JP2017532744A - 二次イオン質量分析計のためのセシウム一次イオン源 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2014年10月13日に出願された米国仮特許出願第62/063,023号の利益を主張し、該出願の内容を参照により本願に援用する。
[技術分野]
本開示は、二次イオン質量分析計の一次イオン源、及びそのようなイオン源の作成方法に関する。
[背景]
二次イオン質量分析(SIMS)は、広く利用されている表面及び薄膜の分析手法であり、半導体産業、地球化学や材料研究、及び他の技術分野で幅広い用途が見出されている。500を超える市販機器が世界中に存在している。この手法では、試料表面から原子を「スパッタする」エネルギーイオンビーム(「一次」イオンビーム)を試料に照射することによって、分析信号が生成される。5〜15keVの一次イオンの各々の衝突により、ターゲット表面から少数の原子が放出される。放出された原子のうちのわずかな量が放出時にイオン化され、これらの「2次」イオンが加速されて質量分析計に導入され、質量分析されることによって、試料の化学的構成や同位体構成についての情報が得られる。
[概要]
本開示の各局面は、二次イオン質量分析計とともに使用するために構成された一次イオン源及び一次イオン源サブアセンブリに関する。
当業者であれば、以下に続く好適な実施形態の詳細な説明を、添付の図面に関連付けて読めば、本開示の範囲を十分に理解し、かつ本開示のさらなる局面を実現するであろう。
本開示の各局面は、二次イオン質量分析計とともに使用するために構成された、一次イオン源、一次イオン源サブアセンブリ、及びイオン供給アセンブリに関する。
第3の封止技術では、2つの貯留部分のうちの1つを傾斜させてもよく、ネジ切りされた外側の金属部材によってこの2つの部分に一緒に力をかけてもよい。
図13Aは、一実施形態に係る、全てがグラファイトの一次イオン源を図示している。イオン化サブアセンブリ440は、グラファイト材料(または他のグラファイト含有材料)からなる一体構造の単体で製造された、イオン化管445及び貯留台部441を含んでいる。イオン化管445は通路446を画定し、イオン化管445の遠位端は、円錐面または円錐台形面451を含み、イオン化管445内部の通路446の公称直径または平均直径と比較して小さい直径を有しているイオン化器開口459を画定している。イオン化管445の近位部443は、貯留台部441を貫通して延在し、近位部445Aで終端している。イオン化管445の近位部443は、貯留台部441の雄ネジ加工された側壁444と組み合わさって、貯留部本体433内で画定された円筒形空洞438に露出するように配置されている環状凹部448の境界をなしている。貯留台部441の雄ネジ加工された側壁444は、貯留部本体433の側壁437の雌ネジ面436を係合させるように配置されている。貯留部本体433及び搭載柱432は、グラファイト(またはグラファイト含有)材料の連続する一体構造を具体化するサブアセンブリ430として設けられている。2つのサブアセンブリ430,440は分離可能であり、炭酸セシウムまたは他のセシウムイオン源物質を貯留部空洞438内へ装填することができる。
Claims (55)
- 二次イオン質量分析計とともに使用するために構成された一次イオン源サブアセンブリであって、
前記一次イオン源サブアセンブリは、イオン化管と貯留台部とを備え、前記イオン化管と前記貯留台部とは一体であり、連続するグラファイトまたはグラファイト含有の本体材料で形成されている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項1に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記貯留台部の一部分は、空洞を画定する貯留部本体の円筒形空洞の境界をなすように構成されている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項2に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記貯留台部及び前記イオン化管の第1部分は、組み合わさって、前記空洞を画定する貯留部本体の前記円筒形空洞に露出するように配置された環状凹部を画定し、前記イオン化管の第2部分は、前記貯留台部から外側に向かって延在している、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項3に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記イオン化管の前記第2部分は、前記イオン化管内部の通路の公称直径または平均直径と比較して小さい直径を有するイオン化器開口を画定している遠位端を備えている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項4に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記貯留台部は、(i)前記空洞を画定する貯留部本体の外縁部と(ii)前記空洞を画定する貯留部本体の一部分を螺合させるように配置された封止キャップとの間で圧縮可能に受容されるように配置された、径方向に延在するリップ部を備えている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項4に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記貯留台部は、前記イオン化器に最も近い端部における、前記空洞を画定する貯留部