用于確定離子質量選擇的裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于質量篩選地確定至少一個離子或多個離子的裝置。把根據本發明的裝置應用在例如具有離子阱（1404)的測量裝置中。離子阱（1404)包括具有第一開口的環形電極（1401)。第一電極（1402)安置在第一開口上。此外設置用于為離子阱（1404)提供高頻儲存信號的放大器（1408)和第一變壓器（1411)，第一變壓器(1411)與放大器(1408)和第一電極(1402)如此地連接，使得高頻儲存信號通過第一變壓器(1411)被耦合進第一電極（1402)。
【專利說明】用于確定離子質量選擇的裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于質量篩選地測量至少一個離子或多個離子的裝置。裝置尤其 用于離子或多個離子的確定。根據本發明的裝置例如得以在具有離子阱的粒子束裝置中應 用。在離子阱中離子借助于電場和/或磁場得以儲存。在離子阱中儲存的離子質譜測量地 被研究。例如它根據作用在離子上的電場和磁場的形式和強度來實現?？蛇x地能通過電場 和磁場的改變把具有確定質量的離子提取和分析。

【背景技術】
[0002] 對此粒子束裝置已經得以應用很久，用以得到確定條件下的關于對象的特性和行 為的知識。該粒子束裝置的一種是電子束裝置，尤其是掃描電極顯微鏡（后面也稱作SEM)。
[0003] 對于SEM，把電子束（后文也稱作初級電子束）借助于束發生器產生并且通過束引 導系統，尤其是物鏡，聚焦到要研究的物體或對象（也稱作試樣）上。借助于轉向機構把初 級電子束柵格狀地在要研究的物體的表面上引導。其中初級電子束的電子與要研究物體的 材料產生相互作用。作為相互作用的結果尤其出現相互作用粒子。尤其地，電子從要研究 的試樣的表面向外發射（稱作二級電子）并且把初級電子束的電子向回散射（稱作回散射 電子）。二級電子和回散射電子得以檢測并且得以應用于成像。因此人得到要研究的物體 的表面的圖像。
[0004] 此外從【背景技術】得知，把組合儀器用于物體的研究，其中能夠不僅把電子而且把 離子引導到研究的物體上。例如已知的是，SEM額外地配備離子射線管裝備。借助于放置 在離子射線管中的離子發生器來產生用于制備物體（例如物體的表面的蝕刻或者物體上 材料的涂覆）但是也或者用于成像的離子。此處SEM尤其用于觀察制備，但也用于已制備 或者未制備的物體的其它研究。
[0005] 除了上面已經提到的成像也可能的是，來具體分析考慮到其能量和/或其質量的 相互作用粒子。例如已知一種來自質譜測量的方法，其中具體研究了次級離子。該研究以 簡稱SIMS (二級粒子質譜測量）而已知。對于該方法把要研究的物體的表面用聚集的初級 離子束或用激光束照射。此處出現的以從試樣表面發射的次級離子為形式的相互作用粒子 得以在分析單元中檢測并且質譜地研究。其中次級離子借助其離子質量以及其離子電荷被 選擇和識別，這樣能得出物體的組成的推斷。
[0006] 從現有技術中得知例如被作為離子阱-質譜儀設計的分析單元。對于已知的離子 阱-質譜儀把儲存單元設計為Paul-離子阱。它具有環形電極，第一端蓋電極和第二端蓋電 極。把環形電極旋轉對稱地圍繞第一軸放置。把第一端蓋電極和第二端蓋電極同樣圍繞第 一軸旋轉對稱地放置。環形電極，第一端蓋電極和第二端蓋電極包圍儲存單元的內腔。環形 電極具有開口，通過它次級離子能在儲存單元的內腔中耦合。由于交變場把離子儲存在離 子阱-質譜儀中。通常把電的四級桿場作為交變場應用。為了測量質量對電量的關系，把 離子通過激勵信號激勵到振動，其頻率取決于離子質量。把振動信息在第一端蓋電極和第 二端蓋電極上接收和評估。此處在端蓋電極上測量通過感應的鏡像電荷產生的測量電流。
[0007] 然而對于前述的離子阱-質譜儀，會導致以串擾電流為形式的干擾效應。這樣由 于交變場與第一端蓋電極的第一相互作用而出現第一串擾電流。此外由于交變場與第二端 蓋電極的第二相互作用而出現第二串擾電流。第一串擾電流具有第一頻率，第一振幅和第 一相位。此外第二串擾電流具有第二頻率，第二振幅和第二相位。串擾電流大多是幾倍地 大于本來的測量電流。在第一端蓋電極和在第二端蓋電極上由本來的測量電流和串擾電流 組成的、通常由測量放大器加強的電流（后文也稱作測量信號）得以接收。由于高的串擾 電流，測量放大器經常過載，這樣測量放大器的加強的信號不提供關于儲存的離子的可分 析的信息。
[0008] 由現有技術可知一種該問題的解決方法。對于該解決方法在第一端蓋電極上把測 量信號測量。此外準備了第一補償電流，其中第一補償電流同樣具有第一頻率和第一振幅。 此外第一補償電流具有對于第一串擾電流的第一相位錯移180°的第一補償相位。緊接著， 第一補償電流和第一測量信號如此疊加，以出現第一合成信號。通過第一合成信號的過濾 來測得第一過濾信號，其中它主要地包括第一測量電流，即本身的測量信號。緊接著，借助 于測量放大器把第一過濾的信號加強并且接著加強的過濾的信號被評估以確定離子或離 子們。借助第二測量信號在第二端蓋電極上也可以類似地進行。
