DE102010001349A1

DE102010001349A1 - Vorrichtung zum Fokussieren sowie zum Speichern von Ionen und zum Trennen von Druckbereichen

Info

Publication number: DE102010001349A1
Application number: DE102010001349A
Authority: DE
Inventors: Alexander 45289 Laue; Albrecht Prof. Dr. 58300 Glasmachers; Christian Dr. 73431 Hendrich; Dirk Dr. 73447 Preikszas; Michel Dr. 73447 Aliman; Hubert Dr. 89231 Mantz; Ulrike Dr. 89522 Zeile; Holger Dr. 73441 Dömer
Original assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: DE102010001349B4; US9230789B2; JP5798326B2; JP2011171296A; EP2355127A1; DE102010001349B9; US20110220788A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1301) zum Fokussieren sowie zum Speichern von Ionen sowie eine Vorrichtung zum Trennen eines ersten Druckbereichs von einem zweiten Druckbereich, insbesondere für eine Analysevorrichtung (1400) für Ionen. Ferner betrifft die Erfindung ein Teilchenstrahlgerät mit mindestens einer der vorgenannten Vorrichtungen. Die Erfindung weist einen Behälter (1201) zur Aufnahme von Ionen auf. Ferner ist mindestens eine Multipoleinheit (1301) vorgesehen. Die Multipoleinheit (1301) weist eine Durchgangsöffnung (1302) mit einer Längsachse (1307) sowie eine Vielzahl von Elektroden auf, wobei ein erster Teil der Elektroden von der Längsachse (1307) einen ersten radialen Abstand aufweist und wobei ein zweiter Teil der Elektroden jeweils einen zweiten radialen Abstand zur Längsachse (1307) aufweist. Der erste radiale Abstand ist kleiner als der zweite radiale Abstand. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung eine länglich ausgebildete Öffnung (1321) mit einer radialen Ausdehnung aufweisen. Die Öffnung (1321) weist eine Längsausdehnung auf, welche größer als die radiale Ausdehnung ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fokussieren sowie zum Speichern von Ionen sowie eine Vorrichtung zum Trennen eines ersten Druckbereichs von einem zweiten Druckbereich, insbesondere für eine Analysevorrichtung für Ionen. Ferner betrifft die Erfindung ein Teilchenstrahlgerät mit mindestens einer der vorgenannten Vorrichtungen.
Teilchenstrahlgeräte werden bereits seit langem dazu verwendet, um Kenntnisse hinsichtlich der Eigenschaften und Verhalten von Proben unter bestimmten Bedingungen zu erhalten. Eines dieser Teilchenstrahlgeräte ist ein Elektronenstrahlgerät, insbesondere ein Rasterelektronenmikroskop (nachfolgend auch SEM genannt).
Bei einem SEM wird ein Elektronenstrahl (nachfolgend auch Primärelektronenstrahl genannt) mittels eines Strahlerzeugers erzeugt und durch ein Strahlführungssystem, insbesondere eine Objektivlinse, auf eine zu untersuchende Probe fokussiert. Mittels einer Ablenkeinrichtung wird der Primärelektronenstrahl rasterförmig über eine Oberfläche der zu untersuchenden Probe geführt. Die Elektronen des Primärelektronenstrahls treten dabei in Wechselwirkung mit dem Material der zu untersuchenden Probe. Abs Folge der Wechselwirkung entstehen insbesondere Wechselwirkungsteilchen. Insbesondere werden Elektronen aus der Oberfläche der zu untersuchenden Probe emittiert (so genannte Sekundärelektronen) und Elektronen des Primärelektronenstrahls zurückgestreut (so genannte Rückstreuelektronen). Die Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen werden detektiert und zur Bilderzeugung verwendet. Man erhält somit eine Abbildung der Oberfläche der zu untersuchenden Probe.
Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Kombinationsgeräte zur Untersuchung von Proben zu verwenden, bei denen sowohl Elektronen als auch Ionen auf eine zu untersuchende Probe geführt werden können. Beispielsweise ist es bekannt, ein SEM zusätzlich mit einer Ionenstrahlsäule auszustatten. Mittels eines in der Ionenstrahlsäule angeordneten Ionenstrahlerzeugers werden Ionen erzeugt, die zur Präparation einer Probe (beispielsweise Abtragen einer Oberfläche der Probe oder Aufbringen von Material auf die Probe) oder auch zur Bildgebung verwendet werden. Das SEM dient hierbei insbesondere zur Beobachtung der Präparation, aber auch zur weiteren Untersuchung der präparierten oder unpräparierten Probe.
Neben der bereits oben genannten Bilderzeugung ist es auch möglich, Wechselwirkungsteilchen hinsichtlich ihrer Energie und/oder ihrer Masse näher zu analysieren. Beispielsweise ist ein Verfahren aus der Massenspektrometrie bekannt, bei dem Sekundärionen näher untersucht werden. Das Verfahren ist unter der Abkürzung SIMS bekannt (Secondary Ion Mass Spectrometry). Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche einer zu untersuchenden Probe mit einem fokussierten Primärionenstrahl bestrahlt. Die hierbei entstehenden Wechselwirkungsteilchen in Form von aus der Oberfläche der Probe emittierten Sekundärionen werden in einer Analyseeinheit detektiert und massenspektrometrisch untersucht. Dabei werden die Sekundärionen anhand ihrer Ionenmasse sowie ihrer Ionenladung selektiert und identifiziert, so dass Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Probe gezogen werden können.
Die Bestrahlung der zu untersuchenden Probe mit dem fokussierten Primärionenstrahl erfolgt bei bekannten Teilchenstrahlgeräten unter Vakuum-Bedingungen (10^–3 mbar (10^–1 Pa) bis 10^–7 mbar (10^–5 Pa)), wobei in der Regel ein Hochvakuum von 10^–6 mbar (10^–4 Pa) verwendet wird. Auch in der Analyseeinheit werden die Sekundärionen unter Hochvakuum untersucht. Da die Sekundärionen eine breite Verteilung hinsichtlich ihrer kinetischen Energie aufweisen, ist es jedoch nicht günstig, die Sekundärionen direkt in die Analyseeinheit einzukoppeln. Es ist eine Zwischeneinheit notwendig, welche die Sekundärionen zur Analyseeinheit überträgt und welche die Breite der Verteilung der kinetischen Energie vor der Einkopplung der Sekundäriorien in die Analyseeinheit verringert.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vorrichtung zur Übertragung von Energie eines Sekundärions an Gasteilchen bekannt. Diese Vorrichtung weist einen Behälter mit einem Innenraum auf, in dem sich ein Dämpfungsgas befindet. Der Behälter ist mit einer Längsachse versehen, entlang derer sich eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode erstrecken. Die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode und die vierte Elektrode sind jeweils aus einem Metallstab gebildet. Sie bilden eine Quadrupoleinheit, welche ein Quadrupolwechselfeld im Behälter bereitstellt.
Die mittels eines Ionenstrahls erzeugten Sekundärionen werden in den Behälter eingelassen und übertragen einen Teil ihrer kinetischen Energie mittels Stöße auf die Gasteilchen. Um eine für den Energieabbau ausreichend hohe Stoßrate zu erzielen, herrscht im Behälter ein Feinvakuum im Bereich von 5 × 10^–3 mbar (5 × 10^–1 Pa). Im Feinvakuum liegt die mittlere freie Weglänge der Sekundärionen im Millimeter-Bereich. Je höher der partielle Druck des Gases im Behälter ist, um so größer ist die Stoßrate und demnach auch die Möglichkeit, Energie von den Sekundärionen auf die Gasteilchen zu übertragen. Nach Durchlaufen des Behälters sollten die Sekundärionen nur thermische Energie aufweisen.
Die kinetische Energie der Sekundärionen lässt sich zum einen in eine radiale Komponente und zum anderen in eine axiale Komponente unterteilen. Die radiale Komponente bewirkt ein Auseinanderlaufen der Sekundärionen radial zur Längsachse des Behälters. Dieses Auseinanderlaufen wird beim Stand der Technik mittels der vorgenannten Quadrupoleinheit verringert. Die Quadrupoleinheit bewirkt, dass die Sekundärionen entlang der Längsachse des Behälters radial in einem Wechselfeld gespeichert werden. Das Quadrupolwechselfeld ist somit ein Speicherfeld. Die Quadrupoleinheit wirkt im Grunde wie eine Paul-Falle, in der Rückstellkräfte auf die Sekundärionen wirken.
Es ist ebenfalls bekannt, dass innerhalb des mit der Quadrupoleinheit versehenen Behälters die Sekundärionen nicht statisch gespeichert werden, sondern eine harmonische Schwingung vollziehen, die nachfolgend Makroschwingung genannt wird. Um die Sekundärionen sicher in der Quadrupoleinheit zu speichern, sollte eine geeignete Speicherkraft (F_Speicher) durch das Quadrupolwechselfeld bereitgestellt werden, die proportional zum Verhältnis aus der Amplitude des Quadrupolwechselfeldes (U_Quad) zu einer Frequenz des Quadrupolwechselfeldes (f_Quad) ist. Es gilt somit
Ferner ist es bekannt, dass der Makroschwingung eine weitere Schwingung in Form einer Mikroschwingung überlagert ist, welche die Frequenz des Quadrupolwechselfeldes aufweist. Die Mikroschwingung weist eine Amplitude (z_Mikro) auf, welche proportional zum Verhältnis aus der Amplitude des Quadrupolwechselfeldes (U_Quad) zu dem Quadrat der Frequenz des Quadrupolwechselfeldes (f_Quad) ist.
Um einen Verlust von Sekundärionen durch ein Auftreffen der Sekundärionen auf eine der vorgenannten Elektroden der Quadrupoleinheit zu vermeiden, sollte eine Gesamtschwingungsamplitude, welche die Summe aus der Amplitude der Makroschwingung und der Amplitude der Mikroschwingung ist, kleiner bleiben als der Radius des Innenraums des Behälters, in dem die Sekundärionen eingelassen wurden.
Die Amplitude der Makroschwingung kann durch eine ausreichend hohe Übertragung der Energie der Sekundärionen auf die Gasteilchen verringert werden. Die Amplitude der Mikroschwingung hingegen kann durch eine Erhöhung der Frequenz des Quadrupolwechselfeldes verringert werden. Hierdurch sinken jedoch die auf die Sekundärionen wirkenden Rückstellkräfte in dem Behälter, so dass eine höhere Amplitude des Quadrupolwechselfeldes benötigt wird, um die Sekundärionen im Behälter sicher zu speichern.
Durch die Stöße der Sekundärionen mit den Gasteilchen wird die radiale Komponente der kinetischen Energie verringert, so dass die Amplitude der Makroschwingung verringert wird und die Sekundärionen auf der Längsachse des Behälters fokussiert werden.
Die axiale Komponente der kinetischen Energie sorgt dafür, dass die Sekundärionen den Behälter entlang der Längsachse des Behälters in Richtung der Analyseeinheit durchlaufen. Durch die vorgenannten Stöße nimmt aber auch die axiale Komponente der kinetischen Energie ab, so dass die Energie einiger Sekundärionen nicht mehr derart ausreichend ist, den Behälter vollständig bis zur Analyseeinheit zu durchlaufen. Daher wird beim Stand der Technik am Behälter ein Gradient eines Potentials bereitgestellt, wobei an jedem Punkt der Längsachse ein dem Punkt zugeordnetes Potential vorgesehen ist. Mittels des Gradienten des Potentials werden die Sekundärionen in Richtung der Analyseeinheit axial bewegt. Der Gradient des Potentials ist derart ausgebildet, dass das Potential in Richtung der Analyseeinheit stetig abnimmt und im Bereich eines Endes des Behälters, welcher zur Analyseeinheit gerichtet ist, einen Potentialtopf aufweist. Die Sekundärionen durchlaufen den Behälter und übertragen dabei ihre Energie auf die Gasteilchen, bis sie im Potentialtopf ruhen.
Um den Gradienten des Potentials zu realisieren, ist die bekannte Quadrupoleinheit in Segmente unterteilt. Mit anderen Worten ausgedrückt sind die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode und die vierte Elektrode jeweils in Segmente unterteilt. Jedes Segment weist eine Segmentlänge auf, die ausreichend kurz ist, so dass der Felddurchgriff des Potentials auch noch in der Mitte der einzelnen Segmente ausreichend wirksam ist. Es hat sich gezeigt, dass das Vorgenannte dann gegeben ist, wenn die Segmentlänge im Wesentlichen dem Kernradius des Behälters entspricht. Unter dem Kernradius wird der Radius des Innenraums des Behälters verstanden, innerhalb dessen sich die Sekundärionen bewegen können, ohne an die vorgenannten Elektroden anzustoßen.
Der zuvor genannte Behälter weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. An dem ersten Ende ist ein Einlass angeordnet, durch welchen die Sekundärionen von dem Bereich, in dem die Sekundärionen erzeugt werden und welcher unter Hochvakuum-Bedingungen gehalten wird, in den Innenraum des Behälters eintreten. Am Einlass ist eine Druckstufe angeordnet. Hierunter wird eine Vorrichtung verstanden, welche einen ersten Druckbereich (hier Hochvakuum, beispielsweise in einer Probenkammer) von einem zweiten Druckbereich (hier Feinvakuum im Innenraum des Behälters) derart trennt, dass das Vakuum des ersten Druckbereichs sich nicht wesentlich verschlechtert. Am zweiten Ende des Behälters ist ein Auslass vorgesehen, durch welchen die Sekundärionen den Behälter in Richtung der Analyseeinheit verlassen. An dem Auslass ist eine weitere Druckstufe angeordnet, welche den zweiten Druckbereich (hier Feinvakuum im Innenraum des Behälters) von einem dritten Druckbereich (hier Hochvakuum in der Analyseeinheit) derart trennt, dass das Vakuum des dritten Druckbereichs nicht wesentlich verschlechtert wird.
Hinsichtlich des oben genannten Standes der Technik wird beispielhaft auf die DE 10 2006 059 162 A1 , die US 7,473,892 B2 , die EP 1 185 857 B1 , die US 5,008,537 , die US 5,376,791 sowie die WO 01/04611 verwiesen. Ferner wird auf die US 2009/0294641 sowie die US 5,576,540 verwiesen.
Überlegungen haben ergeben, dass die Ausbildung der am Auslass angeordneten weiteren Druckstufe nicht trivial ist. Es sind einige Voraussetzungen zu beachten. Für eine gute Wirkung als Druckstufe sollte die Abschlussplatte eine möglichst kleine und möglichst lang ausgebildete Durchgangsöffnung (zumeist durch eine kleine Kernbohrung realisiert) aufweisen, welche den Behälter mit der Analyseeinheit verbindet und welche die Sekundärionen in Richtung der Analyseeinheit durchlaufen können. Wenn die Abschlussplatte beispielsweise aus einem leitfähigen Material gebildet ist, so wirkt die Abschlussplatte als eine elektrostatische Linse. Es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass die Sekundärionen an der Abschlussplatte derart reflektiert, angezogen oder von der Abschlussplatte neutralisiert werden, dass die Sekundärionen nicht durch die kleine Durchgangsöffnung zu der Analyseeinheit treten. Man könnte zwar die radiale Ausdehnung der Durchgangsöffnung vergrößern, um auf diese Weise mehr Sekundärionen von dem Behälter in die Analyseeinheit zu transferieren. Jedoch verschlechtert dies die Eigenschaften der Abschlussplatte als Druckstufe, denn je größer die radiale Ausdehnung der kleinen Durchgangsöffnung ist, um so mehr verschlechtert sich das Hochvakuum in der Analyseeinheit durch Eindringen der Gasteilchen von dem Behälter in die Analyseeinheit.
Auch die Ausbildung der Abschlussplatte aus einem nichtleitfähigen Material ist ungeeignet, da die Abschlussplatte sich bei dem Auftreffen der Sekundärionen aufladen kann und demnach Störfelder erzeugen würde, welche das Quadrupolwechselfeld in dem Behälter stören würde oder Sekundärionen ablenken würde. In diesem Falle würde die durch das Quadrupolwechselfeld erzielte Wirkung teilweise wieder aufgehoben. Dies ist sicherlich nicht gewünscht.
