JP2000223065A - Mass spectrometer - Google Patents

Mass spectrometer

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JP2000223065A
JP2000223065A JP11019446A JP1944699A JP2000223065A JP 2000223065 A JP2000223065 A JP 2000223065A JP 11019446 A JP11019446 A JP 11019446A JP 1944699 A JP1944699 A JP 1944699A JP 2000223065 A JP2000223065 A JP 2000223065A
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JP
Japan
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ion
ions
detector
electrode
mass spectrometer
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JP11019446A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirokatsu Yamaguchi
裕功 山口
Kinya Eguchi
欣也 江口
Masanori Sakimoto
政教 崎元
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small device for analyzing a surface by loading a large sample on a sample stage as it is, by providing a rear-stage reflection electrode on an ion track in order to guide ions ejected from an ion reflector to a detector. SOLUTION: Laser beams going out of a laser beam source 3 are reflected by a mirror 6 having a through hole, and are focused onto a sample 2 by an objective lens 5. Ions generated with irradiation are accelerated by an ion drawing electrode 8, and are guided to this flight-time-type mass spectrometer 1. A polarization electrode 11 is adjusted so as to direct a progressing direction of the ions to an ion reflector (reflectron) 9. The ions reflected by the reflectron 9 are reflected by a rear-stage reflection electrode 40, and focused by an ion lens 41, and are detected by an ion detector 10. Masses are determined by measuring a time required from laser oscillation to arrival at the ion detector 10. By reflecting the ions with the rear-stage reflection electrode 40, the detector 10 can be placed at a position away from a sample container 20, and measurement of a large sample is allowed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製品や液晶表
示素子などの基板表面に付着した微小異物や汚染物を分
析する装置に関するものであり、特に大口径試料表面を
顕微鏡で観察し、その個所を直接分析できるようにした
質量分析計に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for analyzing minute foreign matter and contaminants attached to the surface of a substrate such as a semiconductor product or a liquid crystal display element. The present invention relates to a mass spectrometer capable of directly analyzing a mass spectrometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体製品などの集積度の向上に
ともない、微小な異物や微量の汚染物でも不良の原因と
なってきている。歩留まり向上のためには、これらの異
物、汚染物の大きさや組成、成分の分析を行う必要があ
る。無機の微小異物の元素分析手法としては、SEM−
EDXなどが確立されているが、有機の微小異物の分子
構造を分析する手法としては、スタチックス2次イオン
質量分析計、レーザ質量分析計などがある。
2. Description of the Related Art In recent years, with the improvement in the degree of integration of semiconductor products and the like, even minute foreign matters or minute amounts of contaminants have caused defects. In order to improve the yield, it is necessary to analyze the size, composition, and components of these foreign substances and contaminants. As an elemental analysis method for inorganic fine foreign substances, SEM-
Although EDX and the like have been established, methods for analyzing the molecular structure of organic fine foreign substances include a static secondary ion mass spectrometer and a laser mass spectrometer.

【0003】本発明に類似した従来技術の例は特開平9
−304343号公報、特開昭63−146339号公
報などに記載されている。これらの装置は図7及び図8
に示すような構成の顕微鏡方式のレーザ質量分析計から
なっている。レーザ光源3から出射したレーザ光は顕微
鏡対物レンズ5により、試料8に集光照射される。この
照射により試料8から分子やフラグメントを脱離及びイ
オン化する。生じたイオンはイオン電極16による電場
で加速され、飛行時間型質量分析管1に入射後、イオン
リフレクタ30で反射され、検出器10に入射する。
An example of the prior art similar to the present invention is disclosed in
-304343 and JP-A-63-146339. These devices are shown in FIGS.
And a microscope-type laser mass spectrometer having the configuration shown in FIG. The laser light emitted from the laser light source 3 is focused and irradiated on the sample 8 by the microscope objective lens 5. By this irradiation, molecules and fragments are desorbed and ionized from the sample 8. The generated ions are accelerated by an electric field generated by the ion electrode 16, are incident on the time-of-flight mass spectrometer tube 1, are reflected by the ion reflector 30, and are incident on the detector 10.

【0004】このイオンリフレクタ30は試料から出射
するイオンの初速度の違いによる、飛行時間のばらつき
を低減するものである。電場によって加速されたイオン
のエネルギは、イオンの質量によらず一定である。従っ
て質量の大きなイオンほど速度が小さく、飛行時間型質
量分析管1中を飛行する時間が長い。これから、レーザ
光を試料8に照射した時刻とイオンが検出器10に入射
した時刻との差を測定することにより、イオンの質量を
求めることができる。
The ion reflector 30 reduces variations in flight time due to a difference in initial velocity of ions emitted from a sample. The energy of the ions accelerated by the electric field is constant regardless of the mass of the ions. Accordingly, ions having a larger mass have lower velocities and a longer time to fly in the time-of-flight mass spectrometer tube 1. From this, the mass of the ions can be determined by measuring the difference between the time when the sample 8 is irradiated with the laser light and the time when the ions enter the detector 10.