本体の内径よりも大きい最大直径値から、前記イオン化器から最も離れている端部における、前記空洞を画定する貯留部本体の内径よりも小さい縮小した直径値まで、位置に応じて変化する外径を有するテーパー形状のグラファイト円筒部と、前記空洞を画定する貯留部本体の一部分を螺合させるように、かつ、前記テーパー形状のグラファイト円筒部を前記空洞を画定する貯留部本体へと押し込むように配置された封止キャップとを備えている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項4に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記貯留台部の一部分は、前記空洞を画定する貯留部本体の雌ネジ面と嵌まり合うように配置された雄ネジ面を備えている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項7に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記雄ネジ面と前記雌ネジ面との間に配置されたグラファイト粉末またはグラファイト被膜をさらに備えている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項4に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記イオン化管の前記遠位端は、外側に突出している円錐面または円錐台形面を備え、前記イオン化器開口は、前記円錐面または円錐台形面の中心軸を貫通して延在している、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項9に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記円錐面または円錐台形面は、6度から45度の範囲の円錐の半角の余角を備えている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項9に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記円錐面または円錐台形面の少なくとも一部分上に配置された耐熱性金属被膜または耐熱性金属シースをさらに備えている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項4に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記イオン化器開口は、機械的穴開け加工またはレーザ穴開け加工によって画定されている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項4〜12のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記イオン化器開口は、約125μm以下の直径を備えている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 請求項4〜12のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源サブアセンブリであって、
前記イオン化器開口は、約50μm以下の直径を備えている、一次イオン源サブアセンブリ。 - 二次イオン質量分析計とともに使用するために構成された一次イオン源であって、
円筒形空洞を備えている貯留部本体と、
請求項4〜12のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源サブアセンブリと
を備え、
前記貯留台部の一部分は、前記円筒形空洞内に受容されている、一次イオン源。 - 請求項15に記載の一次イオン源であって、
前記貯留部本体は、グラファイトを含んでいる、一次イオン源。 - 請求項15に記載の一次イオン源であって、
前記貯留部本体の一部分を螺合させるように配置され、かつ、前記一次イオン源サブアセンブリを前記貯留部本体に封止係合させるように配置された、封止キャップをさらに備えている、一次イオン源。 - 二次イオン質量分析計とともに使用するために構成された一次イオン源であって、
前記一次イオン源は、
貯留部からセシウム含有蒸気を受けるように構成された管であって、前記管が、雄ネジ面を含み、内部通路を含み、第1端を含んでいる、管と、
イオン化器開口を画定している本体を含んでいる毛細管挿入物であって、前記毛細管挿入物の少なくとも一部分が、前記イオン化器開口が前記内部通路からセシウム含有蒸気を受けるように配置された状態で、前記第1端に沿って前記内部通路に受容されるように構成されている、毛細管挿入物と、
オリフィスを画定し、前記オリフィスが前記イオン化器開口に位置合わせされた状態で、前記毛細管挿入物の一部分を受容するように配置された空洞を含み、前記管の前記雄ネジ面を係合させて、前記毛細管挿入物と前記管との間に封止係合が生じるように配置された雌ネジ面を含んでいる、キャップと
を備えている、一次イオン源。 - 請求項18に記載の一次イオン源であって、
前記毛細管挿入物の前記本体は、前記キャップ内で画定された前記オリフィスを貫通して延在するように配置された遠位端を備え、前記遠位端は、外側に突出している円錐面または円錐台形面を備え、前記イオン化器開口は、前記円錐面または円錐台形面の中心軸を貫通して延在している、一次イオン源。 - 請求項19に記載の一次イオン源であって、
前記円錐面または円錐台形面は、6度から45度の範囲の円錐の半角の余角を備えている、一次イオン源。 - 請求項19に記載の一次イオン源であって、
