JP2002203510A - 小型飛行時間型二次イオン質量分析装置 - Google Patents
小型飛行時間型二次イオン質量分析装置Info
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- JP2002203510A JP2002203510A JP2000402370A JP2000402370A JP2002203510A JP 2002203510 A JP2002203510 A JP 2002203510A JP 2000402370 A JP2000402370 A JP 2000402370A JP 2000402370 A JP2000402370 A JP 2000402370A JP 2002203510 A JP2002203510 A JP 2002203510A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 例えば質量数16以下の所謂軽元素を確実に
測定することができる小型飛行時間型二次イオン質量分
析装置を提供すること。 【解決手段】 加速された一次イオン2を試料表面6a
に照射し、このとき試料表面6aから放出される二次イ
オン3を、加速電極8にパルス電圧を印加することによ
り、検出器4方向に飛行させるようにした小型飛行時間
型二次イオン質量分析装置において、前記加速電極8に
対するパルス電圧の印加を、前記一次イオン2の照射が
完了するよりも早い時点で行うようにした。
測定することができる小型飛行時間型二次イオン質量分
析装置を提供すること。 【解決手段】 加速された一次イオン2を試料表面6a
に照射し、このとき試料表面6aから放出される二次イ
オン3を、加速電極8にパルス電圧を印加することによ
り、検出器4方向に飛行させるようにした小型飛行時間
型二次イオン質量分析装置において、前記加速電極8に
対するパルス電圧の印加を、前記一次イオン2の照射が
完了するよりも早い時点で行うようにした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、小型飛行時間型
二次イオン質量分析装置に関する。
二次イオン質量分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】二次イオン質量分析法(Seconda
ry Ion Mass Spectrometer,
SIMS)の一つに、飛行時間型質量分析装置(Tim
e of Flight Mass Spectrom
eter,TOF−MS)と組み合わせた、飛行時間型
二次イオン質量分析装置(以下、TOF−SIMSとい
う)があり、このTOF−SIMSにも、大型のTOF
−SIMSと、1m(縦)×1m(横)×1.5m(高
さ)といった小型のTOF−SIMSとがある。
ry Ion Mass Spectrometer,
SIMS)の一つに、飛行時間型質量分析装置(Tim
e of Flight Mass Spectrom
eter,TOF−MS)と組み合わせた、飛行時間型
二次イオン質量分析装置(以下、TOF−SIMSとい
う)があり、このTOF−SIMSにも、大型のTOF
−SIMSと、1m(縦)×1m(横)×1.5m(高
さ)といった小型のTOF−SIMSとがある。
【0003】前記小型TOF−SIMSは、イオンの飛
行行程をできるだけ短くなるようにして、その全体構成
がコンパクト、小型になるように、例えば図1に示すよ
うに構成されている。
行行程をできるだけ短くなるようにして、その全体構成
がコンパクト、小型になるように、例えば図1に示すよ
うに構成されている。
【0004】すなわち、図1は、小型TOF−SIMS
の要部の一般的な構成を概略的に示すもので、この図に
おいて、1は一次イオン2の発生源で、環状に形成され
ており、その内部には二次イオン3を検出する検出器4
が設けられている。5は一次イオン発生源1の前段側に
設けられる試料6の保持台である。7,8は一次イオン
発生源1と試料保持台5との間に設けられるパルスイオ
ン光学系、一次イオン加速電極である。9は一次イオン
発生源1の前方側に設けられる飛行管、10は一次イオ
ン発生源1の内側に設けられる延長飛行管である。11
は一次イオン発生源1から飛行してくる一次イオン2お
よび試料6から飛行してくる二次イオン3をそれぞれ試
料6およびイオン検出器4方向に屈折させるるリフレク
ターである。
の要部の一般的な構成を概略的に示すもので、この図に
おいて、1は一次イオン2の発生源で、環状に形成され
ており、その内部には二次イオン3を検出する検出器4
が設けられている。5は一次イオン発生源1の前段側に
設けられる試料6の保持台である。7,8は一次イオン
発生源1と試料保持台5との間に設けられるパルスイオ
ン光学系、一次イオン加速電極である。9は一次イオン
発生源1の前方側に設けられる飛行管、10は一次イオ
ン発生源1の内側に設けられる延長飛行管である。11
は一次イオン発生源1から飛行してくる一次イオン2お
よび試料6から飛行してくる二次イオン3をそれぞれ試
料6およびイオン検出器4方向に屈折させるるリフレク
ターである。
【0005】上記小型TOF−SIMSの動作につい
て、図6を参照しながら説明する。なお、この図では、
説明の便宜上、試料6、加速電極8、検出器4を一直線
