshire, Großbritannien, hergestellt werden. Das optische Linsensystem zwischen dem Spiegel 50 und der Abbildungsvorrichtung 80 kann in einigen Ausführungen eine Zoom-Möglichkeit enthalten.

Die Abbildungsvorrichtung 80 kann ein einfaches Okular sein oder kann eine CCD-Kamera sein, wie sie etwa von Panasonic of Bracknell, Bershire, Großbritannien, hergestellt wird. Die Abbildungsvorrichtung 80 kann so angeordnet sein, dass sie ein empfangenes Bild oder empfangene Bilder in Echtzeit auf einem zugeordneten Anzeigeschirm darstellt, bevorzugt als Teil eines Datensystemdisplays an einem Computermonitor, oder kann die Bilder zur anschließenden Betrachtung aufzeichnen. Bevorzugt werden Bilder gleichzeitig mit dem Sammeln der Spektraldaten aus dem spektroskopischen Analysator 30 betrachtet.

In den gezeigten Ausführungen ist, obwohl nicht notwendigerweise, eine Lichtquelle 46 vorgesehen, um die Probe 60 an dem Analysebereich 12 normal hierzu zu beleuchten. Mittels des Häutchens 47 wird ein Anteil des von der Lichtquelle 46 erhaltenen Beleuchtungslichts zu dem Spiegel 50 hin reflektiert, der wiederum das Licht zu dem Analysebereich 12 reflektiert, um für eine normale Beleuchtung eines dort angeordneten Objekts zu sorgen. Weil das Häutchen 47 partiell reflektierend und partiell durchlässig ist, wird zumindest ein Anteil des Abbildungslichts 41, das von der Sammelkammer 22 zu der Abbildungsvorrichtung 80 läuft, durch das Häutchen 47 durchgelassen, sodass man ein sichtbares Bild der Probenoberfläche an dem Analysebereich 12 erhalten kann.

Mit diesem optischen Mikroskop 40 kann ein interessierender Punkt auf der Oberfläche einer Probe 60, die an dem Analysebereich 12 des Spektrometers 10 angeordnet ist, ausgewählt werden, um Sekundärpartikel, die von diesem interessierenden Punkt emittiert werden, mittels des Spektrometers spektral zu beobachten. Die Probe 60 kann auf einer tragenden und bewegbaren Bühne (nicht gezeigt) angebracht sein, sodass die Probe in einer gewünschten Analyseorientierung verlagert, gedreht oder verkippt werden kann. Für die optimale Leistung des Spektrometers sind die Objektoptikachse 42 und die Sammelachse 24 koaxial angeordnet, sodass, sobald eine gewünschte Position an der Probe 60 gewählt worden ist, sichergestellt wird, dass die anschließend durchgeführten spektralen Beobachtungen tatsächlich jene vom interessierenden Punkt der Probe sind.

3 zeigt schematisch ein Spektrometer 10, das jenem von 2 ähnlich ist, jedoch in einer Ausführung, in der sowohl spektrale Beobachtungen als auch die optische Betrachtung einer Probe 60 gleichzeitig durchgeführt werden können. Das Vorsehen der optischen Linsen 45 und der anderen optischen Elemente nach/stromab des Spiegels 50 bedeutet, dass diese Komponenten außerhalb des Wegs der geladenen Sekundärpartikel, die durch die Sammelkammer 22 hindurchlaufen, liegen. Somit ist es möglich, die an dem Analysebereich 12 angeordnete Probe 60optisch mit einem optischen Mikroskop 40 zu betrachten, während die geladenen Sekundärpartikel in den spektroskopischen Analysator 30 hinein effizient gesammelt werden, da ein Verlust oder eine Behinderung der geladenen Partikel vermieden wird.

In der in 3 gezeigten Ausführung ist die Objektoptikachse 42 koaxial zur Sammelachse 24, die beide normal zum Analysebereich 12 des Spektrometers 10 verlaufen. Das Loch 52 im Spiegel 50 ist allgemein um die Sammelachse 24 herum zentriert, sodass die geladenen Sekundärpartikel fokussiert und/oder um diese Achse herum kollimiert werden können, sodass sie durch das Loch hindurchtreten. Eine koaxiale normale Betrachtung der Oberfläche einer Probe 60 und das normale Sammeln geladener Sekundärpartikel von dieser Oberfläche ist die bevorzugte Ausführung der Erfindung, da sie den Aufbau des Spektrometers 10 vereinfacht und im Gebrauch die Gewissheit der Übereinstimmung zwischen dem Ort, von dem das optische Bild entspringt, und dem Ort, von dem die geladene Sekundärpartikel emittiert werden, vergrößert.