[0009] 前述方式通常借助于軟件通過耗費的轉化來提供。對此直接數字頻率合成器 (DDS)得以應用。它是用于在數字信號處理中產生周期帶限信號的方法。然而在軟件在編 程中是耗費大的且也常常有錯誤。


【發明內容】

[0010] 因此本發明所要解決的技術問題在于，提供一種用于質量篩選地確定離子的裝 置，其中能利用補償電流和合成信號的后續的過濾較簡單地補償串擾電流。
[0011] 根據本發明所述技術問題通過一種用于質量篩選地確定一種或多種離子的裝置 解決，其具有
[0012] -至少一個用于儲存至少一個離子的離子阱，其中離子阱具有至少一個環形電極， 其中環形電極具有至少一個第一開口，其中離子阱具有至少一個安置在第一開口上的第一 電極，
[0013] -至少一個用于為離子阱提供高頻儲存信號的放大器（1408)，并且具有
[0014] -至少第一變壓器，它與放大器和第一電極這樣連接，使得高頻儲存信號通過第一 變壓器耦合進第一電極中。
[0015] 根據本發明，根據本發明的用于質量篩選地確定一種或多種離子的裝置具有至少 一個用于儲存至少一個離子或多個離子的離子阱。離子或離子們的產生在下文得以更具體 地進一步描述。離子例如設計為帶電的原子或帶電的分子。離子阱具有至少一個環形電極， 其中環形電極具有至少第一開口。此外離子阱還配備至少一個安置在第一開口上的第一電 極（也稱作第一端蓋電極）。此外根據本發明的裝置配備用于為離子阱提供高頻儲存信號 的放大器。高頻儲存信號用于在通過環形電極和第一電極（以及需要時通過第二電極；在 下文進一步闡釋它）形成的內腔中儲存離子。換而言之，環形電極和第一電極（以及需要 時第二電極）形成內腔的邊界。儲存頻率例如在從10kHz到lOMHhz的范圍并且是用于產 生靜電交變場的交流電壓的儲存頻率。例如交流電壓在從10V到10kV的范圍。
[0016] 根據本發明的裝置此外具有第一變壓器，它與放大器和第一電極這樣地連接，使 得高頻儲存信號通過第一變壓器耦合到第一電極中。換而言之，把放大器與第一電極的連 接設計為用于把高頻儲存信號通過第一變壓器而耦合。
[0017] 本發明以出人意料的知識為基礎，即用于在離子阱中補償可能的串擾電流的復雜 的軟件控制并非是必要的。而借助于簡單的電子組件的可能的串擾電流的補償是可能較簡 單的。因為根據本發明的裝置具有的優點是，高頻儲存信號借助于第一變壓器反相地（例 如以180°翻轉的相位）可耦合或被耦合進第一電極中。由此在環形電極和第一電極以及 環形電極和第二電極之間幾乎不出現電壓。因此在環形電極和第一電極（以及環形電極和 第二電極；它在下文得以進一步論述）之間幾乎不出現串擾電流。因此原理上，可能的串擾 電流通過具有以180°翻轉的相位的高頻儲存信號的耦合從一開始基本上被補償。此處應 用的補償電流的振幅由于第一變壓器相對通過放大器提供的電流的振幅呈比例。此外由于 第一變壓器而出現通過放大器提供的電流和補償電流之間的相位差。此外第一變壓器用于 將裝置的產生高頻儲存信號的區域與裝置的確定用于檢測離子或離子們的測量電流的區 域導電地分離。此外第一變壓器也用于從裝置的產生高頻儲存信號的區域向裝置的確定測 量電流的區域傳導功率。
[0018] 對于根據本發明的裝置的一種實施例額外或可選地規定了，環形電極至少具有兩 個開口。此外離子阱具有至少一個安置在第二開口中的第二電極（也稱作第二端蓋電極）。
[0019] 為了很好地獲得上述的優點，對于根據本發明的裝置的其它實施例額外或可選地 規定了，裝置至少具有一個初級變壓器。初級變壓器和第一變壓器還具有相同的變壓器芯 和相同的初級繞組。換而言之，不僅初級變壓器而且第一變壓器使用同樣的變壓器芯和同 樣的初級繞組。初級變壓器具有第一次級繞組。此外第一變壓器具有不同與第一次級繞組 的第二次級繞組。換而言之，初級變壓器和第一變壓器使用不同的次級繞組。第一次級繞 組和第二次級繞組的繞組方向是不同的。
[0020] 對于根據本發明的一種實施例額外或可選地規定，第一電極與至少一個第一石英 晶體濾波裝置連接。因為能夠肯定的是，盡管有前述的補償還是會在第一電極出現以幾個 mA(例如1mA到20mA)的數量級的（即使較少的）第一串擾電流（和/或需要時在第二電 極出現第二串擾電流-在下文得以進一步論述），對于此處論述的根據本發明的裝置的實 施例提供了第一石英晶體濾波裝置。第一石英晶體濾波裝置用于在第一電極上測量的第一 電極電流的過濾。第一電極電流由本身的第一測量電流（也稱作第一測量信號）和第一串 擾電流組成。在過濾第一電極電流時，現存的串擾電流還得以過濾出。第一石英晶體濾波 裝置具有的優點是，把它一方面對于第一測量電流設計相當高的阻抗并且它另一方面對于 第一串擾電流大體上作為短路而作用。例如把它設計為具有石英振蕩器的機電濾波器。它 在信號中抑制特定的頻率分量。以該方式可能的是，串擾電流被過濾出來并且在第一電極 上被截取的、并且包含關于在離子阱中儲存的離子以及在離子阱中儲存的離子們的信息的 第一測量信號沒有干擾信號地被評估。關于第二串擾電流的過濾在下文得以進一步說明。
