JPH01110249A - Analyzer for gas contained in metal material - Google Patents

Analyzer for gas contained in metal material

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JPH01110249A
JPH01110249A JP62268965A JP26896587A JPH01110249A JP H01110249 A JPH01110249 A JP H01110249A JP 62268965 A JP62268965 A JP 62268965A JP 26896587 A JP26896587 A JP 26896587A JP H01110249 A JPH01110249 A JP H01110249A
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vacuum chamber
oxide film
gas
vacuum
aluminum
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豊 加藤
Shinya Abe
安部 慎哉
Teruo Kitamura
照夫 北村
Eizo Isoyama
礒山 永三
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Altemira Co Ltd
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Showa Aluminum Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain an analyzer for gas in metal material having a vacuum chamber light and easy to manufacture, by forming a close oxide film in the inner surface of an aluminum vacuum chamber. CONSTITUTION:Two manipulators 2 holding a sample S and an ion gun 3 for ion beam etching are arranged in a vacuum chamber 1. In the vacuum chamber 1, for example, the inner surface thereof is washed and dried to make a dry surface purified and cleared of a hydrated oxide film and then, is heated contacting a gas containing oxygen but none of atmospheric air containing moisture to form a close oxide film in the inner surface thereof. This makes it hard to suck moisture or the like that would lower vacuum when the vacuum chamber 1 is evacuated with a vacuum exhauster 32 thereby achieving a higher analyzing accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、アルミニウム、銅、鉄、マグネシウム等か
らなる金属材中の極微量のガスを分析する装置に閃する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an apparatus for analyzing minute amounts of gas in metal materials such as aluminum, copper, iron, magnesium, etc.

この明細書において、「アルミニウム」、「銅」、「鉄
」、「マグネシウム」という語は、それぞれ純金属の他
に各合金を含むものとする。
In this specification, the terms "aluminum,""copper,""iron," and "magnesium" include each alloy as well as a pure metal.

従来技術とその問題点 たとえばアルミニウム材は、内部ガスおよび表面に吸着
したガスを含んでいるとともに、その表面にはアルミニ
ウムと反応してガスを発生ずる水等の物質が吸着せしめ
られている。これらのガスは、主にH2ガスであり、そ
の他にきわめて少量のCOガス、co2ガス、H2oガ
スなどが存在する。アルミニウム材の用途によっては、
上記ガスはきわめて有害となるた、めこれらの量を微量
にする必要があり、表面に吸着したガスおよび表面に吸
着した物質とアルミニウムとの反応により生じるガス(
以下両者を総、称して表面ガスという)についてはその
成果はある程度上っ−ている。ところが、内部ガスにつ
いては未だに十分な研究がなされていないのが実情であ
る。アルミニウム材の内部ガス量、と、くにH2ガス量
が多いと次のような問題がある、。
Prior art and its problems For example, aluminum materials contain internal gases and gases adsorbed on their surfaces, and substances such as water that react with aluminum and generate gases are adsorbed on their surfaces. These gases are mainly H2 gas, with very small amounts of CO gas, CO2 gas, H2o gas, etc. also present. Depending on the use of aluminum material,
Since the above gases are extremely harmful, it is necessary to reduce the amount of these gases to a very small amount.
The results have been achieved to some extent with respect to the surface gases (hereinafter collectively referred to as surface gases). However, the reality is that sufficient research has not yet been conducted on internal gases. If the amount of internal gas in the aluminum material, especially the amount of H2 gas, is large, the following problems may occur.

すなわち、アルミニウム材を真空用アルミニウム材、た
とえばシンクロトロンなどの加速器に使用される粒子加
速用パイプ(ビーム・う:イン)に使用した場合、パイ
プの内部にビームを走らせると大量、のガスが放出され
、パイプ内部の圧力が非常に高くなるという問題がある
。これはビームから放たれるシンクロトロ、ン放射光が
パイプ内面に入射し、ア、、ルミニウム材の内部ガスを
たたき出す結果である。また、アルミニウム材を、蒸着
基板に使用する場合には、基板表面にSe、a−5t等
を蒸着するさいにEふくれ」という現象が起こるが、こ
れも内部ガスの放出の影響によるものだということがわ
かっている。
In other words, when aluminum material is used for vacuum purposes, such as particle acceleration pipes (beams) used in accelerators such as synchrotrons, a large amount of gas is released when the beam is run inside the pipe. The problem is that the pressure inside the pipe becomes very high. This is the result of the synchrotron radiation emitted from the beam entering the inner surface of the pipe and knocking out the internal gas of the aluminum material. In addition, when aluminum material is used as a deposition substrate, a phenomenon called "E blistering" occurs when Se, A-5T, etc. are deposited on the substrate surface, but this is also due to the effect of internal gas release. I know that.

さらに、圧延時に生じる「割れ」、「ふくれ」、「皮き
ず」等の表面欠陥も、アルミニウム材の内部ガスの影響
によるものだということがわかっている。したがって、
内部ガス量のきわめて微量なアルミニウム材の開発が要
望されているが、内部ガスの微量なアルミニウム材を開
発するにあたっては、正確に内部ガスを分析することが
必要である。
Furthermore, it is known that surface defects such as cracks, blisters, and skin scratches that occur during rolling are due to the effects of internal gases in aluminum materials. therefore,
There is a demand for the development of aluminum materials with very small amounts of internal gas, but in order to develop aluminum materials with very small amounts of internal gas, it is necessary to accurately analyze the internal gas.

