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JPH01132038A - Mass spectroscope - Google Patents

Mass spectroscope

Info

Publication number
JPH01132038A
JPH01132038A JP62289475A JP28947587A JPH01132038A JP H01132038 A JPH01132038 A JP H01132038A JP 62289475 A JP62289475 A JP 62289475A JP 28947587 A JP28947587 A JP 28947587A JP H01132038 A JPH01132038 A JP H01132038A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion beam
hole
ion
aperture
mass spectrometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP62289475A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoru Ohata
覚 大畠
Hiroshi Idekawa
井出川 洋
Shozo Kobayashi
祥三 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP62289475A priority Critical patent/JPH01132038A/en
Publication of JPH01132038A publication Critical patent/JPH01132038A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make highly accurate mass analysis possible by providing the periphery of an ion beam incident hole of a beam current restricting aperture with a conical protrusion with its apex located at the incident hole. CONSTITUTION:A beam current restricting aperture 4 is provided in its center with an ion beam passing hole 41. The restriction of the ion beam passage restricts the amount of beam current and also works to collimate the beam. It is arranged here such that the aperture 4 is provided with a protrusion with its apex located at the hole 41 and that the periphery of the hole 41 forms the slope A. As a result, particles sputtered and the ion beam reflected at the surface A are diffused in the direction parting from the hole 41 and do not interfere with the ion beam incident in the hole 41. Thus, the contamination of a primary ion beam is lessened and the accuracy of mass analysis is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、固体試料のイオンビームによる質量分析に
用いられる質量分析装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a mass spectrometer used for mass spectrometry of a solid sample using an ion beam.

(従来の技術) 従来のこの種の質量分析装置としては、イオン銃によっ
てAr等の一次イオンビームを発射し、この−次イオン
ビームを集束レンズ、イオンビーム制限アパーチャ等か
ら成るイオンビーム光学系を介して試料に照射し、試料
から発生する二次イオンを検出して質量分析する二次イ
オン質量分析装置が一般的である。この装置では、−次
イオンビームの品質、即ちイオンビーム中に異種−次イ
オンビームや中性粒子等が混在することが分析信号の信
号−雑音比(NS比)に大きな影響を与えるため、高品
位のイオンビームが望まれる。
(Prior Art) Conventional mass spectrometers of this type emit a primary ion beam such as Ar using an ion gun, and use an ion beam optical system consisting of a focusing lens, an ion beam limiting aperture, etc. to direct this primary ion beam. A common secondary ion mass spectrometer is a secondary ion mass spectrometer that irradiates a sample through a ion beam, detects secondary ions generated from the sample, and performs mass analysis. In this device, the quality of the -order ion beam, that is, the presence of different types of -order ion beams, neutral particles, etc. in the ion beam, has a large effect on the signal-to-noise ratio (NS ratio) of the analysis signal. A high quality ion beam is desired.

そこで、従来は異種−次イオン・ビームの除去に[EX
B (ウィーン)フィルターを用い、中性粒子の除去に
はイオンビームに電界を印加してビームを偏向させ偏向
しない中性粒子を取り除くことにより、イオンビームの
品質を向上させることが行われていた。
Therefore, conventionally, [EX
The quality of the ion beam was improved by using a B (Vienna) filter to remove neutral particles by applying an electric field to the ion beam to deflect the beam and remove neutral particles that do not deflect. .

(発明が解決しようとする問題点) 上記従来の装置では、イオン銃から発射されたイオンビ
ーム中に含まれる異種イオン、中性粒子などはある程度
除去が可能である。しかしながら、イオンビームを所定
の電流量に限定するためのビーム電流制限アパーチャに
よって、イオンビーム自身が汚染される問題が生じる。
(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional apparatus described above, foreign ions, neutral particles, etc. contained in the ion beam emitted from the ion gun can be removed to some extent. However, the problem arises that the beam current limiting aperture for limiting the ion beam to a predetermined current amount contaminates the ion beam itself.