Es wurden auch Überlegungen dahingehend angestellt, den Innenraum des Behälters mit einer axial konisch zulaufenden Struktur zu versehen, wobei der kleinste Durchmesser dieser konisch zulaufenden Struktur im Bereich des zweiten Endes des Behälters angeordnet ist. Auf diese Weise würde der Kernradius im Behälter auf ein sehr kleines Maß reduziert werden. Aber auch diese Lösung ist nachteilig, da durch die konisch zulaufende Struktur die axiale Komponente der kinetischen Energie der Sekundärionen wieder in eine radiale Komponente der kinetischen Energie der Sekundärionen umgesetzt werden kann, so dass die Sekundärionen wieder Makroschwingungen mit größerer Amplitude durchführen. Die Amplitude der Makroschwingung und die Amplitude der Mikroschwingung können derart ausgebildet sein, dass die Sekundärionen nicht in der Lage sind, eine Durchgangsöffnung einer als Druckstufe ausgebildeten Abschlussplatte zu durchlaufen. Zudem haben Überlegungen ergeben, dass die mechanische Ausbildung und elektrische Ausbildung der konisch zulaufenden Struktur nur mit einem hohen Aufwand zu realisieren sind.
Auch die Ausbildung der Druckstufe als ein leitfähiger, rohrförmig und relativ lang ausgebildeter Behälter mit einem relativ großen Kerndurchmesser ist von Nachteil. Ein solcher Behälter weist einen feldfreien Raum auf, so dass die radiale Komponente der kinetischen Energie zu einer Defokussierung der Sekundärionen führen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Speichern sowie Fokussieren von Ionen und eine Vorrichtung zum Trennen von zwei Druckbereichen anzugeben, die einfach aufgebaut sind und die zum einen eine Fokussierung der Ionen auf einen geringen Radius möglichst gut zulassen und zum anderen gute Druckstufeneigenschaften aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 10 gegeben. Ein Teilchenstrahlgerät gemäß der Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 22 gegeben. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den beigefügten Figuren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 1 ist eine Vorrichtung zum Fokussieren und/oder Speichern von Ionen, beispielsweise Sekundärionen. Sie ist insbesondere dazu geeignet, Ionen um eine vorgegebene Achse innerhalb eines geringen Radius um die vorgegebene Achse zu fokussieren. Beispielsweise liegt dieser Radius im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm. Weitere Bereiche sind weiter unten genannt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens einen Behälter zur Aufnahme von mindestens einem Ion auf. Der Behälter ist beispielsweise ein Behälter, in dem ein Gas mit Gasteilchen aufgenommen ist und in dem das Ion durch Stöße Energie auf die Gasteilchen derart überträgt, dass es auf eine thermische Energie abgebremst wird. Alternativ oder zusätzlich wird das Ion durch die Gasteilchen fragmentiert, wodurch es ebenfalls abgebremst wird. Der Behälter weist mindestens einen Auslass auf, wobei der Auslass dazu vorgesehen ist, Ionen von dem Behälter zu einer Analyseeinheit zu transportieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner mindestens eine Multipoleinheit, beispielsweise eine Quadrupoleinheit, zur Bereitstellung eines Multipolwechselfeldes, beispielsweise ein Quadrupolwechselfeld, auf. Die Multipoleinheit ist am Auslass des Behälters angeordnet und weist eine Durchgangsöffnung mit einer Längsachse auf. Wie weiter unten noch erläutert wird, ist die Längsachse beispielsweise als eine Transportachse ausgebildet. Darüber hinaus ist die Multipoleinheit mit einer Vielzahl von Elektroden versehen, nämlich mit mindestens einer ersten Elektrode, mindestens einer zweiten Elektrode, mindestens einer dritten Elektrode, mindestens einer vierten Elektrode, mindestens einer fünften Elektrode, mindestens einer sechsten Elektrode, mindestens einer siebten Elektrode und mindestens einer achten Elektrode. Die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode und die vierte Elektrode sind von der Längsachse der Durchgangsöffnung identisch radial beabstandet und weisen jeweils einen ersten radialen Abstand zur Längsachse der Durchgangsöffnung auf. Ferner sind die fünfte Elektrode, die sechste Elektrode, die siebte Elektrode und die achte Elektrode von der Längsachse der Durchgangsöffnung identisch radial beabstandet und weisen jeweils einen zweiten radialen Abstand zur Längsachse der Durchgangsöffnung auf. Der erste radiale Abstand ist kleiner als der zweite radiale Abstand.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet insbesondere zwei Funktionen. Zum einen wird das Multipolwechselfeld derart zur Verfügung gestellt, dass die Ionen radial im Bereich der Längsachse der Durchgangsöffnung fokussiert werden. Die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode, die vierte Elektrode, die fünfte Elektrode, die sechste Elektrode, die siebte Elektrode und die achte Elektrode sind derart geschaltet, dass ein entsprechendes Multipolwechselfeld, beispielsweise ein Quadrupolwechselfeld, erzeugt wird. Insbesondere werden Sekundärionen um die Längsachse der Durchgangsöffnung innerhalb eines geringen Radius von beispielsweise im Bereich von 0,2 mm bis 1 mm fokussiert. Dies entspricht beispielsweise in etwa der radialen Ausdehnung der Durchgangsöffnung. Es ist somit dann möglich, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Übergang von einem ersten Führungssystem für Ionen, das einen recht großen Kernradius aufweist (beispielsweise im Bereich von 2 mm bis 50 mm) zu einem zweiten Führungssystem mit einem vergleichsweise kleinen Kernradius (beispielsweise im Bereich von 0,1 mm bis 1 mm) zu schaffen, ohne dass Ionen ungewollt an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zurück in den Behälter reflektiert oder an der erfindungsgemäßen Vorrichtung neutralisiert werden. Darüber hinaus wird vermieden, dass axiale Komponenten der kinetischen Energie der Ionen in radiale Komponenten der kinetischen Energie der Ionen umgesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere als Druckstufe.
Zum anderen kann die Multipoleinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf ein geeignetes Potential gelegt werden (nachfolgend Spiegelpotential genannt). Hierdurch ist es möglich, dass Ionen, welche noch nicht auf thermische Energie abgebremst wurden, von der Multipoleinheit zurück in den Behälter reflektiert werden, so dass sie den Behälter nochmals durchlaufen. Hierdurch kommt es im Behälter erneut zu Stößen mit den Gasteilchen, so dass diese reflektierten Ionen weiter Energie übertragen. Das Spiegelpotential wird abgeschaltet, sobald die Ionen auf thermische Energie gebracht wurden.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Multipoleinheit eine erste Außenfläche aufweist, die durch eine Ebene gegeben ist. Die Ebene ist beispielsweise senkrecht zur Längsachse angeordnet. Ferner ist es vorgesehen, dass die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode, die vierte Elektrode, die fünfte Elektrode, die sechste Elektrode, die siebte Elektrode und die achte Elektrode in der und/oder an der Ebene angeordnet sind.
Darüber hinaus ist es bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Multipoleinheit eine zweite Außenfläche aufweist, die in entgegengesetzter Richtung zur ersten Außenfläche der Multipoleinheit angeordnet ist. Die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode, die vierte Elektrode, die fünfte Elektrode, die sechste Elektrode, die siebte Elektrode und die achte Elektrode erstrecken sich von der ersten Außenfläche bis zur zweiten Außenfläche. Alternativ hierzu ist vorgesehen, dass die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode, die vierte Elektrode, die fünfte Elektrode, die sechste Elektrode, die siebte Elektrode und/oder die achte Elektrode auf der ersten Außenfläche und/oder der zweiten Außenfläche angeordnet ist/sind. Beispielsweise sind die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode und die vierte Elektrode auf der ersten Außenfläche angeordnet. Die fünfte Elektrode, die sechste Elektrode, die siebte Elektrode und die achte Elektrode sind an der zweiten Außenfläche angeordnet.
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die erste Außenfläche und die zweite Außenfläche derart beabstandet sind, dass ein Abstand zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche in einem der nachfolgend genannten Bereiche liegt: von 0,5 mm bis 50 mm, von 0,5 mm bis 40 mm, von 0,5 mm bis 30 mm, von 0,5 mm bis 20 mm, von 0,5 mm bis 10 mm oder von 0,5 mm bis 3 mm. Bei einer Ausführungsform beträgt der Abstand im Wesentlichen 1 mm.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Multipoleinheit scheibenförmig ausgebildet ist. Dabei versteht man hier unter einer scheibenförmigen Ausbildung, dass die Elektroden durch eine planare Struktur gebildet sind, die senkrecht zur Längsachse ausgerichtet ist. Die Multipoleinheit weist beispielsweise entlang der Längsachse eine vorgebbare Ausdehnung auf. Die Erfindung ist aber nicht auf eine scheibenförmige Ausbildung eingeschränkt. Vielmehr kann die Multipoleinheit auch eine andere Form aufweisen, welche für die Erfindung geeignet ist. Beispielsweise kann die Multipoleinheit annähernd kreisförmig ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode, die vierte Elektrode, die fünfte Elektrode, die sechste Elektrode, die siebte Elektrode und/oder die achte Elektrode hyperbolisch ausgebildet ist/sind. Eine genauere Erklärung hierzu ist weiter unten genannt. Beispielsweise ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, bei der die Multipoleinheit scheibenförmig ausgebildet ist und mit 12 oder 16 hyperbolisch ausgebildeten Elektroden versehen ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Multipoleinheit aus mindestens einer Leiterplatte gebildet ist. Die Leiterplatte ist beispielsweise aus Epoxydharz oder einem nichtleitenden Material, beispielsweise eine Keramik oder ein Kunststoff, gebildet. Ferner kann die Leiterplatte aus einem biegsamen und/oder flexiblem Material ausgebildet sein. Die Ausbildung als Leiterplatte ist insbesondere wegen einer einfachen Herstellung von Vorteil. So ist die Durchgangsöffnung mit nur geringem Aufwand herstellbar, beispielsweise durch Ausfräsen der Leiterplatte. Benachbarte Elektroden werden durch isolierende Schichten voneinander getrennt und beispielsweise mittels kapazitiver Spannungsteiler derart angesteuert, dass das Multipolwechselfeld bereitgestellt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Durchgangsöffnung eine Ausdehnung in radialer Richtung zur Längsachse aufweist, wobei die Ausdehnung in mindestens einem der folgenden Bereiche liegt: von 0,4 mm bis 10 mm, von 0,4 mm bis 5 mm, oder von 0,4 mm bis 1 mm.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Diese Vorrichtung ist zum Trennen eines ersten Druckbereichs von einem zweiten Druckbereich vorgesehen. Die Vorrichtung ist also eine Druckstufe. Daher wird sie nachfolgend auch Druckstufenvorrichtung genannt.
Die Druckstufenvorrichtung weist eine länglich ausgebildete und sich entlang einer Achse erstreckende erste Öffnung auf. Die erste Öffnung ist von der Achse aus mit einer radialen Ausdehnung versehen und weist zudem entlang der Achse eine Achsen-Ausdehnung auf, welche größer als die radiale Ausdehnung ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Achsen-Ausdehnung mindestens 4 mal, mindestens 6 mal, mindestens 8 mal, mindestens 10 mal, mindestens 15 mal, mindestens 20 mal, mindestens 30 mal, mindestens 40 mal oder mindestens 50 mal größer als die radiale Ausdehnung. Entlang der Achse sind mindestens eine erste Multipoleinrichtung und mindestens eine zweite Multipoleinrichtung angeordnet.
Überlegungen haben ergeben, dass die oben beschriebene Ausbildung der ersten Öffnung und die Anordnung von Multipoleinrichtungen zur Bereitstellung von Multipolwechselfeldern entlang der Achse es gewährleisten, dass zum einen eine Fokussierung der Ionen auf einen geringen Radius um eine Achse ermöglicht wird und zum anderen gute Druckstufeneigenschaften erzielt werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckstufenvorrichtung alternativ oder zusätzlich mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist: die erste Multipoleinrichtung weist eine erste Durchgangsöffnung auf, welche zumindest Teil der ersten Öffnung ist, oder die zweite Multipoleinrichtung weist eine zweite Durchgangsöffnung auf, welche zumindest Teil der ersten Öffnung ist, oder die Achse ist als Längsachse ausgebildet.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckstufenvorrichtung alternativ oder zusätzlich mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist: die erste Multipoleinrichtung ist zum Transport eines geladenen Teilchens (beispielsweise eines Ions) ausgebildet, oder die zweite Multipoleinrichtung ist zum Transport eines geladenen Teilchens (beispielsweise eines Ions) ausgebildet, oder die Achse ist als Transportachse ausgebildet.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Druckstufenvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Druckstufenvorrichtung mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die erste Multipoleinrichtung ist scheibenförmig ausgebildet, oder die zweite Multipoleinrichtung ist scheibenförmig ausgebildet. Hinsichtlich der Erläuterung zu dem Begriff „scheibenförmig” wird auf die vorstehenden und weiter unten gemachten Anmerkungen verwiesen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Druckstufenvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Druckstufenvorrichtung mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die erste Multipoleinrichtung ist aus mindestens einer ersten Leiterplatte gebildet oder die zweite Multipoleinrichtung ist aus mindestens einer zweiten Leiterplatte gebildet. Hinsichtlich der Ausbildung, insbesondere des Materials, der vorgenannten Leiterplatte gelten insbesondere die bereits weiter oben gemachten Anmerkungen.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform der Druckstufenvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass im Bereich der zweiten Multipoleinrichtung eine Abpumpvorrichtung angeordnet ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Gasteilchen aus dem Behälter in die Druckstufenvorrichtung eindringen. Diese werden dann mittels der Abpumpvorrichtung derart entfernt, dass diese nicht in eine Analyseeinheit gelangen können.
Bei einer Ausführungsform der Druckstufenvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die radiale Ausdehung der ersten Öffnung in mindestens einem der folgenden Bereiche liegt: von 0,4 mm bis 10 mm, von 0,4 mm bis 5 mm, oder von 0,4 mm bis 1 mm.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform der Druckstufenvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die erste Multipoleinrichtung und/oder die zweite Multipoleinrichtung jeweils mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung, mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung, mindestens eine dritte Elektrodeneinrichtung und mindestens eine vierte Elektrodeneinrichtung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich hierzu sieht es eine Ausführungsform der Druckstufenvorrichtung vor, dass die erste Elektrodeneinrichtung, die zweite Elektrodeneinrichtung, die dritte Elektrodeneinrichtung und/oder die vierte Elektrodeneinrichtung hyperbolisch ausgebildet ist/sind. Nähere Erläuterungen zu der hyperbolischen Ausbildung sind weiter unten genannt.