【0005】特開平9−304343号公報及び特開昭
63−146339号公報ではイオンをイオンリフレク
タ30で反射後、直進させてイオン検出器34に入射さ
せる構成となっている。すなわち、このイオン検出器3
4は、飛行時間型質量分析管1と試料8との間に間隔を
空けて、設けている。この間隔を開けることは装置の大
型化を招く。
In Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-304343 and 63-146339, ions are reflected by an ion reflector 30 and then travel straight to be incident on an ion detector 34. That is, this ion detector 3
Reference numeral 4 denotes a space provided between the time-of-flight mass spectrometer tube 1 and the sample 8. Providing this space increases the size of the device.

【0006】そこで、この間隔をなくすには検出器を試
料室から避けて設置すればよい。その手段として、例え
ば裏克己著「電子・イオンビーム光学」(共立出版)に
述べられている、後段加速と呼ばれる方法が考えられ
る。これは図2(b)に示すように検出器10に高電圧
を印可することにより、イオンを検出器10側に引き寄
せる方法である。この方法はイオン軌道の曲げ角度φ1
を90°以下にする事ができないため、検出器10を試
料室20から避けて設置するのは困難である。
[0006] Therefore, in order to eliminate this interval, the detector may be installed away from the sample chamber. For example, a method called “post-stage acceleration” described in Katsumi Ura “Electron / Ion Beam Optics” (Kyoritsu Shuppan) can be considered. This is a method of attracting ions to the detector 10 by applying a high voltage to the detector 10 as shown in FIG. This method uses a bending angle φ1 of the ion orbit.
Can not be less than 90 °, it is difficult to install the detector 10 away from the sample chamber 20.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体ウエハは
径が12インチとなってきており、これを割らずに表面
に付着した異物・汚染物を分析するためには大型の試料
容器が必要である。また、試料上の分析個所を拡大して
観察するための顕微鏡等を設ける必要がある。ところが
上記従来技術はイオンリフレクタから出射したイオンが
試料に向かって進むため、イオン検出器34と試料や顕
微鏡等とが干渉する。
In recent years, semiconductor wafers have become 12 inches in diameter, and a large sample container is required to analyze foreign substances and contaminants attached to the surface without breaking the diameter. is there. Further, it is necessary to provide a microscope or the like for enlarging and observing the analysis site on the sample. However, in the above-described conventional technology, ions emitted from the ion reflector travel toward the sample, and the ion detector 34 interferes with the sample, the microscope, and the like.

【0008】これらを防ぐには試料室と飛行時間型質量
分析管1との間隔を開ける方法があるが、これは装置の
大型化を招き、天井の低い部屋には置けないことや、装
置の重量が大きくメンテナンスに手間がかかる。
To prevent these problems, there is a method of increasing the distance between the sample chamber and the time-of-flight mass spectrometer tube 1. However, this causes an increase in the size of the apparatus, and the apparatus cannot be placed in a room with a low ceiling, or the apparatus cannot be installed. The weight is large and maintenance is troublesome.

【0009】そこで、検出器10を試料室から避けて設
置することが考えられるが、従来用いられている後段加
速法でこの目的を達成するのは困難である。
Therefore, it is conceivable to dispose the detector 10 away from the sample chamber. However, it is difficult to achieve this object by the conventionally used post-acceleration method.

【0010】また、従来の質量分析計では、イオンが検
出器に入射するように軌道を調整する手段がなかった。
In the conventional mass spectrometer, there is no means for adjusting the trajectory so that ions are incident on the detector.

【0011】本発明の第1の目的は、大型の試料の表面
を分析するための小型の質量分析計を与える事にある。
A first object of the present invention is to provide a small mass spectrometer for analyzing the surface of a large sample.

【0012】本発明の第2の目的は、イオンを検出器に
入射するように調整する手段を与える事にある。
It is a second object of the present invention to provide a means for adjusting ions to be incident on a detector.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明では上記の課題を
解決するために、イオンリフレクタ30から出射したイ
オンを検出器34に導くためにイオン軌道上に後段反射
電極を設けた。この電極は2枚の板の間に電位差を印加
するものとし、該板のうちイオンが通過する側の板は網
板とした。この電位差を可変する事によりイオンの軌道
を調整できるようにした。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a post-reflection electrode is provided on an ion orbit to guide ions emitted from the ion reflector 30 to the detector. This electrode applies a potential difference between two plates, and the plate on the side through which ions pass is a mesh plate. The trajectory of ions can be adjusted by changing the potential difference.

【0014】また、この電極を設けることによるイオン
の強度の減少を少なくするように、網の間隔と網線の太
さを最適化した。また、イオン軌道の調整を容易にする
ため後段反射電極と検出器との間にイオンレンズを設け
て、イオンを検出器上に収束するようにした。
In addition, the spacing between the nets and the thickness of the net are optimized so as to reduce the reduction in the ion intensity due to the provision of the electrodes. In addition, an ion lens is provided between the latter-stage reflective electrode and the detector in order to facilitate the adjustment of the ion trajectory, so that the ions are focused on the detector.

