JPS5838909B2 - ion source - Google Patents

ion source

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JPS5838909B2
JPS5838909B2 JP56169556A JP16955681A JPS5838909B2 JP S5838909 B2 JPS5838909 B2 JP S5838909B2 JP 56169556 A JP56169556 A JP 56169556A JP 16955681 A JP16955681 A JP 16955681A JP S5838909 B2 JPS5838909 B2 JP S5838909B2
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JP
Japan
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ion
ion source
ions
electrode
neutral
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JP56169556A
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JPS5871548A (en
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善博 内藤
統広 内藤
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Jeol Ltd
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Nihon Denshi KK
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/10Ion sources; Ion guns
    • H01J49/14Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers
    • H01J49/142Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers using a solid target which is not previously vapourised

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は質量分析装置に用いて好適なイオン源に関し、
特に試料に高速中性粒子を衝突させてイオン化する方式
のイオン源に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion source suitable for use in a mass spectrometer,
In particular, it relates to an ion source that ionizes a sample by colliding high-speed neutral particles with it.

質量分析装置に用いられるイオン源のイオン化方式とし
ては、電子衝撃型、化学電離型、電界電離型あるいは電
界脱離型等が次々と開発され実用化されてしる。
As ionization methods for ion sources used in mass spectrometers, electron impact type, chemical ionization type, field ionization type, field desorption type, and the like have been developed and put into practical use one after another.

ところで近時試料に高いエネルギーを持った高速中性粒
子(例えばAr原子)を衝突させ、そのエネルギーによ
り試料をイオン化するイオン化方式が注目されており、
この方式は、(1)イオン化のエネルギーが小さくン7
トなイオン化である。
By the way, recently, an ionization method that collides high-energy high-speed neutral particles (such as Ar atoms) with a sample and ionizes the sample with that energy has been attracting attention.
This method has (1) low ionization energy;
This is a strong ionization.

(2)正イオンばかりでなく負イオンの生成率も高い、
(3)加熱気化が不要なため試料の熱分解が少ない、(
4)中性粒子なのでチャージアップがなく絶縁物でも容
易にイオン化できる等多くの優れた点を持った方式とし
て今後の発達が期待されている。
(2) High generation rate of not only positive ions but also negative ions,
(3) There is little thermal decomposition of the sample because no heating vaporization is required.
4) Since it is a neutral particle, it does not cause charge-up and can be easily ionized even in insulators, so it is expected to be developed in the future as a method with many advantages.

ところでこの方式のイオン源においては、試料に照射す
るのが電荷を持たない中性粒子ということで電極を置い
て電気的に検出することができず試料への中性粒子の照
射量をモニタすることIi極めて困難であった。
However, in this type of ion source, the sample is irradiated with neutral particles that do not have an electric charge, so it cannot be detected electrically by placing an electrode, and the amount of irradiation of the neutral particles onto the sample cannot be monitored. This was extremely difficult.

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、イオン銃
で作った高速イオンビームな衝突ガスに衝突させて中性
粒子ビームに変換し、該中性粒子ビーム中から変換され
ずに残ったイオンを偏向手段を用いて除去するというイ
オン源の構造に着目し、偏向手段によって偏向を受けた
イオンが衝突する位置に電極を配置し、該電極によって
除去されたイオン量を検出し、それに基づいて中性粒子
の量を換算して求めることを特徴としている。
The present invention was made in view of this point, and it collides with a high-speed ion beam produced by an ion gun and converts it into a neutral particle beam, and removes the remaining unconverted particles from the neutral particle beam. Focusing on the structure of an ion source in which ions are removed using a deflection means, an electrode is placed at a position where the ions deflected by the deflection means collide, and the amount of ions removed by the electrode is detected, and based on the It is characterized by calculating the amount of neutral particles using

以下図面を用いて本発明を詳説する。The present invention will be explained in detail below using the drawings.

図面は本発明の一実施例の横取を示す断面図であり、図
中1は試料に照射する中性粒子例えばAr原子を一旦イ
オン化するためのイオン銃である。
The drawing is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and numeral 1 in the drawing is an ion gun for temporarily ionizing neutral particles, such as Ar atoms, which are irradiated onto a sample.

該イオン銃1は質量分析装置のイオン源側壁2に取付け
られて釦り、その内部は排気管3及びバルブ4を介して
真空ポンプ(図示せず)によって排気される。
The ion gun 1 is attached to a side wall 2 of an ion source of a mass spectrometer and its interior is evacuated via an exhaust pipe 3 and a valve 4 by a vacuum pump (not shown).

