用于确定离子质量选择的装置制造方法

用于确定离子质量选择的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于质量筛选地确定至少一个离子或多个离子的装置。把根据本发明的装置应用在例如具有离子阱（1404)的测量装置中。离子阱（1404)包括具有第一开口的环形电极（1401)。第一电极（1402)安置在第一开口上。此外设置用于为离子阱（1404)提供高频储存信号的放大器（1408)和第一变压器（1411)，第一变压器(1411)与放大器(1408)和第一电极(1402)如此地连接，使得高频储存信号通过第一变压器(1411)被耦合进第一电极（1402)。
【专利说明】用于确定离子质量选择的装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于质量筛选地测量至少一个离子或多个离子的装置。装置尤其 用于离子或多个离子的确定。根据本发明的装置例如得以在具有离子阱的粒子束装置中应 用。在离子阱中离子借助于电场和/或磁场得以储存。在离子阱中储存的离子质谱测量地 被研究。例如它根据作用在离子上的电场和磁场的形式和强度来实现。可选地能通过电场 和磁场的改变把具有确定质量的离子提取和分析。

【背景技术】
[0002] 对此粒子束装置已经得以应用很久，用以得到确定条件下的关于对象的特性和行 为的知识。该粒子束装置的一种是电子束装置，尤其是扫描电极显微镜（后面也称作SEM)。
[0003] 对于SEM，把电子束（后文也称作初级电子束）借助于束发生器产生并且通过束引 导系统，尤其是物镜，聚焦到要研究的物体或对象（也称作试样）上。借助于转向机构把初 级电子束栅格状地在要研究的物体的表面上引导。其中初级电子束的电子与要研究物体的 材料产生相互作用。作为相互作用的结果尤其出现相互作用粒子。尤其地，电子从要研究 的试样的表面向外发射（称作二级电子）并且把初级电子束的电子向回散射（称作回散射 电子）。二级电子和回散射电子得以检测并且得以应用于成像。因此人得到要研究的物体 的表面的图像。
[0004] 此外从【背景技术】得知，把组合仪器用于物体的研究，其中能够不仅把电子而且把 离子引导到研究的物体上。例如已知的是，SEM额外地配备离子射线管装备。借助于放置 在离子射线管中的离子发生器来产生用于制备物体（例如物体的表面的蚀刻或者物体上 材料的涂覆）但是也或者用于成像的离子。此处SEM尤其用于观察制备，但也用于已制备 或者未制备的物体的其它研究。
[0005] 除了上面已经提到的成像也可能的是，来具体分析考虑到其能量和/或其质量的 相互作用粒子。例如已知一种来自质谱测量的方法，其中具体研究了次级离子。该研究以 简称SIMS (二级粒子质谱测量）而已知。对于该方法把要研究的物体的表面用聚集的初级 离子束或用激光束照射。此处出现的以从试样表面发射的次级离子为形式的相互作用粒子 得以在分析单元中检测并且质谱地研究。其中次级离子借助其离子质量以及其离子电荷被 选择和识别，这样能得出物体的组成的推断。
[0006] 从现有技术中得知例如被作为离子阱-质谱仪设计的分析单元。对于已知的离子 阱-质谱仪把储存单元设计为Paul-离子阱。它具有环形电极，第一端盖电极和第二端盖电 极。把环形电极旋转对称地围绕第一轴放置。把第一端盖电极和第二端盖电极同样围绕第 一轴旋转对称地放置。环形电极，第一端盖电极和第二端盖电极包围储存单元的内腔。环形 电极具有开口，通过它次级离子能在储存单元的内腔中耦合。由于交变场把离子储存在离 子阱-质谱仪中。通常把电的四级杆场作为交变场应用。为了测量质量对电量的关系，把 离子通过激励信号激励到振动，其频率取决于离子质量。把振动信息在第一端盖电极和第 二端盖电极上接收和评估。此处在端盖电极上测量通过感应的镜像电荷产生的测量电流。
[0007] 然而对于前述的离子阱-质谱仪，会导致以串扰电流为形式的干扰效应。这样由 于交变场与第一端盖电极的第一相互作用而出现第一串扰电流。此外由于交变场与第二端 盖电极的第二相互作用而出现第二串扰电流。第一串扰电流具有第一频率，第一振幅和第 一相位。此外第二串扰电流具有第二频率，第二振幅和第二相位。串扰电流大多是几倍地 大于本来的测量电流。在第一端盖电极和在第二端盖电极上由本来的测量电流和串扰电流 组成的、通常由测量放大器加强的电流（后文也称作测量信号）得以接收。由于高的串扰 电流，测量放大器经常过载，这样测量放大器的加强的信号不提供关于储存的离子的可分 析的信息。
[0008] 由现有技术可知一种该问题的解决方法。对于该解决方法在第一端盖电极上把测 量信号测量。此外准备了第一补偿电流，其中第一补偿电流同样具有第一频率和第一振幅。 此外第一补偿电流具有对于第一串扰电流的第一相位错移180°的第一补偿相位。紧接着， 第一补偿电流和第一测量信号如此叠加，以出现第一合成信号。通过第一合成信号的过滤 来测得第一过滤信号，其中它主要地包括第一测量电流，即本身的测量信号。紧接着，借助 于测量放大器把第一过滤的信号加强并且接着加强的过滤的信号被评估以确定离子或离 子们。借助第二测量信号在第二端盖电极上也可以类似地进行。