前記毛細管挿入物の前記本体は、グラファイトまたはグラファイト含有材料を含み、前記毛細管挿入物は、前記円錐面または円錐台形面の少なくとも一部分上に配置された耐熱性金属被膜またはシースをさらに備えている、一次イオン源。 - 請求項18に記載の一次イオン源であって、
前記毛細管挿入物の前記本体は、(i)前記管の製造材料と(ii)前記キャップの製造材料の各々よりも低い硬度を有する材料を含んでいる、一次イオン源。 - 請求項18〜22のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源であって、
前記毛細管挿入物の前記本体は、グラファイト材料を含んでいる、一次イオン源。 - 請求項18〜22のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源であって、
前記毛細管挿入物の第1部分は、第1幅を備え、前記第1端に沿って前記内部通路に受容されるように構成され、前記毛細管挿入物の第2部分は、第2幅を備え、前記内部通路の外側に配置されるように構成され、前記第2幅は、前記第1幅よりも大きい、一次イオン源。 - 請求項18〜22のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源であって、
前記管と前記キャップとのうちの少なくとも1つは、モリブデンを含んでいる、一次イオン源。 - 請求項18〜22のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源であって、
前記雄ネジ面と前記雌ネジ面との間に配置されたグラファイト粉末またはグラファイト被膜をさらに備えている、一次イオン源。 - 請求項18〜22のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源であって、
前記イオン化器開口は、約125μm以下の直径を備えている、一次イオン源。 - 請求項18〜22のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源であって、
前記イオン化器開口は、約50μm以下の直径を備えている、一次イオン源。 - 請求項18〜22のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源であって、
前記イオン化器開口は、機械的穴開け加工またはレーザ穴開け加工によって画定されている、一次イオン源。 - 二次イオン質量分析計とともに使用するために構成された一次イオン源であって、
前記一次イオン源は、
第1雄ネジ面を備えている貯留台部と、
第2雄ネジ面を備えている貯留部本体と、
前記貯留台部と前記貯留部本体との間に配置された管状ガスケットであって、前記管状ガスケットが、グラファイトまたはグラファイト含有の本体材料を含み、前記管状ガスケットが、第1端と第2端とを備え、前記管状ガスケットが、中間点における最大直径値から、前記第1端及び前記第2端における縮小した直径値まで、位置に応じて変化する外径を備えている、管状ガスケットと、
前記貯留台部の一部分と、前記貯留部本体の一部分と、前記管状ガスケットとによって境界がなされた貯留部空洞と流体連通して配置されたイオン化管と、
前記第1雄ネジ面及び前記第2雄ネジ面を係合させるように配置された雌ネジを備えている封止ナットと
を備えている、一次イオン源。 - 請求項30に記載の一次イオン源であって、
前記貯留台部と前記貯留部本体とのうちの少なくとも1つは、金属を含んでいる、一次イオン源。 - 請求項30に記載の一次イオン源であって、
前記貯留台部と前記貯留部本体とのうちの少なくとも1つは、グラファイトまたはグラファイト含有材料を含んでいる、一次イオン源。 - 請求項30に記載の一次イオン源であって、
前記イオン化管と前記貯留台部とは、一体であり、連続するグラファイトまたはグラファイト含有の本体材料で形成されている、一次イオン源。 - 請求項30〜33のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源であって、
前記イオン化管は、前記貯留部本体の近位にある近位端を備え、前記イオン化管は、前記イオン化管内部の通路の公称直径または平均直径と比較して小さい直径を有しているイオン化器開口を画定している遠位端を備えている、一次イオン源。 - 請求項34に記載の一次イオン源であって、
前記イオン化管の前記遠位端は、外側に突出している円錐面または円錐台形面を備え、前記イオン化器開口は、前記円錐面または円錐台形面の中心軸を貫通して延在している、一次イオン源。 - 請求項35に記載の一次イオン源であって、
前記円錐面または円錐台形面の少なくとも一部分上に配置された耐熱性金属被膜または耐熱性金属シースをさらに備えている、一次イオン源。 - 請求項30〜33のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源であって、さらに、
イオン化器開口を画定している本体を含んでいる毛細管挿入物であって、前記毛細管挿入物の少なくとも一部分が、前記イオン化管に受容されるように構成されている、毛細管挿入物と、
オリフィスを画定し、前記オリフィスが前記イオン化器開口に位置合わせされた状態で、前記毛細管挿入物の一部分を受容するように配置された空洞を含み、前記イオン化管の雄ネジ面を係合させて、前記毛細管挿入物と前記イオン化管との間で封止係合が生じるように配置された雌ネジ面を含んでいる、キャップと
を備えている、一次イオン源。 - 請求項37に記載の一次イオン源であって、
前記毛細管挿入物は、グラファイトまたはグラファイト含有材料を含んでいる、一次イオン源。 - 請求項37に記載の一次イオン源であって、