該イオン銃11ri円筒状電極5と、該円筒状電極5内
部に形成されるイオン生成室6に配置されるアノード7
及びフィラメント8と、上記円筒状電極5の下端に取付
けられた3段構成の環状レンズ電極9,10,11から
構成される。
The ion gun 11ri has a cylindrical electrode 5 and an anode 7 arranged in an ion generation chamber 6 formed inside the cylindrical electrode 5.
and a filament 8, and a three-stage annular lens electrode 9, 10, 11 attached to the lower end of the cylindrical electrode 5.

該電極9,11には接地電位、又電極10には電源12
により数KVの正電位が与えられており、上記生成室6
で生成された正電荷を持つArイオン(Ar+)はこれ
らの電極間に形成される電界による加速作用及び収束作
用を受け、高速のArイオンビーム13としてイオン銃
外へ取出される。
The electrodes 9 and 11 are connected to a ground potential, and the electrode 10 is connected to a power source 12.
A positive potential of several KV is applied to the generation chamber 6.
The positively charged Ar ions (Ar+) generated are accelerated and focused by the electric field formed between these electrodes, and are taken out of the ion gun as a high-speed Ar ion beam 13.

ここで上記環状電極11は第1図における■−■′断面
図である第2図に示すように3分割されて間に絶縁スペ
ーサ14を介して一体に成形してあり1分割電極11′
に正又は負の数百■1での可変電位を与えることにより
Arイオンビーム13をX方向へ偏向でき、又分割電極
11〃に同様の可変電位を与えることによりY方向へ偏
向できる構造となっている。
Here, the annular electrode 11 is divided into three parts, as shown in FIG. 2, which is a sectional view taken along the line ■-■' in FIG. 1, and integrally formed with an insulating spacer 14 in between.
It has a structure in which the Ar ion beam 13 can be deflected in the X direction by applying a positive or negative variable potential of several hundred square meters to the electrode, and can be deflected in the Y direction by applying a similar variable potential to the split electrode 11. ing.

尚15はフィラメント加熱用の電源、16はフィラメン
ト−アノード間に数百Vの電圧を印加するための電源、
17はフィラメントから電極5の方向へ向けて発生した
電子をアノードの方向へ反転させるために電極5にアノ
ードに対して負電位を与えるための電源、38は加速電
圧を印加するための電源である。
15 is a power source for heating the filament; 16 is a power source for applying a voltage of several hundred V between the filament and the anode;
17 is a power source for applying a negative potential to the electrode 5 with respect to the anode in order to reverse the electrons generated from the filament toward the electrode 5 toward the anode, and 38 is a power source for applying an accelerating voltage. .

この様にしてイオン銃1から取出された高速Arイオン
ビーム13はイオン源側壁2に絶縁体18を介して固着
された衝突箱19を通過してイオン源内部へ導入される
が、該衝突箱19には電源20から負の高電圧が印加さ
れており、Arイオンビーム13は該高電圧により更に
高速度に加速されて衝突箱19内へ入射してゆく。
The high-speed Ar ion beam 13 taken out from the ion gun 1 in this manner passes through a collision box 19 fixed to the ion source side wall 2 via an insulator 18 and is introduced into the ion source. A negative high voltage is applied to the collision box 19 from a power source 20, and the Ar ion beam 13 is accelerated to a higher speed by the high voltage and enters the collision box 19.

該衝突箱19の内部には導入管21を介してArガス(
中性Ar原子)が満たされており、衝突箱の内部を通過
するイオンのかなりの部分は該Ar原子と衝突して運動
方向有び速度は殆んど変わらずに電荷のみを奪われて高
速中性Ar原子に変換されるため、該衝突箱19を通過
したビーム中にはArイオンと中性Ar原子が混在する
ことになる。
Ar gas (
A large portion of the ions passing through the collision box collide with the Ar atoms, and their direction and speed remain almost unchanged, only their charge is removed, resulting in high speed. Since the ions are converted into neutral Ar atoms, Ar ions and neutral Ar atoms coexist in the beam that has passed through the collision box 19.

このうちArイオンは後続して設けられた偏向器22に
よる偏向を受けて除去され、中性Ar原子のみが該偏向
器22を通過して高速Ar原子ビーム23として取出さ
れる。
Of these, the Ar ions are deflected by a subsequent deflector 22 and removed, and only neutral Ar atoms pass through the deflector 22 and are extracted as a high-speed Ar atomic beam 23.

本発明ではこの時偏向器22の一対の電極のうち偏向を
受けたArイオンが衝突する方の電極を電流計24を介
して接地するようにしている。
In the present invention, at this time, of the pair of electrodes of the deflector 22, the electrode with which the deflected Ar ions collide is grounded via the ammeter 24.

上記偏向器22から取出された高速Ar原子ビーム23
は切欠き部25を介してイオン化箱26内へ導入され、
該イオン化箱26内へ後方から挿入されたターゲット2
7の原子ビーム23に対して傾斜が与えられたターゲツ
ト面に衝突し、該衝突面に塗布されているグリセリンと
被検物質とを混合調製した試料をイオン化させる。
High-speed Ar atomic beam 23 taken out from the deflector 22
is introduced into the ionization box 26 through the notch 25,
Target 2 inserted into the ionization box 26 from the rear
The atomic beam 23 of No. 7 collides with an inclined target surface, and ionizes a sample prepared by mixing glycerin and a test substance coated on the collision surface.