[0009] 前述方式通常借助于软件通过耗费的转化来提供。对此直接数字频率合成器 (DDS)得以应用。它是用于在数字信号处理中产生周期带限信号的方法。然而在软件在编 程中是耗费大的且也常常有错误。


【发明内容】

[0010] 因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于质量筛选地确定离子的装 置，其中能利用补偿电流和合成信号的后续的过滤较简单地补偿串扰电流。
[0011] 根据本发明所述技术问题通过一种用于质量筛选地确定一种或多种离子的装置 解决，其具有
[0012] -至少一个用于储存至少一个离子的离子阱，其中离子阱具有至少一个环形电极， 其中环形电极具有至少一个第一开口，其中离子阱具有至少一个安置在第一开口上的第一 电极，
[0013] -至少一个用于为离子阱提供高频储存信号的放大器（1408)，并且具有
[0014] -至少第一变压器，它与放大器和第一电极这样连接，使得高频储存信号通过第一 变压器耦合进第一电极中。
[0015] 根据本发明，根据本发明的用于质量筛选地确定一种或多种离子的装置具有至少 一个用于储存至少一个离子或多个离子的离子阱。离子或离子们的产生在下文得以更具体 地进一步描述。离子例如设计为带电的原子或带电的分子。离子阱具有至少一个环形电极， 其中环形电极具有至少第一开口。此外离子阱还配备至少一个安置在第一开口上的第一电 极（也称作第一端盖电极）。此外根据本发明的装置配备用于为离子阱提供高频储存信号 的放大器。高频储存信号用于在通过环形电极和第一电极（以及需要时通过第二电极；在 下文进一步阐释它）形成的内腔中储存离子。换而言之，环形电极和第一电极（以及需要 时第二电极）形成内腔的边界。储存频率例如在从10kHz到lOMHhz的范围并且是用于产 生静电交变场的交流电压的储存频率。例如交流电压在从10V到10kV的范围。
[0016] 根据本发明的装置此外具有第一变压器，它与放大器和第一电极这样地连接，使 得高频储存信号通过第一变压器耦合到第一电极中。换而言之，把放大器与第一电极的连 接设计为用于把高频储存信号通过第一变压器而耦合。
[0017] 本发明以出人意料的知识为基础，即用于在离子阱中补偿可能的串扰电流的复杂 的软件控制并非是必要的。而借助于简单的电子组件的可能的串扰电流的补偿是可能较简 单的。因为根据本发明的装置具有的优点是，高频储存信号借助于第一变压器反相地（例 如以180°翻转的相位）可耦合或被耦合进第一电极中。由此在环形电极和第一电极以及 环形电极和第二电极之间几乎不出现电压。因此在环形电极和第一电极（以及环形电极和 第二电极；它在下文得以进一步论述）之间几乎不出现串扰电流。因此原理上，可能的串扰 电流通过具有以180°翻转的相位的高频储存信号的耦合从一开始基本上被补偿。此处应 用的补偿电流的振幅由于第一变压器相对通过放大器提供的电流的振幅呈比例。此外由于 第一变压器而出现通过放大器提供的电流和补偿电流之间的相位差。此外第一变压器用于 将装置的产生高频储存信号的区域与装置的确定用于检测离子或离子们的测量电流的区 域导电地分离。此外第一变压器也用于从装置的产生高频储存信号的区域向装置的确定测 量电流的区域传导功率。
[0018] 对于根据本发明的装置的一种实施例额外或可选地规定了，环形电极至少具有两 个开口。此外离子阱具有至少一个安置在第二开口中的第二电极（也称作第二端盖电极）。
[0019] 为了很好地获得上述的优点，对于根据本发明的装置的其它实施例额外或可选地 规定了，装置至少具有一个初级变压器。初级变压器和第一变压器还具有相同的变压器芯 和相同的初级绕组。换而言之，不仅初级变压器而且第一变压器使用同样的变压器芯和同 样的初级绕组。初级变压器具有第一次级绕组。此外第一变压器具有不同与第一次级绕组 的第二次级绕组。换而言之，初级变压器和第一变压器使用不同的次级绕组。第一次级绕 组和第二次级绕组的绕组方向是不同的。
[0020] 对于根据本发明的一种实施例额外或可选地规定，第一电极与至少一个第一石英 晶体滤波装置连接。因为能够肯定的是，尽管有前述的补偿还是会在第一电极出现以几个 mA(例如1mA到20mA)的数量级的（即使较少的）第一串扰电流（和/或需要时在第二电 极出现第二串扰电流-在下文得以进一步论述），对于此处论述的根据本发明的装置的实 施例提供了第一石英晶体滤波装置。第一石英晶体滤波装置用于在第一电极上测量的第一 电极电流的过滤。第一电极电流由本身的第一测量电流（也称作第一测量信号）和第一串 扰电流组成。在过滤第一电极电流时，现存的串扰电流还得以过滤出。第一石英晶体滤波 装置具有的优点是，把它一方面对于第一测量电流设计相当高的阻抗并且它另一方面对于 第一串扰电流大体上作为短路而作用。例如把它设计为具有石英振荡器的机电滤波器。它 在信号中抑制特定的频率分量。以该方式可能的是，串扰电流被过滤出来并且在第一电极 上被截取的、并且包含关于在离子阱中储存的离子以及在离子阱中储存的离子们的信息的 第一测量信号没有干扰信号地被评估。关于第二串扰电流的过滤在下文得以进一步说明。
