JPS6049252A - 二次イオン質量分析計 - Google Patents
二次イオン質量分析計Info
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- JPS6049252A JPS6049252A JP58157694A JP15769483A JPS6049252A JP S6049252 A JPS6049252 A JP S6049252A JP 58157694 A JP58157694 A JP 58157694A JP 15769483 A JP15769483 A JP 15769483A JP S6049252 A JPS6049252 A JP S6049252A
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- Japan
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- sample
- shutter
- ions
- primary ion
- ion
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/02—Details
- H01J49/10—Ion sources; Ion guns
- H01J49/14—Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers
- H01J49/142—Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers using a solid target which is not previously vapourised
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- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、ｉｌｊ気絶級性の高い材料の組成分析を容
易に行うことのできる二次イオン質量分析計に関する。
易に行うことのできる二次イオン質量分析計に関する。
周知のとおり、固体材料の組成分析には二次イオン質ｈ
１分析計が賞月されている。第１図は、従来形の二次イ
オン質量分析計の構成を示す概略図である。図において
、１は試料である。試料１は、１〜 ｍＫｅＶに加速された一次イオン２によって打たれ、試
料１からは二次イオン３が放出される。
１分析計が賞月されている。第１図は、従来形の二次イ
オン質量分析計の構成を示す概略図である。図において
、１は試料である。試料１は、１〜 ｍＫｅＶに加速された一次イオン２によって打たれ、試
料１からは二次イオン３が放出される。
この二次イオン３は質量分析計４に導入されて質量分析
を受け、質量分析ＷＦ４からは質量スペクトル５が出力
される。そして、との質量スペクトル５から二次イオン
３の質量と強度を同定し、試料１の組成分析を行う。
を受け、質量分析ＷＦ４からは質量スペクトル５が出力
される。そして、との質量スペクトル５から二次イオン
３の質量と強度を同定し、試料１の組成分析を行う。
ところで、上述した従来の二次イオン質］、七分析計を
使用する場合、試料１が金属または半導体ならば問題は
ないが、電気絶縁性の高い物質のどきには分析が困難に
なるという欠点があった。すなわち、試料１は絶縁性で
あるために、−次イオン２が当ったときにＴ１１荷が蓄
積され、その表面？［５位が急速に上昇する。このため
、後続の一次イオン２の入射が妨げられるとともに、放
出される二次イオン３のエネルギ分布が大きく偏って、
質量分析計４の分析能力をけずれてし甘い、分析が不能
となる。そこで、従来の二次イオン質ＪＪ［分析語にお
いては、試料１の帯電防止策として、−次イＡン２と同
時に４．２子嫂を照射して蓄積された電荷を中和する等
の方法を採ってきたが、電子銃からの熱に１射および電
子％ ：＠による発熱等のために試料１が変質し、分析
請果に大きな誤差が入ってしまうなどの欠点があった。
使用する場合、試料１が金属または半導体ならば問題は
ないが、電気絶縁性の高い物質のどきには分析が困難に