In 3 ist der Spiegel 50 nahe dem Bündelknotenort 25 am Eingangsschlitz zum Analysator 30 angeordnet, sodass die geladenen Sekundärpartikel durch das Loch 52 im Spiegel 50 ohne Behinderung oder Ablenkung hindurchtreten können und die Abbildungslichtstrahlen durch den das Loch umgebenden Teil des Spiegels reflektiert werden können. Das Vorhandensein des Lochs 52 in dem Spiegel 50 hat nur einen geringen Effekt auf die Qualität des durch das optische Mikroskop 40 erhaltenen optischen Bilds. Wenn der Spiegel 50 an oder nahe einem Ort angebracht ist, wo der Ladungspartikelstrahl einen kleinen Querschnitt hat – typischerweise nahe dem optischen Ladungspartikel-Bündelknoten 25 – dann kann das Loch 52 eine kleine Fläche haben im Vergleich zur Gesamtfläche des Spiegels, sodass relativ wenig Bildintensität verloren geht. Bevorzugt ist der Spiegel nahe dem Eingang zum spektroskopischen Analysator 30 angeordnet, insbesondere wenn der Bündelknoten 25 an oder nahe dem Eingangsschlitz des Analysators angeordnet ist. Wenn jedoch der Bündelknoten stromauf des Analysators liegt, kann der Spiegel irgendwo zwischen dem Bündelknotenort 25 und dem Eingang zum Analysator angeordnet sein. In der Tat kann bei Bedarf der Spiegel noch weiter stromauf in der Sammelkammer angeordnet sein, obwohl es bevorzugt ist, einen relativ großen Abstand zwischen der Probe und dem Spiegel vorzusehen, über welchen Abstand die Sekundärpartikel fokussiert und/oder kollimiert werden können, sodass sie durch das Loch in dem Spiegel hindurchtreten.

Die 4a und 4b zeigen schematisch Drauf- und Perspektivansichten des Spiegels 50 gemäß einer Ausführung der Erfindung. In dieser Ausführung hat der Spiegel 50 eine elliptische Form. Das Loch 52 hat auch eine elliptische Form und ist in Bezug auf den Spiegel 50 zentriert. Der Spiegel ist bevorzugt mit einer Ellipse hergestellt, deren große und kleine Achsen ein Verhältnis von 1 : 1,414 haben, um bei 45 Grad eine kreisförmige Projektion zu ergeben. Der Spiegel 50 hat eine große Achse von 141 mm und eine kleine Achse von 100 mm. In dieser Ausführung ist das Loch der Form des Spiegels 50 mathematisch ähnlich, d.h. proportional hierzu, und hat eine große Achse von 56 mm und eine kleine Achse 40 mm. Natürlich kann ein Bereich von Formen und Größen für den Spiegel 50 und sein Loch 52 jeweils ausgewählt werden, wie etwa quadratisch, rechteckig, polygonal oder kreisförmig, wobei die obigen Dimensionen lediglich die gegenwärtig bevorzugte Ausführung der Erfindung betreffen. Indem man dem Spiegel 50 und dem Loch 52 eine elliptische Form gibt, ergibt sich der Vorteil, dass dann, wenn der Spiegel um eine Achse herum zentriert und schräg hierzu angebracht ist, eine Projektion des Spiegels und des Lochs auf eine zu dieser Achse orthogonale Ebene allgemein kreisförmig oder ringförmig gemacht werden kann. Wenn daher das Loch 52 auf die Sammelachse 24 zentriert, kann der Durchgang der geladene Sekundärpartikel durch das Loch erleichtert werden, da die günstigste Querschnittsform für den fokussierten und/oder kollimierten Sekundärpartikelstrahl kreisförmig ist. Eine solche Anordnung ist allgemein in 4b gezeigt.

Z.B. gibt das Anbringen eines elliptischen Spiegels 50 mit den obigen Dimensionen, dessen große Achse einen Winkel von 45° zu einer Achse hat, die durch die Mitte des Lochs 52 hindurchgeht (wie etwa die Sammelachse 24 und/oder die Objektoptikachse 42), die folgenden angenähert projizierten Dimensionen:

Spiegellänge und -breite: 100 mm

Lochlänge und -breite: 40 mm

In beiden Fällen, entweder in der Ebene des Spiegels 50 gesehen oder in der projizierten Ebene des Spiegels gesehen, beträgt der Prozentsatz der Fläche, der durch das Loch 52 von der Gesamtfläche des Spiegels 50 belegt wird, angenähert 16 %. Dieser Prozentsatz wird als für die Bildintensität nicht signifikant angesehen. In der Tat ist es akzeptabel, dass das Loch 52 eine viel größere Fläche des Spiegels belegt, vorausgesetzt, dass die erzielbare Bildintensität für die Betrachtung hoch genug ist. Das Loch in dem Spiegel hat scheinbar keinen Effekt auf die optische Qualität des betrachteten Bilds; lediglich auf dessen Intensität.