[0021] 对于根据本发明的装置的一种其它设计额外或可选地规定，在第一变压器和第一 电极之间安置至少一个第一可调节的电容器。此外尤其规定了，第一石英晶体滤波装置连 接在也连接了第一可调节的电容器和第一电极的第一电路结点上。第一可调节电容器原理 上作用如同用于把第一石英晶体滤波装置的共振频率调谐到储存器频率上（例如把共振 频率精确地调谐到储存器频率上）的共振调谐电容。原理上借助于第一可调节电容器可以 调节对可能的串扰电流的补偿。对于根据本发明的装置第一变压器引起通过第一补偿得以 降低到较小的数量的第一串扰电流的第一粗略的补偿。在第一补偿之后还存留的第一串扰 电流借助于第一可调节的电容器和第一石英晶体滤波装置然后得以完全地补偿。
[0022] 对于根据本发明的装置的另一个实施例额外或可选地规定，装置具有至少一个用 于加强在第一电极上被截取的第一测量电流（即第一测量信号）的测量放大器。此外对于 根据本发明的装置的该实施例设置第一激励单元。第一电极和用于第一电极的产生第一激 励信号的第一激励单元与第一测量放大器的输入端连接。通过第一激励信号把在内腔中储 存的离子或在内腔中储存的离子们激励到振动，其频率取决于单个离子质量。振动在第一 电极上感应引起导致第一测量电流的镜像电荷。关于第二测量电流参照在下文进一步说 明。
[0023] 对于根据本发明的另一种设计额外或可选地规定了，装置至少具有下面的特征之
[0024] 把第一开关放置在第一电极和第一激励单元之间；或者
[0025] 把第二开关放置在第一激励单元和第一测量放大器之间。
[0026] 借助于第一开关和/或第二开关可能的是，在离子阱的第一运行模式（即普通运 行）和第二运行模式（即适配运行）之间连接。普通运行符合测量运行。例如在第一运行 模式中，第一开关在第一开关状态中和/或第二开关在第二开关状态中。在该第一运行模 式中第一电极电流得以检测和评估，以得到关于在内腔中储存的离子或在内腔中储存的离 子们的信息。例如在第二运行模式中第一开关在第三开关状态中和/或第二开关在第四开 关状态中。在适配运行中例如第一激励信号，例如其振幅和频率得以设置。第一激励信号 能够具有任意的时间曲线。例如曲线是正弦的或三角形的。但本发明不局限于该实施例。 对于本发明反而是每个任意的合适的时间曲线是可应用的。
[0027] 对于根据本发明的装置的另一种实施例额外或可选地规定了，装置具有至少一个 第二变压器，它与放大器和第二电极这样地连接，使得高频储存信号通过第二变压器耦合 到第二电极中。换而言之，把放大器与第二电极的连接设计为用于通过第二变压器的高频 储存信号的耦合。此处达到了在上文已经得以进一步论述的同样的优点。高频储存信号借 助于第二变压器反相地（例如以180°的翻转相位）已被耦合进第二电极中以及得以耦合 进第二电极中。由此在环形电极和第二电极之间几乎不出现电压。因此在环形电极和第 二电极之间几乎不出现第二串扰电流。因此原理上可能的第二串扰电流通过从一开始具有 180°的翻转相位的高频储存信号的耦合基本上得以补偿。
[0028] 对于根据本发明的装置的另一种实施例额外或可选地规定，初级变压器和第二变 压器具有相同的变压器芯和相同的初级绕组。因此此处规定，不仅初级变压器而且第二变 压器使用同样的变压器芯和同样的初级绕组。如同上文已经提到的，初级变压器具有第一 次级绕组。此外第二变压器具有不同于第一次级绕组的第三次级绕组。第一次级绕组和绕 组方向和第三次级绕组的绕组方向是不同的。根据本发明的装置的该种实施例得以同样地 使用，来尤其好地获得上文提到的优点。
[0029] 对于根据本发明的装置的另一种实施例额外或可选地规定，第二电极与至少一个 第二石英晶体滤波装置连接。因为能够肯定的是，尽管有前述的补偿还是会在第二电极出 现（即使较少的）第二串扰电流，因此对于此处论述的根据本发明的装置的实施例提供第 二石英晶体滤波装置。第二石英晶体滤波装置用于第二电极电流的过滤。第二电极电流由 本身的第二测量电流和第二串扰电流组成。在过滤第二电极电流时，把仍存在的第二串扰 电流过滤出来。第二石英晶体滤波装置例如与第一石英晶体滤波装置相同地设计。因此参 考上文所作的对于第一石英晶体滤波装置的说明。
[0030] 对于根据本发明的装置的另一种设计额外或可选地规定了，在第二变压器和第二 电极之间安置至少一个第二可调节的电容器。此外把第二石英晶体滤波装置连接在也连接 了第二可调节的电容器和第二电极的第二电路结点上。第二可调节的电容器原理上作用如 同用于把第二石英晶体滤波装置的共振频率调谐到储存器频率上的共振调谐电容（例如 共振频率得以精确地调谐到储存器频率上）。
[0031] 原理上借助于第二可调节的电容器可能的是，调节对可能的第二串扰电流的补 偿。第二变压器对于根据本发明的装置引起通过该第一补偿得以降低到较小的量的第二串 扰电流的第一粗略补偿。在第一补偿后仍存在的第二串扰电流然后得以经过第二可调节的 电容器和第二石英晶体滤波装置完全地补偿。
[0032] 对于根据本发明的装置的另一种设计额外或可选地规定了，装置至少具有用于加 强在第二电极上被截取的第二测量电流的第二测量放大器。此外规定了用于产生用于第二 电极的第二激励信号的第二激励单元。第二电极和用于产生用于第二电极的第二激励信号 的第二激励单元与第二测量放大器的输入端连接。通过第二激励信号把在内腔中储存的离 子或在内腔中储存的离子们激励到其频率取决于单个离子质量的振动。振动引发在第二电 极上的导致第一测量电流的镜像电荷。