なるという欠点があった。すなわち、試料１は絶縁性で
あるために、−次イオン２が当ったときにＴ１１荷が蓄
積され、その表面？［５位が急速に上昇する。このため
、後続の一次イオン２の入射が妨げられるとともに、放
出される二次イオン３のエネルギ分布が大きく偏って、
質量分析計４の分析能力をけずれてし甘い、分析が不能
となる。そこで、従来の二次イオン質ＪＪ［分析語にお
いては、試料１の帯電防止策として、−次イＡン２と同
時に４．２子嫂を照射して蓄積された電荷を中和する等
の方法を採ってきたが、電子銃からの熱に１射および電
子％ ：＠による発熱等のために試料１が変質し、分析
請果に大きな誤差が入ってしまうなどの欠点があった。
この発明は、上記の事情に鑑み、正確な質量分析を行う
ことのできる二次イオン質量分析計を提供するもので、
−次イオンをパルス化して照射することにより、試料の
帯電を防止したことを特徴とする。なお、−次イオンの
パルス照射にともなって二次イオンもパルス状に発生す
るが、これは飛行時間形質量分析計で分析するようにし
た。
ことのできる二次イオン質量分析計を提供するもので、
−次イオンをパルス化して照射することにより、試料の
帯電を防止したことを特徴とする。なお、−次イオンの
パルス照射にともなって二次イオンもパルス状に発生す
るが、これは飛行時間形質量分析計で分析するようにし
た。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
まず、本発明の詳細な説明する。第２図（イ）は、絶縁
性試料１に一次イオン２が入射しているときの概要を示
す断面図である。図において、試料１に一次イオン２が
衝突すると、試料ｌからは二次イオン３と二次１−千６
が放出され、試料１に電流１が流れ、試料ホルダ７を介
してアースに吸収される。この場合、電流１は一次イオ
ン２と二次亀子６の加算電流であるが、一般に渚１０〜
１０−４程度なので、電流１は一次イオン２の１ｉ王流
とみなしてよい。第２図（ロ）は、このときのＦｌ、置
市等価回路を示す図である。図において、８は試料１の
表面裏面間の絶縁抵抗（すなわち試料１の表面抵抗とバ
ルク抵抗の合成抵抗；値ｒ２）、９は試料１０表裏間の
静電容量（値Ｃ）、１０は静電容量９の直列抵抗分（値
ｒｌ）、１１は一次イオン照射中オンとなるスイッチで
ある。
性試料１に一次イオン２が入射しているときの概要を示
す断面図である。図において、試料１に一次イオン２が
衝突すると、試料ｌからは二次イオン３と二次１−千６
が放出され、試料１に電流１が流れ、試料ホルダ７を介
してアースに吸収される。この場合、電流１は一次イオ
ン２と二次亀子６の加算電流であるが、一般に渚１０〜
１０−４程度なので、電流１は一次イオン２の１ｉ王流
とみなしてよい。第２図（ロ）は、このときのＦｌ、置
市等価回路を示す図である。図において、８は試料１の
表面裏面間の絶縁抵抗（すなわち試料１の表面抵抗とバ
ルク抵抗の合成抵抗；値ｒ２）、９は試料１０表裏間の
静電容量（値Ｃ）、１０は静電容量９の直列抵抗分（値
ｒｌ）、１１は一次イオン照射中オンとなるスイッチで
ある。
この等価回路において、スイッチ１１のオン／オフは一
次イオン２の照射開始／照射停止を意味している。今、
スイッチ１１がオン、すなわち−次イオン２の照射が開
始されると、試料１には一定電流１が流れ、その表面Ｙ
Ｅ位Ｖは時間ｔの経過につれて、 Ｖ＝ ｒ２１． （１−−−ｅ ｘ ｐ （−−−−−
−−）） −ｆｌｌｒＩ＋ｒ２ Ｃｔ ｒｌ＋ｒ２１ のごとく上昇し、最終的には値ｒ、ｉに漸近する。
次イオン２の照射開始／照射停止を意味している。今、
スイッチ１１がオン、すなわち−次イオン２の照射が開
始されると、試料１には一定電流１が流れ、その表面Ｙ
Ｅ位Ｖは時間ｔの経過につれて、 Ｖ＝ ｒ２１． （１−−−ｅ ｘ ｐ （−−−−−
−−）） −ｆｌｌｒＩ＋ｒ２ Ｃｔ ｒｌ＋ｒ２１ のごとく上昇し、最終的には値ｒ、ｉに漸近する。
第２図（ハ）は、この関係をグラフに表わしたものであ
る。
る。
次に、スイッチ１１をオフすなわち、−次イオン２の照
射を停止すると、試料１の表面電荷は第６図（イ）に示