[0021] 對于根據本發明的裝置的一種其它設計額外或可選地規定，在第一變壓器和第一 電極之間安置至少一個第一可調節的電容器。此外尤其規定了，第一石英晶體濾波裝置連 接在也連接了第一可調節的電容器和第一電極的第一電路結點上。第一可調節電容器原理 上作用如同用于把第一石英晶體濾波裝置的共振頻率調諧到儲存器頻率上（例如把共振 頻率精確地調諧到儲存器頻率上）的共振調諧電容。原理上借助于第一可調節電容器可以 調節對可能的串擾電流的補償。對于根據本發明的裝置第一變壓器引起通過第一補償得以 降低到較小的數量的第一串擾電流的第一粗略的補償。在第一補償之后還存留的第一串擾 電流借助于第一可調節的電容器和第一石英晶體濾波裝置然后得以完全地補償。
[0022] 對于根據本發明的裝置的另一個實施例額外或可選地規定，裝置具有至少一個用 于加強在第一電極上被截取的第一測量電流（即第一測量信號）的測量放大器。此外對于 根據本發明的裝置的該實施例設置第一激勵單元。第一電極和用于第一電極的產生第一激 勵信號的第一激勵單元與第一測量放大器的輸入端連接。通過第一激勵信號把在內腔中儲 存的離子或在內腔中儲存的離子們激勵到振動，其頻率取決于單個離子質量。振動在第一 電極上感應引起導致第一測量電流的鏡像電荷。關于第二測量電流參照在下文進一步說 明。
[0023] 對于根據本發明的另一種設計額外或可選地規定了，裝置至少具有下面的特征之
[0024] 把第一開關放置在第一電極和第一激勵單元之間；或者
[0025] 把第二開關放置在第一激勵單元和第一測量放大器之間。
[0026] 借助于第一開關和/或第二開關可能的是，在離子阱的第一運行模式（即普通運 行）和第二運行模式（即適配運行）之間連接。普通運行符合測量運行。例如在第一運行 模式中，第一開關在第一開關狀態中和/或第二開關在第二開關狀態中。在該第一運行模 式中第一電極電流得以檢測和評估，以得到關于在內腔中儲存的離子或在內腔中儲存的離 子們的信息。例如在第二運行模式中第一開關在第三開關狀態中和/或第二開關在第四開 關狀態中。在適配運行中例如第一激勵信號，例如其振幅和頻率得以設置。第一激勵信號 能夠具有任意的時間曲線。例如曲線是正弦的或三角形的。但本發明不局限于該實施例。 對于本發明反而是每個任意的合適的時間曲線是可應用的。
[0027] 對于根據本發明的裝置的另一種實施例額外或可選地規定了，裝置具有至少一個 第二變壓器，它與放大器和第二電極這樣地連接，使得高頻儲存信號通過第二變壓器耦合 到第二電極中。換而言之，把放大器與第二電極的連接設計為用于通過第二變壓器的高頻 儲存信號的耦合。此處達到了在上文已經得以進一步論述的同樣的優點。高頻儲存信號借 助于第二變壓器反相地（例如以180°的翻轉相位）已被耦合進第二電極中以及得以耦合 進第二電極中。由此在環形電極和第二電極之間幾乎不出現電壓。因此在環形電極和第 二電極之間幾乎不出現第二串擾電流。因此原理上可能的第二串擾電流通過從一開始具有 180°的翻轉相位的高頻儲存信號的耦合基本上得以補償。
[0028] 對于根據本發明的裝置的另一種實施例額外或可選地規定，初級變壓器和第二變 壓器具有相同的變壓器芯和相同的初級繞組。因此此處規定，不僅初級變壓器而且第二變 壓器使用同樣的變壓器芯和同樣的初級繞組。如同上文已經提到的，初級變壓器具有第一 次級繞組。此外第二變壓器具有不同于第一次級繞組的第三次級繞組。第一次級繞組和繞 組方向和第三次級繞組的繞組方向是不同的。根據本發明的裝置的該種實施例得以同樣地 使用，來尤其好地獲得上文提到的優點。
[0029] 對于根據本發明的裝置的另一種實施例額外或可選地規定，第二電極與至少一個 第二石英晶體濾波裝置連接。因為能夠肯定的是，盡管有前述的補償還是會在第二電極出 現（即使較少的）第二串擾電流，因此對于此處論述的根據本發明的裝置的實施例提供第 二石英晶體濾波裝置。第二石英晶體濾波裝置用于第二電極電流的過濾。第二電極電流由 本身的第二測量電流和第二串擾電流組成。在過濾第二電極電流時，把仍存在的第二串擾 電流過濾出來。第二石英晶體濾波裝置例如與第一石英晶體濾波裝置相同地設計。因此參 考上文所作的對于第一石英晶體濾波裝置的說明。
[0030] 對于根據本發明的裝置的另一種設計額外或可選地規定了，在第二變壓器和第二 電極之間安置至少一個第二可調節的電容器。此外把第二石英晶體濾波裝置連接在也連接 了第二可調節的電容器和第二電極的第二電路結點上。第二可調節的電容器原理上作用如 同用于把第二石英晶體濾波裝置的共振頻率調諧到儲存器頻率上的共振調諧電容（例如 共振頻率得以精確地調諧到儲存器頻率上）。
[0031] 原理上借助于第二可調節的電容器可能的是，調節對可能的第二串擾電流的補 償。第二變壓器對于根據本發明的裝置引起通過該第一補償得以降低到較小的量的第二串 擾電流的第一粗略補償。在第一補償后仍存在的第二串擾電流然后得以經過第二可調節的 電容器和第二石英晶體濾波裝置完全地補償。
[0032] 對于根據本發明的裝置的另一種設計額外或可選地規定了，裝置至少具有用于加 強在第二電極上被截取的第二測量電流的第二測量放大器。此外規定了用于產生用于第二 電極的第二激勵信號的第二激勵單元。第二電極和用于產生用于第二電極的第二激勵信號 的第二激勵單元與第二測量放大器的輸入端連接。通過第二激勵信號把在內腔中儲存的離 子或在內腔中儲存的離子們激勵到其頻率取決于單個離子質量的振動。振動引發在第二電 極上的導致第一測量電流的鏡像電荷。