[0033] 对于根据本发明的另一种设计额外或可选地规定了，装置至少具有下面的特征之
[0034] 第三开关安置在第二电极和第二激励单元之间；或者 [0035] 第四开关安置在第二激励单元和第二测量放大器之间。
[0036] 借助于第三开关和/或第四开关可能的是，在离子阱的第一运行模式（即普通运 行）和第二运行模式（即适配运行）之间连接。普通运行符合测量运行。例如在第一运行 模式中，第三开关在第五开关状态中和/或第四开关在第六开关状态中。在该第一运行模 式中第二电极电流得以检测和评估，以得到关于在内腔中储存的离子或在内腔中储存的离 子们的信息。例如在第二运行模式中第三开关在第七开关状态中和/或第二开关在第八开 关状态中。在适配运行中例如第二激励信号，尤其其振幅和频率得以设置。第二激励信号 能够具有任意的时间曲线。例如曲线是正弦的或三角形的。但本发明不局限于该实施例。 对于本发明反而是每个任意的合适的时间曲线是可应用的。
[0037] 本发明也涉及一种具有至少一个离子发生单元和具有至少一个用于质量筛选地 确定一个离子或多个离子的装置、至少具有在上文进一步或在下文进一步提到的特征或在 上文进一步或在下文进一步提到的至少两个特征的组合的测量装置。例如离子发生单元至 少具有发射装置，其中发射装置具有至少一个用于产生具有带电粒子的粒子束或用于产生 光束的射线发生器和至少一个用于在物体上聚焦粒子束或光束的物镜，其中在粒子束或光 束射入在物体上时至少产生一个离子。
[0038] 但是离子发生单元不局限在用于在物体上产生离子的粒子束或光束的应用上。反 而能通过每个合适的方式在物体上产生离子，也例如用等离子装置。例如离子能够在根据 本发明的装置的附近空间中产生并且接着被传输到根据本发明的装置中。

【专利附图】

【附图说明】
[0039] 接下来根据一种实施例借助于附图更具体地论述本发明。在附图中：
[0040] 图1示出具有电子射线管和用于产生离子的离子发生单元的测量装置的第一示 意图；
[0041] 图2示出以根据图1的测量装置的实施例的剖视图为形式的第二示意展示；
[0042] 图3示出粒子分析装置的示意展示；
[0043] 图4示出离子阱的储存单元剖视图形式的示意图；以及
[0044] 图5示出根据图4的具有操作和测量单元的离子阱的细节展示。

【具体实施方式】
[0045] 图1在示意图中展示根据本发明的、具有用于质量筛选地确定离子的根据本发明 的装置的测量装置1的一种实施形式。
[0046] 测量装置1具有用于产生离子的第一射线管2和以粒子射线管为形式的第二射线 管3。把第二射线管3设计为电子射线管。把第一射线管2例如设计为激光发射单元，作为 离子射线管或作为等离子单元。此外把第一射线管2和第二射线管3放置在放置了要研究 的物体16的试样腔中。通过借助于激光束或借助于离子照射物体16而产生次级离子。它 得以进一步在下文具体阐释。
[0047] 明确指出的是，本发明不局限于把第一射线管2设计为离子射线管或激光发射单 元并且把第二射线管3设计为电子射线管。反之测量装置1能具有每个对于在物体16上 产生次级离子合适的设计。
[0048] 对于其它实施例本发明也规定了，能把第一射线管2设计为电子射线管并且把第 二射线管3设计为离子射线管。本发明的另一种实施例规定了，不仅把第一射线管2而且把 第二射线管3分别设计为离子射线管。而对于其它实施例规定了，只用单个的射线管（例 如第一射线管2)装备测量装置1。把它然后例如设计为离子射线管或为激光发射单元，来 在物体16上产生次级离子。
[0049] 图2在细节展示中展示了图1的测量装置1的一种实施例。由于清楚的缘故没有 展示试样腔49。对于在图2中展示的实施例把第一射线管2设计为具有第一光轴4的离子 射线管。此外以电子射线管为形式的第二射线管3具有第二光轴5。
[0050] 现在接下来以电子射线管的形式探究第二射线管3。第二射线管3具有第二射线 生成器6,第一电极7,第二电极8和第三电极9。例如第二射线生成器6是热场发射器。第 一电极7具有抑制电极的功能。把第三电极9设计为阳极且同时形成射线导管10的端部。 借助于第二射线生成器6产生以电子束为形式的第二粒子束。从第二射线生成器6中出来 的电子由于在第二射线生成器6和第三电极9之间的电势差在阳极电位上被加速，例如在 从lkV到30kV的范围内。以电子束为形式的第二粒子束穿过射线导管10并且得以聚焦在 要研究的物体16上。对此得以在下文进一步具体探究。