金属材の内部ガスの分析は、真空チャンバを備えた装置
を使用し、チャンバ内を真空引きした後その真空中で資
料を加熱することにより行なっている。
Analysis of internal gases in metal materials is carried out by using a device equipped with a vacuum chamber, evacuating the chamber, and then heating the material in the vacuum.

従来、上記分析装置としては、ステンレス鋼製の真空チ
ャンバを備えたものが使用されていた。しかしながら、
ステンレス鋼製の真空チャンバは、加工が困難でかつ重
量が大きいという問題があった。
Conventionally, the analyzer described above has been equipped with a vacuum chamber made of stainless steel. however,
Vacuum chambers made of stainless steel have problems in that they are difficult to process and are heavy.

この発明の目的は、上記問題を解決した金属材中のガス
分析装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an apparatus for analyzing gas in metal materials that solves the above-mentioned problems.

問題点を解決するための手段 この発明による金属材中のガス分析装置は、アルミニウ
ム製真空チャンバを備えており、真空チャンバの内面に
ちみつな酸化皮膜が形成されているものである。
Means for Solving the Problems The apparatus for analyzing gas in metal materials according to the present invention is equipped with an aluminum vacuum chamber, and a honey oxide film is formed on the inner surface of the vacuum chamber.

上記において、真空チャンバ内面にちみつな酸化皮膜を
形成する方法としては、たとえば次の2つの方法がある
In the above, there are, for example, the following two methods for forming a honey oxide film on the inner surface of the vacuum chamber.

その1は、アルミニウム板製真空チャンバ用粒状体の内
面を洗浄するとともに乾燥させて清浄でかつ水和酸化皮
膜が除去された乾燥面とした後、箱状体の内面を、水分
を含んだ大気と接触せず、かつ酸素含有ガスと接触させ
た状態で加熱し、箱状体の内面に酸化皮膜を形成する方
法である。箱状体の内面を洗浄するとともに乾燥させる
具体的方法としては、たとえば苛性ソ一ダを用いたアル
カリ洗浄または硫酸を用いた酸洗浄を施して加工油を洗
い流すとともに箱状体内面に形成されている水和酸化皮
膜を除去し、その後不活性ガス雰囲気中または真空雰囲
気中で低温にて乾燥させる方法がある。上記において、
アルカリ洗浄または酸洗浄後の乾燥は、真空雰囲気中で
行なうのがよい。上記洗浄後、真空炉内に入れて真空引
きしながら乾燥させることができるからである。この乾
燥は常温〜120℃とくに70〜90℃の温度範囲で行
なうのがよい。乾燥温度が120℃を越えるとこの乾燥
工程中に水和酸化皮膜が生成するおそれがあるからであ
る。また、アルカリ洗浄または酸洗浄後乾燥させる前に
、箱状体を水和酸化皮膜形成抑制用処理液中に浸漬して
水和酸化皮膜形成抑制処理を施すことが好ましい。水和
酸化皮膜形成抑制用処理液としては、クロム酸、ケイ酸
、バナジン酸、ジルコン酸、リン酸(ポリリン酸)、過
マンガン酸、タングステン酸およびモリブデン酸ならび
にこれらの塩のうちの1種を含む一  4 − 水溶液が用いられる。処理液中の溶質濃度は0゜000
0001〜5vt%、好ましくは0゜000001〜0
.0005wt%の範囲内にあるのがよい。
First, after cleaning and drying the inner surface of the granular material for a vacuum chamber made of an aluminum plate to create a clean and dry surface from which the hydrated oxide film has been removed, the inner surface of the box-like material is exposed to moisture-containing air. In this method, an oxide film is formed on the inner surface of a box-shaped body by heating it in a state in which it is in contact with an oxygen-containing gas without contacting it. Specific methods for cleaning and drying the inner surface of the box-shaped body include, for example, alkaline cleaning using caustic soda or acid cleaning using sulfuric acid to wash away processing oil and remove the residue formed on the inner surface of the box-shaped body. There is a method of removing the hydrated oxide film and then drying it at low temperature in an inert gas atmosphere or vacuum atmosphere. In the above,
Drying after alkaline cleaning or acid cleaning is preferably performed in a vacuum atmosphere. This is because, after the above-mentioned cleaning, it can be placed in a vacuum oven and dried while being evacuated. This drying is preferably carried out at a temperature ranging from room temperature to 120°C, particularly from 70 to 90°C. This is because if the drying temperature exceeds 120°C, a hydrated oxide film may be formed during this drying process. Furthermore, it is preferable to perform a hydrated oxide film formation inhibiting treatment by immersing the box-shaped body in a treatment liquid for inhibiting hydrated oxide film formation before drying after alkaline or acid cleaning. As the treatment liquid for suppressing the formation of a hydrated oxide film, one of chromic acid, silicic acid, vanadic acid, zirconic acid, phosphoric acid (polyphosphoric acid), permanganic acid, tungstic acid, molybdic acid, and salts thereof is used. An aqueous solution containing -4 is used. The solute concentration in the processing solution is 0°000
0001-5vt%, preferably 0°000001-0
.. The content is preferably within the range of 0.0005 wt%.