[0033] 對于根據本發明的另一種設計額外或可選地規定了，裝置至少具有下面的特征之
[0034] 第三開關安置在第二電極和第二激勵單元之間；或者 [0035] 第四開關安置在第二激勵單元和第二測量放大器之間。
[0036] 借助于第三開關和/或第四開關可能的是，在離子阱的第一運行模式（即普通運 行）和第二運行模式（即適配運行）之間連接。普通運行符合測量運行。例如在第一運行 模式中，第三開關在第五開關狀態中和/或第四開關在第六開關狀態中。在該第一運行模 式中第二電極電流得以檢測和評估，以得到關于在內腔中儲存的離子或在內腔中儲存的離 子們的信息。例如在第二運行模式中第三開關在第七開關狀態中和/或第二開關在第八開 關狀態中。在適配運行中例如第二激勵信號，尤其其振幅和頻率得以設置。第二激勵信號 能夠具有任意的時間曲線。例如曲線是正弦的或三角形的。但本發明不局限于該實施例。 對于本發明反而是每個任意的合適的時間曲線是可應用的。
[0037] 本發明也涉及一種具有至少一個離子發生單元和具有至少一個用于質量篩選地 確定一個離子或多個離子的裝置、至少具有在上文進一步或在下文進一步提到的特征或在 上文進一步或在下文進一步提到的至少兩個特征的組合的測量裝置。例如離子發生單元至 少具有發射裝置，其中發射裝置具有至少一個用于產生具有帶電粒子的粒子束或用于產生 光束的射線發生器和至少一個用于在物體上聚焦粒子束或光束的物鏡，其中在粒子束或光 束射入在物體上時至少產生一個離子。
[0038] 但是離子發生單元不局限在用于在物體上產生離子的粒子束或光束的應用上。反 而能通過每個合適的方式在物體上產生離子，也例如用等離子裝置。例如離子能夠在根據 本發明的裝置的附近空間中產生并且接著被傳輸到根據本發明的裝置中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039] 接下來根據一種實施例借助于附圖更具體地論述本發明。在附圖中：
[0040] 圖1示出具有電子射線管和用于產生離子的離子發生單元的測量裝置的第一示 意圖；
[0041] 圖2示出以根據圖1的測量裝置的實施例的剖視圖為形式的第二示意展示；
[0042] 圖3示出粒子分析裝置的示意展示；
[0043] 圖4示出離子阱的儲存單元剖視圖形式的示意圖；以及
[0044] 圖5示出根據圖4的具有操作和測量單元的離子阱的細節展示。

【具體實施方式】
[0045] 圖1在示意圖中展示根據本發明的、具有用于質量篩選地確定離子的根據本發明 的裝置的測量裝置1的一種實施形式。
[0046] 測量裝置1具有用于產生離子的第一射線管2和以粒子射線管為形式的第二射線 管3。把第二射線管3設計為電子射線管。把第一射線管2例如設計為激光發射單元，作為 離子射線管或作為等離子單元。此外把第一射線管2和第二射線管3放置在放置了要研究 的物體16的試樣腔中。通過借助于激光束或借助于離子照射物體16而產生次級離子。它 得以進一步在下文具體闡釋。
[0047] 明確指出的是，本發明不局限于把第一射線管2設計為離子射線管或激光發射單 元并且把第二射線管3設計為電子射線管。反之測量裝置1能具有每個對于在物體16上 產生次級離子合適的設計。
[0048] 對于其它實施例本發明也規定了，能把第一射線管2設計為電子射線管并且把第 二射線管3設計為離子射線管。本發明的另一種實施例規定了，不僅把第一射線管2而且把 第二射線管3分別設計為離子射線管。而對于其它實施例規定了，只用單個的射線管（例 如第一射線管2)裝備測量裝置1。把它然后例如設計為離子射線管或為激光發射單元，來 在物體16上產生次級離子。
[0049] 圖2在細節展示中展示了圖1的測量裝置1的一種實施例。由于清楚的緣故沒有 展示試樣腔49。對于在圖2中展示的實施例把第一射線管2設計為具有第一光軸4的離子 射線管。此外以電子射線管為形式的第二射線管3具有第二光軸5。
[0050] 現在接下來以電子射線管的形式探究第二射線管3。第二射線管3具有第二射線 生成器6,第一電極7,第二電極8和第三電極9。例如第二射線生成器6是熱場發射器。第 一電極7具有抑制電極的功能。把第三電極9設計為陽極且同時形成射線導管10的端部。 借助于第二射線生成器6產生以電子束為形式的第二粒子束。從第二射線生成器6中出來 的電子由于在第二射線生成器6和第三電極9之間的電勢差在陽極電位上被加速，例如在 從lkV到30kV的范圍內。以電子束為形式的第二粒子束穿過射線導管10并且得以聚焦在 要研究的物體16上。對此得以在下文進一步具體探究。
[0051] 射線導管10具有包含第一環形線圈12和的支架13的準直器裝置11 (在該情形 下電容器）。連接在準直器裝置11上從第二射線發生器6沿著物體16的方向來看，放置了 孔板14和具有沿著第二光軸5的在射線導管10中的中心開口 17的探測器15。這樣射線 導管10便通過第二物鏡18的孔延伸。第二物鏡18用于把第二粒子束聚焦在物體16上。 對此第二物鏡18具有磁透鏡19和靜電透鏡20。規定磁透鏡19具有第二環形線圈21，內 極靴22和外極靴23。靜電透鏡20具有射線導管10的端部24以及最終電極25。射線導 管10的端部24和最終電極25形成靜電的延遲裝置。射線導管10的端部24是與射線導 管10 -起在陽極電位上的，而最終電極25和物體16在陽極電位對面的較低電位上。以此 方式能把第二粒子束的電子制動到期望的、對于研究物體16必需的能量上。此外第二射線 管3具有光柵單元26,通過它第二粒子束能夠得以偏轉并且在物體16上掃描。