【0015】即ち、図1は後段反射電極40を設けたレ
ーザ質量分析計の構成を示したものである。図に示すよ
うに、検出器10を試料室20から避けて設置し、後段
反射電極40によりイオン軌道を検出器10の側に引き
寄せる。
FIG. 1 shows the configuration of a laser mass spectrometer provided with a rear-stage reflecting electrode 40. As shown in the figure, the detector 10 is set away from the sample chamber 20, and the ion trajectory is drawn toward the detector 10 by the rear-stage reflection electrode 40.

【0016】図2は後段反射電極40の作用を説明した
ものである。この電極の構造は、図2(a)〜(c)の
3種類を比較し考察した。図2(a)は早川滋雄氏が書
いた「飛行時間質量分析計」(J. Mass Spectroscop
y. Soc. Jpn.,Vol.41,No.3,1993,pp.121-154)から引
用した、扇形電場を用いた方法である。この方式は2個
の円弧状の電極39a,39bの間に電圧をかけ、等電
位線上にイオンを飛行させるものである。この方法は、
電極39a,39bの形状によりイオンの軌道が決まる
ため、イオン軌道が容易に可変できず、本発明の目的に
合致しない。
FIG. 2 illustrates the operation of the rear-stage reflection electrode 40. The structure of this electrode was considered by comparing three types of FIGS. 2 (a) to 2 (c). Figure 2 (a) shows the "time of flight mass spectrometer" written by Shigeo Hayakawa (J. Mass Spectroscop).
y. Soc. Jpn., Vol.41, No.3, 1993, pp.121-154), using a sector electric field. In this method, a voltage is applied between two arc-shaped electrodes 39a and 39b, and ions fly on equipotential lines. This method
Since the trajectory of the ions is determined by the shapes of the electrodes 39a and 39b, the trajectory of the ions cannot be easily changed, which does not meet the purpose of the present invention.

【0017】また、図2(b)は従来技術で述べた、後
段加速法で、イオン検出器10に高電圧を印加すること
により電場Eを生じさせ、イオンを検出器10側に引き
寄せる方法である。この方法はイオン軌道の曲げ角度φ
1を90°以下にする事ができず、検出器10を試料室
20から避けて設置するのが難しい。
FIG. 2 (b) shows a method of drawing a high voltage to the ion detector 10 to generate an electric field E by applying a high voltage to the ion detector 10 and drawing the ions toward the detector 10 by the post-acceleration method described in the prior art. is there. This method uses the bending angle φ of the ion orbit.
1 cannot be set to 90 ° or less, and it is difficult to install the detector 10 away from the sample chamber 20.

【0018】図2(c)は我々の発明で用いた、後段反
射電極の原理図である。これは2つの板状の電極40
a、40bに一定の電圧をかけると、イオンは放物線軌
道上を運動する。21aはイオンリフレクタから後段反
射電極に至るイオンの軌道、21b、21b’は後段反
射電極から出射したイオンの軌道である。電極にかける
電圧のによって、出射するイオンの軌道は21b〜21
b’のように平行移動する。このイオンの軌道を検出器
面上に至るようにする電圧を、以下のような計算で求め
る事ができる。
FIG. 2 (c) is a diagram showing the principle of the rear reflective electrode used in the present invention. This is two plate-like electrodes 40
When a constant voltage is applied to a and 40b, ions move on a parabolic orbit. Reference numeral 21a denotes the trajectory of the ions from the ion reflector to the subsequent reflection electrode, and reference numerals 21b and 21b 'denote the trajectories of the ions emitted from the rear reflection electrode. The trajectory of the emitted ions depends on the voltage applied to the electrodes.
Translates like b '. The voltage that causes the trajectory of the ions to reach the detector surface can be obtained by the following calculation.

【0019】イオン軌道21a及び21bの延長線が交
わる点をO、イオンが後段反射電極に入射する位置を
A、後段反射電極から出射する位置をB、放物線軌道の
頂点をPとする。点O及びPから電極40aに降ろした
垂線の足をQとおくと、イオン軌道は直線OQに対して
対称となる。イオンの初速度をV0、後段反射電極への
入射角をφ1、電極40a、40b間の電場をEとお
く。点Pでは速度のZ成分が0になるので、イオンMが
点Aから点Pまで進むのに要する時間t1は、次式のよ
うになる。
The point where the extension lines of the ion trajectories 21a and 21b intersect is denoted by O, the position where the ions are incident on the latter reflection electrode is A, the position where the ions are emitted from the latter reflection electrode is B, and the vertex of the parabolic trajectory is P. Assuming that the foot of the perpendicular dropped from the points O and P to the electrode 40a is Q, the ion trajectory is symmetric with respect to the straight line OQ. Let the initial velocity of the ions be V0, the angle of incidence on the subsequent reflection electrode be φ1, and the electric field between the electrodes 40a and 40b be E. At the point P, the Z component of the velocity becomes 0, so the time t1 required for the ions M to travel from the point A to the point P is as follows.