Bei einer Ausführungsform der Druckstufenvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Druckstufenvorrichtung mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die erste Multipoleinrichtung weist mindestens eine erste Multipolscheibe (beispielsweise eine erste Quadrupolscheibe) und mindestens eine zweite Multipolscheibe (beispielsweise eine zweite Quadrupolscheibe) auf, oder die zweite Multipoleinrichtung weist mindestens eine dritte Multipolscheibe (beispielsweise eine dritte Quadrupolscheibe) und mindestens eine vierte Multipolscheibe (beispielsweise eine vierte Quadrupolscheibe) auf. Diese Ausführungsform unterliegt folgender Überlegung. Um möglichst gute Druckstufeneigenschafen zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn die Druckstufenvorrichtung mit einer Vielzahl von Multipolscheiben versehen ist. Weitere Erläuterungen sind unten genannt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Druckstufenvorrichtung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Druckstufenvorrichtung mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die erste Multipolscheibe und die zweite Multipolscheibe bilden ein erstes abgedichtetes System oder die dritte Multipolscheibe und die vierte Multipolscheibe bilden ein zweites abgedichtetes System. Hierdurch wird gewährleistet, dass eine Fokussierung der Ionen auf die Längsachse gut möglich ist und gute Druckstufeneigenschaften erzielt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Teilchenstrahlgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 22. Das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät weist eine Probenkammer auf, in der eine Probe angeordnet ist. Ferner weist das Teilchenstrahlgerät mindestens eine erste Teilchenstrahlsäule auf, wobei die erste Teilchenstrahlsäule einen ersten Strahlerzeuger zur Erzeugung eines ersten Teilchenstrahls und eine erste Objektivlinse zur Fokussierung des ersten Teilchenstrahls auf die Probe aufweist. Darüber hinaus sind an dem Teilchenstrahlgerät mindestens ein Mittel zum Erzeugen von Sekundärionen, die aus der Probe emittiert werden, sowie mindestens eine Sammelvorrichtung zum Sammeln der Sekundärionen vorgesehen. Mittels der Sammelvorrichtung werden die Sekundärionen in Richtung mindestes einer Analyseeinheit zur Analyse der Sekundärionen geleitet. Ferner weist das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät mindestens eine der vorgenannten Vorrichtungen mit mindestens einem der vorgenannten Merkmale oder mit einer Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Merkmale auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgerät ist es beispielsweise vorgesehen, dass die erste Teilchenstrahlsäule das Mittel zum Erzeugen von Sekundärionen bildet und als Ionenstrahlsäule ausgebildet ist. Die Erfindung ist hierauf aber nicht eingeschränkt, wie weiter unten noch näher erläutert wird.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist zusätzlich oder alternativ die Analyseeinheit als Massenspektrometer ausgebildet, beispielsweise als Flugzeit-Massenspektrometer oder Ionenfallen-Massenspektrometer. Insbesondere ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, die Analyseeinheit mittels einer Verbindungseinrichtung lösbar an einer der vorgenannten Ausführungsformen von einer der vorgenannten Vorrichtungen anzuordnen. Die Analyseeinheit kann daher austauschbar ausgebildet sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts weist das Teilchenstrahlgerät zusätzlich oder alternativ eine Lasereinheit auf. Beispielsweise umfasst das Mittel zum Erzeugen von Sekundärionen die Lasereinheit. Die Lasereinheit kann zusätzlich oder alternativ zur ersten Teilchenstrahlsäule zum Erzeugen von Sekundärionen vorgesehen sein.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, das Mittel zum Erzeugen von Sekundärionen an einer der oben genannten Vorrichtungen anzuordnen. Beispielsweise wird die Lasereinheit an einer der vorgenannten Vorrichtungen derart angeordnet, dass ein Laserstrahl mindestens eine der vorgenannten Vorrichtungen bis zu der Probe durchläuft. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, das Mittel zum Erzeugen von Sekundärionen, beispielsweise die Lasereinheit, an der Analyseeinheit anzuordnen.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist zusätzlich oder alternativ eine zweite Teilchenstrahlsäule vorgesehen, wobei die zweite Teilchenstrahlsäule einen zweiten Strahlerzeuger zur Erzeugung eines zweiten Teilchenstrahls und eine zweite Objektivlinse zur Fokussierung des zweiten Teilchenstrahls auf die Probe aufweist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die zweite Teilchenstrahlsäule als Elektronenstrahlsäule und die erste Teilchenstrahlsäule als Ionenstrahlsäule ausgebildet sind. Alternativ hierzu können die zweite Teilchenstrahlsäule als Ionenstrahlsäule und die erste Teilchenstrahlsäule als Elektronenstrahlsäule ausgebildet sein. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform sind sowohl die erste Teilchenstrahlsäule als auch die zweite Teilchenstrahlsäule jeweils als Ionenstrahlsäule ausgebildet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mittels Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts;
2 eine weitere schematische Darstellung des Teilchenstrahlgeräts nach 1;
3 eine schematische Seitenansicht einer Teilchenanalysevorrichtung;
4 eine schematische Darstellung im Bereich einer Probe nach 2;
5A eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Energieübertragung;
5B eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung zur Energieübertragung nach 5A;
5C eine schematische Darstellung eines mittels der Vorrichtung zur Energieübertragung nach 5B erzeugten Quadrupolwechselfelds;
6 eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines Führungspotentials;
7 eine schematische Darstellung eines Endes der Vorrichtung zur Energieübertragung nach 5B, einer Ionenübertragungseinheit und einer Analyseeinheit;
8 eine Draufsicht auf eine Quadrupolscheibe nach 7;
9 eine Schnittdarstellung der Quadrupolscheibe entlang der Linie A-A nach 8;
10 eine schematische Darstellung der Ionenübertragungseinheit;
11 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Potentialverlaufs in der Ionenübertragungseinheit;
12 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Potentialverlaufs in der Ionenübertragungseinheit;
13 eine weitere schematische Darstellung der Ionenübertragungseinheit;
14 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Potentialverlaufs in der Ionenübertragungseinheit;
15 eine schematische Darstellung einer Speicherzelle;
16 eine weitere schematische Seitenansicht einer weiteren Teilchenanalysevorrichtung;
17A eine schematische Darstellung einer Anordnung der Teilchenanalysevorrichtung nach 16 in dem Teilchenstrahlgerät;
17B eine weitere schematische Darstellung einer Anordnung der Teilchenanalysevorrichtung nach 16 in dem Teilchenstrahlgerät; sowie
17C eine noch weitere schematische Darstellung einer Anordnung der Teilchenanalysevorrichtung nach 16 in dem Teilchenstrahlgerät.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts 1. Das Telichenstrahlgerät 1 weist eine erste Teilchenstrahlsäule 2 in Form einer Ionenstrahlsäule und eine zweite Teilchenstrahlsäule 3 in Form einer Elektronenstrahlsäule auf. Die erste Teilchenstrahlsäule 2 und die zweite Teilchenstrahlsäule 3 sind an einer Probenkammer 49 angeordnet, in welcher eine zu untersuchende Probe 16 angeordnet ist. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist, dass die erste Teilchenstrahlsäule 2 als Ionenstrahlsäule und die zweite Teilchenstrahlsäule 3 als Elektronenstrahlsäule ausgebildet ist. Vielmehr sieht die Erfindung auch vor, dass die erste Teilchenstrahlsäule 2 als Elektronenstrahlsäule und die zweite Teilchenstrahlsäule 3 als Ionenstrahlsäule ausgebildet sein kann. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sowohl die erste Teilchenstrahlsäule 2 als auch die zweite Teilchenstrahlsäule 3 jeweils als Ionenstrahlsäule ausgebildet sind.
2 zeigt das Teilchenstrahlgerät 1 der 1 in einer detaillierten Darstellung. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist die Probenkammer 49 nicht dargestellt. Die erste Teilchenstrahlsäule 2 in Form der Ionenstrahlsäule weist eine erste optische Achse 4 auf. Ferner weist die zweite Teilchenstrahlsäule 3 in Form der Elektronenstrahlsäule eine zweite optische Achse 5 auf.
Nachfolgend wird nun zunächst auf die zweite Teilchenstrahlsäule 3 in Form der Elektronenstrahlsäule eingegangen. Die zweite Teilchenstrahlsäule 3 weist einen zweiten Strahlerzeuger 6, eine erste Elektrode 7, eine zweite Elektrode 8 und eine dritte Elektrode 9 auf. Beispielsweise ist der zweite Strahlerzeuger 6 ein thermischer Feldemitter. Die erste Elektrode 7 weist die Funktion einer Suppressorelektrode auf, während die zweite Elektrode 8 die Funktion einer Extraktorelektrode aufweist. Die dritte Elektrode 9 ist als Anode ausgebildet und bildet gleichzeitig ein Ende eines Strahlführungsrohrs 10. Mittels des zweiten Strahlerzeugers 6 wird ein zweiter Teilchenstrahl in Form eines Elektronenstrahls erzeugt. Elektronen, die aus dem zweiten Strahlerzeuger 6 austreten, werden aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen dem zweiten Strahlerzeuger 6 und der dritten Elektrode 9 auf Anodenpotential beschleunigt, beispielsweise im Bereich von 1 kV bis 30 kV. Der zweite Teilchenstrahl in Form des Elektronenstrahls durchläuft das Strahlführungsrohr 10 und wird auf die zu untersuchende Probe 16 fokussiert. Hierauf wird werter unten näher eingegangen.
Das Strahlführungsrohr 10 durchsetzt eine Kollimatoranordnung 11, welche eine erste Ringspule 12 und ein Joch 13 aufweist. Im Anschluss an die Kollimatoranordnung 11 sind vom zweiten Strahlerzeuger 6 in Richtung der Probe 16 gesehen eine Lochblende 14 und ein Detektor 15 mit einer zentralen Öffnung 17 im Strahlführungsrohr 10 entlang der zweiten optischen Achse 5 angeordnet. Sodann verläuft das Strahlführungsrohr 10 durch eine Bohrung einer zweiten Objektivlinse 18. Die zweite Objektivlinse 18 dient der Fokussierung des zweiten Teilchenstrahls auf die Probe 16. Hierzu weist die zweite Objektivlinse 18 eine Magnetlinse 19 und eine elektrostatische Linse 20 auf. Die Magnetlinse 19 ist mit einer zweiten Ringspule 21, einem inneren Polschuh 22 und einem äußeren Polschuh 23 versehen. Die elektrostatische Linse 20 weist ein Ende 24 des Strahlführungsrohrs 10 sowie eine Abschlusselektrode 25 auf. Das Ende 24 des Strahlführungsrohrs 10 und die Abschlusselektrode 25 bilden eine elektrostatische Verzögerungseinrichtung. Das Ende 24 des Strahlführungsrohrs 10 liegt gemeinsam mit dem Strahlführungsrohr 10 auf Anodenpotential, während die Abschlusselektrode 25 und die Probe 16 auf einem gegenüber dem Anodenpotential niedrigerem Potential liegen. Auf diese Weise können die Elektronen des zweiten Teilchenstrahls auf eine gewünschte Energie abgebremst werden, die für die Untersuchung der Probe 16 erforderlich ist. Die zweite Teilchenstrahlsäule 3 weist zudem Rastermittel 26 auf, durch die der zweite Teilchenstrahl abgelenkt und über die Probe 16 gerastert werden kann.
Zur Bildgebung werden mittels des im Strahlführungsrohr 10 angeordneten Detektors 15 Sekundärelektronen und/oder Rückstreuelektronen detektiert, die aufgrund der Wechselwirkung des zweiten Teilchenstrahls mit der Probe 16 entstehen. Die von dem Detektor 15 erzeugten Signale werden zur Bildgebung an eine Elektronikeinheit (nicht dargestellt) übermittelt.
Die Probe 16 ist auf einem Probenträger (nicht dargestellt) angeordnet, mit dem die Probe 16 in drei zueinander senkrecht angeordnete Achsen (nämlich einer x-Achse, einer y-Achse und einer z-Achse) beweglich angeordnet ist. Zudem kann der Probenträger um zwei zueinander senkrecht angeordnete Rotationsachsen gedreht werden. Somit ist es möglich, die Probe 16 in eine gewünschte Position zu bringen.
Wie oben bereits erwähnt, ist mit dem Bezugszeichen 2 die erste Teilchenstrahlsäule in Form der Ionenstrahlstrahlsäule gekennzeichnet. Die erste Teilchenstrahlsäule 2 weist einen ersten Strahlerzeuger 27 in Form einer Ionenquelle auf. Der erste Strahlerzeuger 27 dient der Erzeugung eines ersten Teilchenstrahls in Form eines Ionenstrahls. Ferner ist die erste Teilchenstrahlsäule 2 mit einer Extraktionselektrode 28 und einem Kollimator 29 versehen. Entlang der ersten optischen Achse 4 in Richtung der Probe 16 ist dem Kollimator 29 eine variable Blende 30 nachgeschaltet. Mittels einer ersten Objektivlinse 31 in Form von Fokussierlinsen wird der erste Teilchenstrahl auf die Probe 16 fokussiert. Rasterelektroden 32 sind vorgesehen, um den ersten Teilchenstrahl über die Probe 16 zu rastern.
Beim Auftreffen des ersten Teilchenstrahls auf die Probe 16 tritt der erste Teilchenstrahl mit dem Material der Probe 16 in Wechselwirkung. Dabei entstehen erste Wechselwirkungsteilchen, insbesondere Sekundärionen, die von der Probe 16 emittiert werden. Diese werden nun mit einer Teilchenanalysevorrichtung 1000 detektiert und ausgewertet.
3 zeigt die Teilchenanalysevorrichtung 1000 in einer schematischen Seitenansicht. Die Teilchenanalysevorrichtung 1000 weist eine Sammelvorrichtung in Form einer Absaugeinheit 1100, eine Vorrichtung zur Energieübertragung 1200, nämlich zur Übertragung von Energie der ersten Wechselwirkungsteilchen (beispielsweise die Sekundärionen) auf neutrale Gasteilchen, eine Ionenübertragungseinheit 1300 sowie eine Analyseeinheit 1400 auf. Die Ionenübertragungseinheit 1300 sowie die Analyseeinheit 1400 sind über ein Verbindungselement 1001 lösbar an der Probenkammer 49 angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, unterschiedliche Analyseeinheiten zu verwenden.
Nachfolgend wird nun auf die einzelnen Einheiten der Teilchenanalysevorrichtung 1000 näher eingegangen.
4 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung eines Bereichs nach 2, nämlich den Bereich der Probe 16. Dargestellt sind das im Bereich der Probe 16 angeordnete Ende der ersten Teilchenstrahlsäule 2 sowie die Absaugeinheit 1100. Die Sekundärionen werden nahezu in den vollständigen von der Probe 16 weggerichteten Halbraum emittiert und weisen eine nicht einheitliche kinetische Energie, also eine Verteilung der kinetischen Energie auf. Um eine ausreichende Anzahl der Sekundärionen auswerten zu können, ist es vorgesehen, Sekundärionen mittels der Absaugeinheit 1100 in die Teilchenanalysevorrichtung 1000 einzukoppeln. Die Absaugeinheit 1100 weist eine als ersten Hohlkörper gebildete erste Extraktorelektrode 1136 auf. Diese ist mit einer ersten Eintrittsöffnung 1139 und einem ersten Hohlraum 1135 versehen. In dem ersten Hohlraum 1135 ist eine als zweiter Hohlkörper gebildete zweite Extraktorelektrode 1137 angeordnet. Diese weist eine zweite Eintrittsöffnung 1140 und einen zweiten Hohlraum 1138 auf. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das im Bereich der Probe 16 angeordnete Ende der ersten Teilchenstrahlsäule 2 mit einer Steuerelektrode 41 versehen. Es ist vorgesehen, dass die Steuerelektrode 41 die erste Teilchenstrahlsäule 2 teilweise oder vollständig umschließt. Ferner ist die Steuerelektrode 41 in einer Ausnehmung 42 an einer Außenfläche 43 der ersten Teilchenstrahlsäule 2 angeordnet. Eine Außenfläche der Steuerelektrode 41 und die Außenfläche 43 der ersten Teilchenstrahlsäule 2 bilden eine durchgehende Fläche. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eine derartige Anordnung der Steuerelektrode 41 eingeschränkt ist. Vielmehr kann jede geeignete Anordnung der Steuerelektrode 41 verwendet werden. Beispielsweise kann die Steuerelektrode auf die Außenfläche 43 der ersten Teilchenstrahlsäule 2 aufgesetzt sein.
Wie oben genannt, ist die Darstellung der 4 als schematische Darstellung zu verstehen. Die einzelnen in 4 gezeigten Elemente sind zur besseren Darstellung übertrieben groß dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere der erste Hohlraum 1135 recht klein ausgebildet sein kann, so dass insbesondere der Abstand zwischen der zweiten Eintrittsöffnung 1140 und der ersten Eintrittsöffnung 1139 recht gering ausfällt (beispielsweise im Bereich von 1 mm bis 15 mm, insbesondere 10 mm).
Die erste Extraktorelektrode 1136 liegt auf einem ersten Extraktorpotential. Eine erste Extraktorspannung ist eine erste Potentialdifferenz zwischen dem ersten Extraktorpotential und dem Probenpotential. Als Probenpotential verwendet man bei diesem Ausführungsbeispiel das Erdpotential (0 V), wobei das Probenpotential nicht auf das Erdpotential eingeschränkt ist. Vielmehr kann es auch einen anderen Wert annehmen. Die erste Extraktorspannung und somit das erste Extraktorpotential sind mittels einer ersten Spannungsversorgungseinheit 1144 einstellbar.