上に配置して示している。
て、図6を参照しながら説明する。なお、この図では、
説明の便宜上、試料6、加速電極8、検出器4を一直線
上に配置して示している。
【0006】従来においては、試料(例えば半導体ウェ
ハ)6をアース電位に保持し、その表面6aに対して、
適宜のエネルギー(例えば数keV〜20keV)で加
速された一次イオン2を照射し、このとき試料表面1a
から放出される二次イオン3を、加速電極(二次イオン
引出し電極ともいう)8にパルス電圧を印加することに
より、検出器5方向に飛行させるよう構成されている。
なお、この図において、12は加速電極8に印加するパ
ルス電圧の発生源、13は電源のオンまたはオフを切り
換えるスイッチ、14はスイッチ7を制御する回路であ
る。
ハ)6をアース電位に保持し、その表面6aに対して、
適宜のエネルギー(例えば数keV〜20keV)で加
速された一次イオン2を照射し、このとき試料表面1a
から放出される二次イオン3を、加速電極(二次イオン
引出し電極ともいう)8にパルス電圧を印加することに
より、検出器5方向に飛行させるよう構成されている。
なお、この図において、12は加速電極8に印加するパ
ルス電圧の発生源、13は電源のオンまたはオフを切り
換えるスイッチ、14はスイッチ7を制御する回路であ
る。
【0007】ところで、従来の小型TOF−SIMSに
おいて用いられる一次イオン2としては、Ar(アルゴ
ン)やXe(キセノン)などのイオンビームが用いられ
るが、図4または図6において符号2Aで示すように、
ガウス分布状態の波の束(波束)となっている。この波
束状態の一次イオン2を、30nsec(ナノ秒)とい
ったきわめて短い時間内に試料表面6aに照射してい
る。
おいて用いられる一次イオン2としては、Ar(アルゴ
ン)やXe(キセノン)などのイオンビームが用いられ
るが、図4または図6において符号2Aで示すように、
ガウス分布状態の波の束(波束)となっている。この波
束状態の一次イオン2を、30nsec(ナノ秒)とい
ったきわめて短い時間内に試料表面6aに照射してい
る。
【0008】そして、上記TOF−SIMSにおいて
は、質量数の大きさが例えば16以上の元素の質量分解
性能向上の観点から、前記ガウス分布状態の一次イオン
2の束(波束)の全てが試料表面6aに到達し終わった
時点(図4における符号TE で示す)で、加速電極8に
対して、図4において符号(a)で示すように、所定の
パルス電圧を印加し、前記一次イオン2の試料6に対す
る照射に伴って発生した二次イオン3を加速するように
していた。
は、質量数の大きさが例えば16以上の元素の質量分解
性能向上の観点から、前記ガウス分布状態の一次イオン
2の束(波束)の全てが試料表面6aに到達し終わった
時点(図4における符号TE で示す)で、加速電極8に
対して、図4において符号(a)で示すように、所定の
パルス電圧を印加し、前記一次イオン2の試料6に対す
る照射に伴って発生した二次イオン3を加速するように
していた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、一つの波束2Aにおける一次イオン2の全てが
試料表面6aに到達した時点TE において、二次イオン
3を加速させるためのパルス電圧を加速電極8に印加し
た場合、例えば質量数の小さいH(水素)やHe(ヘリ
ウム)、B(ボロン)、C(炭素)などの軽元素(図6
において符号3Lで示す)は、前記パルス電圧が加速電
極8に印加された時点においては、試料表面6aからか
なり離れた位置に到達しているため、十分な加速電圧が
印加されずほとんど加速されないため、従来の小型TO
F−SIMSにおいては、前記軽元素を、図4において
曲線Iで示すように、ほとんど検出できなかった。な
お、図6において、3Hは質量数が16より大きい元素
を示している。
ように、一つの波束2Aにおける一次イオン2の全てが
試料表面6aに到達した時点TE において、二次イオン
3を加速させるためのパルス電圧を加速電極8に印加し
た場合、例えば質量数の小さいH(水素)やHe(ヘリ
ウム)、B(ボロン)、C(炭素)などの軽元素(図6
において符号3Lで示す)は、前記パルス電圧が加速電
極8に印加された時点においては、試料表面6aからか
なり離れた位置に到達しているため、十分な加速電圧が
印加されずほとんど加速されないため、従来の小型TO
F−SIMSにおいては、前記軽元素を、図4において
曲線Iで示すように、ほとんど検出できなかった。な
お、図6において、3Hは質量数が16より大きい元素
を示している。
【0010】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、例えば質量数16以下の所謂軽
元素を確実に測定することができる小型TOF−SIM
Sを提供することである。
たもので、その目的は、例えば質量数16以下の所謂軽
元素を確実に測定することができる小型TOF−SIM
Sを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、加速された一次イオンを試料表面に
照射し、このとき試料表面から放出される二次イオン
を、加速電極にパルス電圧を印加することにより、検出
器方向に飛行させるようにした小型飛行時間型二次イオ
ン質量分析装置において、前記加速電極に対するパルス