[0052] 為了成像借助于放置在射線導管10中的探測器15來檢測二級電子和/或由于第 二粒子束與物體16的相互作用而出現的回散電子。從檢測器15中產生的信號為了成像得 以傳輸到電子單兀（未不出）上。把物體16放置在試樣架（未不出）上，借助該試樣架物 體16得以沿著三個互相垂直放置的軸（即X軸，y軸和z軸）移動地放置。此外能把試樣 架繞著兩個互相垂直放置的轉軸旋轉。因此可能的是，把物體16放在期望的位置中。
[0053] 如同上文已經提到的，用附圖標記2來標識以離子射線管形式的第一射線管。第 一射線管2具有以離子源形式的第一射線生成器27。第一射線生成器27用于產生以離子 束形式的第一粒子束。此外規定射線管2具有過濾電極28和準直器29。沿著第一光軸4 向著物體16的方向在準直器29后面連接可變擋板30。借助于以聚焦透鏡形式的第一物鏡 31把第一粒子束聚焦在物體16上。掃描電極32在物體16上掃描第一粒子束。
[0054] 此外圖2展示了在圖3中同樣在示意側視圖中展示的粒子分析裝置1000。粒子分 析裝置1000具有以吸取單元1100形式的聚集裝置，用于能量傳輸的裝置1200,粒子傳輸 單元1300以及分析單元1400。粒子傳輸單元1300以及分析單元1400通過連接單元1001 可拆卸地安置在試樣腔49中。以此方式可能的是，使用不同的分析單元。
[0055] 借助于吸取單元1100把在第一粒子束照射物體16時產生的次級離子吸取。然后 次級離子到達用于能量傳輸的裝置1200。用于能量傳輸的裝置1200能實現兩個功能。一 方面借助于用于能量傳輸的裝置1200把次級離子從吸取單元1100朝向分析單元1400傳 輸。另一方面可以額外規定的是，在用于能量傳輸的裝置1200中次級離子把其能量傳輸到 中性的氣體粒子上并因此得以制動。在穿過用于能量傳輸的裝置1200并緊此外可能的制 動之后次級離子借助離子傳輸單元1300傳送到分析單元1400中。把分析單元1400 (即檢 測單元）對于此處展示的實施例設計為離子阱-質譜儀。它在圖4中得以具體展示。
[0056] 圖4展示了離子阱-質譜儀的儲存單元1404的示意展示。把儲存單元1404設計 為四極離子阱并且具有環形電極1401，第一端蓋電極1402和第二端蓋電極1403。環形電 極1401旋轉對稱地圍繞第一軸1407放置。第一端蓋電極1402和第二端蓋電極1403同樣 圍繞第一軸1407旋轉對稱地放置。環形電極1401具有開口 1406,通過它次級離子得以從 離子傳輸單元1300耦合進儲存單元1404的內腔1405中。內腔1405由環形電極1401，第 一端蓋電極1402和第二端蓋電極1403包圍。
[0057] 圖5在細節展示中展示了離子阱與控制和測量單元組合的構造。首先簡要描述了 離子阱的單個單元和其布置。此外具體探究了其功能。
[0058] 圖5展示了儲存單元1404。還展示的是環形電極1401，第一端蓋電極1402和第 二端蓋電極1403。根據本發明的測量裝置1此外具有連接在初級變壓器1409上的放大器 1408。初級變壓器1409又與環形電極1401連接。放大器1408用于加強高頻儲存信號。該 高頻儲存信號借助于初級變壓器1409得以傳輸到環形電極1401上。然后在內腔1405中 出現交變場，用它能把離子或離子們儲存到儲存單元1404的內腔1405中。
[0059] 把第一端蓋電極1402與第一電容器1410連接。還把第一電容器1410與第一變 壓器1411連接。把第二端蓋電極1403與第二電容器1412連接。還把第二電容器1412與 第二變壓器1413連接。
[0060] 初級變壓器1409,第一變壓器1411和第二變壓器1413具有相同的變壓器芯和相 同的初級繞組1428。因此此處規定了，不僅初級變壓器1409而且第一變壓器1411和第二 變壓器1413使用同樣的變壓器芯和同樣的初級繞組1428。初級變壓器1409具有第一次 級繞組1429。此外第一變壓器1411具有不同于第一次級繞組1429的第二次級繞組1430。 此外第二變壓器1413具有不同于第一次級繞組1429和不同于第二次級繞組1430的第三 次級繞組1431。一方面第一次級繞組1429的繞組方向和另一方面第二次級繞組1430以及 第三次級繞組1431的繞組方向是不同的。例如它們是對極纏繞的。
[0061] 此外把第一端蓋電極1402與第一石英晶體濾波裝置1414連接。此外第二端蓋電 極1403與第二石英晶體濾波裝置1415連接。