即ち、ビーム電流制限アパーチャでは、ビーム入射孔の
エツジ部分やビーム制限面で一次イオンビームが反射し
て散乱しまたはスパッタすることにより生じた粒子(イ
オン、中性粒子)が干渉し、−次イオンビーム自身を汚
染し、イオンビームの品質を大幅に低下させる。
That is, in the beam current limiting aperture, particles (ions, neutral particles) generated by reflection, scattering, or sputtering of the primary ion beam at the edge portion of the beam entrance hole or the beam limiting surface interfere, and the negative ions It contaminates the beam itself and significantly reduces the quality of the ion beam.

この発明は、以上のような従来の問題点に関してなされ
たもので、新規な形状のイオンビーム制限アパーチャを
得て、精度の高い質口分析が可能な質量分析装置を提供
することを目的とする。
The present invention has been made to address the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a mass spectrometer capable of performing highly accurate mass analysis by obtaining an ion beam limiting aperture with a novel shape. .

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明は、上記問題点を解決するために、イオン銃か
ら発射される一次イオンビームをビーム電流制限アパー
チャを通過させることによって被測定試料に必要なイオ
ンビーム電流量とすることにより上記試料の質量分析を
行う質量分析装置において、上記ビーム電流制限アパー
チャのイオンビーム入射孔の外周辺にこの入射孔を頂点
とする凸部を設けたことを要旨としている。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention aims to improve the measurement target by passing the primary ion beam emitted from the ion gun through a beam current limiting aperture. In the mass spectrometer that performs mass spectrometry of the sample by setting the ion beam current amount necessary for The gist is:

(作用) この発明によれば、イオン銃より発射されたイオンビー
ムのうち、ビーム電流制限アパーチャのビーム入射口付
近でスパッタされたりまたは反射されたイオンまたは粒
子は、入射孔周辺の凸部の斜面によって、入射孔から遠
ざかる方向へ散乱されるため、入射するイオンビームと
これらのイオン、粒子との干渉が大幅に低減する。従っ
て、このアパーチャを通過したイオンビームは、高品質
を維持しつつ有効に電流制限が行われており、精度の高
い質借分析を行うことが出来る。
(Function) According to the present invention, of the ion beam emitted from the ion gun, ions or particles that are sputtered or reflected near the beam entrance of the beam current limiting aperture are removed from the slope of the convex portion around the entrance hole. Since the ions are scattered in a direction away from the entrance hole, interference between the incident ion beam and these ions and particles is significantly reduced. Therefore, the ion beam that has passed through this aperture is effectively current-limited while maintaining high quality, and highly accurate loan analysis can be performed.

(実施例) 第1図は、この発明の1実施例にかかる質量分析装置の
一次イオンビーム光学系を示す構成図である。図面にお
いて、1はAr等の一次イオンビームを発射するイオン
銃、2はイオン銃1から発射されたイオンビームを集束
する集束レンズ、3はドリフトチューブであって、集束
レンズ2において集束されたイオンビームはこのチュー
ブ3内で一旦集束し再び発散する。−次イオン中の異種
イオン(例えばAr+イオンの場合、Ar+“。
(Example) FIG. 1 is a configuration diagram showing a primary ion beam optical system of a mass spectrometer according to an example of the present invention. In the drawing, 1 is an ion gun that emits a primary ion beam such as Ar, 2 is a focusing lens that focuses the ion beam emitted from the ion gun 1, and 3 is a drift tube that focuses the ions focused by the focusing lens 2. The beam is once focused within this tube 3 and then diverged again. - a foreign ion in the next ion (for example, in the case of an Ar+ ion, Ar+“.

