BPatG Beschluss vom 08.05.2000 – 15 W (pat) 18/98

BUNDESPATENTGERICHT

15 W (pat) 18/98 _______________ (Aktenzeichen)

Verkündet am 8. Mai 2000 …

B E S C H L U S S

In der Beschwerdesache

betreffend die Patentanmeldung 196 37 480.4-52

…

hat der 15. Senat (Technischer Beschwerdesenat) des Bundespatentgerichts auf

die mündliche Verhandlung vom 8. Mai 2000 unter Mitwirkung des Vorsitzenden

Richters Dr. Kahr, der Richter Dr. Niklas, Dr. Jordan und der Richterin Schroeter 6.70

beschlossen:

Auf die Beschwerde der Anmelder wird der Beschluß der Prüfungsstelle für Klasse G 01 N des Deutschen Patentamts vom

10. November 1997 aufgehoben und das Patent erteilt.

B e z e i c h n u n g : Vorrichtung zur massenspektrometrischen

Analyse von Oberflächen

A n m e l d e t a g : 13. September 1996

Der Erteilung liegen folgende Unterlagen zugrunde:

Patentansprüche 1 bis 5, überreicht in der mündlichen Verhandlung vom 8. Mai 2000,

Beschreibung Spalten 1 bis 7, überreicht in der mündlichen Verhandlung vom 8. Mai 2000,

3 Blatt Zeichnungen Figuren 1, 2 und 5, eingegangen am

13. September 1996.

G r ü n d e

I.

Die am 13. September 1996 eingereichte Patentanmeldung P 196 37 480.4-52

betrifft die

"Massenspektrometrische Analyse von Oberflächen".

Sie wurde von der Prüfungsstelle für die Klasse G 01 N des Deutschen Patentamts mit Beschluß vom 10. November 1997, der sich auf die Gründe des Bescheids vom 13. Mai 1997 bezieht, zurückgewiesen. Dem Beschluß lagen damit

die Patentansprüche 1 bis 23 der ursprünglichen Unterlagen zugrunde. Die Patentansprüche 1 und 17 hatten folgenden Wortlaut:

"1. Vorrichtung zur massenspektrometrischen Analyse von Substanzen in der Oberfläche einer Probe (12) eines Festkörpers,

umfassend

- eine Laserstrahlquelle zum Verdampfen mindestens eines Teils

der Oberfläche, und

- ein Massenspektrometer zur massenspektrometrischen Analyse

der verdampften Substanzen (5)

gekennzeichnet durch, einen Umlenkspiegel (4, 14) zum Umlenken von, in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Oberfläche

auf den Umlenkspiegel auftreffender Laserstrahlung (3)

in

Richtung auf die Oberfläche.

17. Verfahren zur massenspektrometrischen Analyse von Substanzen in der Oberfläche der Probe (12) eines Festkörpers, bei

welchem die Oberfläche mindestens zum Teil durch Laserstrahlung verdampft wird und die verdampften Substanzen (5) einem

Massenspektrometer zugeführt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung im wesentlichen

parallel zur Probenoberfläche auf einen oberhalb der Probe (12)

angeordneten Umlenkspiegel (4, 14) gerichtet und durch diesen in

Richtung auf die Probe umgelenkt wird."

Die Zurückweisung der Patentanmeldung wurde im wesentlichen damit begründet,

daß die Entwicklung der beanspruchten Vorrichtung gegenüber dem Stand der

Technik, wie er in

(1) DE 34 39 287 C2

beschrieben ist, auf keiner erfinderischen Tätigkeit beruhe. Weiterhin wurde im

Beschwerdeverfahren als relevanter Stand der Technik genannt:

(2) US 42 08 585 und

(3) B. Spengler in Analusis, Bd 20, 1992, Seiten 91 bis 101

insbesondere Figur 7.