チャンバ用箱状体を、水分を含んだ大気と接触させず、
かつ酸素含有ガスと接触させた状態で加熱するには、箱
状体を酸素混合不活性ガス雰囲気中、市販の不活性ガス
雰囲気中もしくは工業的に得られる不活性ガス雰囲気中
に配置するか、またはこれらの不活性ガスを箱状体内に
充填しかつ箱状体を密封して行なう。また、箱状体を真
空雰囲気中に配置するか、または箱状体内を真空引きし
て行なってもよい。さらに、箱状体を純度100%の酸
素または乾燥空気の雰囲気中に配置するか、またはこれ
らを箱状体内に充填しかつ箱状体を密封して行なっても
よい。酸素混合不活性ガスとしては、酸素0.5〜30
 volXとくに1〜10 volXを含み、残部不活
性ガスよりなるものを用いるのがよい。また、市販の不
活性ガスおよび工業的に得られる不活性ガスには不純物
として微量の酸素が含まれている。さらに、真空雰囲気
中、および真空引きした箱状体内にも、箱状体内面に酸
化皮膜を形成しうる程度の酸素は含まれている。また、
加熱温度は120〜500℃特に200〜300℃とし
、加熱時間は0.1〜24時間特に0゜5〜6時間とす
るのがよい。加熱温度および加熱時間が上記下限値未満
であると、酸化皮膜の形成がうまくいかず、上限値を越
えると非結晶質皮膜の一部が結晶化して混在した状態と
なり、ちみつな皮膜が形成されなくなるおそれがあるか
らである。
Do not allow the chamber box-like body to come into contact with moisture-containing atmosphere.
In order to heat the box in contact with an oxygen-containing gas, place the box-shaped body in an oxygen-mixed inert gas atmosphere, a commercially available inert gas atmosphere, or an industrially obtained inert gas atmosphere, or Alternatively, the inert gas may be filled into a box-shaped body and the box-shaped body may be sealed. Alternatively, the box-shaped body may be placed in a vacuum atmosphere, or the inside of the box-shaped body may be evacuated. Furthermore, the box-shaped body may be placed in an atmosphere of 100% pure oxygen or dry air, or these may be filled in the box-shaped body and the box-shaped body may be sealed. As the oxygen mixed inert gas, oxygen 0.5 to 30
It is preferable to use one containing volX, particularly 1 to 10 volX, with the remainder being an inert gas. Furthermore, commercially available inert gases and industrially obtained inert gases contain a trace amount of oxygen as an impurity. Furthermore, the vacuum atmosphere and the evacuated box-like body contain enough oxygen to form an oxide film on the inner surface of the box-like body. Also,
The heating temperature is preferably 120-500°C, especially 200-300°C, and the heating time is preferably 0.1-24 hours, especially 0°5-6 hours. If the heating temperature and heating time are below the above lower limit values, the formation of the oxide film will not be successful, and if the upper limit values are exceeded, part of the amorphous film will crystallize and become mixed, resulting in the formation of a honey film. This is because there is a risk that it will disappear.

その2は、ドライエツチングを施して清浄でかつ水和酸
化皮膜が除去された乾燥面とした後、箱状体の内面を、
水分を含んだ大気と接触せず、かつ酸素含有ガスと接触
させた状態で加熱し、箱状体の内面に酸化皮膜を形成す
る方法である。
Part 2: After applying dry etching to create a clean and dry surface from which the hydrated oxide film has been removed, the inner surface of the box-shaped body is
This method forms an oxide film on the inner surface of a box-shaped body by heating it in contact with an oxygen-containing gas without contacting the atmosphere containing moisture.

ドライエツチングの具体例としては、放電洗浄、反応性
ガス・エツチング、プラズマψエツチング、反応性イオ
ン・エツチング、反応性イオン・ビーム・エツチング、
イオン・ビーム・エツチング、反応性レーザ・ビーム・
エツチングなどをあげることができる。ドライ・工゛ツ
チングによりアルミニウム製箱状体の内面を清浄でかつ
水和酸化皮膜が除去された乾燥面とした場合には、酸洗
浄やアルカリ洗浄によって加工油を洗い流すとともに水
和酸化皮膜を除去する場合のように、洗浄後乾燥工程を
必要としない。箱状体の内面を、水分を含んだ大気と接
触させずかつ酸素含有ガスと接触させた状態で加熱する
方法は、上記第1の方法の場合と同様である。
Specific examples of dry etching include discharge cleaning, reactive gas etching, plasma ψ etching, reactive ion etching, reactive ion beam etching,
Ion beam etching, reactive laser beam etching
You can also do things like etching. If the inner surface of the aluminum box-shaped body is made clean and dry with the hydrated oxide film removed by dry machining, the processing oil is washed away and the hydrated oxide film is removed by acid cleaning or alkaline cleaning. There is no need for a drying process after washing, unlike in the case of washing. The method of heating the inner surface of the box-shaped body while not contacting the moisture-containing atmosphere but contacting the oxygen-containing gas is the same as in the first method described above.

作   用 この発明の金属材中のガス分析装置は、アルミニウム製
の真空チャンバを備えているので、ステンレス鋼製の真
空チャンバを備えた従来のものと比較して軽量で、かつ
加工も容易である。
Function: The gas analyzer in metal materials of the present invention is equipped with a vacuum chamber made of aluminum, so it is lighter and easier to process than conventional ones equipped with a vacuum chamber made of stainless steel. .