電圧の印加を、前記一次イオンの照射が完了するよりも
早い時点で行うようにしている(請求項1)。
め、この発明では、加速された一次イオンを試料表面に
照射し、このとき試料表面から放出される二次イオン
を、加速電極にパルス電圧を印加することにより、検出
器方向に飛行させるようにした小型飛行時間型二次イオ
ン質量分析装置において、前記加速電極に対するパルス
電圧の印加を、前記一次イオンの照射が完了するよりも
早い時点で行うようにしている(請求項1)。
【0012】上記構成の小型TOF−SIMSにおいて
は、例えば、一次イオンの照射が開始される時点(図3
において、符号TB で示す)において、加速電極に対し
てパルス電圧を印加するようにした場合、前記一次イオ
ンの照射によって発生したH、He、B、Cなどの軽元
素に所定の加速電圧が印加されるので、確実に加速さ
れ、検出効率が大幅に向上する。
は、例えば、一次イオンの照射が開始される時点(図3
において、符号TB で示す)において、加速電極に対し
てパルス電圧を印加するようにした場合、前記一次イオ
ンの照射によって発生したH、He、B、Cなどの軽元
素に所定の加速電圧が印加されるので、確実に加速さ
れ、検出効率が大幅に向上する。
【0013】そして、前記小型TOF−SIMSにおい
て、請求項2に記載のように、加速電極に対するパルス
電圧の印加のタイミングを、一次イオンの照射が完了す
るよりも早い時点と、一次イオンの照射が完了した時点
とに切り換えられるようにした場合、軽元素から重元素
まで広い範囲にわたって元素や分子の検出が可能にな
り、検出範囲の広い小型TOF−SIMSを得ることが
できる。
て、請求項2に記載のように、加速電極に対するパルス
電圧の印加のタイミングを、一次イオンの照射が完了す
るよりも早い時点と、一次イオンの照射が完了した時点
とに切り換えられるようにした場合、軽元素から重元素
まで広い範囲にわたって元素や分子の検出が可能にな
り、検出範囲の広い小型TOF−SIMSを得ることが
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照しながら説明する。この発明の小型TOF−SIM
Sは、基本的な装置の構成は、図1に示したものと変わ
るところがない。この発明の小型TOF−SIMSが、
従来のそれと大きく異なる点は、加速電極8に対するパ
ルス電圧の印加を、一次イオン2の照射が完了するより
も早い時点で行うようにしたことである。図2は、この
ようにしたときの動作説明図で、この図においても、説
明の便宜上、試料6、加速電極8、検出器4を一直線上
に配置して示している。
参照しながら説明する。この発明の小型TOF−SIM
Sは、基本的な装置の構成は、図1に示したものと変わ
るところがない。この発明の小型TOF−SIMSが、
従来のそれと大きく異なる点は、加速電極8に対するパ
ルス電圧の印加を、一次イオン2の照射が完了するより
も早い時点で行うようにしたことである。図2は、この
ようにしたときの動作説明図で、この図においても、説
明の便宜上、試料6、加速電極8、検出器4を一直線上
に配置して示している。
【0015】例えば、図4において符号(b)で示すよ
うに、前記パルス電圧の印加を、一次イオン2の照射が
開始される時点TB で行うようにした場合、図2に示す
ように、一次イオン2の照射によって発生したH、H
e、B、Cなどの軽元素のイオン3Lに対して所定の加
速電圧が印加されることになる。したがって、前記軽元
素イオンの加速が確実に行われ、その検出効率が大幅に
アップする。
うに、前記パルス電圧の印加を、一次イオン2の照射が
開始される時点TB で行うようにした場合、図2に示す
ように、一次イオン2の照射によって発生したH、H
e、B、Cなどの軽元素のイオン3Lに対して所定の加
速電圧が印加されることになる。したがって、前記軽元
素イオンの加速が確実に行われ、その検出効率が大幅に
アップする。
【0016】図2は、この発明の小型TOF−SIMS
における検出器4の出力を表すもので、図の横軸は時間
を、縦軸は強度を表している。そして、この図から分か
るように、この発明の小型TOF−SIMSによれば、
従来の小型TOF−SIMSにおいては検出することが
困難であったB、Cといった軽元素や、CH、CH2、
CH3 といった分子量が比較的小さい分子をも高感度
(確実)に検出することができるに至ったのである。
における検出器4の出力を表すもので、図の横軸は時間
を、縦軸は強度を表している。そして、この図から分か
るように、この発明の小型TOF−SIMSによれば、
従来の小型TOF−SIMSにおいては検出することが
困難であったB、Cといった軽元素や、CH、CH2、
CH3 といった分子量が比較的小さい分子をも高感度
(確実)に検出することができるに至ったのである。
【0017】したがって、この発明によれば、図5にお
いて、符号IIで示すように、質量数が16以下において
も、100%の検出効率を維持できるに至ったのであ
る。
いて、符号IIで示すように、質量数が16以下において
も、100%の検出効率を維持できるに至ったのであ
る。
【0018】上述の実施の形態においては、加速電極8
に対するパルス電圧の印加を、一次イオン2の照射が開
始される時点TB で行うようにしているが、この発明