Gegen den Beschluß der Prüfungsstelle haben die Patentanmelder Beschwerde

eingelegt und beantragt,

den angefochtenen Beschluß aufzuheben und das Patent zu erteilen auf der Grundlage der Patentansprüche 1 bis 5, Beschreibung Spalten 1 bis 7, jeweils überreicht in der mündlichen Verhandlung, und drei Blatt Zeichnungen mit Figuren 1, 2 und 5, eingegangen am 13. September 1996.

Die geltenden Patentansprüche 1 bis 5 lauten:

"1. Vorrichtung zur massenspektrometrischen Analyse von Substanzen in der Oberfläche einer Probe (12) eines Festkörpers, umfassend

- ein Massenspektrometer zur massenspektrometrischen

Analyse der durch Einwirkung von Laserstrahlung (3) auf die

Oberfläche verdampften Substanzen (5) und

- einen Off-Axis-Parabolspiegel (4) zum

- Umlenken von, in einer Richtung im wesentlichen parallel zur

Probenoberfläche auf den Umlenkspiegel (4) auftreffender

Laserstrahlung (3) in Richtung auf die Probenoberfläche, und

zum

- gleichzeitigen Fokussieren der Laserstrahlung (3) auf einen

Punkt der Probenoberfläche, wobei der Off-Axis-Parabolspiegel (4) derart angeordnet ist, daß der Winkelbereich des

auf der Probenoberfläche auftreffenden Strahlungsbündels

den Normalenvektor der Probenoberfläche umfaßt, und

- der Off-Axis-Parabolspiegel (4) eine Öffnung (6) für den

Durchtritt der durch die Laserstrahlung (3) verdampften Substanzen (5) in Richtung auf das Massenspektrometer aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- zwischen dem Umlenkspiegel (4) und der Probenoberfläche

eine für die Laserstrahlung (3) durchlässige Scheibe (7)

derart angeordnet ist, daß der Umlenkspiegel (4) vor den

durch die Laserstrahlung (3) verdampften Substanzen (5)

geschützt ist, wobei

-

in der Scheibe (7) eine Öffnung (8) für den Durchtritt der

durch die Laserstrahlung (3) verdampften Substanzen (5) in

Richtung auf das Massenspektrometer vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Scheibe (7) in eine Trennwand (9) zwischen Bereichen

unterschiedlichen vakuumtechnischen Druckes im Massenspektrometer integriert ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Massenspektrometer ein Flugzeit-Massenspektrometer

ist,

- die Probe (12) in Beschleunigungsrichtung der Ionenoptik

des Flugzeit-Massenspektrometers gesehen, sich hinter der

Ionenoptik befindet,

- der Normalenvektor der Probenoberfläche im wesentlichen

parallel zur Beschleunigungsrichtung der Ionenoptik des

Flugzeit-Massenspektrometers weist, und

-

in der hinteren Elektrode (21) der Ionenoptik des Flugzeit-

Massenspektrometers ein Durchtritt (26) für die verdampften

Substanzen (5) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Umlenkspiegel (4) in die Rückseite der in Beschleunigungsrichtung der Ionenoptik des Flugzeit-Massenspektrometers gesehen, hinteren Elektrode (21) integriert oder auf

dieser montiert ist."

Wegen weiterer Einzelheiten wird auf den Akteninhalt verwiesen.

II.

1. Die Beschwerde ist frist- und formgerecht eingelegt worden und zulässig

(PatG § 73). Sie ist mit den nunmehr geltenden Unterlagen auch erfolgreich.

2. Bezüglich der ausreichenden Offenbarung der geltenden Patentansprüche 1

bis 5 bestehen keine Bedenken, da deren Merkmale aus den ursprünglichen Unterlagen herleitbar sind. Die Merkmale des Patentanspruchs 1 finden sich in den

ursprünglichen Ansprüchen 1, 2 und 5 in Verbindung mit Seite 9, Absatz 3 der

ursprünglichen Beschreibung. Die Merkmale der Patentansprüche 3 bis 5 sind in

den ursprünglichen Ansprüchen 7 bis 9, 13, 14 und 16 offenbart.