Umgekehrt kann auf der Basis von Modellbildungen der Optik der geladenen Partikel mittels SIMIONSoftware aufgezeigt werden, dass in dieser Ausführung der Durchmesser des Lochs 52 größer als genähert 30 mm sein sollte und bevorzugt angenähert 40 mm oder größer.

Abstände, über die die geladenen Sekundärpartikel durch die Sammelkammer 22 fokussiert und/oder auf die Größe des Lochs 52 in dem Spiegel 50 herunterkollimiert werden, sind relativ groß, sodass nur relativ niedrige Potenziale an die Sammellinsenbaugruppe 20 angelegt zu werden brauchen, um die Sekundärpartikel durch das Loch hindurchzuleiten. Die an die Sammellinsenbaugruppe 20 angelegten Potenziale sind proportional zur Energie der zu analysierenden Partikel. Typischerweise betragen die Spannungen bis zu 4000 Volt.

Wenn man nun den Spiegel 50 auf die Abbildungsoptikachse 44 zentriert und mit einem Winkel von 45° hierzu anbringt, hat die Projektion des Spiegels auf eine zu dieser Achse senkrechte Ebene auch eine Länge von angenähert 100 mm, unter Verwendung der obigen Dimensionen. Der Durchmesser des Vakuumoptikfensters 28 und der Linsenelemente 45 liegt bevorzugt auch im Bereich von 100 mm, sodass ein relativ hoher Anteil des Lichts, das von dem Spiegel 50 zu dem Fenster 28 hin reflektiert wird, dort hindurch und auf die Abbildungsvorrichtung 80 hindurchgelassen werden kann.

Der Spiegel 50 kann eine metallische oder reflektiv beschichtete Glaskonstruktion sein. In jedem Fall sollten leitfähige Beschichtungen, Prallplatten, Gitter oder andere Mittel an dem Spiegel 50 vorgesehen sein, um zu verhindern, dass elektrisch isolierende Oberflächen des Spiegels geladen werden und sich mit der Trajektorie der geladene Sekundärpartikel stören, indem sie diese von dem Loch 52 weg ablenken. Solche Überlegungen sind in der Technik bekannt.

Bevorzugt ist der Spiegel flach und eben. Jedoch kann in einigen Ausführungen, in denen es erwünscht ist, dass der Spiegel 50 auch die Funktion eines fokussierenden optischen Elements übernimmt, der Spiegel zu einer konischen Oberfläche geschliffen oder bearbeitet sein. Solche großflächigen Optiken mit ausreichend hoher Qualitt sind für diesen Zweck in letzter Zeit verfügbar geworden. Z.B werden Spiegel mit achsversetzten parabolischen und konischen Abschnitten weithin dazu verwendet, Laserstrahlen abzulenken und zu fokussieren, und sie werden z.B. von II-IV Infrarot, Pennsylvania, USA hergestellt.

In den 1 bis 3 ist die das Loch 52 des Spiegels 50 definierende Seitenwand so gezeigt, dass sie sich senkrecht von jeder Oberfläche des Spiegels her erstreckt. Diese Orientierung der Seitenwand erleichtert die Herstellung des Lochs 52 und ist aus diesem Grunde vorteilhaft. Jedoch wird in der gegenwärtigen bevorzugten Ausführung das Loch durch den Spiegel derart hindurchgebohrt, dass die gebildete Seitenwand sich im Wesentlichen parallel zur Sammelachse 24 erstreckt. In dieser Anordnung können ein kollimierter Sekundärpartikelstrahl im Wesentlichen die gesamte Öffnung belegen, die durch das Loch 52 definiert wird. Alternativ kann die die Öffnung 52 definierende Seitenwand so ausgebildet sein, dass sie in stromabwärtiger Richtung einwärts geneigt ist, sodass die Fläche der Öffnung an der lichtreflektierenden Oberfläche des Spiegels 50 größer ist als die Fläche der Öffnung an der entgegengesetzten dunklen Seite des Spiegels. Eine solche Anordnung kann für die geladene Sekundärpartikelstrahlen günstig sein, die zu einem Punkt stromab des Lochs 52 hin fokussiert werden, da der Strahl eine allgemein kegelförmige Form bekommt. Dem fachkundigen Leser werden andere Anordnungen der Seitenwand und des Lochs 52 ersichtlich werden.