[0051] 射线导管10具有包含第一环形线圈12和的支架13的准直器装置11 (在该情形 下电容器）。连接在准直器装置11上从第二射线发生器6沿着物体16的方向来看，放置了 孔板14和具有沿着第二光轴5的在射线导管10中的中心开口 17的探测器15。这样射线 导管10便通过第二物镜18的孔延伸。第二物镜18用于把第二粒子束聚焦在物体16上。 对此第二物镜18具有磁透镜19和静电透镜20。规定磁透镜19具有第二环形线圈21，内 极靴22和外极靴23。静电透镜20具有射线导管10的端部24以及最终电极25。射线导 管10的端部24和最终电极25形成静电的延迟装置。射线导管10的端部24是与射线导 管10 -起在阳极电位上的，而最终电极25和物体16在阳极电位对面的较低电位上。以此 方式能把第二粒子束的电子制动到期望的、对于研究物体16必需的能量上。此外第二射线 管3具有光栅单元26,通过它第二粒子束能够得以偏转并且在物体16上扫描。
[0052] 为了成像借助于放置在射线导管10中的探测器15来检测二级电子和/或由于第 二粒子束与物体16的相互作用而出现的回散电子。从检测器15中产生的信号为了成像得 以传输到电子单兀（未不出）上。把物体16放置在试样架（未不出）上，借助该试样架物 体16得以沿着三个互相垂直放置的轴（即X轴，y轴和z轴）移动地放置。此外能把试样 架绕着两个互相垂直放置的转轴旋转。因此可能的是，把物体16放在期望的位置中。
[0053] 如同上文已经提到的，用附图标记2来标识以离子射线管形式的第一射线管。第 一射线管2具有以离子源形式的第一射线生成器27。第一射线生成器27用于产生以离子 束形式的第一粒子束。此外规定射线管2具有过滤电极28和准直器29。沿着第一光轴4 向着物体16的方向在准直器29后面连接可变挡板30。借助于以聚焦透镜形式的第一物镜 31把第一粒子束聚焦在物体16上。扫描电极32在物体16上扫描第一粒子束。
[0054] 此外图2展示了在图3中同样在示意侧视图中展示的粒子分析装置1000。粒子分 析装置1000具有以吸取单元1100形式的聚集装置，用于能量传输的装置1200,粒子传输 单元1300以及分析单元1400。粒子传输单元1300以及分析单元1400通过连接单元1001 可拆卸地安置在试样腔49中。以此方式可能的是，使用不同的分析单元。
[0055] 借助于吸取单元1100把在第一粒子束照射物体16时产生的次级离子吸取。然后 次级离子到达用于能量传输的装置1200。用于能量传输的装置1200能实现两个功能。一 方面借助于用于能量传输的装置1200把次级离子从吸取单元1100朝向分析单元1400传 输。另一方面可以额外规定的是，在用于能量传输的装置1200中次级离子把其能量传输到 中性的气体粒子上并因此得以制动。在穿过用于能量传输的装置1200并紧此外可能的制 动之后次级离子借助离子传输单元1300传送到分析单元1400中。把分析单元1400 (即检 测单元）对于此处展示的实施例设计为离子阱-质谱仪。它在图4中得以具体展示。
[0056] 图4展示了离子阱-质谱仪的储存单元1404的示意展示。把储存单元1404设计 为四极离子阱并且具有环形电极1401，第一端盖电极1402和第二端盖电极1403。环形电 极1401旋转对称地围绕第一轴1407放置。第一端盖电极1402和第二端盖电极1403同样 围绕第一轴1407旋转对称地放置。环形电极1401具有开口 1406,通过它次级离子得以从 离子传输单元1300耦合进储存单元1404的内腔1405中。内腔1405由环形电极1401，第 一端盖电极1402和第二端盖电极1403包围。
[0057] 图5在细节展示中展示了离子阱与控制和测量单元组合的构造。首先简要描述了 离子阱的单个单元和其布置。此外具体探究了其功能。
[0058] 图5展示了储存单元1404。还展示的是环形电极1401，第一端盖电极1402和第 二端盖电极1403。根据本发明的测量装置1此外具有连接在初级变压器1409上的放大器 1408。初级变压器1409又与环形电极1401连接。放大器1408用于加强高频储存信号。该 高频储存信号借助于初级变压器1409得以传输到环形电极1401上。然后在内腔1405中 出现交变场，用它能把离子或离子们储存到储存单元1404的内腔1405中。
[0059] 把第一端盖电极1402与第一电容器1410连接。还把第一电容器1410与第一变 压器1411连接。把第二端盖电极1403与第二电容器1412连接。还把第二电容器1412与 第二变压器1413连接。
[0060] 初级变压器1409,第一变压器1411和第二变压器1413具有相同的变压器芯和相 同的初级绕组1428。因此此处规定了，不仅初级变压器1409而且第一变压器1411和第二 变压器1413使用同样的变压器芯和同样的初级绕组1428。初级变压器1409具有第一次 级绕组1429。此外第一变压器1411具有不同于第一次级绕组1429的第二次级绕组1430。 此外第二变压器1413具有不同于第一次级绕组1429和不同于第二次级绕组1430的第三 次级绕组1431。一方面第一次级绕组1429的绕组方向和另一方面第二次级绕组1430以及 第三次级绕组1431的绕组方向是不同的。例如它们是对极缠绕的。
[0061] 此外把第一端盖电极1402与第一石英晶体滤波装置1414连接。此外第二端盖电 极1403与第二石英晶体滤波装置1415连接。