また、この発明の金属材中のガス分析装置は、真空チャ
ンバの内面にちみつな酸化皮膜が形成されているので、
真空チャンバ内を真空引きしたさいの真空度を低下させ
る水分等の物質が吸着しにくくなる。また、これらの物
質が吸着したりしても、ガス分析作業前に容易に除去す
ることができる。
In addition, the gas analyzer in metal materials of the present invention has a honey oxide film formed on the inner surface of the vacuum chamber, so
When the inside of the vacuum chamber is evacuated, substances such as moisture that reduce the degree of vacuum become difficult to adsorb. Furthermore, even if these substances are adsorbed, they can be easily removed before gas analysis work.

ちみつな酸化皮膜の代わりに、水分を含んだ大気中でア
ルミニウム材に加工を施した場合に生成する水和酸化皮
膜が存在していると、次のような問題が生じる。すなわ
ち、アルミニウムは周知のように、非常に酸化され易い
金属であり、微量の酸素に触れただけで表面に酸化皮膜
が形成される。また、水、湿気などの水分の存在する環
境下におかれると、その表面に水和酸化皮膜が生成する
。そして水和酸化物の生成反応の温度が高い程永和酸化
皮膜の成長は著しく、高温環境ではアルミニウム表面に
ベーマイトまたはバイアライトなどの水和酸化皮膜が形
成される。このような水和酸化皮膜の膜質は、水分の存
在しない環境で形成されるアルミニウム酸化皮膜に比べ
て非常に粗で多孔質状でありかつその孔形態も複雑にい
り込んでいる。加えて膜厚も厚い。ところで、真空チャ
ンバ用箱状体を成形加工するさいに、水分を含んだ大気
との接触によりその内面に水和酸化皮膜が生成される。
If a hydrated oxide film, which is produced when an aluminum material is processed in a moist atmosphere, exists instead of a honeyed oxide film, the following problems will occur. That is, as is well known, aluminum is a metal that is very easily oxidized, and an oxide film is formed on the surface even if it comes into contact with a trace amount of oxygen. Furthermore, when placed in an environment containing moisture such as water or humidity, a hydrated oxide film is formed on the surface. The higher the temperature of the hydrated oxide production reaction, the more remarkable the growth of the permanent oxide film, and in a high temperature environment, a hydrated oxide film such as boehmite or vialite is formed on the aluminum surface. The quality of such a hydrated oxide film is much rougher and more porous than that of an aluminum oxide film formed in an environment where no moisture is present, and the pore morphology is also complicated. In addition, the film thickness is also thick. By the way, when a box-shaped body for a vacuum chamber is molded, a hydrated oxide film is generated on the inner surface of the box-shaped body due to contact with the atmosphere containing moisture.

しかもこの水和酸化皮膜は、成形加工時高温にさらされ
るため、水和酸化膜の生成反応が促進されて厚膜となっ
ている。この水和酸化皮膜の膜質は上述したとおりのも
のであり、かつ厚膜であるために皮膜に多くの水分が吸
着する。しかも皮膜が粗で多孔質状であるために、成形
後においても大気中に存在する水分、11イドロカーボ
ン、二酸化炭素および一酸化炭素などの高純度ガスの純
度低下物質が皮膜に吸着する。しかもこれは水和酸化皮
膜が上記のようなものであるために、皮膜内にいわば吸
蔵された形態になる。その結果これの脱離が困難な状態
となり、なかなか除去できない。そして、ガス分析のさ
いにチャンバ内を真空引きすると、H2等のガスが皮膜
から放出されて真空度が低下し分析精度が低下する。
Furthermore, since this hydrated oxide film is exposed to high temperatures during molding, the formation reaction of the hydrated oxide film is promoted, resulting in a thick film. The film quality of this hydrated oxide film is as described above, and since it is a thick film, a large amount of water is adsorbed to the film. Moreover, since the film is rough and porous, substances that reduce the purity of high-purity gases such as moisture, 11-hydrocarbon, carbon dioxide, and carbon monoxide present in the atmosphere are adsorbed to the film even after molding. Moreover, since the hydrated oxide film is as described above, it is in the form of being occluded within the film. As a result, it becomes difficult to desorb, and it is difficult to remove it. When the inside of the chamber is evacuated during gas analysis, gases such as H2 are released from the film, resulting in a decrease in the degree of vacuum and a decrease in analysis accuracy.

実  施  例 以下、この発明の実施例を図面を参照しなから説明する
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

この発明の装置の原理を示す第1図および第2図におい
て、極微量のガスを分析する装置は、真空チャンバ(1
)と、真空チャンバ(1)内の上部で金属材からなる試
料(S)を保持する2つのマニピュレータ(2)と、真
空チャンバ(1)の後側に、先端がチャンバ(1)内に
おけるマニピュレータ(2)に保持された試料(S)を
向くように取付けられたイオンビームエツチング用のイ
オン銃(3)とを備えている。
In FIGS. 1 and 2 showing the principle of the apparatus of this invention, the apparatus for analyzing extremely small amounts of gas is constructed using a vacuum chamber (1
), two manipulators (2) that hold a sample (S) made of a metal material at the upper part of the vacuum chamber (1), and a manipulator whose tip is located inside the chamber (1) at the back side of the vacuum chamber (1). (2) and an ion gun (3) for ion beam etching, which is attached so as to face the sample (S) held by the sample (S).