す等価回路の抵抗８．１０を介して放７１尤を開始する
。今、−次イオン２の照射によって表面；■を位■がＶ
。になった時点で照射を停止したとすれば、以後の表面
電位ｖｉｌ″ｆ、、Ｖ ＝ Ｖｏｅ ｘ ｐ （−−）
・”’・・（２）Ｃ（ｒ、＋ｒ２） υて従って減する。第６図（ロ）はこの関係をグラフに
表わ゛じたものである。
射を停止すると、試料１の表面電荷は第６図（イ）に示
す等価回路の抵抗８．１０を介して放７１尤を開始する
。今、−次イオン２の照射によって表面；■を位■がＶ
。になった時点で照射を停止したとすれば、以後の表面
電位ｖｉｌ″ｆ、、Ｖ ＝ Ｖｏｅ ｘ ｐ （−−）
・”’・・（２）Ｃ（ｒ、＋ｒ２） υて従って減する。第６図（ロ）はこの関係をグラフに
表わ゛じたものである。
次に、試料ｌとして縦・横が１０ｍ、−厚さが０５詔の
溶融石英版を用いた場合を例にとって、表面１昆位Ｖの
時間的変化を図示したのが第４図である。この場合、抵
抗８の値ｒ２＝２−５ＴΩ（＝２．５×１０′２０）、
静ＴＩＥ容量９の値Ｃ＝５ｐＦである。
溶融石英版を用いた場合を例にとって、表面１昆位Ｖの
時間的変化を図示したのが第４図である。この場合、抵
抗８の値ｒ２＝２−５ＴΩ（＝２．５×１０′２０）、
静ＴＩＥ容量９の値Ｃ＝５ｐＦである。
また、抵抗１０の値ｒ、は、絶縁性試料１においてｌ’
ｆ−（１＜ｊ ｒ ２ より十分に小さく無視すること
ができる。これらの値を（１）式に代入すると、Ｖ＝２
．５Ｘ１ ０１２１（＋−８ＸＩ）（−−二ｔ； ’〕
）、、、、、イ１ａ３１２．５ となる。また（２）式に代入すると、 Ｖ／Ｖｏ＝ ｅ Ｘ、 Ｐ （−でν） ・・−・・（
２ａ）となる。そして、第４図において〔１ａ）式の関
係は実線で、（２ａ）式の関係は点線で示され、（１ａ
）式の■が左縦軸に、（２ａ）式の■／Ｖｏが右縦軸に
各々示されている。この図かられかるように、ｒＩＬ流
１が１×１σ’Ａ（１ｎＡ）であっても照射開始１秒後
には表面電位■は２００Ｖにも達してしまうのに対し、
■／■ｏが１０−３まで減少するには、１００秒近くも
の時間を要する。そして、実際の二次イオン質量分析に
おいては、表面電位Ｖが１〜２■を超えると、分析に悪
影響が出始める。
ｆ−（１＜ｊ ｒ ２ より十分に小さく無視すること
ができる。これらの値を（１）式に代入すると、Ｖ＝２
．５Ｘ１ ０１２１（＋−８ＸＩ）（−−二ｔ； ’〕
）、、、、、イ１ａ３１２．５ となる。また（２）式に代入すると、 Ｖ／Ｖｏ＝ ｅ Ｘ、 Ｐ （−でν） ・・−・・（
２ａ）となる。そして、第４図において〔１ａ）式の関
係は実線で、（２ａ）式の関係は点線で示され、（１ａ
）式の■が左縦軸に、（２ａ）式の■／Ｖｏが右縦軸に
各々示されている。この図かられかるように、ｒＩＬ流
１が１×１σ’Ａ（１ｎＡ）であっても照射開始１秒後
には表面電位■は２００Ｖにも達してしまうのに対し、
■／■ｏが１０−３まで減少するには、１００秒近くも
の時間を要する。そして、実際の二次イオン質量分析に
おいては、表面電位Ｖが１〜２■を超えると、分析に悪
影響が出始める。
そこで、本発明は、−次イオン２をパルス的に照射し表
面電位■の上昇を抑制する。例えば上記の例の場合、電
流１が１ｎＡのときは一次イオン２のパルス幅を１の１
秒に、１０ｎＡのときは１０−３秒にすれば、表面電位
Ｖを２Ｖに抑えることができる。この場合、パルス間隔
を充分に長くとシ、試料ｌの表面に蓄積された７１荷め
放電を十ワＩに行うことは勿論である。
面電位■の上昇を抑制する。例えば上記の例の場合、電
流１が１ｎＡのときは一次イオン２のパルス幅を１の１
秒に、１０ｎＡのときは１０−３秒にすれば、表面電位
Ｖを２Ｖに抑えることができる。この場合、パルス間隔
を充分に長くとシ、試料ｌの表面に蓄積された７１荷め
放電を十ワＩに行うことは勿論である。
吹に、第５図を参照して本発明の一実施例を説明する。
図において、１２は一次イオン発生手段であり、−次イ
オン２を連続的に発生するものである。この−次イオン
２は、シャッタ１３によってパルス状の一次イオン２ａ
に変換され、試料ｌに１１（ｆ射される。ここで、シャ
ツタエ３は電気的シャッタでも、機械的シャッタでもよ