Die oben beschriebenen Ausführungen des erfindungsgemäßen Spiegels 50 können besonders vorteilhaft sein, wenn die Sammellinsenbaugruppe 20 über eine oder mehrere Linsen mit einer Gitterkonstruktion enthält. Solche Linsen sind in der Lage, eine hohe Sammelleistung zu erreichen, während sie eine gute optische Sicht auf die Oberfläche der Probe 60 an dem Analysebereich 12 gestatte. Vielleicht überraschend stellte sich heraus, dass das Vorhandensein von Gittern in dem optischen Weg kaum eine Verschlechterung der optischen Bildqualität hervorruft, da die Position der Gitter weit von jeglicher Brennebene des optischen Mikroskops 40 entfernt ist.

5 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Spektrometers 100, wobei das Spektrometer angeordnet ist, um eine Röntgenstrahlenphotoelektronen-Spektroskopie durchzuführen. Für XPS-Anwendung bildet die in 5 gezeigte Anordnung die gegenwärtig bevorzugte Ausführung der Erfindung.

Das Spektrometer 100 enthält eine allgemein langgestreckte Vakuumsammelkammer oder -säule 122, die durch eine oder mehrere Pumpen (nicht gezeigt) evakuiert wird. Die Sammelkammer 122 hat eine allgemein zylindrische Form und ist um eine Sammelachse 124 herum zentriert, die durch die gesamte Kammer von einer Eintrittsöffnung 121 zu einer Austrittsöffnung 123 verläuft.

Die Eintrittsöffnung 121 ist über einer Probentragbühnenbaugruppe 102 angeordnet, die sich in den X-, Y- und Z-Richtungen verlagern lässt und um jeweilige Dreh- und Kippachsen (nicht gezeigt) gedreht oder gekippt werden kann. Die Probentragbühnenbaugruppe 102 bietet eine Oberfläche, auf der eine Probe 160 zur spektroskopischen Untersuchung gehalten werden kann. Die Seitenwand 126 der Sammelkammer 122 enthält eine längliche Öffnung 127, die um eine Primärstrahlenachse 172 herum zentriert ist, wobei diese Achse schräg zur Sammelachse 124 gewinkelt ist und diese Achse an oder nahe der Probentragbühnenanordnung 102 schneidet. Ein Bereich, der allgemein senkrecht zu der Sammelachse 124 an diesem Schnittpunkt ist, kann als Analysebereich 112 des Spektrometers 100 definiert werden.

Außerhalb der Sammelkammer 122 entlang der Primärstrahlenachse 172 ist ein Röntgenstrahlengenerator vorgesehen (nicht gezeigt). Der Röntgenstrahlengenerator ist so angeordnet, dass er an dem Analysebereich 112 des Spektrometers 100 einen gerichteten Röntgenstrahl liefert.

Am stromabwärtigen Ende der Sammelkammer 122 führt die Austrittsöffnung 123 in den spektroskopischen Analysator (nicht gezeigt), der so angeordnet ist, dass er die Energiespektren von Sekundär-Photoelektronen, die von der Sammelkammer 122 aufgenommen werden, aufzeichnet.

In der Sammelkammer 122 zum Eingangsöffnungsende hin ist eine Elektronensammellinsenanordnung 120 vorgesehen, in der Form einer elektrostatischen Gitterlinse. In ihrer einfachsten Form, wie in 5 gezeigt, ist die elektrostatische Gitterlinse die einzige verwendete Sammellinse. Jedoch können in weiteren Ausführungen auch zusätzliche Linsenelemente enthalten sein.

Eine Objektoptikachse 142 ist koaxial zur Sammelachse 124 und normal zum Analysebereich 112 des Spektrometers 100 ausgerichtet. Ein Spiegel 150 ist um die zwei Achsen 124, 142 herum mit einem Winkel von angenähert 45° hierzu orientiert. Wie oben enthält der Spiegel ein Loch 152, das zentral in Bezug auf den Spiegel angeordnet ist.

Eine Abbildungsoptikachse 144 schneidet die Sammelachse 124 und die Objektoptikachse 142 an dem Loch 152 in dem Spiegel 150 und erstreckt sich orthogonal zu den anderen zwei Achsen.

Um die Abbildungsoptikachse 144 herum sind ein Mikroskoptubus 149, optische Linsenelemente 145 und eine CCD-Kamera 180 angeordnet, die zusammen mit dem Spiegel 150 ein optisches Mikroskop 140 bilden.

Die Seitenwand 126 der Sammelkammer 122 enthält an der Seite, die der die Primärstrahlöffnung 127 enthaltenden Seite entgegengesetzt ist, ein optisch durchlässiges Fenster 128, das in bekannter Weise mit einer Vakuumdichtung zur Seitenwand versehen ist. Der Mikroskoptubus 149 ist an der Seitenwand 126 außerhalb und um das Fenster 128 herum angebracht.