真空チャンバ(1)の内部には、載置台(4)上に載せ
られた試料溶融用アルミナ製るつぼ(5)と、るつぼ(
5)の周囲に巻回されたヒータ(6)とが設けられてい
る。ヒータ(6)の両端は、それぞれ真空チャンバ(1
)の底壁に設けられた端子(7)に接続されている。ま
た、真空チャンバ(1)の頂壁には、イオンビームエツ
チング後の試料の表面状態をオージェ分析により分析す
る分析装置(8)が設けられている。真空チャンバ(1
)の外部には、4つの真空排気装置(10) (11)
(12) (13)、ベイアート・アルバート真空計(
14)、試料(S)から抽出されたガスを分析する4極
子マスフイルタ(15)および端子(7)に接続された
外部導線(16)が設けられている。第1の真空排気装
置(10)は、オリフィス(17)を介して真空チャン
バ(1)に接続されたアルミニウム製真空引き用排気管
(18)と、排気管(18)に下記順序で真空チャンバ
(1)側から直列状に設けられたバルブ(19)、ター
ボ分子ポンプ(20)およびロークリポンプ(21)と
よりなる。そして、排気管(18)におけるバルブ(1
9)よりも真空チャンバ(1)側の部分にもベイアート
・アルパート真空計(22)が設けられている。第2の
真空排気装置(11)は、真空チャンバ(1)に接続さ
れたアルミニウム製真空引き用排気管(23)と、排気
管(23)に下記順序で真空チャンバ(1)側から直列
状に設けられたバルブ(24)、ターボ分子ポンプ(2
5)およびロータリポンプ(26)とよりなる。第3お
よび第4の真空排気装置(12)(13)は、それぞれ
真空チャンバ(1)に接続されたアルミニウム製真空引
き用排気管(27)と、排気管(27)に下記順序ゝで
真空チャンバ(1)側から直列状に設けられたバルブ(
28)およびゲッタポンプ(29)とよりなる。ゲッタ
ポンプ(29)は、水素吸蔵合金を内蔵しており、真空
チャンバ(1)内の水素ガスを吸着しうるようになって
いる。
Inside the vacuum chamber (1), there are an alumina crucible (5) for melting a sample placed on a mounting table (4), and a crucible (
5) and a heater (6) wound around the periphery of the heater (6). Both ends of the heater (6) are connected to a vacuum chamber (1
) is connected to the terminal (7) provided on the bottom wall. Further, an analyzer (8) for analyzing the surface condition of the sample after ion beam etching by Auger analysis is provided on the top wall of the vacuum chamber (1). Vacuum chamber (1
), there are four vacuum exhaust devices (10) (11)
(12) (13), Bayart-Albert Vacuum Gauge (
14), a quadrupole mass filter (15) for analyzing the gas extracted from the sample (S) and an external conductor (16) connected to the terminal (7) are provided. The first evacuation device (10) includes an aluminum evacuation pipe (18) connected to the vacuum chamber (1) via an orifice (17), and an evacuation pipe (18) connected to the vacuum chamber in the following order. It consists of a valve (19), a turbomolecular pump (20), and a low-pressure pump (21) that are arranged in series from the (1) side. Then, the valve (1) in the exhaust pipe (18)
A Beyert-Alpert vacuum gauge (22) is also provided in a portion closer to the vacuum chamber (1) than the vacuum chamber (1). The second evacuation device (11) is connected to an aluminum evacuation pipe (23) connected to the vacuum chamber (1), and is connected in series from the vacuum chamber (1) side to the evacuation pipe (23) in the following order. The valve (24) provided in the turbo molecular pump (2
5) and a rotary pump (26). The third and fourth evacuation devices (12) and (13) evacuate the aluminum evacuation pipe (27) connected to the vacuum chamber (1) and the evacuation pipe (27) in the following order, respectively. Valves (
28) and a getter pump (29). The getter pump (29) contains a hydrogen storage alloy and is capable of adsorbing hydrogen gas in the vacuum chamber (1).

マニピュレータ(2)は軸線方向に移動自在である。□
また、マニピュレータ(2)の周面の真空チャンバ(1
)の周壁との間は、シール部材によってシールされてい
る。
The manipulator (2) is axially movable. □
Also, the vacuum chamber (1) on the peripheral surface of the manipulator (2)
) is sealed with a sealing member.

イオン銃(3)のケーシング(31)には、真空排気装
置(32)および不活性゛ガス供給装置(33)が設け
られている。真空排気装置(32)は、ケーシング(3
1)に接続されたアルミニウム製真空引き用排気管(3
4)と、排気管(34)に下記順序でケーシング(3■
)側から直列状に設けられたバルブ(35)、ターボ分
子ポンプ(36)およびロータリポンプ(37)とより
なる。不活性ガス供給装置(33)は、アルミニウム製
供給管(38)を介してケーシング(31)に接続され
た不活性〃スボンベ(39)と、供給一  12 − 管(38)の途上に設けられるとともに、内部に液体窒
素が入れられて不活性ガスに含まれる不純物を除去する
トラップ(40)と、供給管(38)におけるケーシン
グ(31)とトラップ(40)との間に設けられた可変
式リークバルブ(41)とよりなる。
The casing (31) of the ion gun (3) is provided with a vacuum evacuation device (32) and an inert gas supply device (33). The vacuum evacuation device (32) is connected to the casing (3
Aluminum vacuum exhaust pipe (3) connected to
4) and the casing (3■) on the exhaust pipe (34) in the following order.
It consists of a valve (35), a turbomolecular pump (36), and a rotary pump (37) that are arranged in series from ) side. The inert gas supply device (33) is provided between an inert gas cylinder (39) connected to the casing (31) via an aluminum supply pipe (38) and a supply pipe (38). In addition, a trap (40) in which liquid nitrogen is introduced to remove impurities contained in the inert gas, and a variable type trap (40) provided between the casing (31) and the trap (40) in the supply pipe (38) It consists of a leak valve (41).