3. Die beanspruchte Vorrichtung ist neu, da in keiner der relevanten Druckschriften alle Merkmale des Patentanspruchs im Zusammenhang beschrieben sind. So

fehlt in den Druckschriften (1) DE 34 39 287 C2 und (3) B. Spengler in Analusis

Bd 20, 1992, Seiten 91 bis 101 ein fokussierender Umlenkspiegel, während in (2)

US 42 08 585 die auf den Umlenkspiegel auftreffende Laserstrahlung nicht im

wesentlichen parallel zur Probenoberfläche verläuft.

4. Die Entwicklung der beanspruchten Vorrichtung beruht auch auf der erforderlichen erfinderischen Tätigkeit.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse von Substanzen in der Probenoberfläche eines Festkörpers, zB einer Dünnschicht-Chromatographie-Platte.

Dabei muß die zu analysierende Substanz aus der Oberfläche desorbiert, ionisiert

und zB in einen Massenspektrometer zur Analyse eingebracht werden. Die

Anmelderin sieht es bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren als nachteilig

an, daß durch die bekannte Anordnung von zB Probe, Ionenquelle Transportgasstrom und Massenspektrometer ua die Empfindlichkeit der Messungen beeinflußt bzw das Massenspektrometer übersättigt würde. Der Erfindung liegt daher

die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die nur in geringem Maße

oder besser gar nicht das elektrische Feld in der Ionenquelle eines Flugzeitmassenspektrometers

beeinflußt

und welche

erlaubt, mit

einzelnen

Laserschüssen kontrollierte Mengen, gegebenenfalls nur sehr geringe Substanzmengen von der zu untersuchenden Oberfläche, insbesondere von Dünnschicht-

Chromatographie-Platten abzutragen. Außerdem soll damit bei örtlich aufgelöster

Untersuchung von Oberflächen eine hohe laterale Ortsauflösung gewährleistet

sein. Insbesondere soll mit nur geringen abgetragenen Substanzmengen eine

hohe Empfindlichkeit im Massenspektrometer gewährleistet sein und gleichzeitig

die Massenauflösung nicht beeinträchtigt sein.

Gelöst werden soll diese Aufgabe gemäß Patentanspruch 1 durch eine Vorrichtung die folgende Merkmale umfaßt:

1.

Ein Massenspektrometer zur Analyse der durch Laserstrahlung ver-

2.

2.1

dampften Substanzen,

einen Off-Axis-Parabolspiegel zum

Umlenken von, in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Probenoberfläche auf den Umlenkspiegel (4) auftreffender Laserstrahlung (3) in Richtung auf die Probenoberfläche, und zum

2.2

gleichzeitigen Fokussieren der Laserstrahlung (3) auf einen Punkt

der Probenoberfläche.

2.3

Der Off-Axis-Parabolspiegel ist derart angeordnet, daß der Winkelbereich des auf der Probenoberfläche auftreffenden Strahlungsbündels den Normalenvektor der Probenoberfläche umfaßt, und

2.4

weist eine Öffnung für den Durchtritt der durch die Laserstrahlung (3)

verdampften Substanzen (5)

in Richtung auf das Massenspektrometer auf.

Der hier angesprochene Fachmann ist ein Diplomphysiker mit mehrjähriger Berufserfahrung auf dem Gebiet der Massenspektrometrie und Teilchenanalyse.

Sollte er keine profunde Kenntnis in der Laseroptik haben, wird er einen entsprechenden Fachmann zurate ziehen. Diesem Durchschnittsfachmann sind aus den

Literaturstellen (1) bis (3) Vorrichtungen bekannt, bei denen mittels Laserstrahlen

von Probenoberflächen Substanzen verdampft werden, die anschließend in einem

Massenspektrometer, einem heute üblicherweise eingesetzten Analysator, analysiert werden.