In dieser Ausführung ist ein optisches Linsenelement 145 an jeder Seite des Fensters 128 so angeordnet, um Abbildungslicht, das von dem Spiegel 150 zur CCD-Kamera 180 relfketiert wird, zu empfangen und zu fokussieren. Der Durchmesser des optischen Linsenelements 145 ist im Wesentlichen gleich der Höhe einer vertikalen Projektion des Spiegels 150 (d.h. einer Projektion des Spiegels auf eine zur Abbildungsoptikachse 144 orthogonale Ebene). Auf diese Weise kann ein hoher Anteil des von dem Spiegel reflektierten Lichts von dem Linsenelement 145 aufgenommen und zur CCD-Kamera 180 durchgelassen werden.

Innerhalb des Mikroskoptubus 149, zwischen der CCD-Kamera 180 und dem Linsenelement 145, ist ein Häutchen 147 angeordnet. Das Häutchen ist um die Abbildungsoptikachse 144 herum mit einem Winkel von 45° hierzu angebracht. Das Häutchen 147 ist eine extrem dünne, transparente Folie, die in dieser Ausführung als Semireflektor verwendet wird, ohne Doppelreflexionen hervorzurufen. Eine Lichtquelle 146, die außerhalb des Mikroskoptubus 149 angebracht ist, liefert Beleuchtungslicht zu dem Analysebereich 112 des Spektrometers 100 durch ein Fenster in dem Mikroskoptubus 149 über dem Häutchen 147, das einen Anteil des Lichts entlang der Abbildungsoptikachse 144 zu den optischen Linsenelementen 145 hin und durch das optisch durchlässige Fenster 128 hindurch auf den Spiegel 150 reflektiert, der das Beleuchtungslicht zu dem Analysebereich nach unten reflektiert.

Die Funktion des Spektrometers 100 ist ähnlich den zu den vorangehenden Figuren beschriebenen, wobei aber insbesondere der Primärstrahl durch Röntgenphotonen erzeugt wird und die geladene Sekundärpartikel Photoelektronen sind.

In einer bevorzugten Ausführung des Spektrometers 100 ist die Kammer als eine starre "Monoblock"-Konstruktion hergestellt (d.h. einstückig gegossen oder spanend bearbeitet, zur Bildung einer einzigen fertigen Komponente), anstatt dass sie in der traditionellen Weise aus vielen Bauteilen hergestellt und verschweißt ist. Dies macht die Struktur sehr starr und gewährleistet einen vibrationsfreien Betrieb und eine stabile Ausrichtung des Spektrometers. Während die Herstellung der Kammer aus Bauteilen eine Alternative ist, verbessert die Monoblockkonstruktion die Leistung des Spektrometers und die resultierende Bildqualität und ist daher bevorzugt.

In einigen Ausführungen kann es erwünscht sein, eine visuelle Referenz innerhalb des optischen Mikroskops 140 vorzusehen, um einen Benutzer beim Definieren eines interessierenden Punkts auf der Oberfläche einer Probe 160, die an dem Analysenbereich 112 des Spektrometers 100 angeordnet ist, zu unterstützen. Dies kann durch ein Fadennetz vorgesehen werden, auch als Fadengitter bekannt, das eine Fadenkreuze enthaltende Zelle ist und nahe dem Okular oder dem Sichtende des Mikroskops 140 angeordnet ist. Alternativ kann mit der Mikroskopoptik eine separate Lichtquelle integriert sein, die einen Mustergenerator, wie etwa Fadenkreuze, konzentrische Ringe oder ein Punktfeld enthält.

Dem fachkundigen Leser wird ersichtlich, dass die Erfindung eine Anzahl von Vorteilen bietet. Das Vorsehen des Spiegels zum stromabwärtigen Ende der Sammelkammer hin bietet den Hauptvorteil eines relativ freien Tubus (frei von Behinderungen), in dem die geladene Sekundärpartikel, die von einer Oberfläche der Probe emittiert werden, fokussiert oder kollimiert werden können. Somit ist die Behinderung, die durch den Spiegel in der Sammelkammer hervorgerufen wird, relativ gering, da zu der Zeit, zu der die Sekundärpartikel den Spiegel erreichen, diese bereits zu einem engen oder verengenden Strahl geformt worden sind, der in der Lage ist, durch das Loch in dem Spiegel hindurchzutreten. Es versteht sich, dass der Bereich von Energien der Sekundärpartikel, die von einer Probe in einer Oberflächenanalysespektroskopie emittiert werden, relativ groß sein kann, sodass es hocherwünscht ist, in der Lage zu sein, eine relativ große Distanz vorzusehen, über die die Sekundärpartikel durch die Sammellinsenanordnung gesteuert werden können, bevor sie zu irgendwelchen optischen Komponenten gelangen, wie etwa dem Spiegel.