[0062] 此外在根據本發明的測量裝置1中設置與第一端蓋電極1402連接的第一測量放 大器1416。在第一端蓋電極1402和第一測量放大器1416之間連接第一激勵單兀1417,其 中在第一端蓋電極1402和第一激勵單兀1417之間連接第一開關1418。此外在第一端蓋電 極1402 -方面和第一激勵單兀1417并且另一方面和第一測量放大器1416之間連接第二 開關1419。在第一測量放大器1416上還連接了第一信號放大器1421的第一濾波器1420。 也能把前述的開關放置在其它位置中，只要保證已經進一步在前文或還要在后文進一步提 到的測量屬性和激勵屬性。例如能把第二開關1419也放置在第一測量放大器1416和第一 信號放大器1421之間。
[0063] 對于根據本發明的測量裝置1規定了與第二端蓋電極1403連接的第二測量放大 器1422。在第二端蓋電極1403和第三放大器1422之間連接第二激勵單元1423,其中在第 二端蓋電極1403 -方面和第二激勵單元1423之間并且另一方面和第二測量放大器1422 之間連接第四開關1425。在第二測量放大器1422上連接還連接了第二信號放大器1427的 第二濾波器1426。
[0064] 把高頻儲存信號（即儲存器頻率）借助于第一變壓器1411用以180°翻轉的相位 耦合進第一端蓋電極1402中。由此在環形電極1401和第一端蓋電極1402之間幾乎不出 現電壓。因此在環形電極1401和第一端蓋電極1402之間幾乎不出現串擾電流。因此原理 上可能的串擾電流通過具有180°翻轉的相位的高頻儲存信號從一開始基本被補償。但是 沒有排除的是，仍然出現（即使少量）第一串擾電流。如同還要在下文進一步闡述的，該第 一串擾電流被過濾出來。
[0065] 此外借助于第二變壓器1413高頻儲存信號（即儲存器頻率）以180°翻轉的相位 被耦合進第二端蓋電極1403中。由此在環形電極1401和第二端蓋電極1403之間幾乎不 出現電壓。因此在環形電極1401和第二端蓋電極1403之間幾乎不出現串擾電流。因此原 理上可能的串擾電流通過具有180°翻轉的相位的高頻儲存信號從一開始在大體上補償。 但是沒有排除的是，仍然出現（即使少量）第二串擾電流。如同還要在下文進一步闡述的， 該第二串擾電流被過濾出來。
[0066] 第一激勵單元1417用于傳輸第一激勵信號。通過第一激勵信號把在內腔1405中 儲存的離子或在內腔1405中儲存的離子們激勵至振動，振動頻率取決于單個離子的離子 質量。振動引發在第一端蓋電極1402上的導致第一測量電流的鏡像電荷。
[0067] 第二激勵單元1423用于傳輸第二激勵信號。通過第二激勵信號把在內腔1405中 儲存的離子或在內腔1405中儲存的離子們激勵至振動，振動頻率取決于單個離子的離子 質量的振動。振動引發在第二端蓋電極1403上的導致第二測量電流的鏡像電荷。
[0068] 如上文所述，能夠肯定的是，盡管有前述的補償卻能在第一端蓋電極1402出現 (即使較少的）第一串擾電流。為了把該第一串擾電流過濾出來，在測量裝置1的離子阱 上放置了第一石英晶體濾波裝置1414。第一石英晶體濾波裝置1414用于在第一端蓋電極 1402上測量的第一電極電流的過濾。第一電極電流由本身的第一測量電流（第一測量信 號）和第一串擾電流組成。在過濾第一電極電流時，仍存在的串擾電流被過濾出。第一石 英晶體濾波裝置1414 一方面對于第一串擾電流提供短路并且對于第一測量電流作為高阻 抗作用。例如把它設計為具有石英振蕩器的機電濾波器。通過把第一串擾電流過濾出來只 在第一電極電流中存留現在包含關于在離子阱中儲存的離子的信息的第一測量電流。
[0069] 如上文所述，能夠肯定的是，盡管有前述的補償還是會在第二端蓋電極1403出現 (即使較少的）第二串擾電流。為了把該第二串擾電流過濾出來，在測量裝置1的離子阱 上放置了第二石英晶體濾波裝置1415。第二石英晶體濾波裝置1415用于在第二端蓋電極 1403上測量的第二電極電流的過濾。第二電極電流由本身的第二測量電流（第二測量信 號）和第二串擾電流組成。在過濾第二電極電流時，仍存在的串擾電流被過濾出。第二石 英晶體濾波裝置1415 -方面對于第二串擾電流提供短路并且對于第二測量電流作為高阻 抗作用。例如把它設計為具有石英振蕩器的機電濾波器。通過把第二串擾電流過濾出來只 在第二電極電流中存留現在包含關于在離子阱中儲存的離子的信息的第二測量電流。
[0070] 第一可調節的電容器1410原理上作用如同用于把第一石英晶體濾波裝置1414的 共振頻率調諧到儲存器頻率上的共振調諧電容。原理上借助于第一可調節的電容器1410 可能的是，來控制可能的第一串擾電流的補償。同樣地適合第二可調節的電容器1412。第 二可調節的電容器1412原理上作用如同用于把第二石英晶體濾波裝置1415的共振頻率調 諧到儲存器頻率上的共振調諧電容。原理上借助于第二可調節的電容器1412可能的是，來 控制可能的第二串擾電流的補償。
[0071] 對于根據本發明的測量裝置1第一變壓器1411引起第一串擾電流的第一粗略補 償，通過其可以降低到較小的量。在第一補償后還存留的第一串擾電流然后借助于第一可 調節的電容器1410和第一石英晶體濾波裝置1414得以補償。對于根據本發明的測量裝置 1第二變壓器1413引起第二串擾電流的第一粗略補償，借助其得以降低到較小的量。在第 一補償后還存留的第二串擾電流然后借助于第二可調節的電容器1412和第二石英晶體濾 波裝置1415得以補償。