【0020】[0020]

【数1】 (Equation 1)

【0021】点Oから電極40aまでの距離Z0及び、
AQ、BQの長さX1は
The distance Z0 from the point O to the electrode 40a;
The length X1 of AQ and BQ is

【0022】[0022]

【数2】 (Equation 2)

【0023】[0023]

【数3】 (Equation 3)

【0024】と表される。数1より## EQU1 ## From Equation 1

【0025】[0025]

【数4】 (Equation 4)

【0026】となる。これは次のように、イオンMの初
期エネルギE0(eV)、電極間の電圧E1、電極間隔
Sとの関係式に書きかえられる。
## EQU1 ## This can be rewritten as a relational expression between the initial energy E0 (eV) of the ion M, the voltage E1 between the electrodes, and the electrode interval S as follows.

【0027】[0027]

【数5】 (Equation 5)

【0028】これより、電極間の電圧E1は次のように
求まる。
Thus, the voltage E1 between the electrodes is obtained as follows.

【0029】[0029]

【数6】 (Equation 6)

【0030】また、数3よりX1は以下のように決ま
る。
X1 is determined as follows from Equation 3.

【0031】[0031]

【数7】 (Equation 7)

【0032】以上により、真空容器内部の電極を動かす
ことなく、真空容器外部から印加電圧を調整するだけ
で、イオンが検出器に到達するように調整する事ができ
る。
As described above, it is possible to adjust the ions to reach the detector only by adjusting the applied voltage from outside the vacuum vessel without moving the electrodes inside the vacuum vessel.

【0033】ここで、電極40aはイオンの入射及び出
射位置にイオン通過穴を空けた構造とするか、網板とす
る必要がある。イオン通過穴を空けた電極の場合、イオ
ンの通過する領域が限られるため、上述した電圧の可変
による軌道の調整が行いにくい。また、イオンリフレク
タから後段反射電極40に入射してくるイオンビームは
ある程度の広がりをもっており、これを効率よく通過さ
せるために穴を大きくするとレンズ作用が大きくなると
いう問題がある。一方、電極40aが網板の場合、網目
のレンズ作用は隣同士打ち消しあうため、レンズ作用は
それほど大きくならない。そこで、本発明では平板電極
40aを網板とすることにした。
Here, it is necessary that the electrode 40a has a structure in which an ion passage hole is formed at the position where the ions enter and exit, or a mesh plate. In the case of an electrode having an ion passage hole, since the region through which ions pass is limited, it is difficult to adjust the trajectory by changing the voltage described above. Further, the ion beam entering the rear-stage reflection electrode 40 from the ion reflector has a certain degree of spread, and there is a problem that if the hole is made large in order to efficiently pass the ion beam, the lens action becomes large. On the other hand, when the electrode 40a is a mesh plate, the lens action does not increase so much because the meshing lens action cancels each other. Therefore, in the present invention, the plate electrode 40a is formed as a mesh plate.

【0034】また、網板電極を用いてもレンズ作用は残
るため、イオンビームの出射角度はある程度広がる。そ
こで、後段反射電極40と検出器10との間にイオンレ
ンズを設けてイオンを検出器10上に収束させることに
した。
Further, since the lens function remains even when the mesh plate electrode is used, the emission angle of the ion beam is widened to some extent. Therefore, an ion lens is provided between the rear-stage reflective electrode 40 and the detector 10 so that ions are focused on the detector 10.

【0035】ところで、イオンビームの広がりを考える
と、後段反射電極での反射効率は網の線間隔と線の太さ
との比によっても影響される。網線の太さをw、網の間
隔をMと置くと、イオンが網を通過する割合は
By the way, considering the spread of the ion beam, the reflection efficiency at the latter reflecting electrode is also affected by the ratio between the line spacing and the line thickness of the net. If the thickness of the mesh line is w and the spacing between the meshes is M, the rate at which ions pass through the mesh is

【0036】[0036]

【数8】 (Equation 8)

【0037】である。2乗したのはイオンが入射時と出
射時との2回網を通過するためである。本発明ではイオ
ンの通過する割合を90%以上にすることにした。これ
を計算すると、
Is as follows. The reason for squaring is that ions pass through the net twice at the time of incidence and at the time of emission. In the present invention, the ratio of passing ions is set to 90% or more. Calculating this,

【0038】[0038]

【数9】 (Equation 9)

【0039】となる。この範囲でかつ機械的に工作可能
な網を用いることにした。
## EQU1 ## We decided to use a net that could be mechanically machined within this range.