く、要は連続的な一次イオン２をパルス状の一次イオン
２ａに変換できるものであればよい。そして、−次イオ
ン２ａのパルス幅はシャッタ１３の開放時間ｔとＣ，ｆ
ｆ’ Ｌ ＜ 、試料１を流れる電流土（これは前述し
たように一次イオン２ａによる電流とみなせる〕と前記
開放時間ｔとの積ｉ Ｘ ｔが定数以下になるように開
放時間ｔを定める。本実施例においては、１１ε流ｉ
＝ １ ｎ Ａと開放時間ｔ＝ｉｏ−”秒との積Ｉ Ｘ
１０−”クーロンを前記定数としている。 ４゜さて
、パルス状の一次イオン２ａによって、試１３ト１から
（」、パルス状の二次イオン３ａが放出される。この二
次イオン３ａけ飛行時間形質量分析計４ａＫ導入されて
分析され、質量分析Ｈ１’４ａからは質量スペクトル５
ａが出力される。そして、との質量スペクトル５ａに基
づいて試料１の組成り一γ析が行われる。
オン２を連続的に発生するものである。この−次イオン
２は、シャッタ１３によってパルス状の一次イオン２ａ
に変換され、試料ｌに１１（ｆ射される。ここで、シャ
ツタエ３は電気的シャッタでも、機械的シャッタでもよ
く、要は連続的な一次イオン２をパルス状の一次イオン
２ａに変換できるものであればよい。そして、−次イオ
ン２ａのパルス幅はシャッタ１３の開放時間ｔとＣ，ｆ
ｆ’ Ｌ ＜ 、試料１を流れる電流土（これは前述し
たように一次イオン２ａによる電流とみなせる〕と前記
開放時間ｔとの積ｉ Ｘ ｔが定数以下になるように開
放時間ｔを定める。本実施例においては、１１ε流ｉ
＝ １ ｎ Ａと開放時間ｔ＝ｉｏ−”秒との積Ｉ Ｘ
１０−”クーロンを前記定数としている。 ４゜さて
、パルス状の一次イオン２ａによって、試１３ト１から
（」、パルス状の二次イオン３ａが放出される。この二
次イオン３ａけ飛行時間形質量分析計４ａＫ導入されて
分析され、質量分析Ｈ１’４ａからは質量スペクトル５
ａが出力される。そして、との質量スペクトル５ａに基
づいて試料１の組成り一γ析が行われる。
このような構成において、−次イオン２ａのパルス間隔
を充分て長くとれば、−次イオン２ａの前回パルスの照
射によって試料１に蓄積されたｌ′ｉｔ荷が数回されて
から、次のパルスによる照射がなされるので、試料１の
表面電位Ｖを低く（２ｖ以下に）保つことができ、正確
彦質量分析を行うことができる。
を充分て長くとれば、−次イオン２ａの前回パルスの照
射によって試料１に蓄積されたｌ′ｉｔ荷が数回されて
から、次のパルスによる照射がなされるので、試料１の
表面電位Ｖを低く（２ｖ以下に）保つことができ、正確
彦質量分析を行うことができる。
以上説明したようにこの発明は、−次イオンをパルス化
して試料を照射するようにしたので、試料表面の帯電が
抑制され、表面電位が上昇しないため、質量分析が正常
に遂行される利点が得られる。
して試料を照射するようにしたので、試料表面の帯電が
抑制され、表面電位が上昇しないため、質量分析が正常
に遂行される利点が得られる。
第１図は従来の二次イオン質量分析言１の動作原理を説
明するための概略図、第２図（イ）は絶縁試料１に一次
イオン２が入射しているときの概要を示すＩｊｈ面図、
同図（ロ）は（イ）の電気的等価回路図、同図Ｈけ表面
電位■の時間的変化を示すグラフ、第３図（イ）Ｉ″ｉ
蓄積１ｕ荷の放電を説明するための等価回路図、同Ｃ（
ロ）は放ｉ■Ｌ時の表面７１１位■の時間的変化を示す
グラフ、第４図は一次イオン照射による溶融石英析の表
面Ｆｒｆ位Ｖの時間的変化を示すグラフ（実、腺は一次
イオン照射時、点線は放電時〕、第５図は本発明の一実
施例の構成を示す概略図である。 １・・・・・試４ＳＩ、２・・・・・−次イオン、２ａ
・・・・・パルス状の一次イオン、３．３ａ・・・・・
二次イオン、１２・・・・・−次イオン発生手段、１１
３・・・・・シャッタ（変換手段）。 第１図 第５図 第２図 （４） （Ｄｌ
明するための概略図、第２図（イ）は絶縁試料１に一次
イオン２が入射しているときの概要を示すＩｊｈ面図、
同図（ロ）は（イ）の電気的等価回路図、同図Ｈけ表面
電位■の時間的変化を示すグラフ、第３図（イ）Ｉ″ｉ
蓄積１ｕ荷の放電を説明するための等価回路図、同Ｃ（
ロ）は放ｉ■Ｌ時の表面７１１位■の時間的変化を示す