また、イオン銃(3)のケーシング(31)と真空チャ
ンバ(1)との間には、スロットルノズル(42)が介
在せしめられている。そして、イオン銃(3)内に導入
され、かつイオン化されるとともに加速された不活性ガ
スは、スロットルノズル(42)を通?て真空チャンバ
(1)内に入り、試料(S)に衝突するようになってい
る。
Further, a throttle nozzle (42) is interposed between the casing (31) of the ion gun (3) and the vacuum chamber (1). The inert gas introduced into the ion gun (3), ionized and accelerated passes through the throttle nozzle (42). enters the vacuum chamber (1) and collides with the sample (S).

第3図および第4図には、ガス分析装置の具体例が示さ
れている。
A specific example of the gas analyzer is shown in FIGS. 3 and 4.

真空チャンバ(1)は直方体状のチャンバ用箱状体(5
0)と、箱状体(50)の周壁における左側面の上部お
よび右側側面の上部にそれぞれ設けられた、マニピュレ
ータ差込口(51)と、箱状体(51)の後面上部に設
けられたイオン銃取付口(52)と、箱状体(50)の
周壁下部に設けられた、4つの排気口(53)〜(5B
)、ベイアート−アルバート真空計取付口(57)およ
び4極子マスフィルタ取付口(58)とよりなる。
The vacuum chamber (1) is a rectangular parallelepiped chamber box (5
0), a manipulator insertion port (51) provided at the upper left side and an upper right side of the peripheral wall of the box-shaped body (50), and a manipulator insertion port (51) provided at the upper rear surface of the box-shaped body (51). The ion gun mounting port (52) and four exhaust ports (53) to (5B) provided at the lower part of the peripheral wall of the box-shaped body (50)
), a Bayart-Albert vacuum gauge mounting port (57), and a quadrupole mass filter mounting port (58).

箱状体(50)は、周壁、頂壁および底壁のすべてが加
熱流体通路と冷却流体通路とを兼ね、かつ入口および出
口を有する管状膨出部(59)を備えたアルミニウム板
で形成されたものである。
The box-like body (50) is formed of an aluminum plate in which the peripheral wall, top wall, and bottom wall all serve as a heating fluid passage and a cooling fluid passage, and are provided with a tubular bulge (59) having an inlet and an outlet. It is something that

管状膨出部(59)は、第4図に示すように横断面半円
形で、チャンバ(1)の内方にのみ膨出している。管状
膨出部(59)の横断面形状は、第5図に示すように6
角形状であってもよい。横断面6角形状管状膨山部を(
70)で示す。また、管状膨出部の横断面形状は、これ
らの形状に限るものではない。また、第3図および第4
図には省略したが、管状膨出部(59)の入口には、加
熱および冷却流体供給管が、出口には同排出管がそれぞ
れ接続されている。
The tubular bulge (59) has a semicircular cross section as shown in FIG. 4, and bulges only inward of the chamber (1). The cross-sectional shape of the tubular bulge (59) is 6 mm as shown in FIG.
It may also be angular. The tubular ampullae has a hexagonal cross section (
70). Further, the cross-sectional shape of the tubular bulge is not limited to these shapes. Also, Figures 3 and 4
Although not shown in the figure, heating and cooling fluid supply pipes are connected to the inlet of the tubular bulge (59), and a discharge pipe of the same is connected to the outlet.

各日(51)〜(58)は、箱状体(50)に設けられ
た短い円筒状突出部と、突出部の先端に設けられたフラ
ンジとよりなる。フランジを利用して各排気口(53)
〜(56)にアルミニウム製排気管(18)(23) 
(27)が接続され、ベイアート・・アルパート真空計
(14)および4極子マスフイルタ(15)がそれぞれ
の取付口(,57)(58)に取付けられている。
Each day (51) to (58) consists of a short cylindrical protrusion provided on the box-shaped body (50) and a flange provided at the tip of the protrusion. Each exhaust port (53) using a flange
~ (56) aluminum exhaust pipe (18) (23)
(27) is connected, and a Beyert-Alpert vacuum gauge (14) and a quadrupole mass filter (15) are attached to the respective attachment ports (, 57) and (58).