【0040】以上に述べたことから電極の大まかな設計
を行った後、網板によるレンズ作用の影響を考慮した詳
細な設計を行うため、イオン軌道をコンピュータシミュ
レーションした。ソフトはCRC総研製のMAGNA/
DENBAを用いた。電極間隔Sと網線の間隔Mとの比
が大きくなるほど、網板のレンズ作用は大きくなるた
め、M/Sのいろいろな値で計算を行った。
From the above description, after the rough design of the electrode was performed, the computer simulation of the ion trajectory was performed in order to perform the detailed design in consideration of the effect of the lens action by the mesh plate. The software is MAGNA /
DENBA was used. Since the lens action of the mesh plate increases as the ratio between the electrode interval S and the mesh line interval M increases, the calculation was performed with various values of M / S.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】(実施例1)図1は本発明の実施
例1の装置構成を示したものである。1は飛行時間型質
量分析計、2は試料、3はレーザ光源、5は対物レン
ズ、6は貫通穴付き鏡、8はイオン引きだし電極、9は
イオンリフレクタ、10はイオン検出器、11は偏向電
極、20は真空容器、21はイオン軌道、40は後段反
射電極、41はイオンレンズである。図3は後段反射電
極40及び検出器10の詳細を示したものである。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows an apparatus configuration of Embodiment 1 of the present invention. 1 is a time-of-flight mass spectrometer, 2 is a sample, 3 is a laser light source, 5 is an objective lens, 6 is a mirror with a through hole, 8 is an ion extraction electrode, 9 is an ion reflector, 10 is an ion detector, and 11 is deflection. Electrodes, 20 is a vacuum vessel, 21 is an ion orbit, 40 is a rear reflection electrode, and 41 is an ion lens. FIG. 3 shows details of the rear-stage reflection electrode 40 and the detector 10.

【0042】レーザ光源3から出たレーザ光を貫通穴付
き鏡6により反射させ、対物レンズ5により試料2上に
集光させる。この照射により発生したイオンをイオン引
きだし電極8で加速し飛行時間型質量分析計1に導く。
偏向電極11はイオンの進行方向をイオンリフレクタ9
に向くように調整するものである。イオンリフレクタ9
で反射したイオンを、後段反射電極40により反射さ
せ、イオンレンズ41で収束させてイオン検出器10で
検出する。レーザ発振からイオンが検出器10に到達す
るまでの時間を測定し、この時間をもとに質量を求め
る。
The laser light emitted from the laser light source 3 is reflected by the mirror 6 having a through hole, and is focused on the sample 2 by the objective lens 5. The ions generated by this irradiation are accelerated by the ion extraction electrode 8 and guided to the time-of-flight mass spectrometer 1.
The deflection electrode 11 changes the traveling direction of ions to the ion reflector 9.
It is adjusted to face. Ion reflector 9
Are reflected by the rear-stage reflection electrode 40, converged by the ion lens 41, and detected by the ion detector 10. The time from the laser oscillation until the ions reach the detector 10 is measured, and the mass is determined based on this time.

【0043】飛行時間型質量分析計1の長さLは500
mmである。ここで、上記早川氏著の文献に記されてい
るように、イオンリフレクタ9へのイオンの入射角度θ
1は大きくすると質量分解能が低下する。そこで、θ1
は偏向電極11と後段反射電極40とが物理的に干渉し
ない3°を選んだ。
The length L of the time-of-flight mass spectrometer 1 is 500
mm. Here, as described in the above-mentioned document by Hayakawa, the angle of incidence θ of ions to the ion reflector 9 is described.
When 1 is increased, the mass resolution decreases. Therefore, θ1
Is selected so that the deflection electrode 11 and the rear-stage reflection electrode 40 do not physically interfere with each other.

【0044】検出器10は、試料室20と干渉しないよ
うに、飛行時間型質量分析計1に対する傾きφ0が60
°となるような位置に置いた。これからイオンが後段反
射電極40で曲げられる角度φ1は
The detector 10 has a tilt φ0 of 60 with respect to the time-of-flight mass spectrometer 1 so as not to interfere with the sample chamber 20.
°. From now on, the angle φ1 at which the ions are bent by the rear reflective electrode 40 is

【0045】[0045]

【数10】 (Equation 10)

【0046】となる。すなわち後段反射電極40に対す
るイオンの入射角はφ1/2で、31.5°となる。と
ころが、上述のθ1が3°であることから、後段反射電
極40に向かうイオン軌道の鉛直線に対する傾きθ2は
3°であり、これらから計算して電極を水平面に対して
φ=28.5°傾けて設置した。
Is as follows. That is, the angle of incidence of the ions on the rear reflective electrode 40 is φ1 / 2, that is, 31.5 °. However, since the above-mentioned θ1 is 3 °, the inclination θ2 of the ion trajectory toward the rear-stage reflection electrode 40 with respect to the vertical line is 3 °, and the electrode is calculated from these and the electrode is φ = 28.5 ° with respect to the horizontal plane. It was installed at an angle.

