DE1598883C3

DE1598883C3 - Massenspektrometer

Info

Publication number: DE1598883C3
Application number: DE1967N0030733
Authority: DE
Inventors: Helmut Wilhelm Werner Werner
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-06-20
Filing date: 1967-06-20
Publication date: 1979-10-11
Also published as: DE1598883A1; DE1598883B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Massenspektrometer, in dem eine Aufprallplatte von einem Primärionenstrahl getroffen wird, der aus der Oberfläche der Aufprallplatte Sekundärionen freimacht, die mittels Beschleunigungselektroden durch einen Spalt gezogen werden, der zu einem Analysator führt. Abhängig von der Polarität der Beschleunigungselektroden untersucht man positive oder negative Sekundärionen im Analysator.

Massenspektrometer, in denen Oberflächen oder aufgedampfte Schichten dadurch untersucht werden, daß ein Ionenstrahl auf eine Aufprallplatte geschossen wird und mit Hilfe der üblichen Verfahren in der Massenspektrometrie dadurch aus der Oberfläche freigemachte Ionen analysiert werden, sind bekannt (»Journal of Applied Physics«, Vol.34, 1963, S.2893 bis 2896 und »Journal of Applied Physics«, Vol. 35, 1964, S. 512 bis 515).

Beim Gebrauch dieser Massenspektrometer ist man gezwungen, ein Ultrahochvakuum einzuhalten. Sogar bei einem Druck von 10~^q Torr ergibt sich ein beträchtlicher Hintergrund im Spektrum der aus der Oberfläche freigemachten Ionen, insbesondere, wenn man die positiven Ionen analysiert, da der Primärionenstrahl auch das Restgas im Raum vor der Aufprallplatte ionisiert. Dieser ungünstige Umstand spielt besonders dann eine große Rolle, wenn man das Massenspektrometer verwenden will, um während eines Aufdampfvorganges Messungen zur Kontrolle des aufgedampften Materials durchzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Massenspektrometer so zu verbessern, daß der Einfluß des Restgases auf das Spektrum stark verringert wird.

In einem eingangs erwähnten Massenspektrometer befindet sich nach der Erfindung auf dem Weg zwischen der Aufprallplatte und dem Spalt eine Potentialbarriere, deren Maximum um einige Volt von dem Potential der Aufprallplatte abweicht.

Die Potentialbarriere bildet ein Energiefilter, das die im Restgas entstandenen geladenen Teilchen derselben Polarität wie die der im Analysator zu untersuchenden Sekundärionen zum größten Teil abfängt. Diese geladenen Teilchen im Restgas haben eine mittlere Anfangsenergie von etwa 0,03 eV und werden im allgemeinen die Barriere nicht überwinden können. Die zu analysierenden Sekundärionen, die von einem Primärionenstrahl mit einer Energie von der Größenordnung lOkeV aus der Oberfläche der Aufprailplatie freigemacht werden, haben eine Anfangsenergie von der Größenordnung 10 eV und werden infolge ihrer hohen

•° Anfangsgeschwindigkeit die Barriere somit passieren.

Eine Weilerbildung der Erfindung sieht vor, daß die Potentialbarriere mittels eines zwischen der Aufprallplatte und der ersten Bcschlcunigungselektrcxle angeordneten Gitters erzeugt wird. Die /wischen der Aufprallplatte und dem Gitter gebildeten geladenen Teilchen mit derselben Polarität wie die Ionen, die zu dem Analysator gezogen werden, werden nun im allgemeinen das Gitter nicht erreichen. Außerdem hat man den Vorteil, daß der Primärionenstrahl keinen störcnden Einfluß vom extrahierenden Feld erfährt, da das Gitter diesen Strahl gegen die Beschleunigungselektroden abschirmt.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Potentialbarriere durch eine in Flugrichtung "

²S der Sekundärionen hinter der ersten Beschlcunigungsclektrode angeordnete Elektrode erzeugt wird. Diese hat dann ein Potential, das um einige Volt von dem der Aufprallplatte abweicht. Die zu untersuchenden Sekundärionen und die im Restgas gebildeten Teilchen mit derselben Polarität wie die zu untersuchenden Ionen werden dann zunächst beschleunigt und erreichen erst danach eine Potentialbarriere. welche diese geladenen Teilchen aus dem Restgas im allgemeinen nicht überwinden können. Hier gibt es den Vorteil, daß das Auftreten einer ungünstigen Raumladung in der Nähe der Aufprallplatte vermindert wird, was der Ausbeute zugute kommt.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsforjn des hinsichtlich der Erfindung wesentlichen Teils des Massenspektrometer,

F i g. 2 eine graphische Darstellung des idealisierten Potentialverlaufs zwischen der Aufprallplatte und der dritten Beschleunigungselektrode bei einer Ausfüh- { rungsform, in der eine Potentialbarriere mittels eines Gitters zwischen der Aufprallplatte und der ersten Beschleunigungselektrode hervorgerufen wird,

F i g. 3 eine graphische Darstellung des idealisierten Potentialverlaufs zwischen der Aufprallplatte und der dritten Beschleunigungselektrode bei einer Ausführung, in der eine Polentialbarriere mittels der zweiten Beschleunigungselektrode hervorgerufen wird.