[0072] 第一測量放大器1416用于加強第一測量電流（第一測量信號）。此外把加強的第 一測量電流借助于第一濾波器1420過濾。在過濾第一測量電流時把高頻儲存信號的串擾 信號過濾出來。此外把用第一濾波器1420過濾的信號再次用第一信號放大器1421加強并 且評估傳輸到評估單元（未示出）用于評估（即用于確定離子或離子們的類型）。
[0073] 第二測量放大器1422用于加強第二測量電流（即第二測量信號）。此外把加強 的第二測量電流借助于第二濾波器1426過濾。此處也在過濾第二測量電流時把高頻儲存 信號的串擾信號過濾出來。此外把用第二濾波器1426過濾的信號再次用第二信號放大器 1427加強并且用于評估（即用于確定離子或離子們的類型）地傳輸到評估單元（未示出）。
[0074] 借助于第一開關1418和/或第二開關1419可能的是，在離子阱的第一運行模式 (即普通運行）和第二運行模式（即匹配運行）之間開關。例如在第一運行模式中第一開 關1418在打開的狀態中。在第一運行模式中第二開關1419處在關閉的狀態中。在該第一 運行模式中第一電極電流被測量，過濾和評估。
[0075] 在第一運行模式（即普通模式）中第三開關1424在打開的狀態中。此外在第一 運行模式中的第四開關1425處在關閉的狀態中。在該第一運行模式中第二電極電流被檢 測，過濾和評估。
[0076] 在第二運行模式（即適配模式）中把第一開關1418關閉。此外在第二運行模式 中的第二開關1419在打開的狀態中。相似地適用第三開關1424和第四開關1425。在第 二運行模式（即適配運行）中把第三開關1424閉合。此外在第二運行模式中的第四開關 1425在打開的狀態中。在適配運行中第一激勵信號和第二激勵信號（例如其振幅和頻率） 被調整。如同上文已經提到的，第一激勵信號和第二激勵信號能具有任意的時間曲線。
[0077] 在本發明的當前描述中，在附圖中以及在權利要求中公開的特征既可以單獨地也 可以任意組合地以其各種實施形式實現本發明。
[0078] 附圖標記單
[0079] 1 測量裝置
[0080] 2 第一射線管
[0081] 3 第二射線管
[0082] 4 第一光軸
[0083] 5 第二光軸
[0084] 6 第二射線生成器
[0085] 7 第一電極
[0086] 8 第二電極
[0087] 9 第三電極
[0088] 10 射線導管
[0089] 11 準直器
[0090] 12 第一環形線圈
[0091] 13 支架
[0092] 14 孔板
[0093] 15 檢測器
[0094] 16 物體
[0095] 17 中心開口
[0096] 18 第二物鏡
[0097] 19 磁透鏡
[0098] 20 靜電透鏡
[0099] 21 第二環形線圈
[0100] 22 內極靴
[0101] 23 外極靴
[0102] 24 射線導管的端部
[0103] 25 最終電極
[0104] 26 掃描單元
[0105] 27 第一射線生成器
[0106] 28 過濾電極
[0107] 29 準直器
[0108] 30 可變擋板
[0109] 31 第一物鏡
[0110] 32 掃描電極
[0111] 49 試樣腔
[0112] 1000 粒子分析裝置
[0113] 1001 用于試樣腔的連接元件
[0114] 1100 吸取單元
[0115] 1200 用于能量傳輸的裝置
[0116] 1300 粒子傳輸單元
[0117] 1400 分析單元
[0118] 1401 環形電極
[0119] 1402 第一端蓋電極
[0120] 1403 第二端蓋電極
[0121] 1404 儲存單元
[0122] 1405 第二內腔（儲存單元）
[0123] 1406 開口
[0124] 1407 第一軸
[0125] 1408 放大器
[0126] 1409 初級變壓器
[0127] 1410 第一電容器
[0128] 1411 第一變壓器
[0129] 1412 第二電容器
[0130] 1413 第二變壓器
[0131] 1414 第一石英晶體濾波裝置
[0132] 1415 第二石英晶體濾波裝置
[0133] 1416 第一測量放大器
[0134] 1417 第一激勵單元
[0135] 1418 第一開關
[0136] 1419 第二開關
[0137] 1420 第一濾波器
[0138] 1421 第一信號放大器
[0139] 1422 第二測量放大器
[0140] 1423 第二激勵單元
[0141] 1424 第三開關
[0142] 1425 第四開關
[0143] 1426 第二濾波器
[0144] 1427 第二信號放大器
[0145] 1428 初級繞組
[0146] 1429 第一次級繞組
[0147] 1430 第二次級繞組
[0148] 1431 第三次級繞組
【權利要求】