[0062] 此外在根据本发明的测量装置1中设置与第一端盖电极1402连接的第一测量放 大器1416。在第一端盖电极1402和第一测量放大器1416之间连接第一激励单兀1417,其 中在第一端盖电极1402和第一激励单兀1417之间连接第一开关1418。此外在第一端盖电 极1402 -方面和第一激励单兀1417并且另一方面和第一测量放大器1416之间连接第二 开关1419。在第一测量放大器1416上还连接了第一信号放大器1421的第一滤波器1420。 也能把前述的开关放置在其它位置中，只要保证已经进一步在前文或还要在后文进一步提 到的测量属性和激励属性。例如能把第二开关1419也放置在第一测量放大器1416和第一 信号放大器1421之间。
[0063] 对于根据本发明的测量装置1规定了与第二端盖电极1403连接的第二测量放大 器1422。在第二端盖电极1403和第三放大器1422之间连接第二激励单元1423,其中在第 二端盖电极1403 -方面和第二激励单元1423之间并且另一方面和第二测量放大器1422 之间连接第四开关1425。在第二测量放大器1422上连接还连接了第二信号放大器1427的 第二滤波器1426。
[0064] 把高频储存信号（即储存器频率）借助于第一变压器1411用以180°翻转的相位 耦合进第一端盖电极1402中。由此在环形电极1401和第一端盖电极1402之间几乎不出 现电压。因此在环形电极1401和第一端盖电极1402之间几乎不出现串扰电流。因此原理 上可能的串扰电流通过具有180°翻转的相位的高频储存信号从一开始基本被补偿。但是 没有排除的是，仍然出现（即使少量）第一串扰电流。如同还要在下文进一步阐述的，该第 一串扰电流被过滤出来。
[0065] 此外借助于第二变压器1413高频储存信号（即储存器频率）以180°翻转的相位 被耦合进第二端盖电极1403中。由此在环形电极1401和第二端盖电极1403之间几乎不 出现电压。因此在环形电极1401和第二端盖电极1403之间几乎不出现串扰电流。因此原 理上可能的串扰电流通过具有180°翻转的相位的高频储存信号从一开始在大体上补偿。 但是没有排除的是，仍然出现（即使少量）第二串扰电流。如同还要在下文进一步阐述的， 该第二串扰电流被过滤出来。
[0066] 第一激励单元1417用于传输第一激励信号。通过第一激励信号把在内腔1405中 储存的离子或在内腔1405中储存的离子们激励至振动，振动频率取决于单个离子的离子 质量。振动引发在第一端盖电极1402上的导致第一测量电流的镜像电荷。
[0067] 第二激励单元1423用于传输第二激励信号。通过第二激励信号把在内腔1405中 储存的离子或在内腔1405中储存的离子们激励至振动，振动频率取决于单个离子的离子 质量的振动。振动引发在第二端盖电极1403上的导致第二测量电流的镜像电荷。
[0068] 如上文所述，能够肯定的是，尽管有前述的补偿却能在第一端盖电极1402出现 (即使较少的）第一串扰电流。为了把该第一串扰电流过滤出来，在测量装置1的离子阱 上放置了第一石英晶体滤波装置1414。第一石英晶体滤波装置1414用于在第一端盖电极 1402上测量的第一电极电流的过滤。第一电极电流由本身的第一测量电流（第一测量信 号）和第一串扰电流组成。在过滤第一电极电流时，仍存在的串扰电流被过滤出。第一石 英晶体滤波装置1414 一方面对于第一串扰电流提供短路并且对于第一测量电流作为高阻 抗作用。例如把它设计为具有石英振荡器的机电滤波器。通过把第一串扰电流过滤出来只 在第一电极电流中存留现在包含关于在离子阱中储存的离子的信息的第一测量电流。
[0069] 如上文所述，能够肯定的是，尽管有前述的补偿还是会在第二端盖电极1403出现 (即使较少的）第二串扰电流。为了把该第二串扰电流过滤出来，在测量装置1的离子阱 上放置了第二石英晶体滤波装置1415。第二石英晶体滤波装置1415用于在第二端盖电极 1403上测量的第二电极电流的过滤。第二电极电流由本身的第二测量电流（第二测量信 号）和第二串扰电流组成。在过滤第二电极电流时，仍存在的串扰电流被过滤出。第二石 英晶体滤波装置1415 -方面对于第二串扰电流提供短路并且对于第二测量电流作为高阻 抗作用。例如把它设计为具有石英振荡器的机电滤波器。通过把第二串扰电流过滤出来只 在第二电极电流中存留现在包含关于在离子阱中储存的离子的信息的第二测量电流。
[0070] 第一可调节的电容器1410原理上作用如同用于把第一石英晶体滤波装置1414的 共振频率调谐到储存器频率上的共振调谐电容。原理上借助于第一可调节的电容器1410 可能的是，来控制可能的第一串扰电流的补偿。同样地适合第二可调节的电容器1412。第 二可调节的电容器1412原理上作用如同用于把第二石英晶体滤波装置1415的共振频率调 谐到储存器频率上的共振调谐电容。原理上借助于第二可调节的电容器1412可能的是，来 控制可能的第二串扰电流的补偿。
[0071] 对于根据本发明的测量装置1第一变压器1411引起第一串扰电流的第一粗略补 偿，通过其可以降低到较小的量。在第一补偿后还存留的第一串扰电流然后借助于第一可 调节的电容器1410和第一石英晶体滤波装置1414得以补偿。对于根据本发明的测量装置 1第二变压器1413引起第二串扰电流的第一粗略补偿，借助其得以降低到较小的量。在第 一补偿后还存留的第二串扰电流然后借助于第二可调节的电容器1412和第二石英晶体滤 波装置1415得以补偿。