In F i g. 1 ist 1 die Ionenquelle, in der die Primärionen erzeugt und auf eine Energie von etwa 15kcV beschleunigt werden. Über das Rohr 2. in dem sich einige Blenden 3 befinden, erreicht der Primärionenstrahl 4 die Aufpraliplatte 5. Mittels eines Drehmechanismus 6 läßt sich die Aufprallplatte 5 aus der Aufdampfglocke 7

in den Strahl 4 drehen, wodurch die Zusammensetzung des aufgedampften Materials während des Aufdampfvorgangs kontrollierbar ist.

Der Strahl 4 macht aus der Oberfläche der Aufprallplatte 5 Ionen frei, die eine mittlere Anfangsenergie von etwa 15 eV haben. Mittels der Bcschleunigungselektroden 8, 9, 10, U und 12 werden die zu analysierenden Ionen durch den zum Analysator 14 führenden Spalt 13 in der Beschleunigungselektrode

12 gezogen. Zwischen der Aufprallplattc 5 und der ersten Beschleunigungselektrode 8 ist ein Gitter 15 angeordnet, dessen Potential um einige Volt von dem der Aufprallplatte 5 abweicht und auf diese Weise eine Potentialbarriere bildet.

Der idealisierte Potentialverlauf ist in F i g. 2 durch die Linie 16 angedeutet. Die Ordinate stellt die potentielle Energie eines Ions in dem betreffenden Punkt dar. Die Abszisse deutet den Abstand von der Aufprallplattc 5 an. Die Ziffern entlang der Abszissenachse beziehen sich auf die Lage der in F i g. 1 dargestellten Elektroden. Die gestrichelte Linie 17 stellt die mittlere Gesamtenergie der aus der Aufprallplatte 5 freigemachten Sekundärionen (etwa 15 eV) dar. Die gestrichelte Linie 18 stellt die mittlere kinetische Anfangsenergie (etwa 0,03 eV) der im Restgas entstandenen geladenen Teilchen derselben Polarität wie die Ionen, die zu dem Analysator gezogen werden, dar. Diese Teilchen werden durch ihre niedrige Anfangsgeschwindigkeit die Barriere im allgemeinen nicht überwinden können. Die zu analysierenden Sekundärionen werden durch ihre hohe Anfangsgeschwindigkeit die Barriere leicht passieren können.

Fig.3 zeigt auf gleiche Weise den Potentialverlauf für eine Ausführung, deren Konstruktion die gleiche ist wie die nach F i g. 1, bei der jedoch das Gitter 15 nicht vorhanden ist und bei der das Potential der Elektrode 9 eine Barriere bildet, welche die zu analysierenden Ionen leicht passieren, jedoch die im Restgas entstandenen geladenen Teilchen derselben Polarität wie die dieser Ionen im allgemeinen nicht überwinden können. Die Vorteile, die ein Massenspektrometer mit einer Potentialbarricre bietet, wie sie im Vorstehenden beschrieben wurde, sind insbesondere von Interesse bei

ίο der Analyse von positiven Sekundärionen die aus einer Aufprallplatte herrühren. Denn die Ionisierung eines Restgases infolge eines Primärionenstrahls erzeugt in diesem Restgas hauptsächlich positive Ionen, die ohne das Vorhandensein einer derartigen Barriere einen beträchtliehen Hintergrund in einem Spektrum positiver Ionen ergeben würden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Vorrichtungen, in denen die Analyse aus einer Aufprallplatte herrührender positiver Sekundärionen erfolgt, beschränkt. Sie kann ebenfalls von Interesse sein bei der Analyse negativer Sekundärionen, insbesondere im Falle geringer Sekundärionenströme, zwecks Vermeidung einer Störung des Spektrums durch etwaige im Restgas befindliche oder entstandene negative Ionen oder durch etwaige sich durch Anlagerung von Elektronen als solche verhaltende Teilchen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Massenspektrometer, in dem eine Aufprallplalte von einem Primärionenstrahl getroffen wird, der aus der Oberfläche der Aufprallplatle Sekundärioncn freimacht, die mittels Beschleunigungselektrodcn durch einen Spalt gezogen werden, der zu einem Analysator führt, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Weg zwischen der Aufprallplaite und dem Spalt eine Potentialbarricrc befindet, deren Maximum um einige Volt von dem Potential der Aufprallplatte abweicht.

2. Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialbarriere mittels eines zwischen der Aufprallplatte und der ersten Beschleunigungselektrode angeordneten Gitters erzeugt wird.

3. Massenspektrometer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialbarriere durch eine in Flugrichtung der Sekundärionen hinter der ersten Beschleunigungselcktrode angeordnete Elektrode erzeugt wird.