【0047】図4は後段反射電極40の拡大図である。
図4(a)、(b)、(c)はそれぞれ電極40aの外
観図、電極40bの外観図、及び両電極の組立図であ
る。図4(c)中の40cは碍子の支柱、40dはスタ
ンドである。電極40aの網はエッチングにより作成
し、網線の間隔Mは2mm、網線の太さwはエッチング
により製作できる最小限界の30mmとした。これから
網線の太さと網目の大きさとの比は0.015である。
これよりイオンの通過効率は、入射、反射ともに網に衝
突しない確率として、次のように求めた。
FIG. 4 is an enlarged view of the rear-stage reflection electrode 40.
4A, 4B, and 4C are an external view of the electrode 40a, an external view of the electrode 40b, and an assembly view of both electrodes, respectively. In FIG. 4C, reference numeral 40c denotes a pillar of the insulator, and reference numeral 40d denotes a stand. The mesh of the electrode 40a was formed by etching, the interval M between the mesh lines was 2 mm, and the thickness w of the mesh line was 30 mm, which was the minimum limit that could be manufactured by etching. From this, the ratio of the thickness of the mesh line to the size of the mesh is 0.015.
From this, the ion passing efficiency was determined as follows as the probability that neither incidence nor reflection would collide with the net.

【0048】[0048]

【数11】 [Equation 11]

【0049】これからイオンの通過効率は97%であ
り、イオン強度の低下はほとんど問題にならない。
From this, the passing efficiency of the ions is 97%, and the reduction of the ionic strength is hardly a problem.

【0050】イオンのエネルギE0は3.5kVとし
た。イオンが後段反射電極で反射するためには、電極間
の電圧E1をE0より大きい値にしなければならず、ま
たイオン軌道を調整することを考えてE1には調整の余
裕が必要である。
The ion energy E0 was 3.5 kV. In order for the ions to be reflected by the rear-stage reflective electrode, the voltage E1 between the electrodes must be set to a value larger than E0, and a margin for adjustment is necessary for E1 in consideration of adjusting the ion trajectory.

【0051】本実施例ではE1を4kVとした。図5
(a)は後段反射電極40からの反射角を、電極間隔S
が18mm、すなわち網線間隔MとSとの比M/Sが1
/9の場合について計算した結果である。横軸は網線の
中心からイオンの入射位置までの距離を、縦軸は反射角
を示した。反射角の最大値と最小値との差Rは4.9°
となった。
In this embodiment, E1 is set to 4 kV. FIG.
(A) shows the reflection angle from the rear-stage reflection electrode 40 and the electrode interval S
Is 18 mm, that is, the ratio M / S between the mesh line spacings M and S is 1
This is the result calculated for the case of / 9. The horizontal axis indicates the distance from the center of the mesh line to the ion incident position, and the vertical axis indicates the reflection angle. The difference R between the maximum value and the minimum value of the reflection angle is 4.9 °
It became.

【0052】同様にM/Sのいろいろの値について、反
射角の最大値と最小値との差Rを計算した結果を、図5
(b)に示した。これから、出射イオンの広がり角を5
°以下にするため、M/Sを1/9以下にすることにし
た。また、反射電極としての機能及び電極間の印可電圧
E1を可変することを考えると、図2(c)に示す電極
間隔Sはイオンの進入深さZ1より長くなければならな
い。そこで本装置の電極間隔Sは網目間隔の9倍すなわ
ち18mmとした。また、これらの値を数7に代入する
ことにより、点Oから電極40aまでの距離Z0を21
mmと決めた。
Similarly, for various values of M / S, the result of calculating the difference R between the maximum value and the minimum value of the reflection angle is shown in FIG.
(B). From this, the spread angle of the emitted ions is set to 5
° or less, M / S was decided to be 1/9 or less. Further, in consideration of the function as the reflective electrode and the variable applied voltage E1 between the electrodes, the electrode interval S shown in FIG. 2C must be longer than the ion penetration depth Z1. Therefore, the electrode interval S of the present apparatus was set to 9 times the mesh interval, that is, 18 mm. Further, by substituting these values into Equation 7, the distance Z0 from the point O to the electrode 40a is set to 21.
mm.

【0053】また、上記のイオンの広がりを、検出器1
0上の一点に収束させるために、検出器の前にイオンレ
ンズ41を設けた。本実施例では図のようなアインツェ
ルレンズを考えた。電極41a及び41cの電圧は後段
反射電極の電極40aと同じとし、電極41bの電圧は
これより後段反射電極40とアインツェルレンズ主点と
の距離及びアインツェルレンズ主点と検出器10との距
離をともに30mmとした。電極41a及び41cの電圧
を後段反射電極40の電極40aと同じとし、電極41
bの電圧を950Vとしたときのイオン軌道のシミュレ
ート結果を図2中に示した。これは検出器10上に収束
する軌道となった。これより後段反射電極を設けたこと
によるイオン強度のロスをなくすことができる。
The spread of the above ions is detected by the detector 1.
In order to converge to one point on zero, an ion lens 41 was provided in front of the detector. In the present embodiment, an Einzel lens as shown in the figure was considered. The voltage of the electrodes 41a and 41c is the same as that of the electrode 40a of the rear reflective electrode, and the voltage of the electrode 41b is the distance between the rear reflective electrode 40 and the principal point of the Einzel lens and the distance between the principal point of the Einzel lens and the detector 10. Were both set to 30 mm. The voltage of the electrodes 41a and 41c is the same as that of the electrode 40a of the rear reflection electrode 40,
The simulation result of the ion trajectory when the voltage of b is 950 V is shown in FIG. This became a trajectory converging on the detector 10. This can eliminate the loss of ionic strength due to the provision of the rear reflective electrode.