排気口(53)の先端のフランジ(53a)と、排気管
(18)の先端のフランジ(18a)との間には仕切板
(60)が介在させられ、この仕切板(60)にオリフ
ィス(17)が形成されている。また、排気管(18)
における端部寄りの部分にはベイアート・アルパート真
空計取付口(61)が設けられ、ここにベイアート・ア
ルバート真空計(22)が取付けられている。この取付
口(61)も短い円筒状突出部と、突出部先端のフラン
ジとよりなる。
A partition plate (60) is interposed between the flange (53a) at the tip of the exhaust port (53) and the flange (18a) at the tip of the exhaust pipe (18). 17) is formed. Also, exhaust pipe (18)
A Bayart-Alpert vacuum gauge attachment port (61) is provided near the end of the valve, and a Bayart-Alpert vacuum gauge (22) is attached thereto. This attachment port (61) also consists of a short cylindrical protrusion and a flange at the tip of the protrusion.

そして、真空チャンバ(1)の内面、すなわち、箱状体
(50)の内面およびすべての取付口(51)〜(58
)、(61)の突出部内面には、ちみつな酸化皮膜が形
成されている。また、各排気管(18)(23)(27
)の内面にもちみつな酸化皮膜が形成されている。
Then, the inner surface of the vacuum chamber (1), that is, the inner surface of the box-shaped body (50) and all the mounting ports (51) to (58)
) and (61), a honey oxide film is formed on the inner surface of the protrusion. In addition, each exhaust pipe (18) (23) (27
) has a sticky oxide film formed on its inner surface.

イオン銃(3)のケーシング(31)は、アルミニラム
製であって、取付口(52)に取付けられている。また
、ケーシング(31)には、排気口(63)および不活
性ガス供給口(64)が設けられている。
The casing (31) of the ion gun (3) is made of aluminum and is attached to the attachment port (52). Further, the casing (31) is provided with an exhaust port (63) and an inert gas supply port (64).

両日(83) (64)は、それぞれケーシング(31
)に設けられた短い円筒状のアルミニウム製突出部と、
突出部の先端に設けられたフランジとよりなる。
On both days (83) and (64), the casing (31
) a short cylindrical aluminum protrusion;
It consists of a flange provided at the tip of the protrusion.

このフランジを利用して排気管(34)および不活性ガ
ス供給管(38)が接続されている。そして、両口(8
3) (84)の突出部を含むケーシング(31)内面
にちみつな酸化皮膜が形成されている。また、ケーシン
グ取付口(52)の先端のフランジ(52a)と、ケー
シング(31)のフランジ(31a)との間に、スロッ
トルノズル(42)の外端に形成されたフランジ(42
a)が挟着されている。
An exhaust pipe (34) and an inert gas supply pipe (38) are connected using this flange. And both mouths (8
3) A honey oxide film is formed on the inner surface of the casing (31) including the protrusion (84). Additionally, a flange (42a) formed at the outer end of the throttle nozzle (42) is located between the flange (52a) at the tip of the casing attachment port (52) and the flange (31a) of the casing (31).
a) is sandwiched.

次に、この発明による装置を用いてアルミニウム材中の
極微量ガスを分析する方法について説明する。
Next, a method for analyzing trace gases in aluminum materials using the apparatus according to the present invention will be described.

まず、管状膨出部(59)内に加熱されたフレオン等の
加熱流体を流通させて真空チャン/<(1)にベーキン
グ処理を施した後これを常温まで冷却する。そして、管
状膨出部(59)内に液体窒素等の冷却流体を流通させ
るととも・に、真空排気装置(10)〜(13)、(3
2)により真空排気して真空チャンバ(1)およびイオ
ン銃(3)内を高真空状態とする。ついで、マニピュレ
ータ(2)に試料(S)をセットした後真空チャンバ(
1)内にマニピュレータ(2)の先端を差込む。この状
態でイオン銃(3)内にNe、Ar等の不活性ガスを導
入し、これをイオン化する。イオン化された不活性ガス
を引出し電極および加速電極により加速し、スロットル
ノズル(42)を通過させて試料(S)に弾性衝突させ
る。こうして試料(S)にイオンビームエツチングを施
す。このとき、イオン銃(3)内の圧力は不活性ガスを
導入することによって上昇するが、スロットルノズル(
42)の働きにより、真空チャンバ(1)内の圧力上昇
の度合いはイオン銃(3)内の圧力上昇の度合いよりも
小さくなり、当然のことながら真空チャンバ(1)内の
不純物量は少なくなり、約17300程度となる。した
がって、イオンビームエツチング後の試料(S)表面に
吸着する不純物量を少なくできる。その後、マニピュレ
ータ(2)から試料(S)を離脱させてるつぼ(5)内
に落とし、ヒータ(6)でるつぼ(5)を加熱すること
により試料(S)を溶融させて内部ガスを抽出し、その
ガス量を4極子マスフイルタ(15)で定量する。
First, a heated fluid such as Freon is passed through the tubular bulging portion (59) to perform a baking process on the vacuum chamber (1), and then the vacuum chamber is cooled to room temperature. Then, a cooling fluid such as liquid nitrogen is caused to flow inside the tubular bulge (59), and the evacuation devices (10) to (13), (3
2), the vacuum chamber (1) and the ion gun (3) are evacuated to a high vacuum state. Next, after setting the sample (S) on the manipulator (2), the sample (S) is placed in the vacuum chamber (
1) Insert the tip of the manipulator (2) inside. In this state, an inert gas such as Ne or Ar is introduced into the ion gun (3) and ionized. The ionized inert gas is accelerated by an extraction electrode and an accelerating electrode, passed through a throttle nozzle (42), and elastically collided with the sample (S). In this way, the sample (S) is subjected to ion beam etching. At this time, the pressure inside the ion gun (3) increases by introducing an inert gas, but the throttle nozzle (
42), the degree of pressure increase in the vacuum chamber (1) becomes smaller than the degree of pressure increase in the ion gun (3), and naturally the amount of impurities in the vacuum chamber (1) decreases. , approximately 17,300. Therefore, the amount of impurities adsorbed on the surface of the sample (S) after ion beam etching can be reduced. Thereafter, the sample (S) is removed from the manipulator (2) and dropped into the crucible (5), and the crucible (5) is heated by the heater (6) to melt the sample (S) and extract the internal gas. , the amount of gas is quantified using a quadrupole mass filter (15).