Es ist vorgesehen, auch die zweite Extraktorelektrode 1137 auf ein Potential zu legen, nämlich auf ein zweites Extraktorpotential. Eine zweite Extraktorspannung ist eine zweite Potentialdifferenz zwischen dem zweiten Extraktorpotential und dem Probenpotential. Die zweite Extraktorspannung und somit das zweite Extraktorpotential sind mittels einer zweiten Spannungsversorgungseinheit 1148 einstellbar. Das erste Extraktorpotential und das zweite Extraktorpotential können gleich groß sein. Bei weiteren Ausführungsformen ist es vorgesehen, dass das erste Extraktorpotential und das zweite Extraktorpotential unterschiedlich groß sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass ein erster Endabschnitt 1141 der ersten Extraktorelektrode 1136 auf dem ersten Extraktorpotential liegt, hingegen liegt die restliche erste Extraktorelektrode 1136 auf einem hiervon unterschiedlichen Potential (beispielsweise dem Erdpotential). Auch kann es vorgesehen sein, dass ein zweiter Endabschnitt 1142 der zweiten Extraktorelektrode 1137 auf dem zweiten Extraktorpotential liegt, hingegen liegt die restliche zweite Extraktorelektrode 1137 auf einem hiervon unterschiedlichen Potential (beispielsweise dem Erdpotential).
Auch die Steuerelektrode 41 liegt auf einem Potential, nämlich dem Steuerelektrodenpotential. Eine Steuerelektrodenspannung ist eine dritte Potentialdifferenz zwischen dem Steuerelektrodenpotential und dem Probenpotential. Die Steuerelektrodenspannung und somit das Steuerelektrodenpotential sind mittels einer dritten Spannungsversorgungseinheit 46 einstellbar.
Etwas Ähnliches gilt für die Abschlusselektrode 25 der zweiten Teilchenstrahlsäule 3. Die Abschlusselektrode 25 liegt auf einem Potential, nämlich dem Abschlusselektrodenpotential. Eine Abschlusselektrodenspannung ist eine vierte Potentialdifferenz zwischen dem Abschlusselektrodenpotential und dem Probenpotential. Die Abschlusselektrodenspannung und somit das Abschlusselektrodenpotential sind mittels einer vierten Spannungsversorgungseinheit 47 einstellbar (vgl. 2).
Das Probenpotential, das erste Extraktorpotential, das zweite Extraktorpotential, das Steuerelektrodenpotential und/oder das Abschlusselektrodenpotential werden nun derart aufeinander abgestimmt, dass ein Absaugfeld bereitgestellt wird, das gewährleistet, dass eine ausreichende Menge von ersten Wechselwirkungsteilchen in Form von Sekundärionen durch die erste Eintrittsöffnung 1139 des ersten Hohlraums 1135 der ersten Extraktorelektrode 1136 und durch die zweite Eintrittsöffnung 1140 des zweiten Hohlraums 1138 der zweiten Extraktorelektrode 1137 treten.
Die Erzeugung der Sekundärionen mittels des Ionenstrahls erfolgt unter Hochvakuumbedingungen. Da – wie weiter unten noch näher erläutert wird – die Vorrichtung zur Energieübertragung 1200 unter Feinvakuum-Bedingungen betrieben wird, weisen die erste Extraktorelektrode 1136 und die zweite Extraktorelektrode 1137 jeweils die Funktion einer Druckstufe auf. Je größer die erste Eintrittsöffnung 1139 der ersten Extraktorelektrode 1136 ausgebildet ist, umso mehr Sekundärionen können in die Teilchenanalysevorrichtung 1000 eingekoppelt werden. Gleiches gilt für die zweite Eintrittsöffnung 1140 der zweiten Extraktorelektrode 1137. Durch eine recht große erste Eintrittsöffnung 1139 und/oder eine recht große zweite Eintrittsöffnung 1140 wird jedoch die Wirkung der als Druckstufen wirkenden ersten Extraktorelektrode 1136 und zweiten Extraktorelektrode 1137 verringert. Ferner wird auch das Absaugfeld verringert. Dies kann dadurch kompensiert werden, dass zusätzlich das Absaugfeld verstärkt wird. Dies kann jedoch dazu führen, dass den Sekundärionen zusätzliche kinetische Energie zugeführt wird.
Die zweite Extraktorelektrode 1137 dient ferner dazu, die Sekundärionen möglichst gut gebündelt in die nachgeschaltete Vorrichtung zur Energieübertragung 1200 eintreten zu lassen. Es hat sich gezeigt, dass eine fokussierende Wirkung der zweiten Extraktorelektrode 1137 um so stärker ist, je größer das zweite Extraktorpotential gewählt wird.
Wie oben bereits genannt, liegt das Probenpotential bei dieser Ausführungsform auf Erdpotential. Ferner ist es vorgesehen, dass das erste Extraktorpotential und/oder das zweite Extraktorpotential im Bereich von (–20) V bis (–500) V, dass das Steuerelektrodenpotential im Bereich von 200 V bis 800 V und/oder dass das Abschlusselektrodenpotential im Bereich von (0 V) bis (–120 V) liegen.
5A und 5B zeigen eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Energieübertragung 1200. Wie nachfolgend näher erläutert wird, dient sie auch dem Transport von Sekundärionen.
Die Vorrichtung zur Energieübertragung 1200 weist einen rohrförmigen Behälter 1201 auf, der ein erstes Behälterende 1207 und einen Bereich 1208 eines Segments (zweiundzwanzigstes Segment 1202V), das unten noch erläutert wird, aufweist. Entlang einer Transportachse in Form einer ersten Längsachse 1205 weist der rohrförmige Behälter 1201 eine Längsausdehnung auf, die im Bereich von 100 mm bis 500 mm oder im Bereich von 200 mm bis 400 mm liegt. Beispielsweise weist der rohrförmige Behälter 1201 eine Längsausdehnung von 350 mm auf.
Das erste Behälterende 1207 ist mit der Absaugeinheit 1100 verbunden. Hingegen ist der Bereich 1208 an der Ionenübertragungseinheit 1300 angeordnet.
Der rohrförmige Behälter 1201 weist einen ersten Innenraum 1206 auf. An einer Wand des ersten Innenraums 1206 ist eine flexible Leiterplatte angeordnet, welche entlang der ersten Längsachse 1205 des rohrförmigen Behälters 1201 in zahlreiche Segmente unterteilt ist, nämlich in ein erstes Segment 1202A, ein zweites Segment 1202B, ein drittes Segment 1202C, ein viertes Segment 1202D, ein fünftes Segment 1202E, ein sechstes Segment 1202F, ein siebtes Segment 1202G, ein achtes Segment 1202H, ein neuntes Segment 1202I, ein zehntes Segment 1202J, ein elftes Segment 1202K, ein zwölftes Segment 1202L, ein dreizehntes Segment 1202M, ein vierzehntes Segment 1202N, ein fünfzehntes Segment 1202O, ein sechzehntes Segment 1202P, ein siebzehntes Segment 1202Q, ein achtzehntes Segment 1202R, ein neunzehntes Segment 1202S, ein zwanzigstes Segment 1202T, ein einundzwanzigstes Segment 1202U und ein zweiundzwanzigstes Segment 1202V. Jedes der vorgenannten Segmente weist Leiterplattenelektroden 1203 auf, die auf der flexiblen Leiterplatte angeordnet sind. Das Material, aus dem die flexible Leiterplatte ausgebildet ist, ist nichtleitend ausgebildet. Zwischen zwei Leiterplattenelektroden 1203 ist jeweils ein Isolationselement 1204 angeordnet, das aus dem nichtleitenden Material ausgebildet ist. Beispielhaft ist das in 5B ersichtliche erste Segment 1202A in 5A in einer Schnittzeichnung dargestellt. Die Anordnung der Leiterplattenelektroden 1203 und der Isolationselemente 1204 erfolgt über den gesamten Umfang des ersten Innenraums 1206.
Jedes einzelne der vorgenannten Segmente 1202A bis 1202V stellt für sich eine Quadrupoleinheit dar, mit welcher ein Quadrupolwechselfeld elektrisch nachgebildet wird. Dies bedeutet, dass durch das Anlegen von Potentialen an die Leiterplattenelektroden 1203 der einzelnen vorgenannten Segmente 1202A bis 1202V jeweils ein Segment 1202A bis 1202V ein Quadrupolwechselfeld erzeugt. Dabei ist jedes der vorgenannten Segmente 1202A bis 1202V derart gestaltet, dass das Quadrupolwechselfeld eines jeden der vorgenannten Segmente 1202A bis 1202V identisch ausgebildet ist. 5C zeigt eine schematische Darstellung des Quadrupolwechselfeldes mit Äquipotentiallinien des ersten Segments 1202A.
Die Kontaktierung einzelner Elemente der flexiblen Leiterplatte erfolgt insbesondere über in der flexiblen Leiterplatte angeordnete, bereits vorhandene Leiterbahnen. Dies ist eine einfache Art der Verschaltung.
Bereits jetzt wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung einer einzelnen flexiblen Leiterplatte eingeschränkt ist. Vielmehr sieht die Erfindung auch die Verwendung mehrerer flexibler Leiterplatten vor. Beispielsweise können einzelne oder alle der vorgenannten Segmente 1202A bis 1202V aus jeweils einer flexiblen Leiterplatte gebildet sein.
Der erste Innenraum 1206 des rohrförmigen Behälters 1201 ist kreisförmig ausgebildet und weist einen Kernradius KR auf. Der Kernradius KR liegt beispielsweise im Bereich von 2 mm bis 50 mm, oder im Bereich von 8 mm bis 20 mm, oder im Bereich von 9 mm bis 12 mm. Beispielsweise beträgt der Kernradius KR 15 mm oder 10 mm oder 9 mm oder 8 mm.
Jedes einzelne der vorgenannten Segmente 1202A bis 1202V weist eine Längsausdehnung in Richtung der ersten Längsachse 1205 auf, wobei die Längsausdehnung in etwa dem Kernradius KR entsprechen kann. Wie oben genannt, sollte sich die Länge der Segmente an dem Kernradius orientieren. Durch die vorbeschriebene Anordnung der Leiterplattenelektroden 1203 lässt sich ein größerer Kernradius KR erzielen als bei bekannten Systemen aus dem Stand der Technik, welche Stabelektroden verwenden.
Der erste Innenraum 1206 des rohrförmigen Behälters 1201 ist mit einem Gas gefüllt, welches Gasteilchen aufweist. Der partielle Druck des Gases im ersten Innenraum 1206 ist mittels einer nicht dargestellten Zuführeinrichtung einstellbar.
Die in den ersten Innenraum 1206 des rohrförmigen Behälters 1201 von der Absaugeinheit 1100 eintretenden Sekundärionen übertragen einen Teil ihrer kinetischen Energie mittels Stöße auf die neutralen Gasteilchen. Hierdurch wird bei den Sekundärionen Energie abgebaut. Die Sekundärionen werden abgebremst. Um eine für den Energieabbau ausreichend hohe Stoßrate zu erzielen, herrscht im ersten Innenraum 1206 des rohrförmigen Behälters 1201 beispielsweise ein Feinvakuum im Bereich von 5 × 10^–3 mbar (5 × 10^–1 Pa). Je höher der partielle Druck des Gases im ersten Innenraum 1206 des rohrförmigen Behälters 1201 ist, um so größer ist die Stoßrate und demnach auch die Möglichkeit, Energie von den Sekundärionen auf die Gasteilchen zu übertragen. Nach Durchlaufen des rohrförmigen Behälters 1201 vom ersten Behälterende 1207 zum Bereich 1208 weisen die Sekundärionen in der Regel nur noch thermische Energie auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die von der Absaugeinheit 1100 in den ersten Innenraum 1206 des rohrförmigen Behälters 1201 eintretenden Sekundärionen auf die neutralen Gasteilchen treffen und fragmentiert werden, wodurch ebenfalls Energie der Sekundärionen abgebaut wird. Auch durch diesen Vorgang werden die Sekundärionen abgebremst.
Wie oben erwähnt, lässt sich die kinetische Energie der Sekundärionen zum einen in eine radiale Komponente und zum anderen in eine axiale Komponente unterteilen. Die radiale Komponente bewirkt ein Auseinanderlaufen der Sekundärionen radial zur ersten Längsachse 1205 des rohrförmigen Behälters 1201. Dieses Auseinanderlaufen wird mittels des Quadrupolwechselfeldes verringert. Das Quadrupolwechselfeld bewirkt, dass die Sekundärionen entlang der ersten Längsachse 1205 des rohrförmigen Behälters 1201 in einem kleinen Radius um die erste Längsachse 1205 gespeichert werden. Genauer gesagt, wird durch die Stöße der Sekundärionen mit den Gasteilchen und/oder durch die oben genannte Fragmentierung die radiale Komponente der kinetischen Energie verringert, so dass die bereits oben genannte Amplitude der Makroschwingung verringert wird und die Sekundärionen auf die erste Längsachse 1205 des rohrförmigen Behälters 1201 fokussiert werden.
Die axiale Komponente der kinetischen Energie sorgt dafür, dass die Sekundärionen den rohrförmigen Behälter 1201 entlang der ersten Längsachse 1205 des rohrförmigen Behälters 1201 in Richtung der Ionenübertragungseinheit 1300 durchlaufen. Durch die vorgenannten Stöße und/oder die vorgenannte Fragmentierung nimmt aber auch die axiale kinetische Energie ab, so dass die Energie einiger Sekundärionen nicht mehr ausreichend ist, den rohrförmigen Behälter 1201 vollständig zu durchlaufen. Daher ist jedes einzelne der vorgenannten Segmente 1202A bis 1202V mit einer zweiten elektronischen Schaltung 1209 (vgl. 5B) derart verschaltet, dass entlang der ersten Längsachse 1205 des rohrförmigen Behälters 1201 ein Gradient eines Führungspotentials bereitgestellt ist, wobei an jedem Punkt der ersten Längsachse 1205 ein dem Punkt zugeordnetes Führungspotential vorgesehen ist. Mittels des Gradienten des Führungspotentials werden die Sekundärionen in Richtung des Bereichs 1208 des rohrförmigen Behälters 1201 axial entlang der ersten Längsachse 1205 bewegt. Der Gradient des Führungspotentials ist derart ausgebildet, dass das Führungspotential in Richtung des Bereichs 1208 stetig abnimmt und im Bereich 1208 einen Potentialtopf 1210 aufweist. 6 zeigt den Verlauf des Führungspotentials 1212. Aufgetragen ist das Führungspotential 1212 in Abhängigkeit vom Ort entlang der ersten Längsachse 1205. An den Leiterplattenelektroden eines jeden der vorgenannten Segmente 1202A bis 1202V, die entlang der Transportachse (hier die erste Längsachse 1205) angeordnet sind, wird ein jeweils unterschiedliches zeitlich konstantes Potential angelegt. Dies ist durch den stufenartigen Verlauf der Segmentpotentiale 1211 in 6 dargestellt. Durch den stufenartigen Verlauf erhält man im Wesentlichen den Verlauf des Führungspotentials 1212. Das Führungspotential 1212 ist am ersten Behälterende 1207 des rohrförmigen Behälters 1201 am größten und nimmt in Richtung des Bereichs 1208 stetig ab. Im Bereich 1208 des rohrförmigen Behälters 1201 ist der Potentialtopf 1210 vorgesehen. Die Sekundärionen durchlaufen den rohrförmigen Behälter 1201 und übertragen dabei ihre Energie auf die Gasteilchen, bis sie im Potentialtopf 1210 liegen bleiben. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass der Potentialtopf 1210 auch an einer anderen Stelle vorgesehen sein kann. Beispielsweise ist der Potentialtopf 1210 bei einem weiteren Ausführungsbeispiel hinter dem Bereich 1208 im Bereich der Ionenübertragungseinheit 1300 angeordnet. Wesentlich ist nur, dass die Sekundärionen beim Durchlaufen des rohrförmigen Behälters 1201 ihre Energie übertragen und im Potentialtopf 1210 ruhen.