は、これに限られるものではなく、少なくとも、一次イ
オン2の照射が完了するまでに行うようにしてあればよ
い。例えば、図4において符号TM で示す、波束2Aの
ほぼ中央の時点で行うようにしてもよい。そして、前記
パルス電圧の印加の時点が、一次イオン照射開始時点T
B に近づくほど、より小さい質量の元素(または分子)
に対する加速効率が改善され、一次イオン照射終了時点
TE に近づくほど、より小さい質量の元素等の加速効率
は落ちる。したがって、検出対象の軽元素や分子の種類
に応じて、前記加速電極8に対するパルス電圧の印加タ
イミングを設定すればよい。
に対するパルス電圧の印加を、一次イオン2の照射が開
始される時点TB で行うようにしているが、この発明
は、これに限られるものではなく、少なくとも、一次イ
オン2の照射が完了するまでに行うようにしてあればよ
い。例えば、図4において符号TM で示す、波束2Aの
ほぼ中央の時点で行うようにしてもよい。そして、前記
パルス電圧の印加の時点が、一次イオン照射開始時点T
B に近づくほど、より小さい質量の元素(または分子)
に対する加速効率が改善され、一次イオン照射終了時点
TE に近づくほど、より小さい質量の元素等の加速効率
は落ちる。したがって、検出対象の軽元素や分子の種類
に応じて、前記加速電極8に対するパルス電圧の印加タ
イミングを設定すればよい。
【0019】そして、前記加速電極8に対するパルス電
圧の印加のタイミングを、一次イオン2の照射が完了す
るよりも早い時点と、一次イオン2の照射が完了した時
点とに切り換えられるようにした場合、軽元素から重元
素まで広い範囲にわたって元素や分子の検出が可能にな
り、検出範囲の広い小型TOF−SIMSを得ることが
できる。
圧の印加のタイミングを、一次イオン2の照射が完了す
るよりも早い時点と、一次イオン2の照射が完了した時
点とに切り換えられるようにした場合、軽元素から重元
素まで広い範囲にわたって元素や分子の検出が可能にな
り、検出範囲の広い小型TOF−SIMSを得ることが
できる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の小型T
OF−SIMSにおいては、従来のこの種の小型TOF
−SIMSにおいては不可能であった軽元素あるいは低
分子量の分子の測定が可能になり、特に、半導体分野に
おいて重要なボロンなどの金属元素や、有機物評価に重
要な役割を担う炭素や炭化水素の検出を行うことができ
る。したがって、この発明の小型TOF−SIMSを用
いることにより、より精度の高い定量分析が可能にな
る。
OF−SIMSにおいては、従来のこの種の小型TOF
−SIMSにおいては不可能であった軽元素あるいは低
分子量の分子の測定が可能になり、特に、半導体分野に
おいて重要なボロンなどの金属元素や、有機物評価に重
要な役割を担う炭素や炭化水素の検出を行うことができ
る。したがって、この発明の小型TOF−SIMSを用
いることにより、より精度の高い定量分析が可能にな
る。
【図1】この発明の小型飛行時間型二次イオン質量分析
装置の要部の構成を概略的に示す図である。
装置の要部の構成を概略的に示す図である。
【図2】前記装置の動作を説明するための図である。
【図3】前記装置の検出出力の一例を示す図である。
【図4】波束と電圧印加のタイミングとの関係を示す説
明図で、(a)は従来例、(b)はこの発明のものをそ
れぞれ示している。
明図で、(a)は従来例、(b)はこの発明のものをそ
れぞれ示している。
【図5】検出効率を説明するための図である。
【図6】従来の装置の動作説明するための図である。
2…一次イオン、3…二次イオン、4…検出器、6…試
料、6a…試料表面、8…加速電極、TE …一次イオン
照射完了時点。
料、6a…試料表面、8…加速電極、TE …一次イオン
照射完了時点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー グラハム ローレンス イギリス国 ケンブリッジ シービー4 0ダブリューエフ ミルトンロード ケン ブリッジ サイエンス パーク 291 コ ア テクノロジー リミテッド内 Fターム(参考) 2G001 AA05 BA06 CA05 DA01 DA02 EA04 GA09 KA01 LA11 MA05 NA16 5C038 GG02 GH11 GH13 GH15
Claims (2)
- 【請求項1】 加速された一次イオンを試料表面に照射
し、このとき試料表面から放出される二次イオンを、加
速電極にパルス電圧を印加することにより、検出器方向
に飛行させるようにした小型飛行時間型二次イオン質量
分析装置において、前記加速電極に対するパルス電圧の
印加を、前記一次イオンの照射が完了するよりも早い時
点で行うようにしたことを特徴とする小型飛行時間型二
次イオン質量分析装置。 - 【請求項2】 加速電極に対するパルス電圧の印加のタ
イミングを、一次イオンの照射が完了するよりも早い時
点と、一次イオンの照射が完了した時点とに切り換えら
れるようにしてある請求項1に記載の小型飛行時間型二