1. 一種用于質量篩選地確定至少一種離子的裝置（1400)，具有 -至少一個用于儲存至少一個離子的離子阱（1404)，其中離子阱（1404)具有至少一個 環形電極（1401)，其中環形電極（1401)具有至少一個第一開口，其中離子阱（1404)具有至 少一個安置在第一開口上的第一電極（1402)， -至少一個用于為離子阱（1404)提供高頻儲存信號的放大器（1408)，并且具有 -至少一個第一變壓器（1411)，它與放大器（1408)和第一電極（1402)這樣連接，使得 高頻儲存信號通過第一變壓器（1411)耦合進第一電極（1402)中。
2. 按權利要求1所述的裝置（1400)，其中，環形電極（1401)具有至少一個第二開口， 并且其中，離子阱（1404)具有至少一個安置在第二開口上的第二電極（1403)。
3. 按權利要求1或2所述的裝置（1400)，其中， -裝置（1400)具有至少一個初級變壓器（1409)， -初級變壓器（1409)和第一變壓器（1411)具有相同的變壓器芯和相同的初級繞組 (1428)， -初級變壓器（1409)具有第一次級繞組（1429)， -第一變壓器（1411)具有不同于第一次級繞組（1429)的第二次級繞組（1430)，并且 其中 -第一次級繞組（1429)的繞組方向和第二次級繞組（1430)的繞組方向是不同的。
4. 根據前述權利要求之一所述的裝置（1400)，其中，第一電極（1402)與至少一個第一 石英晶體濾波裝置（1414)連接。
5. 根據權利要求4所述的裝置（1400)，其中 -在第一變壓器（1411)和第一電極（1402)之間連接至少一個第一可調節的電容器 (1410)，并且其中 -第一石英晶體濾波裝置（1414)連接在也連接了第一可調節的電容器（1410)和第一 電極（1402)的第一電路結點上。
6. 根據前述權利要求之一所述的裝置（1400)，其中 -裝置（1400)具有至少一個用于加強第一電極（1402)的第一測量信號的第一測量放 大器（1416)，并且其中 -第一電極（1402)和用于為第一電極（1402)產生第一激勵信號的第一激勵單元 (1417)與第一測量放大器（1416)的輸入端連接。
7. 根據權利要求6所述的裝置（1400)，其中裝置（1400)具有至少一個以下特征： -在第一電極（1402)和第一激勵單元（1417)之間安置第一開關（1418)，或者 -在第一激勵單元（1417)和第一測量放大器（1416)之間安置第二開關（1419)。
8. 根據權利要求2到7之一所述的裝置（1400)，其中裝置（1400)具有至少一個第二 變壓器（1413)，它與放大器（1408)和與第二電極（1403)這樣地連接，使得高頻儲存信號通 過第二變壓器（1413)耦合進第二電極（1403)中。
9. 根據權利要求3和8所述的裝置（1400)，其中 -初級變壓器（1409)和第二變壓器（1413)具有相同的變壓器芯和相同的初級繞組 (1428)， -初級變壓器（1409)具有第一次級繞組（1429)， -第二變壓器（1413)具有不同于第一次級繞組（1429)的第三次級繞組（1431)，并且 其中 -第一次級繞組（1429)的繞組方向和第三次級繞組（1431)的繞組方向是不同的。
10. 根據權利要求8或9所述的裝置（1400)，其中，第二電極（1403)和至少一個第二 石英晶體濾波裝置（1415)連接。
11. 根據權利要求10所述的裝置（1400)，其中 -在第二變壓器（1413)和第二電極（1403)之間連接至少一個第二可調節的電容器 (1412)，并且其中 -第二石英晶體濾波裝置（1415)連接在也連接了第二可調節的電容器（1412)和第二 電極（1403)的第二電路結點上。
12. 根據權利要求2到11之一所述的裝置（1400)，其中 -裝置（1400)具有至少一個用于加強第二電極（1403)的第二測量信號的第二測量放 大器（1422)，并且其中 -第二電極（1403)和用于為第二電極（1403)產生第二激勵信號的第二激勵單元 (1423)與第二測量放大器（1422)的輸入端連接。
13. 根據權利要求12所述的裝置（1400)，其中，裝置（1400)具有至少一個以下特征： -在第二電極（1403)和第二激勵單元（1423)之間放置第三開關（1424);或者 -在第二激勵單元（1423)和第二放大器（1422)之間放置第四開關（1425)。
14. 一種測量裝置（1)，具有 -至少一個離子發生單元（2)，并且具有 -根據前述權利要求之一所述的用于質量篩選地確定離子的裝置（1400)。
15. 根據權利要求14所述的測量裝置（1)，其中，離子發生單元（2)具有至少一個以下 特征： -至少一個發射裝置（2)，其中，發射裝置（2)具有至少一個用于產生具有帶電粒子 的粒子束或用于產生光束的射線發生器（27)和至少一個用于把粒子束或光束聚焦在物體 (16)上的物鏡（31)，其中在粒子束或光束射入到物體（16)上時產生至少一個離子，或者 -至少一個借助等離子用于產生離子的等離子單元。
【文檔編號】H01J49/28GK104217918SQ201410365969
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2013年5月15日
【發明者】A·格拉斯馬徹斯, M·阿里曼 申請人:卡爾蔡司顯微鏡有限責任公司