Die Amplitude der Makroschwingung kann durch eine ausreichend hohe Übertragung der Energie der Sekundärionen auf die Gasteilchen verringert werden. Die Amplitude der Mikroschwingung hingegen kann durch eine Erhöhung der Frequenz des Quadrupolwechselfeldes von jedem einzelnen der vorgenannten Segmente 1202A bis 1202V verringert werden. Hierdurch sinken jedoch die auf die Sekundärionen wirkenden Rückstellkräfte in dem rohrförmigen Behälter 1201, so dass eine höhere Amplitude des Quadrupolwechselfeldes benötigt wird, um die Sekundärionen im rohrförmigen Behälter 1201 sicher zu speichern.
7 zeigt den Bereich 1208, wobei die vorgenannten Segmente 1202A bis 1202V bei dieser Ausführungsform nicht direkt an der Innenwand des rohrförmigen Behälters 1201 angeordnet sind. Wie in 7 dargestellt, ist im Bereich 1208 eine erste Quadrupolscheibe 1301 angeordnet. Die erste Quadrupolscheibe 1301 ist multihyperbolisch ausgebildet. Dies bedeutet, dass sie mit einer Vielzahl von hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektroden versehen ist. Alternativ hierzu ist vorgesehen, die Leiterplattenelektroden halbkreisförmig auszubilden. Die erste Quadrupolscheibe 1301 ist scheibenförmig ausgebildet. Dabei versteht man hier unter einer scheibenförmigen Ausbildung, dass die hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektroden durch eine planare Struktur gebildet sind, die senkrecht zur Transportachse (in Form der ersten Längsache 1205 bzw. einer zweiten Längsachse 1307) ausgerichtet ist. Die erste Quadrupolscheibe 1301 weist entlang der Transportachse eine vorgebbare Ausdehnung auf. Nachfolgend wird das Vorstehende näher erläutert. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Quadrupolscheibe 1301 mit 12 hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektroden versehen. 8 zeigt eine Draufsicht auf die erste Quadrupolscheibe 1301. Die erste Quadrupolscheibe 1301 weist eine erste hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303A, eine zweite hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303B, eine dritte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303C, eine vierte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303D, eine fünfte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303E, eine sechste hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303F, eine siebte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303G, eine achte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303H, eine neunte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303I, eine zehnte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303J, eine elfte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303K und eine zwölfte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303L auf. Wie zuvor genannt, sind sämtliche vorgenannten Leiterplattenelektroden 1303A bis 1303L hyperbolisch. Dies bedeutet vorstehend und auch nachstehend, dass zwei sich gegenüberliegend angeordnete hyperbolisch ausgebildete Elektroden (hier die Leiterplattenelektroden 1303A bis 1303L), deren Scheitelpunkte zur Transportachse (hier die zweite Längsachse 1307) gleich beabstandet sind (beispielsweise die erste hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303A und die dritte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303C) die Hyperbelgleichung
erfüllen, wobei x und y kartesische Koordinaten sowie a und b Abstände der Scheitelpunkte der jeweiligen Elektroden zur Transportachse sind. Benachbarte Leiterplattenelektroden werden jeweils durch eine isolierende Schicht 1304 voneinander getrennt, wobei dies in 8 beispielhaft für die zweite hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303B, für die sechste hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303F und für die zehnte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303J dargestellt ist. Identisches gilt aber auch für jede der weiteren vorgenannten Leiterplattenelektroden 1303A, 1303E, 1303I, 1303C, 1303G, 1303K, 1303D, 1303H sowie 1303L. Ferner sind benachbarte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektroden beispielsweise mittels kapazitiver Spannungsteiler (nicht dargestellt) derart angesteuert, dass ein Quadrupolwechselfeld bereitgestellt wird. Die Erfindung ist aber auf die Verwendung von kapazitiven Spannungsteilern nicht eingeschränkt. Vielmehr ist jede geeignete Ansteuerung verwendbar, beispielsweise mittels jeweils eines Netzgeräts für jede der vorgenannten hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektroden 1303A bis 1303L.
Die erste Quadrupolscheibe 1301 weist eine erste Durchgangsöffnung 1302 auf, welche durch einen Scheitelpunkt der ersten hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektrode 1303A, einen Scheitelpunkt der zweiten hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektrode 1303B, einen Scheitelpunkt der dritten hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektrode 1303C sowie einen Scheitelpunkt der vierten hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektrode 1303D begrenzt wird. Die Ausbildung der ersten Quadrupolscheibe 1301 mittels einer Leiterplatte ist insbesondere wegen einer einfachen Herstellung von Vorteil. So ist die erste Durchgangsöffnung 1302 mit nur geringem Aufwand herstellbar, beispielsweise durch Ausfräsen der Leiterplatte. Die erste Durchgangsöffnung 1302 weist eine Ausdehnung in radialer Richtung zu der sich zur ersten Längsachse 1205 des rohrförmigen Behälters 1201 fortsetzenden Transportachse in Form der zweiten Längsachse 1307 der ersten Durchgangsöffnung 1302 auf. Die Ausdehnung ist dabei der Abstand von zwei der vorgenannten Scheitelpunkte, welche sich gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Ausdehnung in mindestens einem der folgenden Bereiche liegt: von 0,2 mm bis 10 mm, von 0,2 mm bis 5 mm, oder von 0,2 mm bis 1 mm.
Die erste hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303A, die zweite hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303B, die dritte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303C sowie die vierte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303D sind von der zweiten Längsachse 1307 der ersten Durchgangsöffnung 1302 identisch radial beabstandet und weisen jeweils einen ersten radialen Abstand zur zweiten Längsachse 1307 der ersten Durchgangsöffnung 1302 auf, wobei vorstehend und auch nachfolgend der radiale Abstand durch die Entfernung des zur zweiten Längsachse 1307 am nächsten angeordneten Scheitelpunkt einer jeweiligen hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektrode zur zweiten Längsachse 1307 der ersten Durchgangsöffnung 1302 gegeben ist. Ferner sind die fünfte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303E, die sechste hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303F, die siebte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303G sowie die achte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303H von der zweiten Längsachse 1307 der ersten Durchgangsöffnung 1302 identisch radial beabstandet und weisen jeweils einen zweiten radialen Abstand zur zweiten Längsachse 1307 der ersten Durchgangsöffnung 1302 auf. Ferner sind die neunte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303I, die zehnte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303J, die elfte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303K sowie die zwölfte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303L von der zweiten Längsachse 1307 der ersten Durchgangsöffnung 1302 identisch radial beabstandet und weisen jeweils einen dritten radialen Abstand zur zweiten Längsachse 1307 der ersten Durchgangsöffnung 1302 auf. Der erste radiale Abstand ist kleiner als der zweite radiale Abstand. Der zweite radiale Abstand ist wiederum kleiner als der dritte radiale Abstand.
9 zeigt eine Schnittdarstellung der ersten Quadrupolscheibe 1301 entlang der Linie A-A gemäß 8. Dargestellt sind schematisch die erste hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303A sowie die dritte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode 1303C. Die erste Quadrupolscheibe 1301 weist eine erste Außenfläche 1305 und eine zweite Außenfläche 1306 auf. Die erste Außenfläche 1305 und die zweite Außenfläche 1306 sind derart voneinander beabstandet, dass ein Abstand A1 zwischen der ersten Außenfläche 1305 und der zweiten Außenfläche 1306 in einem der nachfolgend genannten Bereiche liegt: von 1 mm bis 50 mm, von 1 mm bis 40 mm, von 1 mm bis 30 mm, von 1 mm bis 20 mm, oder von 1 mm bis 5 mm. Auch wenn dies nicht explizit dargestellt ist, so ist jede der vorgenannten hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektroden 1303A bis 1303L in der Ebene angeordnet, welche durch die erste Außenfläche 1305 gebildet ist, und jede kann sich von der ersten Außenfläche 1305 bis zur zweiten Außenfläche 1306 erstrecken.
Wie aus der 7 ersichtlich, sind der ersten Quadrupolscheibe 1301 eine erste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308A und eine zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B nachgeschaltet. Dabei versteht man hier unter einer scheibenförmigen Ausbildung einer jeden vorgenannten und auch noch weiter unten genannten Quadrupoleinrichtung, dass die noch nachfolgend erläuterten Elektrodeneinrichtungen durch eine planare Struktur gebildet sind, die senkrecht zur Transportachse (hier die zweite Längsachse 1307) ausgerichtet ist. Die erste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308A und die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B weisen bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils vier hyperbolisch ausgebildete Elektrodeneinrichtungen auf, die jeweils ein Quadrupolwechselfeld zur Verfügung stellen. Alternativ hierzu sind die Elektrodeneinrichtungen halbkreisförmig ausgebildet. In Höhe der ersten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308A und der zweiten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1303B ist ein Gaseinlass 1309 angeordnet, durch welchen das Gas einströmt, um anschließend mit den Sekundärionen wechselzuwirken, wie bereits oben erläutert. Sowohl die erste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308A als auch die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B weisen eine Durchgangsöffnung auf, welche der ersten Durchgangsöffnung 1302 entspricht.
Ein erster Zwischenraum 1310 zwischen der ersten Quadrupolscheibe 1301 und der ersten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308A sowie ein zweiter Zwischenraum 1311 zwischen der ersten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308A und der zweiten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308B sind nicht abgedichtet, so dass das Gas sich verteilen kann, insbesondere in den Bereich mit den vorgenannten Segmenten 1202A bis 1202V.
Die erste Quadrupolscheibe 1301, die erste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308A und die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B sind zum einen Teile der Vorrichtung zur Energieübertragung 1200. Dies bedeutet, dass auch im Bereich der ersten Quadrupolscheibe 1301, der ersten scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308A und der zweiten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308B eine Übertragung von Energie der Sekundärionen auf neutrale Gasteilchen erfolgen kann. Zum anderen gehören die erste Quadrupolscheibe 1301, die erste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308A und die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B aber auch zur Ionenübertragungseinheit 1300, was weiter unten noch näher erläutert wird.
Die erste Quadrupolscheibe 1301 weist zumindest zwei Funktionen auf. Zum einen kann die erste Quadrupolscheibe 1301 auf ein geeignetes Potential gelegt werden (nachfolgend Spiegelpotential genannt). Hierdurch ist es möglich, dass Sekundärionen, welche noch nicht auf thermische Energie abgebremst wurden, von der ersten Quadrupolscheibe 1301 zurück in den rohrförmigen Behälter 1201 reflektiert werden, so dass sie den rohrförmigen Behälter 1201 nochmals durchlaufen. Hierdurch kommt es im rohrförmigen Behälter 1201 erneut zu Stößen mit den Gasteilchen, so dass diese reflektierten Sekundärionen weiter Energie an die neutralen Gasteilchen übertragen. Aufgrund des oben genannten Führungspotentials ist sichergestellt, dass diese Sekundärionen wieder in Richtung des Bereichs 1208 transportiert werden. Das Spiegelpotential wird abgeschaltet, sobald die Sekundärionen auf thermische Energie gebracht wurden.
Zum anderen dient die erste Quadrupolscheibe 1301 der Fokussierung von Sekundärionen auf die zweite Längsachse 1307. Mittels eines Potentialpulses ist es möglich, die sich in dem vorgenannten Potentialtopf 1210 des Führungspotentials befindenden Sekundärionen in die erste Durchgangsöffnung 1302 zu heben. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der vorgenannte Potentialtopf 1210 im Bereich der ersten Quadrupolscheibe 1301, der ersten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308A oder der zweiten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308B ausgebildet.
Die erste Quadrupolscheibe 1301 gewährleistet, dass ein die Sekundärionen speicherndes Quadrupolwechselfeld derart zur Verfügung gestellt wird, dass die Sekundärionen radial im Bereich der zweiten Längsachse 1307 fokussiert werden. Beispielsweise werden die Sekundärionen innerhalb eines geringen Radius von beispielsweise im Bereich von 0,2 mm bis 5 mm um die zweite Längsachse 1307 fokussiert. Dies entspricht in etwa der radialen Ausdehnung der ersten Durchgangsöffnung 1302. Mit der ersten Quadrupolscheibe 1301 ist es demnach möglich, einen Übergang eines ersten Führungssystems für Sekundärionen mit einem recht großen Kernradius (bei diesem Ausführungsbeispiel der rohrförmige Behälter 1201 mit einem Kernradius von beispielsweise im Bereich von 5 mm bis 15 mm) zu einem zweiten Führungssystem (wird weiter unten noch näher erläutert) mit einem vergleichsweise kleinen Kernradius (beispielsweise im Bereich von 0,1 mm bis 5 mm) zu schaffen, ohne dass Sekundärionen ungewollt an der ersten Quadrupolscheibe 1301 zurück in den rohrförmigen Behälter 1201 reflektiert oder an der ersten Quadrupolscheibe 1301 neutralisiert werden. Darüber hinaus wird bei der ersten Quadrupolscheibe 1301 vermieden, dass axiale Komponenten der kinetischen Energie der Sekundärionen in radiale Komponenten der kinetischen Energie der Sekundärionen umgewandelt werden.
Um einen Verlust von Sekundärionen durch ein Auftreffen der Sekundärionen auf eine der vorgenannten hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektroden 1303A bis 1303D der ersten Quadrupolscheibe 1301 zu vermeiden, sollte eine Gesamtschwingungsamplitude, welche die Summe aus der Amplitude der Makroschwingung und der Amplitude der Mikroschwingung ist, kleiner bleiben, als der Radius der ersten Durchgangsöffnung 1302. Wenn dies nicht zutrifft, dann wird die erste Quadrupolscheibe 1301 mit dem Spiegelpotential beaufschlagt, so dass die Sekundärionen erneut den rohrförmigen Behälter 1201 durchlaufen, bis sie auf thermische Energie gebracht wurden, wie oben erläutert. Die erste Durchgangsöffnung 1302 ist derart geschaffen, dass Sekundärionen mit thermischer Energie durch die erste Durchgangsöffnung 1302 treten können, ohne auf eine der vorgenannten hyperbolisch ausgebildeten Leiterplattenelektroden 1303A bis 1303D der ersten Quadrupolscheibe 1301 zu treffen.
Wie oben bereits erwähnt, kann der Potentialtopf 1210 der 6 auch an einer anderen Stelle vorgesehen sein. Beispielsweise ist der Potentialtopf 1210 bei einem weiteren Ausführungsbeispiel hinter dem Bereich 1208 im Bereich der Ionenübertragungseinheit 1300 angeordnet. Beispielsweise ist der Potentialtopf 1210 im Bereich der ersten Quadrupolscheibe 1301, der ersten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308A oder der zweiten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308B ausgebildet. In diesem Fall ist es beispielsweise vorgesehen, dass die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B mit einem Abschlusspotential versehen ist, welches der Erzeugung einer Potentialwand dient. Diese Potentialwand ist beispielsweise Teil des Potentialtopfs 1210.
Wie aus 7 ersichtlich ist, schließt sich an die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B eine zweite Quadrupolscheibe 1312 an, die im Wesentlichen identisch zur ersten Quadrupolscheibe 1301 aufgebaut ist. Dieser Aufbau ist aber nicht zwingend notwendig. Vielmehr sehen weitere Ausführungsformen vor, dass die zweite Quadrupolscheibe 1312 beispielsweise wie die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrchtung 1308B ausgebildet ist. Die zweite Quadrupolscheibe 1312 dient der Fokussierung der Sekundärionen auf die zweite Längsachse 1307, welche sich durch eine zweite Durchgangsöffnung 1321 der zweiten Quadrupolscheibe 1312 erstreckt. Die zweite Durchgangsöffnung 1321 ist kleiner als die erste Durchgangsöffnung 1302 ausgebildet. Beispielsweise liegt die Ausdehnung der zweiten Durchgangsöffnung 1321 im Bereich von 0,4 mm bis 2 mm.