Ar++1.N+等)を除去するためのEXBフィルタ
ーは、一般にこの部分に設置される。4は、後述するこ
の発明独特の形状を有するビーム電流制限アパーチャで
あり、中心にイオンビームの通過する孔41が設けられ
、イオンビームの通過量を制限することによってビーム
電流量を制限しまたビームをコリメートする働きをする
。図示するようにアパーチャ4には、孔41を頂点とす
る凸部が設けられ、孔41の外周辺が斜面Aを形成する
ようにされている。従って、A面において反射されたイ
オンビームおよびスパッタされた粒子は、孔41から遠
ざかる方向に散乱し、孔41に入射するイオンビームと
干渉することはない。なJ3、アパーチャ4の詳細な形
状は、後述する第2図の説明の項で述べる。
Ar++1. An EXB filter for removing (N+, etc.) is generally installed in this part. Reference numeral 4 denotes a beam current limiting aperture having a shape unique to the present invention, which will be described later. A hole 41 through which the ion beam passes is provided in the center, and the beam current is limited by limiting the amount of ion beam passing through. It works to collimate. As shown in the figure, the aperture 4 is provided with a convex portion having the hole 41 as its apex, and the outer periphery of the hole 41 forms a slope A. Therefore, the ion beam and sputtered particles reflected on the A plane are scattered in a direction away from the hole 41 and do not interfere with the ion beam incident on the hole 41. The detailed shapes of J3 and aperture 4 will be described in the explanation section of FIG. 2, which will be described later.

5はアパーチャ4によってコリメートされたイオンご一
ムを偏向するための偏向電極である。このときイオンビ
ーム中に含まれる中性粒子は、電界の作用を受けず偏向
しない。従って、電極5によって偏向されたビームのみ
を検出すれば中性粒子は除去することが可能である。6
は、偏向電極5を通過して微細プローブイオンとなった
イオンビームを走査させるための電極、7はイオンビー
ムを微illに集束する為の対物レンズ、8はイオンビ
ームを照射する為の固体試料である。
5 is a deflection electrode for deflecting the ions collimated by the aperture 4; At this time, neutral particles contained in the ion beam are not affected by the electric field and are not deflected. Therefore, by detecting only the beam deflected by the electrode 5, neutral particles can be removed. 6
is an electrode for scanning the ion beam that has passed through the deflection electrode 5 and has become a fine probe ion, 7 is an objective lens for focusing the ion beam into a fine illumination, and 8 is a solid sample for irradiating the ion beam. It is.

以上のような光学系を経た一次イオンビームは、固体試
料8を照射し、試料8をスパッタすることによって、2
次イオンを発生させる。この二次イオンビームを検出す
ることによって、試料の質量分析を行うことが出来る。
The primary ion beam that has passed through the optical system as described above irradiates the solid sample 8 and sputters the sample 8, resulting in two
Generates the next ion. By detecting this secondary ion beam, mass spectrometry of the sample can be performed.

なおビーム電流制限アバーチレは一般に非磁性の鉄鋼で
形成されるが、この実施例ではタングステンカーバイド
製の材料を用いた。これは、タングステンカーバイドが
表面仕上げの点で鉄鋼より優れているからである。即ち
、従来の装置では一般にアパーチャの孔の表面仕上げと
して通常の切削加工が行われているだけであり、そのた
めこの孔を通過するイオンビームには、スリット散乱に
よる散乱粒子のハローが発生し、イオンビームの均一性
を損う結果となる。ところがこの実施例のように、アパ
ーチャ材料としてタングステンカーバイドを用いると、
優れた表面仕上げを実行できるので、イオンビームのス
リット散乱を減少できる。
Although the beam current limiting aperture is generally made of non-magnetic steel, in this embodiment a material made of tungsten carbide was used. This is because tungsten carbide has a superior surface finish to steel. In other words, in conventional devices, the surface of the aperture hole is generally only subjected to a normal cutting process, and as a result, the ion beam passing through this hole has a halo of scattered particles due to slit scattering, and the ions are This results in a loss of beam uniformity. However, when tungsten carbide is used as the aperture material as in this example,
Excellent surface finishing can be achieved, thereby reducing slit scattering of the ion beam.