Für den Fachmann versteht es sich, dass jede mögliche(n) und gewünschte (n) Kombination(en) der Lehre aus der obigen Beschreibung Teil der Erfindung bildet, und diese in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen soll(en). Zusätzlich werden Fachleuten verschiedene Modifikationen und/oder Veränderungen der oben beschriebenen Ausführungen ersichtlich, und auch diese sollen Teil der Erfindung bilden.

Z.B. haben die obigen Ausführungen Spektrometeranordnungen beschrieben, worin i) die geladene Sekundärpartikel entlang der Sammelachse 24, 124 fokussiert/kollimiert werden, welche sich entlang und durch die Sammelkammer 22, 122 normal zum Analysebereich erstreckt, und ii) das Abbildungslicht von der Objektoptikachse 42, 142 umgelenkt wird, die sich auch entlang und durch die Sammelkammer 22, 122 normal zum Analysebereich zur Abbildungsoptikachse 44, 144 erstreckt, die orthogonal zur Objektoptikachse ist. Eine weitere Ausführung der Erfindung, die in den 6 und 7 gezeigt ist, lenkt die Sekundärpartikel von der Achse zur spektroskopischen Analyse ab und hält das Abbildungslicht entlang der Achse der Sammelkammer. Diese alternative Anordnung hat noch immer die Vorteile, die sich ergeben, wenn sowohl das Abbildungslicht von der Probenoberfläche von einem zur Oberfläche normalen optischen Element empfangen wird als auch die geladenen Sekundärpartikel von der Oberfläche von einer zur Oberfläche normalen Ladungspartikel-Linsenbaugruppe empfangen/gesteuert werden.

In dieser Ausführung ist, anstatt das Abbildungslicht umzulenken und die Sekundärpartikel auf der Sammelachse in einen Analysator laufen zu lassen, die Objektoptikachse 242 normal zum Analysenbereich 212 und läuft zu einer CCD-Kamera 280 oder einem über der Probe 260 angeordneten Okular. Es ist ein elektrostatischer gitterartiger geladener Partikelspiegel 250 entlang der Achse angeordnet, um die geladenen Sekundärpartikel von der Achse weg zu einem Analysator 230 hin abzulenken, der nun allgemein dort angeordnet ist, wo das optische Mikroskop 40, 140 in den 2 und 5 angeordnet ist. Im Wesentlichen sind die Positionen der optischen Kamera und des spektroskopischen Analysators in dieser Ausführung ausgetauscht. Stattdessen werden z.B. mittels eines optischen Spiegels mit einem Durchgangsloch, um Licht von der Achse weg zu reflektieren und geladene Partikel entlang der Achse durchzulassen, Spannungen an den Gitterspiegel 250 angelegt, um die geladenen Sekundärpartikel von der Achse weg und in einen Eingangsschlitz des Analysators 230 abzulenken, während erlaubt wird, dass das Abbildungslicht dort hindurch und entlang der Achse 242 tritt. Die bevorzugte Struktur für den geladenen Partikelspiegel 250 ist ein elektrostatisches Gitter, das sich nicht mit dem Durchtritt des Lichts durch den Spiegel stört. Die Position und die Brennweite der optischen Linsenbaugruppe 245 können so ausgewählt werden, dass sie für jede erforderliche Vergrößerung sorgen. Eine koaxiale Beleuchtung kann durch eine Lichtquelle 246 und das Häutchen 247 erzeugt werden. Nach Bedarf können auch andere Lichtquellen vorgesehen sein.

In den obigen Ausführungen ist es gegenwärtig bevorzugt, dass die Sammelachse 24, 124, 224 koaxial zur Objektoptikachse 42, 142, 242 ist. Jedoch können die Vorteile der Erfindung immer noch erreicht werden, wenn zwischen diesen Achsen ein kleiner Winkel oder ein kleiner seitlicher Abstand vorhanden ist. Wenn ein kleiner Winkel vorhanden ist, schneiden sich die Achsen bevorzugt an der Probe, sodass die beobachteten Sekundärpartikel und das Abbildungslicht beide vom selben Ort der Probe herrühren. Dementsprechend sollen im Umfang der Erfindung Konfigurationen eingeschlossen sein, in den die Ladungspartikel-Linsenbaugruppe zum Empfangen der geladenen Sekundärpartikel und das optische Element zum Empfangen des Abbildungslichts im Wesentlichen um dieselbe Achse herum angeordnet sind.