前記毛細管挿入物の前記本体は、前記キャップ内で画定された前記オリフィスを貫通して延在するように配置された遠位端を備え、前記遠位端は、外側に突出している円錐面または円錐台形面を備え、前記イオン化器開口は、前記円錐面または円錐台形面の中心軸を貫通して延在している、一次イオン源。 - 請求項39に記載の一次イオン源であって、
前記毛細管挿入物の前記本体は、グラファイトまたはグラファイト含有材料を含み、前記毛細管挿入物は、さらに、前記円錐面または円錐台形面の少なくとも一部分上に配置された耐熱性金属被膜またはシースを備えている、一次イオン源。 - 二次イオン質量分析計とともに使用するために構成された一次イオン源であって、
前記一次イオン源は、
貯留部からセシウム含有蒸気を受けるように構成されたイオン化管と、
外側に突出している円錐面または円錐台形面を備えている遠位端部分であって、イオン化器開口が前記円錐面または円錐台形面の中心軸を貫通して延在し、前記イオン化器開口が前記イオン化管からセシウム含有蒸気を受けるように配置されている、遠位端部分と
を備えている、一次イオン源。 - 請求項41に記載の一次イオン源であって、
前記遠位端部分と前記イオン化管とは、連続する本体構造を具体化している、一次イオン源。 - 請求項41に記載の一次イオン源であって、
前記円錐面または円錐台形面の少なくとも一部分上に配置された耐熱性金属被膜または耐熱性金属シースをさらに備えている、一次イオン源。 - 請求項41に記載の一次イオン源であって、
前記遠位端部分は、前記イオン化管に受容される毛細管挿入物を備え、前記毛細管挿入物は、前記円錐面または円錐台形面を画定し、かつ、前記イオン化器開口を画定し、
前記一次イオン源は、オリフィスを画定しているキャップをさらに備え、前記キャップは、前記オリフィスが前記イオン化器開口に位置合わせされた状態で、前記毛細管挿入物の一部分を受容するように配置された空洞を含み、前記キャップは、前記イオン化管の雄ネジ面を係合させて、前記毛細管挿入物と前記イオン化管との間に封止係合が生じるように配置された雌ネジ面を含んでいる、一次イオン源。 - 請求項44に記載の一次イオン源であって、
前記円錐面または円錐台形面の少なくとも一部分上に配置された耐熱性金属被膜または耐熱性金属シースをさらに備えている、一次イオン源。 - 請求項44に記載の一次イオン源であって、
前記キャップの中央部は、前記円錐面または円錐台形面の少なくとも一部分上を覆うテーパー形状面を備え、前記テーパー形状面は、耐熱性金属シースを備えている、一次イオン源。 - 二次イオン質量分析計とともに使用するために構成されたイオン供給アセンブリであって、
前記イオン供給アセンブリは、
請求項41〜46のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源と、
前記イオン化器開口に位置合わせされた抽出板オリフィスを画定する抽出板と、
前記抽出板オリフィスに位置合わせされたビーム阻止板オリフィスを画定するビーム阻止板と
を備えている、イオン供給アセンブリ。 - 請求項47に記載のイオン供給アセンブリであって、
前記イオン化器開口から直接発するセシウムイオン以外のセシウムイオンが前記ビーム阻止板オリフィスを通過することを防ぐように配置されている、イオン供給アセンブリ。 - 請求項47及び48のうちのいずれか1項に記載のイオン供給アセンブリであって、
(a)前記イオン化器の前記遠位端部分の形状、(b)前記イオン化器の前記遠位端部分の材料、及び(c)前記ビーム阻止板オリフィスの寸法及び形状、というパラメータは、前記イオン化器開口から直接発するセシウムイオン以外のセシウムイオンが前記ビーム阻止板オリフィスを通過することを防ぐように選択されている、イオン供給アセンブリ。 - 請求項47及び48のうちのいずれか1項に記載のイオン供給アセンブリであって、
前記ビーム阻止板オリフィスは、前記一次イオン源の近位では縮小した直径を備え、前記一次イオン源の遠位では増大した直径を備えている、イオン供給アセンブリ。 - 請求項50に記載のイオン供給アセンブリであって、
前記ビーム阻止板オリフィスは、円錐台形の断面形状を備えている、イオン供給アセンブリ。 - 二次イオン質量分析計とともに使用するために構成されたイオン供給アセンブリであって、
前記イオン供給アセンブリは、
イオン化器開口を介してイオンを放出するように配置された一次イオン源と、
前記イオン化器開口に位置合わせされた抽出板オリフィスを画定している抽出板と、
前記抽出板オリフィスに位置合わせされたビーム阻止板オリフィスを画定しているビーム阻止板であって、前記ビーム阻止板オリフィスが、前記一次イオン源の近位では縮小した直径部分を備え、前記一次イオン源の遠位では増大した直径部分を備えている、ビーム阻止板と
を備えているイオン供給アセンブリ。 - 請求項52に記載のイオン供給アセンブリであって、
前記ビーム阻止板オリフィスは、円錐台形の断面形状を備えている、イオン供給アセンブリ。 - 請求項51または52のいずれか1項に記載のイオン供給アセンブリであって、
前記ビーム阻止板は、円錐台形延長部を備え、前記縮小した直径部分は、前記円錐台形延長部を介して画定されている、イオン供給アセンブリ。 - 請求項36,40,43,45,または46のうちのいずれか1項に記載の一次イオン源であって、
セシウムイオンが、前記イオン化器開口からは高効率で放射され、前記耐熱性金属被膜または耐熱性金属シースからは低効率で放射されるように、動作温度が選定されている、一次イオン源。
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