Wie oben erwähnt, kann die Amplitude der Makroschwingung durch eine ausreichend hohe Übertragung der Energie der Sekundärionen auf die Gasteilchen verringert werden. Die Amplitude der Mikroschwingung hingegen kann durch eine Erhöhung der Frequenz des Quadrupolwechselfeldes verringert werden. Hierdurch sinken jedoch die auf die Sekundärionen wirkenden Rückstellkräfte, so dass eine höhere Amplitude des Quadrupolwechselfeldes benötigt wird, um die Sekundärionen sicher zu speichern. Um den Frequenzsprung zwischen den einzelnen Kernradien gering zu halten, ist es von Vorteil, eine Reduzierung des Kernradius in zwei Stufen durchzuführen (nämlich zum einen mit der ersten Quadrupolscheibe 1301 und zum anderen mit der zweiten Quadrupolscheibe 1312).
An die zweite Quadrupolscheibe 1312 schließen sich entlang der zweiten Längsachse 1307 eine dritte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313A, eine vierte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313B, eine fünfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313C, eine sechste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313D, eine siebte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313E, eine achte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313F und eine neunte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313G an. Jede der vorgenannten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtungen 1313A bis 1313G weist jeweils eine Durchgangsöffnung auf, welche identisch zur zweiten Durchgangsöffnung 1321 ausgebildet ist.
Die dritte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313A, die vierte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313B, die fünfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313C, die sechste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313D, die siebte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313E, die achte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313F sowie die neunte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313G weisen jeweils eine erste Elektrodeneinrichtung, eine zweite Elektrodeneinrichtung, eine dritte Elektrodeneinrichtung und eine vierte Elektrodeneinrichtung auf. Jede der ersten Elektrodeneinrichtung, der zweiten Elektrodeneinrichtung, der dritten Elektrodeneinrichtung und der vierten Elektrodeneinrichtung ist hyperbolisch ausgebildet. Jede der vorgenannten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtungen 1313A bis 1313G erzeugt mittels der ihr zugehörigen Elektrodeneinrichtungen ein Quadrupolwechselfeld.
Die erste Quadrupolscheibe 1301, die zweite Quadrupolscheibe 1312, die erste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308A, die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B sowie die dritte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313A bis neunte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313G sind Teile der Ionenübertragungseinheit 1300, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird. Ferner sind die zweite Quadrupolscheibe 1312 sowie die dritte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313A bis neunte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313G zusätzlich aber auch Teile einer Druckstufe, die nachfolgend nun erläutert wird.
Im Bereich der ersten Quadrupolscheibe 1301, der ersten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308A, der zweiten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308B sowie der zweiten Quadrupolscheibe 1312 herrscht noch ein ausreichend hoher Gasdruck, so dass die Sekundärionen durch Stöße Energie auf neutrale Gasteilchen übertragen können.
Die zweite Quadrupolscheibe 1312, die dritte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313A und die vierte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313B bilden ein abgedichtetes System. Hierzu sind ein dritter Zwischenraum 1314 zwischen der zweiten Quadrupolscheibe 1312 und der dritten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313A sowie ein vierter Zwischenraum 1315 zwischen der dritten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313A und der vierten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313B mittels Dichtungen abgedichtet. Die Ausbildung der Dichtungen ist beliebig. Beispielsweise sind die Dichtungen als O-Ringe und/oder elektrisch isolierend ausgebildet. Ferner ist es beispielsweise vorgesehen, einen freien Innendurchmesser der Dichtungen größer auszubilden als die Ausdehnung der zweiten Durchgangsöffnung 1321, um Aufladungen zu vermeiden.
Die siebte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313E, die achte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313F sowie die neunte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313G bilden ebenfalls ein abgedichtetes System. Hierzu sind ein achter Zwischenraum 1319 zwischen der siebten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313E und der achten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313F sowie ein neunter Zwischenraum 1320 zwischen der achten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313F und der neunten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313G mittels Dichtungen abgedichtet. Auch hier gilt hinsichtlich der Dichtungen das Vorstehende.
Zwischen der vierten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313B und der fünften scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313C ist ein fünfter Zwischenraum 1316 angeordnet, der als Abpumpkanal ausgebildet ist. Ferner ist zwischen der fünften scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313C und der sechsten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313D ein sechster Zwischenraum 1317 angeordnet, der ebenfalls als ein Abpumpkanal ausgebildet ist. Auch zwischen der sechsten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313D und der siebten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313E ist ein siebter Zwischenraum 1318 angeordnet, der als Abpumpkanal ausgebildet ist. Die vorgenannten Abpumpkanäle sind über Kanäle 1329 mit einer Pumpeinheit (nicht dargestellt) verbunden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Gasteilchen aus dem rohrförmigen Behälter 1201 in die Ionenübertragungseinheit 1300 eindringen. Die Gasteilchen werden dann mittels der Pumpeinheit über die vorgenannten Abpumpkanäle derart entfernt, dass diese im Wesentlichen nicht in die Analyseeinheit 1400 gelangen können.
Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass jede der vorgenannten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtungen 1313A bis 1313G jeweils aus einer Leiterplatte gebildet ist.
Die zweite Durchgangsöffnung 1321 weist eine Ausdehnung auf, welche in einem der folgenden Bereiche liegt: von 0,4 mm bis 10 mm, von 0,4 mm bis 5 mm oder von 0,4 mm bis 2 mm.
Die Aufteilung einer Druckstufe durch die vorbeschriebene Anordnung der zweiten Quadrupolscheibe 1312 sowie der vorgenannten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtungen 1313A bis 1313G zur Bereitstellung von Quadrupolwechselfeldern gewährleistet es, dass zum einen eine Fokussierung der Sekundärionen in einem kleinen Bereich um die zweite Längsachse 1307 ermöglicht wird und zum anderen gute Druckstufeneigenschaften erzielt werden. Die Druckstufe erstreckt sich im Wesentlichen auf einen großen Teil der Ionenübertragungseinheit 1300.
Sämtliche Elemente der Ionenübertragungseinheit 1300 weisen noch eine weitere Funktion auf, die nachfolgend beschrieben ist.
10 zeigt erneut eine schematische geschnittene Darstellung der beschriebenen Elemente der Ionenübertragungseinheit 1300. Sowohl die erste Quadrupolscheibe 1301, die zweite Quadrupolscheibe 1312 als auch jede der scheibenförmigen Quadrupoleinrichtungen 1308A, 1308B sowie 1313A bis 1313G sind mittels einer elektronischen Schaltung 1324 jeweils mit einem individuellen Potential versehen. So sind die erste Quadrupolscheibe 1301 mit einem ersten Potential, die zweite Quadrupolscheibe 1312 mit einem zweiten Potential, die erste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308A mit einem dritten Potential, die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B mit einem vierten Potential, die dritte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313A mit einem fünften Potential, die vierte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313B mit einem sechsten Potential, die fünfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313C mit einem siebten Potential, die sechste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313D mit einem achten Potential, die siebte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313E mit einem neunten Potential, die achte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313F mit einem zehnten Potential sowie die neunte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313G mit einem elften Potential versehen. Das erste Potential bis elfte Potential können einzeln jeweils eingestellt werden.
Die in der Ionenübertragungseinheit 1300 bereitgestellten Quadrupolwechselfelder sowie die vorgenannten, individuell einstellbaren ersten bis elften Potentiale ermöglichen es, dass die auf eine thermische Energie abgebremsten Sekundärionen in die Analyseeinheit 1400 transportiert werden können, ohne dass den Sekundärionen signifikant kinetische Energie zugeführt wird. Hierzu werden die zusätzlich zu den einzelnen Quadrupolwechselfeldern bereitgestellten, einstellbaren ersten bis elften Potentiale derart eingestellt, dass Potentialtöpfe entstehen. Dieses und der Transport werden nun anhand von mehreren Ausführungsbeispielen erläutert.
11 zeigt zunächst in einer schematischen Darstellung die erste Quadrupolscheibe 1301, die zweite Quadrupolscheibe 1312 sowie die scheibenförmigen Quadrupoleinrichtungen 1308A, 1308B sowie 1313A bis 1313G. Ferner sind weitere scheibenförmige Quadrupoleinrichtungen vorgesehen, nämlich eine zehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313H, eine elfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313I, eine zwölfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313J, eine dreizehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313K sowie eine vierzehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313L. Auch die vorgenannten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtungen 1313H bis 1313L sind mittels einer elektronischen Schaltung, beispielsweise die elektronische Schaltung 1324, jeweils mit einem individuellen Potential versehen. So sind die zehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313H mit einem zwölften Potential, die elfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313I mit einem dreizehnten Potential, die zwölfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313J mit einem vierzehnten Potential, die dreizehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313K mit einem fünfzehnten Potential und die vierzehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313L mit einem sechzehnten Potential versehen. Das zwölfte Potential bis sechzehnte Potential können einzeln jeweils eingestellt werden. Dieses soll verdeutlichen, dass die Ionenübertragungseinheit 1300 durchaus mehr oder auch weniger als die in der 7 dargestellten Einheiten aufweisen kann. An die vierzehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313L schließt sich dann die Analyseeinheit 1400 an, die beispielsweise lösbar an der Ionenübertragungseinheit 1300 angeordnet ist. Die Funktionsweise aller Ausführungsformen ist aber immer dieselbe, wie nun nachfolgend erläutert wird.
Wie oben erläutert können das erste bis sechzehnte Potential einzeln jeweils eingestellt werden. Hierzu werden die entsprechenden Potentiale jeweils an die einzelnen entsprechenden Quadrupolscheiben 1301, 1312 und scheibenförmigen Quadrupoleinrichtungen 1308A, 1308B sowie 1313A bis 1313L angelegt. Die Einstellung erfolgt beispielsweise derart, dass das erste bis sechzehnte Potential unterschiedlich zueinander sind. Auch erfolgt die Einstellung beispielsweise durch Ausnutzung von Aufladevorgängen bei der Umschaltung von einem ersten Potentialwert auf einen zweiten Potentialwert. Durch die Einstellung ist es möglich, in der Ionenübertragungseinheit 1300 einen bestimmen Potentialverlauf zu erzielen. Die 11a bis 11h zeigen den zeitlichen Verlauf des sich aus dem ersten bis sechzehnten Potential zusammensetzenden Gesamtpotentials in der Ionenübertragungseinheit 1300, wobei 11a die zeitlich früheste Momentaufnahme des Gesamtpotentials und 11 h die zeitlich späteste Momentaufnahme des Gesamtpotentials ist. Aufgetragen ist das Potential in Abhängigkeit des Ortes auf der zweiten Längsachse 1307. Mit dem Bezugszeichen 1325 ist ein stufenartiger Potentialverlauf gekennzeichnet, der bei Betrachtung eines Moments des Verlaufs des Gesamtpotentials zustande kommt. Mit dem Bezugszeichen 1326 ist der ideale Potentialverlauf gekennzeichnet. Das erste bis sechzehnte Potential sind jeweils derart geschaltet, dass der dargestellte Verlauf des Gesamtpotentials erzielt wird. Das Maximum des Gesamtpotentials liegt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich von wenigen Volt, beispielsweise 2 V bis 3 V. In der 11a wird zunächst ein Potentialtopf zur Verfügung gestellt, wobei eine linke Flanke 1327 des Potentialtopfs derart ausgestaltet ist, dass die Sekundärionen, welche nur noch thermische Energie aufweisen, aus dem Bereich der ersten Quadrupolscheibe 1301 in den Potentialtopf fallen können. Eine rechte Flanke 1328, welche im Bereich der elften scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313I und der zwölften scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313J bereitgestellt wird, ist derart steil ausgebildet, dass die Sekundärionen den Potentialtopf an der rechten Flanke 1328 nicht mehr verlassen können. Auch die linke Flanke 1327 ist derart ausgebildet, dass die Sekundärionen den Potentialtopf nicht mehr verlassen können, wobei in diesem Bereich noch ein ausreichend hoher Gasdruck herrscht, so dass die Sekundärionen durch Stöße Energie auf neutrale Gasteilchen übertragen können. Dies stellt sicher, dass die Sekundärionen den Potentialtopf nicht mehr verfassen können. Der Zustand der 11a wird nun eine vorgegebene Zeit (beispielsweise im Bereich von einigen Millisekunden) beibehalten. In dieser vorgegebenen Zeit (Akkumulationszeit) werden die Sekundärionen im Potentialtopf gesammelt (Akkumulation der Sekundärionen). Das erste bis sechzehnte Potential werden nun derart geschaltet, dass die linke Flanke 1327 auf die rechte Flanke 1328 zuwandert (11b bis 11h). Der Potentialtopf wird hierdurch immer schmaler. Die Sekundärionen werden durch diese Bewegung der linken Flanke 1327 gezwungen, ebenfalls in Richtung der rechten Flanke 1328 sich zu bewegen. Auf diese Weise werden die Sekundärionen in der Ionenübertragungseinheit 1300 transportiert. Die Schaltung des ersten bis sechzehnten Potentials erfolgt nun derart, dass die linke Flanke 1327 und die rechte Flanke 1328 derart entlang der zweiten Längsachse 1307 bewegt werden, dass die Sekundärionen sich in dem Potentialtopf bis kurz vor die Analyseeinheit 1400 bewegen.
12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wie die Sekundärionen in der Ionenübertragungseinheit 1300 transportiert werden. 12 beruht auf der 11, so dass zunächst auf alle obigen Ausführungen verwiesen wird. Die 12a bis 12h zeigen den zeitlichen Verlauf des sich aus dem ersten bis sechzehnten Potential zusammensetzenden Gesamtpotentials in der Ionenübertragungseinheit 1300, wobei 12a die zeitlich früheste Momentaufnahme des Gesamtpotentials und 12h die zeitlich späteste Momentaufnahme des Gesamtpotentials ist. Das Maximum des Gesamtpotentials liegt auch hier im Bereich von wenigen Volt, beispielsweise 2 V bis 3 V. In der 12a wird zunächst ein Potentialtopf zur Verfügung gestellt, wobei die linke Flanke 1327 des Potentialtopfs derart ausgestaltet ist, dass die Sekundärionen, welche nur noch thermische Energie aufweisen, aus dem Bereich der ersten Quadrupolscheibe 1301 in den Potentialtopf fallen können. Die rechte Flanke 1328, welche im Bereich der dritten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313A und der vierten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313B bereitgestellt wird, ist derart steil ausgebildet, dass die Sekundärionen den Potentialtopf an der rechten Flanke 1328 nicht mehr verlassen können. Auch die linke Flanke 1327 ist derart ausgebildet, dass die Sekundärionen den Potentialtopf nicht mehr verlassen können, wobei in diesem Bereich noch ein ausreichend hoher Gasdruck herrscht, so dass die Sekundärionen durch Stöße Energie auf neutrale Gasteilchen übertragen können. Dies stellt sicher, dass die Sekundärionen den Potentialtopf nicht mehr verlassen können. Im Unterschied zur 11a ist der in 12a dargestellte Potentialtopf deutlich schmaler ausgebildet. Der Zustand der 12a wird nun eine vorgegebene Zeit (beispielsweise im Bereich von einigen Millisekunden) beibehalten. In dieser vorgegebenen Zeit (Akkumulationszeit) werden die Sekundärionen im Potentialtopf gesammelt (Akkumulation der Sekundärionen). Das erste bis sechzehnte Potential werden nun derart geschaltet, dass die linke Flanke 1327 und die rechte Flanke 1328 sich entlang der zweiten Längsachse 1307 bewegen (12b bis 12h). Somit bewegt sich auch der Potentialtopf, in dem sich die Sekundärionen befinden. Die Sekundärionen werden durch diese Bewegung der linken Flanke 1327 und der rechten Flanke 1328 gezwungen, sich in Richtung der Analyseeinheit 1400 zu bewegen. Auf diese Weise werden die Sekundärionen in der Ionenübertragungseinheit 1300 transportiert. Die Bewegung der linken Flanke 1327 und der rechten Flanke 1328 erfolgt solange, bis die Sekundärionen sich kurz vor der Analyseeinheit 1400 befinden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass Einheiten der Ionenübertragungseinheit 1300 parallel verschaltet sind, was in 13 schematisch wiedergegeben ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die erste Quadrupolscheibe 1301, die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B, die dritte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313A, die fünfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313C, die siebte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313E sowie die neunte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313G parallel verschaltet. Ferner sind die erste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308A, die zweite Quadrupolscheibe 1312, die vierte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313B, die sechste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313D sowie die achte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313F parallel verschaltet.