[0072] 第一测量放大器1416用于加强第一测量电流（第一测量信号）。此外把加强的第 一测量电流借助于第一滤波器1420过滤。在过滤第一测量电流时把高频储存信号的串扰 信号过滤出来。此外把用第一滤波器1420过滤的信号再次用第一信号放大器1421加强并 且评估传输到评估单元（未示出）用于评估（即用于确定离子或离子们的类型）。
[0073] 第二测量放大器1422用于加强第二测量电流（即第二测量信号）。此外把加强 的第二测量电流借助于第二滤波器1426过滤。此处也在过滤第二测量电流时把高频储存 信号的串扰信号过滤出来。此外把用第二滤波器1426过滤的信号再次用第二信号放大器 1427加强并且用于评估（即用于确定离子或离子们的类型）地传输到评估单元（未示出）。
[0074] 借助于第一开关1418和/或第二开关1419可能的是，在离子阱的第一运行模式 (即普通运行）和第二运行模式（即匹配运行）之间开关。例如在第一运行模式中第一开 关1418在打开的状态中。在第一运行模式中第二开关1419处在关闭的状态中。在该第一 运行模式中第一电极电流被测量，过滤和评估。
[0075] 在第一运行模式（即普通模式）中第三开关1424在打开的状态中。此外在第一 运行模式中的第四开关1425处在关闭的状态中。在该第一运行模式中第二电极电流被检 测，过滤和评估。
[0076] 在第二运行模式（即适配模式）中把第一开关1418关闭。此外在第二运行模式 中的第二开关1419在打开的状态中。相似地适用第三开关1424和第四开关1425。在第 二运行模式（即适配运行）中把第三开关1424闭合。此外在第二运行模式中的第四开关 1425在打开的状态中。在适配运行中第一激励信号和第二激励信号（例如其振幅和频率） 被调整。如同上文已经提到的，第一激励信号和第二激励信号能具有任意的时间曲线。
[0077] 在本发明的当前描述中，在附图中以及在权利要求中公开的特征既可以单独地也 可以任意组合地以其各种实施形式实现本发明。
[0078] 附图标记单
[0079] 1 测量装置
[0080] 2 第一射线管
[0081] 3 第二射线管
[0082] 4 第一光轴
[0083] 5 第二光轴
[0084] 6 第二射线生成器
[0085] 7 第一电极
[0086] 8 第二电极
[0087] 9 第三电极
[0088] 10 射线导管
[0089] 11 准直器
[0090] 12 第一环形线圈
[0091] 13 支架
[0092] 14 孔板
[0093] 15 检测器
[0094] 16 物体
[0095] 17 中心开口
[0096] 18 第二物镜
[0097] 19 磁透镜
[0098] 20 静电透镜
[0099] 21 第二环形线圈
[0100] 22 内极靴
[0101] 23 外极靴
[0102] 24 射线导管的端部
[0103] 25 最终电极
[0104] 26 扫描单元
[0105] 27 第一射线生成器
[0106] 28 过滤电极
[0107] 29 准直器
[0108] 30 可变挡板
[0109] 31 第一物镜
[0110] 32 扫描电极
[0111] 49 试样腔
[0112] 1000 粒子分析装置
[0113] 1001 用于试样腔的连接元件
[0114] 1100 吸取单元
[0115] 1200 用于能量传输的装置
[0116] 1300 粒子传输单元
[0117] 1400 分析单元
[0118] 1401 环形电极
[0119] 1402 第一端盖电极
[0120] 1403 第二端盖电极
[0121] 1404 储存单元
[0122] 1405 第二内腔（储存单元）
[0123] 1406 开口
[0124] 1407 第一轴
[0125] 1408 放大器
[0126] 1409 初级变压器
[0127] 1410 第一电容器
[0128] 1411 第一变压器
[0129] 1412 第二电容器
[0130] 1413 第二变压器
[0131] 1414 第一石英晶体滤波装置
[0132] 1415 第二石英晶体滤波装置
[0133] 1416 第一测量放大器
[0134] 1417 第一激励单元
[0135] 1418 第一开关
[0136] 1419 第二开关
[0137] 1420 第一滤波器
[0138] 1421 第一信号放大器
[0139] 1422 第二测量放大器
[0140] 1423 第二激励单元
[0141] 1424 第三开关
[0142] 1425 第四开关
[0143] 1426 第二滤波器
[0144] 1427 第二信号放大器
[0145] 1428 初级绕组
[0146] 1429 第一次级绕组
[0147] 1430 第二次级绕组
[0148] 1431 第三次级绕组
【权利要求】