しかしながら、イオンビーム自身による汚染を防ぎ、高
品位なイオンビームを保つためにさらに重要なものは、
アパーチャの形状を最良とすることである。第2図は、
この実施例で提案される最良のアパーチャの構造を示す
一部断面図であるが、各部の構造の説明に先立って、こ
の実施例のアパーチャ設計のため゛に考慮された点を説
明する。
However, what is even more important in order to prevent contamination by the ion beam itself and maintain a high-quality ion beam is:
The aim is to optimize the shape of the aperture. Figure 2 shows
This is a partial cross-sectional view showing the structure of the best aperture proposed in this embodiment. Prior to explaining the structure of each part, points taken into consideration for the aperture design of this embodiment will be explained.

a、イオンビームを制限する面Aは、入射し反射された
一部イオンを孔41から遠ざけ、さらにスパッタされる
粒子をも遠ざけるように傾斜させる必要がある。さらに
A面で反射もしくはスパッタされた粒子が再び反射また
はスパッタされて孔41の近傍に飛来しないように、ア
パーチャ4の上部にドリフトチューブ3を設け、飛来粒
子の侵入を防ぐ。
a. The surface A that restricts the ion beam needs to be tilted so as to keep some of the incident and reflected ions away from the hole 41 and also keep sputtered particles away. Further, in order to prevent the particles reflected or sputtered from the A surface from being reflected or sputtered again and flying into the vicinity of the hole 41, a drift tube 3 is provided above the aperture 4 to prevent the flying particles from entering.

b、孔41の上部内部B(第2図参照〉において、開口
角θinより大きく散乱されるイオンビームだけが孔4
1を通過できるので、この散乱粒子の数を減らすために
θ1nは出来るだけ90゛に近づける。
b. In the upper interior B of the hole 41 (see Fig. 2), only the ion beam scattered larger than the aperture angle θin enters the hole 4.
1, so in order to reduce the number of scattering particles, θ1n should be as close to 90° as possible.

C1同様な理由から、孔41の開出角θoutも通過す
る粒子を止めるために小さくする必要がある。
For the same reason as C1, the opening angle θout of the hole 41 must also be made small in order to stop particles passing through.

d、一方、表面Bと表面C(第2図参照)の研磨した面
のなす角度は、イオンビームの透過率を小さくするため
出来るだけ18Ω°に近づける。
d. On the other hand, the angle formed by the polished surfaces of surface B and surface C (see FIG. 2) is made as close as possible to 18 Ω° in order to reduce the transmittance of the ion beam.

C9開出角θoutは透過イオンビームが面Cでは散乱
することを避けるために、入射イオンビームの最大発散
角より大きくなければならない。
The C9 divergence angle θout must be larger than the maximum divergence angle of the incident ion beam to avoid scattering of the transmitted ion beam at plane C.

以上のすべての条件を満足させるには、ある程度の妥協
が不可欠である。この実施例では、次のような条件によ
って最大の効果を得ることが出来た。
In order to satisfy all of the above conditions, some compromise is essential. In this example, the maximum effect could be obtained under the following conditions.

即ち、第2図に示すようにこの実施例では、孔41の開
口角θinを約10〜20” として散乱確率を小さく
し、開出角θoutを約2〜4°としてなるべくイオン
が散乱しない条件を満足させる。
That is, as shown in FIG. 2, in this embodiment, the opening angle θin of the hole 41 is set to about 10 to 20" to reduce the probability of scattering, and the opening angle θout is set to about 2 to 4 degrees to prevent ions from scattering as much as possible. satisfy.