Es wird explizit darauf hingewiesen, dass andere Parallelverschaltungen, insbesondere von Quadrupoleinrichtungen mit einem recht großen Abstand zueinander, bei anderen Ausführungsformen vorgesehen sind.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel hinsichtlich einer Parallelverschaltung ist in 14 dargestellt. 14 beruht auf der 11, so dass zunächst auf alle obigen Ausführungen verwiesen wird. Die 14a bis 14h zeigen den zeitlichen Verlauf des sich aus dem ersten bis sechzehnten Potential zusammensetzenden Gesamtpotentials in der Ionenübertragungseinheit 1300, wobei 14a die zeitlich früheste Momentaufnahme des Gesamtpotentials und 14h die zeitlich späteste Momentaufnahme des Gesamtpotentials ist. Das Maximum des Gesamtpotentials liegt auch hier im Bereich von wenigen Volt, beispielsweise 2 V bis 3 V. Bei dem in 14 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die folgenden Einheiten parallel verschaltet: Die erste Quadrupolscheibe 1301 und die siebte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313E, die erste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308A und die achte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313F, die zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1308B und die neunte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313G, die zweite Quadrupolscheibe 1312 und die zehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313H, die dritte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313A und die elfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313I, die vierte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313B und die zwölfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313J, die fünfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313C und die dreizehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313K sowie die sechste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313D und die vierzehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung 1313L. In der 14a werden zunächst ein erster Potentialtopf und ein zweiter Potentialtopf zur Verfügung gestellt. Der erste Potentialtopf weist eine erste linke Flanke 1327A und eine erste rechte Flanke 1328A auf. Der zweite Potentialtopf weist eine zweite linke Flanke 1327B und eine zweite rechte Flanke 1328B auf. Die erste linke Flanke 1327A des ersten Potentialtopfs ist derart ausgestaltet, dass die Sekundärionen, welche nur noch thermische Energie aufweisen, aus dem Bereich der ersten Quadrupolscheibe 1301 in den ersten Potentialtopf fallen können. Die erste rechte Flanke 1328A, welche im Bereich der vierten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313B und der fünften scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1313C bereitgestellt wird, ist derart steil ausgebildet, dass die Sekundärionen den ersten Potentialtopf an der ersten rechten Flanke 1328A nicht mehr verlassen können. Auch die erste linke Flanke 1327A ist derart ausgebildet, dass die Sekundärionen den ersten Potentialtopf nicht mehr verlassen können, wobei in diesem Bereich noch ein ausreichend hoher Gasdruck herrscht, so dass die Sekundärionen durch Stöße Energie auf neutrale Gasteilchen übertragen können. Dies stellt sicher, dass die Sekundärionen den Potentialtopf nicht mehr verlassen können. Der Zustand der 14a wird nun eine vorgegebene Zeit (beispielsweise im Bereich von einigen Millisekunden) beibehalten. In dieser vorgegebenen Zeit (Akkumulationszeit) werden die Sekundärionen im ersten Potentialtopf gesammelt (Akkumulation der Sekundärionen). Das erste bis sechzehnte Potential werden nun derart geschaltet, dass sich zum einen die erste linke Flanke 1327A und die erste rechte Flanke 1328A und zum anderen die zweite linke Flanke 1327B und die zweite rechte Flanke 1328B sich entlang der zweiten Längsachse 1307 bewegen (14b bis 14h). Somit bewegen sich sowohl der erste Potentialtopf als auch der zweite Potentialtopf. Die Sekundärionen werden durch diese Bewegung der ersten linken Flanke 1327A und der ersten rechten Flanke 1328A gezwungen, sich in Richtung der Analyseeinheit 1400 zu bewegen. Auf diese Weise werden die Sekundärionen in der Ionenübertragungseinheit 1300 transportiert. Die Bewegung der ersten linken Flanke 1327A und der ersten rechten Flanke 1328A erfolgt solange, bis die Sekundärionen sich kurz vor der Analyseeinheit 1400 befinden. Bei dem in 14 dargestellten Ausführungsbeispiel werden immer wieder neue Potentialtöpfe generiert. So ist in den 14d bis 14h zu erkennen, dass ein dritter Potentialtopf mit einer dritten linken Flanke 1327C und einer dritten rechten Flanke 1328C entsteht. In diesen dritten Potentialtopf können nun erneut Sekundärionen fallen. Der dritte Potentialtopf wird dann entlang der zweiten Längsachse 1307 bewegt, und zwar auf dieselbe Weise wie zuvor beschrieben. Betrachtet man die 14, so erhält man den Eindruck, dass in der Ionenübertragungseinheit 1300 eine Welle von Potentialtöpfen in Richtung der Analyseeinheit 1400 geführt wird. Dabei werden die linke Flanke sowie die rechte Flanke eines jeden Potentialtopfs langsam aufgebaut.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen ist gewährleistet, dass den Sekundärionen bei dieser Art und Weise des Transports keine signifikante kinetische Energie zugeführt wird. Sie bleiben sowohl axial als auch radial hinsichtlich der zweiten Längsachse 1307 fokussiert.
Aufgrund nicht zu verhindernder Feldfehler eines der in der Ionenübertragungseinheit 1300 erzeugten Quadrupolwechselfelder können Sekundärionen im Bereich zwischen zwei der vorgenannten Quadrupoleinrichtungen 1308A, 1308B sowie 1313A bis 1313L kinetische Energie aufnehmen, beispielsweise im Bereich zwischen der ersten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308A und der zweiten scheibenförmigen Quadrupoleinrichtung 1308B. Daher ist es überlegenswert, diesen Bereich oder sogar die gesamte Ionenübertragungseinheit 1300 relativ kurz auszubilden. Hierdurch würde jedoch die Wirkung der weiteren Funktion der Ionenübertragungseinheit 1300, nämlich die Funktion als Druckstufe, verringert werden. Es hat sich nun gezeigt, dass die vorbeschriebene Lösung (verteilte Druckstufe mit Transport der Sekundärionen) einen guten Kompromiss darstellt.
Die Analyseeinheit 1400 (also eine Detektionseinheit) ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Massenspektrometer ausgebildet, beispielsweise als Flugzeit-Massenspektrometer oder Ionenfallen-Massenspektrometer. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Analyseeinheit 1400 austauschbar ausgebildet ist, wie bereits oben erwähnt. 15 zeigt eine schematische Schnitt-Darstellung einer Speicherzelle 1404 eines Ionenfallen-Massenspektrometers. Die Speicherzelle 1404 ist als Paul-Falle ausgebildet und weist eine Ringelektrode 1401, eine erste Endkappenelektrode 1402 und eine zweite Endkappenelektrode 1403 auf. Die Ringelektrode 1401 ist rotationssymmetrisch um eine erste Achse 1407 angeordnet. Die erste Endkappenelektrode 1402 und die zweite Endkappenelektrode 1403 sind ebenfalls um die erste Achse 1407 rotationssymmetrisch angeordnet. Die Ringelektrode 1401 weist eine Öffnung 1406 auf, durch die Sekundärionen von der Ionenübertragungseinheit 1300 in einen zweiten Innenraum 1405 der Speicherzelle 1404 eingekoppelt werden können. Ein Speicherfeld in der Speicherzelle 1404 ist während der Einkopplung der Sekundärionen abgeschaltet. Mittels eines elektrischen Pulses werden die Sekundärionen, welche von der Ionenübertragungseinheit 1300 zur Analyseeinheit 1400 transportiert wurden und sich in einem der vorgenannten Potentialtöpfe direkt vor der Speicherzelle 1404 befinden, in die Speicherzelle 1404 eingekoppelt. Aufgrund des Pulses wird den Sekundärionen kinetische Energie zugeführt, welche aber für jedes Sekundärion gleich ist. Aus diesem Grunde ergibt sich eine Massendispersion. Leichte Sekundärionen legen in derselben Zeit einen größeren Weg zurück als schwere Sekundärionen. Dies führt gegebenenfalls zu dem Problem, dass leichte Sekundärionen auf die Ringelektrode 1401 treffen, bevor die schweren Sekundärionen durch die Öffnung 1406 in den zweiten Innenraum 1405 der Speicherzelle 1404 getreten sind. Um den Effekt der Massendispersion zu verringern, wird über die erste Endkappenelektrode 1402 und die zweite Endkappenelektrode 1403 ein Potential derart angelegt, dass ein statisches Quadrupolfeld im Innenraum 1405 der Speicherzelle 1404 erzeugt wird, so dass Sekundärionen im Zentrum der Speicherzelle 1404 abgebremst werden. Das vorgenannte Potential wird daher auch Bremspotential genannt. Die Wirkung des Bremspotentials erfahren die leichten Sekundärionen zeitlich vor den schweren Sekundärionen, so dass die schweren Sekundärionen in der Lage sind, die leichten Sekundärionen „einzuholen”. Sobald die schweren Sekundärionen im zweiten Innenraum 1405 der Speicherzelle 1404 sind, wird das Speicherfeld aktiviert.
Aufgrund des Pulses ist es möglich, dass die radiale Komponente der kinetischen Energie der Sekundärionen beim Eintritt in die Speicherzelle 1404 größer ist als die radiale Komponente der kinetischen Energie der Sekundärionen in der Ionenübertragungseinheit 1300. Die radiale Komponente der kinetischen Energie der Sekundärionen beim Eintritt in die Speicherzelle 1404 sollte möglichst klein sein (beispielsweise im Bereich von wenigen 100 meV), da diese ansonsten in potentielle Energie der Sekundärionen in der Speicherzelle 1404 umgesetzt wird. In diesem Falle würde die Amplitude der Makroschwingungen der Sekundärionen im zweiten Innenraum 1405 der Speicherzelle 1404 groß, und die Sekundärionen würden für die Analyse verloren gehen.
16 zeigt eine weitere Ausführungsform der Teilchenanalysevorrichtung 1000 in einer schematischen Seitenansicht, welche in dem Teilchenstrahlgerät 1 nach 2 vorgesehen ist. 16 beruht auf der 3. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Teilchenanalysevorrichtung 1000 weist die Absaugeinheit 1100, die Vorrichtung zur Energieübertragung 1200, die Ionenübertragungseinheit 1300 sowie die Analyseeinheit 1400 auf. Die Ionenübertragungseinheit 1300 sowie die Analyseeinheit 1400 sind über das Verbindungselement 1001 lösbar an der Probenkammer 49 angeordnet. An der Analyseeinheit 1400 ist zusätzlich eine Lasereinheit 1500 angeordnet, mit welcher es möglich ist, einen Laserstrahl durch die Analyseeinheit 1400, durch die Ionenübertragungseinheit 1300, durch die Vorrichtung zur Energieübertragung 1200 und durch die Absaugeinheit 1100 zur Probe 16 zu leiten. 17A zeigt eine schematische Anordnung der Teilchenanalysevorrichtung 1000 in dem Teilchenstrahlgerät 1, wobei in 17A aus Gründen der besseren übersichtlichkeit nur die Probe 16, die erste Teilchenstrahlsäule 2, die zweite Teilchenstrahlsäule 3, die Absaugeinheit 1100 sowie die Lasereinheit 1500 dargestellt sind. Durch eine Bestrahlung der Probe 16 mittels des Laserstrahls können zusätzlich oder alternativ zur Erzeugung von Sekundärionen mittels des Ionenstrahls weitere Sekundärionen an der Probe 16 erzeugt werden. Die weiteren Sekundärionen werden dann mittels der Teilchenanalysevorrichtung 1000 analysiert. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass ein relativ großer Bereich mittels des Laserstrahls ausgeleuchtet wird, so dass mehr Sekundärionen pro einer vorgegeben Zeiteinheit von der Probe 16 erzeugt werden, als dies nur mittels des Ionenstrahls möglich ist. Dies führt zu geringeren Akkumulationszeiten, also dem Sammeln der Sekundärionen in dem vorgenannten Potentialtopf, so dass eine schnellere Auswertung durch eine Massenanalyse der Sekundärionen möglich ist. Von Vorteil ist diese Ausführungsform auch bei der Untersuchung von dielektrischen Proben. Diese laden sich unter Beschuss von Ionen auf, so dass eine Abbildung mittels der zweiten Teilchenstrahlsäule 3 durch Elektronen nicht möglich ist. Aus diesem Grunde kann statt des Ionenstrahls ausschließlich der Laserstrahl der Lasereinheit 1500 zur Erzeugung von Sekundärionen verwendet werden.
Ferner ist bei der in 17A dargestellten Ausführungsform von Vorteil, dass die Lasereinheit 1500 an der Teilchenanaylsevorrichtung 1000 derart ausgerichtet ist, dass der Laserstrahl parallel zur Achse der Teilchenanalysevorrichtung 1000 ausgerichtet ist. Auf diese Weise wird ein zusätzlicher Anschluss an der Probenkammer für die Lasereinheit 1500 vermieden.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform ist es möglich, den Laserstrahl der Lasereinheit 1500 für eine lichtoptische Abbildung zu verwenden. Auf diese Weise erhält man eine weitere Untersuchungsmethode der Oberfläche der Probe 16, zusätzlich zu der Abbildung mittels Elektronen oder Ionen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, den Laserstrahl der Lasereinheit 1500 zur Probenpositionierung und zum Auffinden eines Koinzidenzpunktes des Ionenstrahls und des Elektronenstrahls zu verwenden.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, die Energie des Laserstrahls zu verwenden, um aus der Probe 16 herausgelöste neutrale Teilchen zu ionisieren. Hierdurch wird die Effizienz der Analyse mittels der Teilchenanalysevorrichtung 1000 erhöht.
Ferner ist es vorgesehen, bestimmte Bereiche der Probe 16 mittels des Laserstrahls der Lasereinheit 1500 zu erwärmen. Auf diese Weise ist es möglich, Untersuchungen der Probe 16 in Abhängigkeit von ihrer Temperatur durchzuführen. Ferner ist es hierdurch möglich, die Austrittsarbeit der Sekundärionen zu verringern, um eine höhere „Ausbeute” an Sekundärionen zu erzielen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, eine Spektroskopie von Sekundärionen mittels Laserlicht durchzuführen.
Ferner ist es bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass eine abwechselnde oder hintereinander durchgeführte Bestrahlung der Probe 16 mittels des Ionenstrahls und des Laserstrahls der Lasereinheit 1500 erfolgt. Beispielsweise kann eine grobe Abtragung von Material der Probe 16 mittels des Laserstrahls erfolgen. Dabei entstehen auch Sekundärionen, die analysiert werden. Die grobe Abtragung erfolgt so lange, bis ein bestimmtes Element durch die Teilchenanalysevorrichtung 1000 ermittelt wurde. Im Anschluss daran erfolgt ein feineres Abtragen mit dem fokussierten Ionenstrahl.
17B beruht auf dem Ausführungsbeispiel nach 17A. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es wird daher zunächst auf sämtliche oben gemachten Anmerkungen verwiesen, die auch für das Ausführungsbeispiel der 17B gelten. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 17A ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 17B die Lasereinheit 1500 nicht an der Teilchenanalysevorrichtung 1000, sondern seitlich an der Probenkammer 49 angeordnet.
17C beruht ebenfalls auf dem Ausführungsbeispiel nach 17A. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es wird daher zunächst auf sämtliche oben gemachten Anmerkungen verwiesen, die auch für das Ausführungsbeispiel der 17C gelten. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 17A sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 17C zwei Lasereinheiten vorgesehen. Eine erste Lasereinheit 1500A ist an der Teilchenanalysevorrichtung 1000 angeordnet (beispielsweise an der Analyseeinheit 1400). Ferner ist eine zweite Lasereinheit 1500B an der Probenkammer 49 angeordnet. Sowohl die erste Lasereinheit 1500A als auch die zweite Lasereinheit 1500B weisen zumindest eine der Funktionen auf, die weiter oben erläutert wurden.
Es wird explizit noch darauf hingewiesen, dass die vorbeschriebene Erfindung, insbesondere sämtliche oben genannten Ausführungsformen der Erfindung, sowohl für positiv geladene Ionen als auch für negativ geladene Ionen geeignet ist. Die vorbeschriebenen Potentiale wird der Fachmann entsprechend durch Invertierung und Anpassung der vorbeschriebenen Potentiale geeignet wählen.