In der Druckschrift (3), Figur 7 wird zwar der Laserstrahl, wie in der beanspruchten

Vorrichtung, parallel zur Probenoberfläche herbeigeführt, trifft dann jedoch durch

eine Sammellinse auf einen planaren Umlenkspiegel, so daß ein elliptischer

Brennpunkt entsteht, aus dem die sekundären Teilchen senkrecht zur Oberfläche

abgezogen werden. Der Nachteil hierbei ist die mehrteilige Optik und eine durch

den Strahlengang bedingte elliptische Oberfläche des Brennpunktes. Bei der

Vorrichtung gemäß der Druckschrift (1) trifft der parallel zur Probenoberfläche

verlaufende Laserstrahl auf einen oberhalb der Probe befindlichen ebenen

Umlenkspiegel und von dort durch eine Sammellinse senkrecht auf die Probe

(Figur 3). Sowohl der ebene Umlenkspiegel als auch die Sammellinse haben in

der Mitte eine Öffnung, so daß die im Brennpunkt erzeugten Sekundärteilchen

senkrecht zur Probenoberfläche in den Analysator gelangen können. Mit diesem

bekannten Aufbau, kann zwar ein elliptischer Brennpunkt, wie er zB gemäß (3)

entsteht, vermieden werden, jedoch ist auch hier eine zweiteilige durchbohrte Optik aus planarem Umlenkspiegel und Sammellinse nötig, die in der Herstellung und

Ausrichtung aufwendig ist. Die Vorrichtung, die in der Druckschrift (2) beschrieben

ist, hat bereits den Vorteil, daß hier der planare Spiegel und die Sammellinse, wie

sie aus (1) und (3) bekannt sind, durch einen sphärischen fokussierenden Spiegel

ersetzt wird. Jedoch mußte damit wieder auf den Vorteil der Vorrichtung

gemäß (1) verzichtet werden, daß ein möglichst kleiner, nicht elliptischer

Brennpunkt auf der Probenoberfläche entsteht. Außerdem bedingt die rückseitige

Einkopplung des Laserstrahls einen langen Abstand des Umlenkspiegels zur

Probenoberfläche, was wiederum die Bildung eines kleinen Brennpunktes erschwert.

Erst die Anmelder haben erkannt, daß durch einen anspruchsgemäßen Strahlengang, der erfindungsgemäß durch einen mit einer Öffnung versehenen Off-Axis-

Parabolspiegel ermöglicht wird, sowohl ein einfacher Aufbau, als auch ein möglichst kleiner kreisrunder Brennpunkt verwirklicht werden kann. Durch diese Anordnung ist es möglich, daß das elektrische Feld in der Ionenquelle des Massenspektrometers, wenn überhaupt, dann nur im geringen Maße beeinflußt wird und

daß damit nur sehr geringe Substanzmengen von der Probenoberfläche abgetragen werden.

Anregungen für diesen erfindungsgemäßen Aufbau der beanspruchten Vorrichtung sind dem genannten Stand der Technik somit nicht zu entnehmen. Die anderen, von der Anmelderin in der Beschreibungseinleitung genannten Druckschriften

liegen vom Anmeldungsgegenstand noch weiter entfernt.

Die beanspruchte Vorrichtung, über dessen gewerbliche Anwendbarkeit keine

Zweifel bestehen, ist daher patentfähig und der Patentanspruch 1 gewährbar. Mit

ihm die untergeordneten Patentansprüche 2 bis 5, die vorteilhafte Ausgestaltungen der beanspruchten Vorrichtung betreffen.

Dr. Niklas

Dr. Jordan

Schroeter

Vorsitzender Richter Dr. Kahr ist wegen Urlaub an der Unterschriftsleistung verhindert Dr. Niklas

Mr/prö