次イオン質量分析装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000402370A JP3664433B2 (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 小型飛行時間型二次イオン質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000402370A JP3664433B2 (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 小型飛行時間型二次イオン質量分析装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002203510A true JP2002203510A (ja) | 2002-07-19 |
JP3664433B2 JP3664433B2 (ja) | 2005-06-29 |
Family
ID=18866680
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000402370A Expired - Fee Related JP3664433B2 (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 小型飛行時間型二次イオン質量分析装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3664433B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006185828A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Shimadzu Corp | 質量分析装置 |
JP2006518918A (ja) * | 2003-02-21 | 2006-08-17 | ジヨーンズ ホプキンズ ユニバーシティ | タンデム飛行時間型質量分析計 |
JP2011107098A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Osaka Prefecture Univ | 計時装置 |
WO2013073373A1 (en) * | 2011-11-17 | 2013-05-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Mass distribution spectrometry method and mass distribution spectrometer |
CN105529240A (zh) * | 2014-10-16 | 2016-04-27 | 布鲁克道尔顿有限公司 | 利用宽质量范围空间聚焦的飞行时间质谱仪 |
-
2000
- 2000-12-28 JP JP2000402370A patent/JP3664433B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006518918A (ja) * | 2003-02-21 | 2006-08-17 | ジヨーンズ ホプキンズ ユニバーシティ | タンデム飛行時間型質量分析計 |
JP2006185828A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Shimadzu Corp | 質量分析装置 |
JP4665517B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2011-04-06 | 株式会社島津製作所 | 質量分析装置 |
JP2011107098A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Osaka Prefecture Univ | 計時装置 |
WO2013073373A1 (en) * | 2011-11-17 | 2013-05-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Mass distribution spectrometry method and mass distribution spectrometer |
US9312116B2 (en) | 2011-11-17 | 2016-04-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Mass distribution spectrometry method and mass distribution spectrometer |
CN105529240A (zh) * | 2014-10-16 | 2016-04-27 | 布鲁克道尔顿有限公司 | 利用宽质量范围空间聚焦的飞行时间质谱仪 |
US9773657B2 (en) | 2014-10-16 | 2017-09-26 | Bruker Daltonik Gmbh | Time-of-flight mass spectrometer with spatial focusing of a broad mass range |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3664433B2 (ja) | 2005-06-29 |
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