以下に、この発明による装置を用いて行った実験例につ
いて述べる。
Examples of experiments conducted using the apparatus according to the present invention will be described below.

すなわち、下記の条件でガス分析を行った。That is, gas analysis was performed under the following conditions.

試  料 ・・・純度99.99%の高純度アルミニウム、イオン
ビームエツチング前の真空チャンバおよびイオン銃内の
圧力・・・1×10−10イオンビームエツチングに使
用する不活性ガスおよびその圧力=・N e s 3 
X 10−’Torrsイオンビームエツチング時の加
速電圧 ・・・2kV。
Sample: High purity aluminum with a purity of 99.99%, pressure in the vacuum chamber and ion gun before ion beam etching: 1 x 10-10 Inert gas used for ion beam etching and its pressure =... N es 3
Acceleration voltage during X 10-' Torrs ion beam etching...2 kV.

イオンビームエツチング時のエミッション電流・・・3
0mA。
Emission current during ion beam etching...3
0mA.

イオンビームエツチング時のドーズ量 −1,Ox 1018tons/Cl112上記条件で
イオンビームエツチングを行ったところイオンビームエ
ツチング中の真空チャンバ内の圧力はI X 10−6
Torr  となっていた。
Dose amount during ion beam etching -1, Ox 1018 tons/Cl112 When ion beam etching was performed under the above conditions, the pressure inside the vacuum chamber during ion beam etching was I x 10-6
It was Torr.

その後、真空チャンバ(1)内をさらに真空引きしてそ
の圧力をI X 10   Torrとし、引き続いて
ガス分析を行ったところ内部H2ガスは0゜0005c
c/100gAlであった。
Thereafter, the inside of the vacuum chamber (1) was further evacuated to bring the pressure to I x 10 Torr, and subsequent gas analysis revealed that the internal H2 gas was 0°0005c.
c/100gAl.

発明の効果 この発明の金属材中のガス分析装置は、アルミニウム製
の真空チャンバを備えているので、ステンレス鋼製の真
空チャンバを備えた従来のものと比較して軽量で、かつ
加工も容易である。
Effects of the Invention The device for analyzing gas in metal materials of the present invention is equipped with an aluminum vacuum chamber, so it is lighter and easier to process than conventional devices equipped with a stainless steel vacuum chamber. be.

また、この発明の金属材中のガス分析装置は、真空チャ
ンバの内面にちみつな酸化皮膜が形成されているので、
真空チャンバ内を真空引きしたさいの真空度を低下させ
る水分等の物質が吸着しにくくなる。また、これらの物
質が吸着したりしても、ガス分析作業前に容易に除去す
ることができる。したがって、真空チャンバ内を高真空
度にすることが可能となり、金属材中のガス分析精度を
向上させることができる。
In addition, the gas analyzer in metal materials of the present invention has a honey oxide film formed on the inner surface of the vacuum chamber, so
When the inside of the vacuum chamber is evacuated, substances such as moisture that reduce the degree of vacuum become difficult to adsorb. Furthermore, even if these substances are adsorbed, they can be easily removed before gas analysis work. Therefore, it is possible to maintain a high degree of vacuum inside the vacuum chamber, and the accuracy of gas analysis in metal materials can be improved.

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

第1図はこの発明の装置の原理を説明する正面図、第2
図は同じく平面図、第3図はこの発明の装置を具体的に
示す斜視図、第4図は第3図の部分拡大水平断面図、第
5図は管状膨出部の変形例を示す断面図である。 (1)・・・真空チャンバ。 以上
Figure 1 is a front view explaining the principle of the device of this invention, Figure 2 is a front view explaining the principle of the device of this invention.
3 is a perspective view specifically showing the device of the present invention, FIG. 4 is a partially enlarged horizontal sectional view of FIG. 3, and FIG. 5 is a sectional view showing a modification of the tubular bulge. It is a diagram. (1)...Vacuum chamber. that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  アルミニウム製真空チャンバを備えており、真空チャ
ンバの内面にちみつな酸化皮膜が形成されている金属材
中のガス分析装置。
A gas analysis device for metal materials that is equipped with an aluminum vacuum chamber and has a honey oxide film formed on the inner surface of the vacuum chamber.
JP62268965A 1987-10-23 1987-10-23 Analyzer for gas contained in metal material Granted JPH01110249A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS614525A (en) * 1984-06-20 1986-01-10 Hitachi Ltd Vaccum vessel made of aluminum alloy and formation of oxidized film of parts for vaccum apparatus

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS614525A (en) * 1984-06-20 1986-01-10 Hitachi Ltd Vaccum vessel made of aluminum alloy and formation of oxidized film of parts for vaccum apparatus

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