グラフ、第４図は一次イオン照射による溶融石英析の表
面Ｆｒｆ位Ｖの時間的変化を示すグラフ（実、腺は一次
イオン照射時、点線は放電時〕、第５図は本発明の一実
施例の構成を示す概略図である。 １・・・・・試４ＳＩ、２・・・・・−次イオン、２ａ
・・・・・パルス状の一次イオン、３．３ａ・・・・・
二次イオン、１２・・・・・−次イオン発生手段、１１
３・・・・・シャッタ（変換手段）。 第１図 第５図 第２図 （４） （Ｄｌ
Claims (1)
- −次イオン発生手段より出力された一次イオンによって
試料を徒撃し、このときに発生する二次イオンに基づい
て質量分析を行う二次イオン質量分析計において、前記
−次イオン発生手段より出力された一次イオンをパルス
状の一次イオンに変換する変換手段を具備し、前記パル
ス状の一次イオンによって前記試料を割宗することを特
徴とする二次イオン質量分析計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58157694A JPS6049252A (ja) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | 二次イオン質量分析計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58157694A JPS6049252A (ja) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | 二次イオン質量分析計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6049252A true JPS6049252A (ja) | 1985-03-18 |
Family
ID=15655338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58157694A Pending JPS6049252A (ja) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | 二次イオン質量分析計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6049252A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH046480U (ja) * | 1990-04-28 | 1992-01-21 | ||
| US7188031B1 (en) | 2002-06-28 | 2007-03-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for acquiring information of a biochip using time of flight secondary ion mass spectrometry and an apparatus for acquiring information for the application thereof |
-
1983
- 1983-08-29 JP JP58157694A patent/JPS6049252A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH046480U (ja) * | 1990-04-28 | 1992-01-21 | ||
| US7188031B1 (en) | 2002-06-28 | 2007-03-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for acquiring information of a biochip using time of flight secondary ion mass spectrometry and an apparatus for acquiring information for the application thereof |
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