Bezugszeichenliste

1: Teilchenstrahlgerät
2: erste Teilchenstrahlsäule (Ionenstrahlsäule)
3: zweite Teilchenstrahlsäule (Elektronenstrahlsäule)
4: erste optische Achse
5: zweite optische Achse
6: zweiter Strahlerzeuger
7: erste Elektrode
8: zweite Elektrode
9: dritte Elektrode
10: Strahlführungsrohr
11: Kollimatoranordnung
12: erste Ringspule
13: Joch
14: Lochblende
15: Detektor
16: Probe
17: zentrale Öffnung
18: zweite Objektivlinse
19: Magnetlinse
20: elektrostatische Linse
21: zweite Ringspule
22: innerer Polschuh
23: äußerer Polschuh
24: Ende des Strahlführungsrohrs
25: Abschlusselektrode
26: Rastermittel
27: erster Strahlerzeuger
28: Extraktionselektrode
29: Kollimator
30: variable Blende
31: erste Objektivlinse
32: Rasterelektroden
41: Steuerelektrode
42: Ausnehmung
43: Außenfläche
46: dritte Spannungsversorgungseinheit
47: vierte Spannungsversorgungseinheit
49: Probenkammer
1000: Teilchenanalysevorrichtung
1001: Verbindungselement (zur Probenkammer)
1100: Absaugeinheit
1135: erster Hohlraum
1136: erste Extraktorelektrode
1137: zweite Extraktorelektrode
1138: zweiter Hohlraum
1139: erste Eintrittsöffnung
1140: zweite Eintrittsöffnung
1141: erster Endabschnitt
1142: zweiter Endabschnitt
1144: erste Spannungsversorgungseinheit
1148: zweite Spannungsversorgungseinheit
1200: Vorrichtung zur Energieübertragung
1201: rohrförmiger Behälter
1202A: erstes Segment
1202B: zweites Segment
1202C: drittes Segment
1202D: viertes Segment
1202E: fünftes Segment
1202F: sechstes Segment
1202G: siebtes Segment
1202H: achtes Segment
1202I: neuntes Segment
1202J: zehntes Segment
1202K: elftes Segment
1202L: zwölftes Segment
1202M: dreizehntes Segment
1202N: vierzehntes Segment
1202O: fünfzehntes Segment
1202P: sechzehntes Segment
1202Q: siebzehntes Segment
1202R: achtzehntes Segment
1202S: neunzehntes Segment
1202T: zwanzigstes Segment
1202U: einundzwanzigstes Segment
1202V: zweiundzwanzigstes Segment
1203: Leiterplattenelektroden
1204: Isolationselement
1205: erste Längsachse
1206: erster Innenraum
1207: erstes Behälterende
1208: Bereich des zweiundzwanzigsten Segments 1202V
1209: zweite elektronische Schaltung
1210: Potentialtopf
1211: Segmentpotential
1212: Führungspotential
1300: Ionenübertragungseinheit
1301: erste Quadrupolscheibe
1302: erste Durchgangsöffnung
1303A: erste hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303B: zweite hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303C: dritte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303D: vierte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303E: fünfte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303F: sechste hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303G: siebte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303H: achte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303I: neunte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303J: zehnte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303K: elfte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1303L: zwölfte hyperbolisch ausgebildete Leiterplattenelektrode
1304: isolierende Schicht
1305: erste Außenfläche
1306: zweite Außenfläche
1307: zweite Längsachse
1308A: erste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1308B: zweite scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1309: Gaseinlass
1310: erster Zwischenraum
1311: zweiter Zwischenraum
1312: zweite Quadrupolscheibe
1313A: dritte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313B: vierte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313C: fünfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313D: sechste scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313E: siebte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313F: achte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313G: neunte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313H: zehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313I: elfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313J: zwölfte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313K: dreizehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1313L: vierzehnte scheibenförmige Quadrupoleinrichtung
1314: dritter Zwischenraum
1315: vierter Zwischenraum
1316: fünfter Zwischenraum
1317: sechster Zwischenraum
1318: siebter Zwischenraum
1319: achter Zwischenraum
1320: neunter Zwischenraum
1321: zweite Durchgangsöffnung
1324: elektronische Schaltung
1325: stufenartiger Potentialverlauf
1326: idealer Potentialverlauf
1327: linke Flanke
1327A: erste linke Flanke
1327B: zweite linke Flanke
1327C: dritte linke Flanke
1328: rechte Flanke
1328A: erste rechte Flanke
1328B: zweite rechte Flanke
1328C: dritte rechte Flanke
1329: Kanal
1400: Analyseeinheit
1401: Ringelektrode
1402: erste Endkappenelektrode
1403: zweite Endkappenelektrode
1404: Speicherzelle
1405: zweiter Innenraum (Speicherzelle)
1406: Öffnung
1407: erste Achse
1500: Lasereinheit
1500A: erste Lasereinheit
1500B: zweite Lasereinheit
KR: Kernradius
A1: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006059162 A1 [0018]
US 7473892 B2 [0018]
EP 1185857 B1 [0018]
US 5008537 [0018]
US 5376791 [0018]
WO 01/04611 [0018]
US 2009/0294641 [0018]
US 5576540 [0018]

Claims

Vorrichtung (1301) zum Fokussieren und/oder Speichern von Ionen, mit – mindestens einem Behälter (1201) zur Aufnahme von mindestens einem Ion, wobei der Behälter (1201) mindestens einen Auslass (1208) aufweist, und mit – mindestens einer Multipoleinheit (1301) zur Bereitstellung eines Multipolwechselfeldes, wobei – die Multipoleinheit (1301) am Auslass (1208) des Behälters (1201) angeordnet ist, – die Multipoleinheit (1301) eine Durchgangsöffnung (1302) mit einer Längsachse (1307) aufweist, – die Multipoleinheit (1301) mindestens eine erste Elektrode (1303A), mindestens eine zweite Elektrode (1303B), mindestens eine dritte Elektrode (1303C), mindestens eine vierte Elektrode (1303D), mindestens eine fünfte Elektrode (1303E), mindestens eine sechste Elektrode (1303F), mindestens eine siebte Elektrode (1303G) und mindestens eine achte Elektrode (1303H) aufweist, – die erste Elektrode (1303A), die zweite Elektrode (1303B), die dritte Elektrode (1303C) und die vierte Elektrode (1303D) von der Längsachse (1307) der Durchgangsöffnung (1302) identisch radial beabstandet sind und jeweils einen ersten radialen Abstand zur Längsachse (1307) der Durchgangsöffnung (1302) aufweisen, – die fünfte Elektrode (1303E), die sechste Elektrode (1303F), die siebte Elektrode (1303G) und die achte Elektrode (1303H) von der Längsachse (1307) der Durchgangsöffnung (1302) identisch radial beabstandet sind und jeweils einen zweiten radialen Abstand zur Längsachse (1307) der Durchgangsöffnung (1302) aufweisen, und wobei – der erste radiale Abstand kleiner als der zweite radiale Abstand ist.
Vorrichtung (1301) nach Anspruch 1, wobei die Multipoleinheit (1301) als eine Quadrupoleinheit zur Bereitstellung eines Quadrupolwechselfeldes ausgebildet ist.
Vorrichtung (1301) nach Anspruch 1 oder 2, wobei – die Multipoleinheit (1301) eine erste Außenfläche (1305) aufweist, die durch eine senkrecht zur Längsachse (1307) angeordnete Ebene gegeben ist, und wobei – die erste Elektrode (1303A), die zweite Elektrode (1303B), die dritte Elektrode (1303C), die vierte Elektrode (1303D), die fünfte Elektrode (1303E), die sechste Elektrode (1303F), die siebte Elektrode (1303G) und/oder die achte Elektrode (1303H) in der und/oder an der Ebene angeordnet ist/sind.
Vorrichtung (1301) nach Anspruch 3, wobei – die Multipoleinheit (1301) eine zweite Außenfläche (1306) aufweist, die in entgegengesetzter Richtung zur ersten Außenfläche (1305) der Multipoleinheit (1301) angeordnet ist, und wobei – die erste Elektrode (1303A), die zweite Elektrode (1303B), die dritte Elektrode (1303C), die vierte Elektrode (1303D), die fünfte Elektrode (1303E), die sechste Elektrode (1303F), die siebte Elektrode (1303G) und/oder die achte Elektrode (1303H) sich von der ersten Außenfläche (1305) bis zur zweiten Außenfläche (1306) erstreckt/erstrecken.
Vorrichtung (1301) nach Anspruch 4, wobei die erste Außenfläche (1305) und die zweite Außenfläche (1306) derart beabstandet sind, dass ein Abstand zwischen der ersten Außenfläche (1305) und der zweiten Außenfläche (1306) in einem der nachfolgend genannten Bereiche liegt: – von 0,5 mm bis 50 mm, – von 0,5 mm bis 40 mm, – von 0,5 mm bis 30 mm, – von 0,5 mm bis 20 mm, – von 0,5 mm bis 10 mm, oder – von 0,5 mm bis 3 mm.
Vorrichtung (1301) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Multipoleinheit (1301) scheibenförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung (1301) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrode (1303A), die zweite Elektrode (1303B), die dritte Elektrode (1303C), die vierte Elektrode (1303D), die fünfte Elektrode (1303E), die sechste Elektrode (1303F), die siebte Elektrode (1303G) und/oder die achte Elektrode (1303H) hyperbolisch ausgebildet ist/sind.
Vorrichtung (1301) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Multipoleinheit (1301) aus mindestens einer Leiterplatte gebildet ist.
Vorrichtung (1301) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Durchgangsöffnung (1302) eine Ausdehnung in radialer Richtung zur Längsachse (1307) aufweist, wobei die Ausdehnung in mindestens einem der folgenden Bereiche liegt: – von 0,4 mm bis 10 mm, – von 0,4 mm bis 5 mm, oder – von 0,4 mm bis 1 mm.
Vorrichtung (1300) zum Trennen eines ersten Druckbereichs von einem zweiten Druckbereich, mit – einer länglich ausgebildeten und sich entlang einer Achse (1307) erstreckenden ersten Öffnung (1321), wobei – die erste Öffnung (1321) in radialer Richtung zu der Achse (1307) eine radiale Ausdehnung aufweist, – die erste Öffnung (1321) entlang der Achse eine Achsen-Ausdehnung aufweist, welche größer als die radiale Ausdehnung ausgebildet ist, und wobei – entlang der Achse mindestens eine erste Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) und mindestens eine zweite Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) angeordnet sind.
Vorrichtung (1300) nach Anspruch 10, mit mindestens einem der nachfolgenden Merkmale: – die erste Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) weist eine erste Durchgangsöffnung (1321) auf, welche zumindest Teil der ersten Öffnung ist, – die zweite Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) weist eine zweite Durchgangsöffnung (1321) auf, welche zumindest Teil der ersten Öffnung ist, oder – die Achse (1307) ist als Längsachse ausgebildet.
Vorrichtung (1300) nach Anspruch 10 oder 11, mit mindestens einem der nachfolgenden Merkmale: – die erste Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) ist zum Transport eines geladenen Teilchens ausgebildet, – die zweite Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) ist zum Transport eines geladenen Teilchens ausgebildet, oder – die Achse (1307) ist als Transportachse ausgebildet.
Vorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, mit mindestens einem der nachfolgenden Merkmale: – die erste Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) ist als Quadrupoleinrichtung ausgebildet, oder – die zweite Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) ist als Quadrupoleinrichtung ausgebildet.
Vorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Vorrichtung (1300) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: – die erste Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) ist scheibenförmig ausgebildet, oder – die zweite Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) ist scheibenförmig ausgebildet.
Vorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Vorrichtung (1300) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: – die erste Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) ist aus mindestens einer ersten Leiterplatte gebildet, oder die zweite Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) ist aus mindestens einer zweiten Leiterplatte gebildet.
Vorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei im Bereich der zweiten Multipoleinrichtung (1303B–1313E) eine Abpumpvorrichtung (1316, 1317, 1318) angeordnet ist.
Vorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die radiale Ausdehnung der ersten Öffnung (1321) in mindestens einem der folgenden Bereiche liegt: – von 0,4 mm bis 10 mm, – von 0,4 mm bis 5 mm, oder – von 0,4 mm bis 1 mm.
Vorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei – die erste Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) und/oder die zweite Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) jeweils mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung, mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung, mindestens eine dritte Elektrodeneinrichtung und mindestens eine vierte Elektrodeneinrichtung aufweist/aufweisen.
Vorrichtung (1300) nach Anspruch 18, wobei – die erste Elektrodeneinrichtung (1303A), die zweite Elektrodeneinrichtung (1303B), die dritte Elektrodeneinrichtung (1303C) und/oder die vierte Elektrodeneinrichtung (1303D) hyperbolisch ausgebildet ist/sind.
Vorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei die Vorrichtung (1300) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: – die erste Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) weist mindestens eine erste Multipolscheibe (1312, 1313A–1313G) und mindestens eine zweite Multipolscheibe (1312, 1313A–1313G) auf, oder – die zweite Multipoleinrichtung (1312, 1313A–1313G) weist mindestens eine dritte Multipolscheibe (1312, 1313A–1313G) und mindestens eine vierte Multipolscheibe (1312, 1313A–1313G) auf.
Vorrichtung (1300) nach Anspruch 20, wobei die Vorrichtung (1300) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: – die erste Multipolscheibe (1312, 1313A, 1313B) und die zweite Multipolscheibe (1312, 1313A, 1313B) bilden ein erstes abgedichtetes System, oder – die dritte Multipolscheibe (1313E–1313G) und die vierte Multipolscheibe (1313E–1313G) bilden ein zweites abgedichtetes System.
Teilchenstrahlgerät (1), mit – einer Probenkammer (49), – einer in der Probenkammer (49) angeordneten Probe (16), – mindestens einer ersten Teilchenstrahlsäule (2), wobei die erste Teilchenstrahlsäule (2) einen ersten Strahlerzeuger (27) zur Erzeugung eines ersten Teilchenstrahls und eine erste Objektivlinse (31) zur Fokussierung des ersten Teilchenstrahls auf die Probe (16) aufweist, – mindestens einem Mittel (2, 1500, 1500A, 1500B) zum Erzeugen von Sekundärionen, die aus der Probe (16) emittiert werden, – mindestens einer Sammelvorrichtung (1100) zum Sammeln der Sekundärionen, – mindestens einer Vorrichtung (1301) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder – mindestens einer Vorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 10 bis 21, und mit – mindestens einer Analyseeinheit (1400) zur Analyse der Sekundärionen.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 22, wobei die Analyseeinheit (1400) als Massenspektrometer ausgebildet ist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Analyseeinheit (1400) mittels einer Verbindungseinrichtung (1001) lösbar an der Vorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 10 bis 21 angeordnet ist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) eine Lasereinheit (1500, 1500A, 1500B) aufweist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 25, wobei das Mittel zum Erzeugen von Sekundärionen die Lasereinheit (1500, 1500A, 1500B) umfasst.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei das Mittel (1500) zum Erzeugen von Sekundärionen – an der Vorrichtung (1301) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, – an der Vorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 10 bis 21 oder – an der Analyseeinheit (1400) angeordnet ist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der Ansprüche 22 bis 27 wobei – das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eine zweite Teilchenstrahlsäule (3) aufweist, und wobei – die zweite Teilchenstrahlsäule (3) einen zweiten Strahlerzeuger (6) zur Erzeugung eines zweiten Teilchenstrahls und eine zweite Objektivlinse (18) zur Fokussierung des zweiten Teilchenstrahls auf die Probe (16) aufweist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 28, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) eines der folgenden Merkmale aufweist: – die zweite Teilchenstrahlsäule (3) ist als Elektronenstrahlsäule und die erste Teilchenstrahlsäule (2) ist als Ionenstrahlsäule ausgebildet, oder – die erste Teilchenstrahlsäule ist als Ionenstrahlsäule ausgebildet und die zweite Teilchenstrahlsäule ist als Ionenstrahlsäule ausgebildet.