【0054】以上により、図1のように検出器10を試
料容器20から離れた位置に置くことが出来、大型試料
でも測定が可能である。また、装置の小型化も図れる。
As described above, the detector 10 can be placed at a position distant from the sample container 20 as shown in FIG. 1, and a large sample can be measured. Further, the size of the device can be reduced.

【0055】(実施例2)図3(b)に実施例2を示し
た。本実施例では、イオンレンズ41a〜cを3重円筒
構造とした。これは実施例1と比べて電極41aがシー
ルドの役割をするので、イオンレンズとその外部との電
場の干渉がなくなるという特徴がある。電極41a及び
41cに印可する電圧は後段反射電極の電極40aと同
じとし、電極41bの電圧を0Vとしたときのイオン軌
道のシミュレート結果を図中に示した。これは実施例1
同様検出器10上に収束する軌道となった。これより後
段反射電極を設けたことによるイオン強度のロスをなく
すことができる。
(Embodiment 2) FIG. 3B shows an embodiment 2. In the present embodiment, the ion lenses 41a to 41c have a triple cylindrical structure. This is characterized in that the electrode 41a functions as a shield as compared with the first embodiment, so that there is no electric field interference between the ion lens and the outside thereof. The voltage applied to the electrodes 41a and 41c is the same as that of the electrode 40a of the rear reflective electrode, and the simulation result of the ion trajectory when the voltage of the electrode 41b is 0V is shown in the figure. This is Example 1
Similarly, the trajectory converged on the detector 10. This can eliminate the loss of ionic strength due to the provision of the rear reflective electrode.

【0056】(実施例3)図3(c)に実施例2を示し
た。本実施例は、後段反射電極は実施例1と同じ構造と
し、イオンリフレクタからのイオンの出射角を4.5°
とした場合である。この場合、電極間にかける電圧を4
kVにすると、図のイオン軌道21b’のように検出器
にイオンが入射しない。そこで、電圧を6kVにするこ
とにより、イオン軌道を21bのように、イオンレンズ
に入るようにし、さらにイオンレンズにより、軌道を曲
げて、検出器10にイオンを入射させる事にした。この
ように本発明では後段反射電極を2枚の板電極とするこ
とにより、イオンが検出器に入るように容易に調整でき
る。
(Embodiment 3) FIG. 3C shows an embodiment 2. In this embodiment, the rear-stage reflecting electrode has the same structure as that of the first embodiment, and the emission angle of ions from the ion reflector is 4.5 °.
Is the case. In this case, the voltage applied between the electrodes is 4
When the voltage is set to kV, no ions are incident on the detector unlike the ion trajectory 21b 'in the figure. Therefore, by setting the voltage to 6 kV, the ion trajectory is made to enter the ion lens as indicated by 21b, and the ion trajectory is bent by the ion lens so that ions enter the detector 10. As described above, in the present invention, by using two plate electrodes as the rear-stage reflection electrode, it is possible to easily adjust the ions to enter the detector.

【0057】(実施例4)図6に本装置によってウエハ
上のTiN膜を測定したスペクトルを示した。図からT
iの同位体及びTiNが測定できることがわかった。こ
のように本装置は、従来の質量分析計と同様の感度でス
ペクトル測定が行える。
Example 4 FIG. 6 shows a spectrum obtained by measuring a TiN film on a wafer by this apparatus. From the figure, T
It turned out that the isotope of i and TiN can be measured. Thus, the present apparatus can perform spectrum measurement with the same sensitivity as that of a conventional mass spectrometer.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、検出器へ
の入射イオンの軌道を曲げることにより、検出器が試料
と干渉するのを防ぎ、大口径の試料をそのまま試料ステ
ージに乗せて、表面を観察し、その箇所の質量分析がで
きる。また、装置の小型化を図ることができる。またさ
らに、検出器への入射イオン軌道の調整を容易に行うこ
ともできる。
As described above, according to the present invention, by bending the trajectory of the ions incident on the detector, the detector is prevented from interfering with the sample, and the large-diameter sample is placed on the sample stage as it is. , The surface can be observed, and mass spectrometry at that location can be performed. Further, the size of the device can be reduced. Further, it is possible to easily adjust the trajectory of the ions incident on the detector.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1の質量分析装置構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a mass spectrometer according to a first embodiment.