イオンビームを反射させる面Aの傾きを、約30〜60
゛として反射又はスパッタされた粒子が一部イオンビー
ムと干渉することを防ぐ。孔41の径dを1〜2111
111φ、コリメートの幅りを511mとすると、この
ような条件を満足させるためには、間口部の深さDeと
して0.1〜Q、3mmが必要となる。
The inclination of the surface A that reflects the ion beam is approximately 30 to 60.
This prevents reflected or sputtered particles from partially interfering with the ion beam. The diameter d of the hole 41 is 1 to 2111
Assuming that the width of the collimator is 111φ and the width of the collimator is 511 m, the depth De of the frontage portion must be 0.1 to Q and 3 mm in order to satisfy these conditions.

以上のように、ビームの人出口に適度な開口角を設ける
ことによって、アパーチ174を通過する必要電流量の
イオンビームを測定に必要な発散角内に押さえることが
でき、これによって余分な経路のイオンビームが以下に
続く光学系および試料に達しなくなる。従ってこの装置
によれば微細プローブ質量分析が可能となる。
As described above, by providing an appropriate aperture angle at the beam exit, the ion beam with the required current amount passing through the aperture 174 can be held within the divergence angle required for measurement, thereby eliminating unnecessary paths. The ion beam no longer reaches the following optics and sample. Therefore, this device enables fine probe mass spectrometry.

[発明の効果コ 以上実施例を挙げて詳述したように、この発明によれば
、ビーム電流制限アパーチャによって生じる一部イオン
ビームの汚染が著しく低減されるため、高品質のイオン
ビームを1qることが出来る。
[Effects of the Invention] As described above in detail with reference to embodiments, according to the present invention, contamination of a portion of the ion beam caused by the beam current limiting aperture is significantly reduced. I can do it.

これによって、質量分析の精度の大幅な向上が可能であ
る。
This makes it possible to significantly improve the accuracy of mass spectrometry.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明の1実施例の光学系を示す構成図、
第2図は第1図に示すビーム電流制限アパーチVの一部
拡大断面図である。 1・・・イオン銃     3・・・ドリフトチューブ
4・・・ビーム電流制限アパーチャ 8・・・試料 41・・・イオンビーム通過孔
FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical system according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the beam current limiting aperture V shown in FIG. 1. 1... Ion gun 3... Drift tube 4... Beam current limiting aperture 8... Sample 41... Ion beam passage hole

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)イオン銃から発射される一次イオンビームをビー
ム電流制限アパーチャを通過させることによって被測定
試料に必要なイオンビーム電流量とすることにより上記
試料の質量分析を行う質量分析装置において、上記ビー
ム電流制限アパーチャのイオンビーム入射孔の外周辺に
この入射孔を頂点とする凸部を設けたことを特徴とする
質量分析装置。
(1) In a mass spectrometer that performs mass analysis of the sample by passing the primary ion beam emitted from the ion gun through a beam current limiting aperture to obtain the amount of ion beam current necessary for the sample to be measured, the beam 1. A mass spectrometer characterized in that a convex portion having an apex at the ion beam entrance hole of a current limiting aperture is provided around the outer periphery of the ion beam entrance hole.
(2)上記ビーム制限アパーチャは、ビームが入射し通
過する入射孔においてビーム入射孔周辺で約10〜20
゜開口し、ビーム出射側周辺で約2〜4゜開口した形状
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
質量分析装置。
(2) The beam limiting aperture is approximately 10 to 20 mm around the beam entrance hole at the entrance hole through which the beam enters and passes through.
The mass spectrometer according to claim 1, wherein the mass spectrometer has an opening of about 2 to 4 degrees around the beam exit side.
JP62289475A 1987-11-18 1987-11-18 Mass spectroscope Pending JPH01132038A (en)

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JP62289475A JPH01132038A (en) 1987-11-18 1987-11-18 Mass spectroscope

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008077897A (en) * 2006-09-20 2008-04-03 Hitachi High-Technologies Corp Sample for resolution evaluation of electron microscope, resolution evaluation method of electron microscope, and the electron microscope
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