1. 一种用于质量筛选地确定至少一种离子的装置（1400)，具有 -至少一个用于储存至少一个离子的离子阱（1404)，其中离子阱（1404)具有至少一个 环形电极（1401)，其中环形电极（1401)具有至少一个第一开口，其中离子阱（1404)具有至 少一个安置在第一开口上的第一电极（1402)， -至少一个用于为离子阱（1404)提供高频储存信号的放大器（1408)，并且具有 -至少一个第一变压器（1411)，它与放大器（1408)和第一电极（1402)这样连接，使得 高频储存信号通过第一变压器（1411)耦合进第一电极（1402)中。
2. 按权利要求1所述的装置（1400)，其中，环形电极（1401)具有至少一个第二开口， 并且其中，离子阱（1404)具有至少一个安置在第二开口上的第二电极（1403)。
3. 按权利要求1或2所述的装置（1400)，其中， -装置（1400)具有至少一个初级变压器（1409)， -初级变压器（1409)和第一变压器（1411)具有相同的变压器芯和相同的初级绕组 (1428)， -初级变压器（1409)具有第一次级绕组（1429)， -第一变压器（1411)具有不同于第一次级绕组（1429)的第二次级绕组（1430)，并且 其中 -第一次级绕组（1429)的绕组方向和第二次级绕组（1430)的绕组方向是不同的。
4. 根据前述权利要求之一所述的装置（1400)，其中，第一电极（1402)与至少一个第一 石英晶体滤波装置（1414)连接。
5. 根据权利要求4所述的装置（1400)，其中 -在第一变压器（1411)和第一电极（1402)之间连接至少一个第一可调节的电容器 (1410)，并且其中 -第一石英晶体滤波装置（1414)连接在也连接了第一可调节的电容器（1410)和第一 电极（1402)的第一电路结点上。
6. 根据前述权利要求之一所述的装置（1400)，其中 -装置（1400)具有至少一个用于加强第一电极（1402)的第一测量信号的第一测量放 大器（1416)，并且其中 -第一电极（1402)和用于为第一电极（1402)产生第一激励信号的第一激励单元 (1417)与第一测量放大器（1416)的输入端连接。
7. 根据权利要求6所述的装置（1400)，其中装置（1400)具有至少一个以下特征： -在第一电极（1402)和第一激励单元（1417)之间安置第一开关（1418)，或者 -在第一激励单元（1417)和第一测量放大器（1416)之间安置第二开关（1419)。
8. 根据权利要求2到7之一所述的装置（1400)，其中装置（1400)具有至少一个第二 变压器（1413)，它与放大器（1408)和与第二电极（1403)这样地连接，使得高频储存信号通 过第二变压器（1413)耦合进第二电极（1403)中。
9. 根据权利要求3和8所述的装置（1400)，其中 -初级变压器（1409)和第二变压器（1413)具有相同的变压器芯和相同的初级绕组 (1428)， -初级变压器（1409)具有第一次级绕组（1429)， -第二变压器（1413)具有不同于第一次级绕组（1429)的第三次级绕组（1431)，并且 其中 -第一次级绕组（1429)的绕组方向和第三次级绕组（1431)的绕组方向是不同的。
10. 根据权利要求8或9所述的装置（1400)，其中，第二电极（1403)和至少一个第二 石英晶体滤波装置（1415)连接。
11. 根据权利要求10所述的装置（1400)，其中 -在第二变压器（1413)和第二电极（1403)之间连接至少一个第二可调节的电容器 (1412)，并且其中 -第二石英晶体滤波装置（1415)连接在也连接了第二可调节的电容器（1412)和第二 电极（1403)的第二电路结点上。
12. 根据权利要求2到11之一所述的装置（1400)，其中 -装置（1400)具有至少一个用于加强第二电极（1403)的第二测量信号的第二测量放 大器（1422)，并且其中 -第二电极（1403)和用于为第二电极（1403)产生第二激励信号的第二激励单元 (1423)与第二测量放大器（1422)的输入端连接。
13. 根据权利要求12所述的装置（1400)，其中，装置（1400)具有至少一个以下特征： -在第二电极（1403)和第二激励单元（1423)之间放置第三开关（1424);或者 -在第二激励单元（1423)和第二放大器（1422)之间放置第四开关（1425)。
14. 一种测量装置（1)，具有 -至少一个离子发生单元（2)，并且具有 -根据前述权利要求之一所述的用于质量筛选地确定离子的装置（1400)。
15. 根据权利要求14所述的测量装置（1)，其中，离子发生单元（2)具有至少一个以下 特征： -至少一个发射装置（2)，其中，发射装置（2)具有至少一个用于产生具有带电粒子 的粒子束或用于产生光束的射线发生器（27)和至少一个用于把粒子束或光束聚焦在物体 (16)上的物镜（31)，其中在粒子束或光束射入到物体（16)上时产生至少一个离子，或者 -至少一个借助等离子用于产生离子的等离子单元。
【文档编号】H01J49/28GK104217918SQ201410365969
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2013年5月15日
【发明者】A·格拉斯马彻斯, M·阿里曼 申请人:卡尔蔡司显微镜有限责任公司