【図2】(a)ないし(c)は後段反射電極の原理を示
す特性図。
FIGS. 2A to 2C are characteristic diagrams showing the principle of a rear reflective electrode.

【図3】(a)ないし(c)は後段反射電極の拡大図。FIGS. 3A to 3C are enlarged views of a rear-stage reflection electrode.

【図4】(a)及び(b)と(c)は後段反射電極の拡
大図と斜視図。
FIGS. 4A, 4B, and 4C are an enlarged view and a perspective view of a rear reflective electrode.

【図5】(a)及び(b)は後段反射電極によるイオン
の広がり角の計算結果を示す特性図。
FIGS. 5A and 5B are characteristic diagrams showing calculation results of a spread angle of ions by a rear-stage reflection electrode. FIGS.

【図6】TiN膜を測定した例を示す波形図。FIG. 6 is a waveform chart showing an example of measuring a TiN film.

【図7】従来技術の質量分析装置の構成図。FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional mass spectrometer.

【図8】従来技術の質量分析装置の構成図。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional mass spectrometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…飛行時間型質量分析計、2…試料、3…レーザ光
源、5…対物レンズ、6…貫通穴付き鏡、7…試料台、
8a…イオン引きだし電極、8b…静電イオンレンズ、
9…リフレクトロン、10…イオン検出器、13…試料
台走査機構、14…TVカメラ、20…真空容器、21
…イオン軌道、M1,M2,M3…半透明鏡。
1 time-of-flight mass spectrometer, 2 sample, 3 laser light source, 5 objective lens, 6 mirror with through hole, 7 sample base,
8a: an ion extraction electrode; 8b: an electrostatic ion lens;
9 ... Reflectron, 10 ... Ion detector, 13 ... Sample stage scanning mechanism, 14 ... TV camera, 20 ... Vacuum container, 21
... Ion orbit, M1, M2, M3 ... Semi-transparent mirror.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 崎元 政教 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 Fターム(参考) 5C038 FF04 FF07 FF10  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masanori Sakimoto 5-20-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo F-term in the Semiconductor Division, Hitachi, Ltd. 5C038 FF04 FF07 FF10

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】試料容器と、試料を拡大して観察する手段
と、観察した個所をイオン化する手段と、該イオンを試
料表面から取り出す手段と、該イオンを反射させるイオ
ンリフレクタと、該イオンの検出器からなり、試料表面
から検出器に到るイオンの飛行時間からイオン粒子の質
量を測定する質量分析計において、該イオンの慣性飛行
軌道に網板と平板から成る2枚の電極を設け、該イオン
軌道を該検出器方向に曲げることを特徴とする質量分析
計。
1. A sample container, means for enlarging and observing a sample, means for ionizing an observed part, means for extracting the ions from the sample surface, an ion reflector for reflecting the ions, A mass spectrometer comprising a detector and measuring the mass of ion particles from the flight time of ions reaching the detector from the sample surface, providing two electrodes consisting of a net plate and a flat plate in the inertial flight trajectory of the ions, A mass spectrometer characterized by bending the ion trajectory toward the detector.
【請求項2】請求項1記載の質量分析計において、該網
板を構成する網線の太さが網線間隔の0.03倍以下で
ある事を特徴とする質量分析計。
2. The mass spectrometer according to claim 1, wherein the thickness of the mesh constituting the mesh plate is not more than 0.03 times the interval between the meshes.
【請求項3】請求項1記載の質量分析計において、該平
行平板電極の電極間隔Sと該網の線間隔Mとが次の関係
を満たす事を特徴とする質量分析計。 M≦9S
3. The mass spectrometer according to claim 1, wherein an electrode interval S of said parallel plate electrodes and a line interval M of said net satisfy the following relationship. M ≦ 9S
【請求項4】請求項1記載の質量分析計において、該検
出器と該電極との間にイオンレンズを設けた事を特徴と
する、質量分析計。
4. The mass spectrometer according to claim 1, wherein an ion lens is provided between said detector and said electrode.
【請求項5】請求項4記載の質量分析計において、該イ
オンレンズは複数個の径違いの円筒電極を嵌めあわせ、
もっとも外側の電極が他の電極をシールドする構造とし
た事を特徴とする質量分析計。
5. The mass spectrometer according to claim 4, wherein said ion lens is fitted with a plurality of cylindrical electrodes of different diameters.
A mass spectrometer characterized in that the outermost electrode shields other electrodes.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2387962A (en) * 2001-12-18 2003-10-29 Bruker Daltonik Gmbh Orthogonal acceleration TOF mass spectrometer with an angled ion reflector
CN103701027A (en) * 2013-12-20 2014-04-02 上海电机学院 End face observer
CN105304453A (en) * 2015-11-10 2016-02-03 中国科学院化学研究所 Vacuum external regulation apparatus for pitch angle of high-resolution flying time mass spectrum detector

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