Ein Spektrometer (10) zur Probenoberflächenanalyse durch Bestrahlung der Oberfläche mit Primärpartikeln und ein entsprechendes Verfahren der Oberflächenanalyse-Spektroskopie. Das Spektrometer (10) ermöglicht die Betrachtung der Probe und das Sammeln der geladenen Sekundärpartikel im Wesentlichen normal zur Probenoberfläche. Eine Sammelkammer (22) umfasst eine Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe (20) zum Fokussieren der emittierten Partikel in stromabwärtiger Richtung entlang einer ersten normalen Achse (24), um hierdurch einen optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort (25) zu definieren; sowie ein lichtreflektierendes optisches Element (50) stromab der Linsenanordnung, und angeordnet, um Abbildungslicht (41) zu empfangen und dieses von einer zweiten normalen Achse (42) weg zu reflektieren, um ein sichtbares Bild der Oberfläche zu liefern. Das optische Element (50) ist an oder nahe dem Bündelknotenort (25) angeordnet und enthält eine Durchgangsöffnung (52), sodass die fokussierten Partikel durch die Öffnung im Wesentlichen ohne Behinderung durch das optische Element zur stromabwärtigen spektroskopischen Analyse hindurchtreten.


Anspruch[de]
Spektrometer zur Oberflächenanalyse einer Probe durch Bestrahlung der Probenoberfläche mit Primärpartikeln, wobei das Spektrometer umfasst:

eine Sammelkammer zum Empfangen von geladenen Sekundärpartikeln und Abbildungslicht von der Probenoberfläche,

wobei die Sammelkammer eine erste Achse aufweist, die im Gebrauch im Wesentlichen normal zur Probenoberfläche ist, wobei die Sammelkammer umfasst:

eine Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe, die angeordnet ist, um zumindest einen Anteil der emittierten geladenen Sekundärpartikel in stromabwärtiger Richtung entlang der ersten Achse zu fokussieren und hierdurch einen optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort zu definieren; und

ein lichtreflektierendes optisches Element, das stromab der Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe angeordnet ist und eine zweite Achse aufweist, die im Gebrauch im Wesentlichen normal zur Probenoberfläche ist, wobei das optische Element angeordnet ist, um Abbildungslicht von der Probenoberfläche zu empfangen und dieses Licht von der zweiten Achse weg zu reflektieren, um ein sichtbares Bild der Probenoberfläche zu liefern,

worin das optische Element an oder nahe dem optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort angeordnet ist und das optische Element eine Durchgangsöffnung aufweist, sodass zumindest ein Anteil der fokussierten geladenen Sekundärpartikel durch die Öffnung hindurchtreten kann, um stromab davon im Wesentlichen ohne Behinderung durch das optische Element einer spektroskopischen Analyse unterzogen zu werden.
Spektrometer nach Anspruch 1, worin das lichtreflektierende optische Element angeordnet ist, um Abbildungslicht direkt von der Probenoberfläche zu empfangen. Spektrometer nach Anspruch 1, worin die Öffnung durch eine zur ersten Achse im Wesentlichen parallele Seitenwand definiert ist. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das optische Element ein Spiegel ist. Spektrometer nach Anspruch 4, das ferner ein optisches Mikroskop aufweist, das den Spiegel aufweist und eine dritte Abbildungsoptik-Achse aufweist, die zur zweiten Achse nicht parallel ist, worin der Spiegel angeordnet ist, um Abbildungslicht, das von der Oberfläche der Probe stamt, von der zweiten Achse weg umzulenken, sodass das Licht um die dritte Achse herum angeordnet ist. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Öffnung elliptisch ist. Spektrometer nach Anspruch 5 oder 6, worin die Sammelkammer eine Seitenwand aufweist, die ein optisch durchlässiges Fenster enthält, das im Wesentlichen um die dritte Abbildungsoptik-Achse herum angeordnet ist, sodass der Spiegel das Abbildungslicht aus der Kammer hinaus durch das Fenster umlenken kann. Spektrometer nach Anspruch 7, worin das Fenster ein optisches Linsenelement ist. Spektrometer nach einem der Ansprüche 4 bis 8, worin der Spiegel so gestaltet ist, dass er als Fokussierelement wirkt. Spektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 9, worin das optische Mikroskop ferner umfasst:

eine Lichtquelle zum Liefern von Beleuchtungslicht zu der Probenoberfläche; und

ein partiell reflektierendes Element, das in Bezug auf die Abbildungsoptik-Achse schräg angeordnet ist, sodass es Beleuchtungslicht von der Lichtquelle empfängt und das Beleuchtungslicht zu dem Spiegel hin umlenkt, sodass der Probenoberfläche eine im Wesentlichen normale Beleuchtung gegeben werden kann.
Spektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 10, worin das Mikroskop ferner einen Referenzmustergenerator aufweist, um im Gebrauch einen interessierenden Punkt an der Probenoberfläche zu definieren. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Sammelkammer eine Monoblock-Konstruktion hat. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das so angeordnet ist, dass es gleichzeitig in der Lage ist:

a) die Sammellinsenbaugruppe fokussiert die geladenen Sekundärpartikel zu der Öffnung für stromabwärtiger Verarbeitung; und

b) das optische Element empfängt Abbildungslicht von der Oberfläche der Probe, um ein sichtbares Bild der Oberfläche zu liefern.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfasst:

eine Primärpartikel-Quelle, um für eine Bestrahlung der Probenoberfläche zu sorgen; und

einen spektroskopischen Analysator, der stromab der Öffnung so angeordnet ist, dass er davon geladene Sekundärpartikel zur spektroskopischen Energieanalyse oder spektroskopischen Massenanalyse empfängt.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die erste und die zweite Achse im Wesentlichen zusammenfallen. Verfahren der Oberflächenanalyse-Spektroskopie, welches die Schritte umfasst:

Bestrahlen einer Oberfläche einer Probe, um zu bewirken, dass geladene Sekundärpartikel von der Oberfläche emittiert werden;

Sammeln zumindest eines Anteils der emittierten Sekundärpartikel in einer Sammelkammer, die um eine zur Probenoberfläche im Wesentlichen normale erste Achse herum angeordnet ist;

Fokussieren der gesammelten Sekundärpartikel entlang der ersten Achse in stromabwärtiger Richtung unter Verwendung einer Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe, um hierdurch einen optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort zu definieren;

Empfangen des von der Probenoberfläche emittierten Abbildungslichts an einem lichtreflektierenden optischen Element, das stromab der Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe positioniert ist und im Wesentlichen um eine zweite Achse herum angeordnet ist, die im Wesentlichen normal zur Probenoberfläche ist; und

Reflektieren des empfangenen Abbildungslichts von der zweiten Achse weg, um ein sichtbares Bild der Probenoberfläche zu liefern,

worin das optische Element an oder nahe dem optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort angeordnet ist und das optische Element eine Durchgangsöffnung aufweist, sodass zumindest ein Anteil der fokussierten geladenen Sekundärpartikel durch die Öffnung hindurchtreten kann, um stromab davon im Wesentlichen ohne Behinderung durch das optische Element einer spektroskopischen Analyse unterzogen zu werden.
Verfahren nach Anspruch 16, worin das Abbildungslicht direkt von der Probenoberfläche empfangen wird. Verfahren der Oberflächenanalyse-Spektroskopie, das innerhalb einer Sammelkammer gleichzeitig umfasst:

a) Fokussieren von von einer Probenoberfläche emittierten geladenen Sekundärpartikeln unter Verwendung einer Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe, wobei die fokussierten geladenen Sekundärpartikel stromab der Sekundärladungspartikel-Linsenbaugruppe einen optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort definieren, und Empfangen der fokussierten geladenen Sekundärpartikel durch eine Öffnung, die im Wesentlichen um eine zur Probenoberfläche im Wesentlichen normale erste Achse herum angeordnet und an oder nahe dem optischen Ladungspartikel-Bündelknotenort positioniert ist, und spektroskopisches Analysieren der empfangenen Sekundärpartikel; und

b) Empfangen des von der Probenoberfläche emittierten Abbildungslichts und Abbilden des empfangenen Abbildungslichts um die Öffnung herum, um ein sichtbares Bild der Oberfläche zu liefern.
Spektrometer zur Oberflächenanalyse einer Probe, wobei das Spektrometer umfasst:

einen Analysebereich, an welchem Ort eine Oberfläche einer Probe angeordnet werden kann, zum Bestrahlen mit einer Primärpartikel-Quelle; und

eine Sammelkammer zum Empfangen von von der Oberfläche der Probe emittierten geladenen Sekundärpartikeln, wobei die Sammelkammer eine erste Achse aufweist, die dort hindurchtritt, wobei die Achse im Wesentlichen normal zum Analysebereich ist, wobei die Sammelkammer umfasst:

eine optische Linsenbaugruppe, die im Gebrauch angeordnet ist, um zumindest einen Anteil des von der Oberfläche der Probe empfangenen Abbildungslichts zu einem stromabwärtigen Ende der Sammelkammer hin zu fokussieren und/oder zu kollimieren, um ein sichtbares Bild der Oberfläche zu liefern;

einen Ladungspartikelspiegel, der im Wesentlichen um die erste Achse herum angeordnet ist und im Gebrauch angeordnet ist, um zumindest einen Anteil der emittierten geladenen Sekundärpartikel zu einer achsversetzten Ausgangsöffnung hin zu fokussieren und/oder zu kollimieren, sodass zumindest ein Anteil der fokussierten und/oder kollimierten geladenen Sekundärpartikel durch die Öffnung hindurchtreten kann, um stromab davon einer spektroskopischen Analyse unterzogen zu werden.
Spektrometer nach Anspruch 19, worin der Ladungspartikelspiegel ein Gitterelement aufweist.






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