該ターゲット27は例えば銅製で絶縁体28を介して導
入プローブ29の先端に取付けられると共に電源30か
ら例えば3KV程度の加速電圧が印加されてにす、その
表面から飛び出した試料イオンは加速電圧を分圧器31
で分圧して得た適宜な電圧が夫々印加されているスリッ
ト電極群32〜35によって引出されて加速され、図示
しない質量分析部へ導かれる。
The target 27 is made of copper, for example, and is attached to the tip of the introduction probe 29 via an insulator 28, and an accelerating voltage of, for example, about 3 KV is applied from a power source 30.The sample ions ejected from the surface are separated by the accelerating voltage. Pressure vessel 31
Appropriate voltages obtained by dividing the voltages are drawn out and accelerated by the slit electrode groups 32 to 35 to which they are applied, respectively, and guided to a mass spectrometer (not shown).

尚36はターゲット27とイオン化箱26との間にバイ
アス重臣(正、負可変)を印加するための電源である。
Note that 36 is a power source for applying a bias bias (variable positive and negative) between the target 27 and the ionization box 26.

斯かる構成において、イオン銃1に必要なArCrE力
にして10 ”−10’Torr)は衝突箱(同じ(
10”−10−3Torr)から供給されており、両者
を結ぶビーム通過口aの大きさとパルプ4の調節をよっ
て夫々の圧力が保たれる様に設定されている。
In such a configuration, the ArCrE force required for the ion gun 1 (10''-10'Torr) is the same as the collision box (same (
10"-10-3 Torr), and the respective pressures are set to be maintained by adjusting the size of the beam passage port a connecting the two and the adjustment of the pulp 4.

又衝突箱19の出射側のビーム通過口すも高真空(10
”Torr以下)のイオン源内部との圧力差が保たれる
様にaよりも小さな穴となっている。
In addition, the beam passage port on the exit side of the collision box 19 also has a high vacuum (10
The hole is smaller than a so that a pressure difference between the inside of the ion source and the inside of the ion source (below Torr) can be maintained.

そしてイオン銃1内の生成室6で生成されたArイオン
は環状レンズ電極9゜io、iiによって加速された後
衝突箱19を通過して中性Ar原子ビームに変換され、
更に偏向器22によって該ビーム中のイオンが除去され
るのであるが、本発明では偏向器22の一対の電極のう
ち偏向を受けたArイオンが衝突する方の電極を電流計
24を介して接地し、該電極に流入するイオン電流をモ
ニタしている。
The Ar ions generated in the generation chamber 6 in the ion gun 1 are accelerated by the annular lens electrodes 9° io and ii, then pass through the collision box 19 and are converted into a neutral Ar atomic beam.
Further, the ions in the beam are removed by the deflector 22, but in the present invention, the electrode of the pair of electrodes of the deflector 22 with which the deflected Ar ions collide is grounded via the ammeter 24. The ion current flowing into the electrode is monitored.

衝突箱19を通過したビーム中に含まれるArイオン量
と中性Ar原子の量の比は一定であり、従って電流計2
4で検出されるイオン電流と中性Ar原子の量とは比例
関係があると考えられるので、該イオン電流を中性Ar
原子の量に換算してモニタすることが可能となる。
The ratio between the amount of Ar ions and the amount of neutral Ar atoms contained in the beam that has passed through the collision box 19 is constant, so the current meter 2
It is thought that there is a proportional relationship between the ionic current detected in step 4 and the amount of neutral Ar atoms.
It becomes possible to convert and monitor the amount of atoms.

そのためモニタ結果に応じてイオン銃の動作状態を制御
し、照射中性Ar原子の量C時間当りの)を所望の値に
設定することができる。
Therefore, the operating state of the ion gun can be controlled in accordance with the monitoring results, and the amount of irradiated neutral Ar atoms (C per time) can be set to a desired value.

尚上述した実施例においては偏向器22の一対の電極の
うち片方にイオンを衝突させ、その電極に流入するイオ
ン電流を検出したため構成が簡単となったが、スペース
さえ許せば第3図aに示す様に偏向器22とは別個に検
出電極37を設置し、該電極に偏向されたイオンが衝突
するようにしても良い。
In the above-mentioned embodiment, the ions collided with one of the pair of electrodes of the deflector 22, and the ion current flowing into that electrode was detected, making the configuration simple. As shown, a detection electrode 37 may be installed separately from the deflector 22, and the deflected ions may collide with the detection electrode 37.

又偏向手段としては上記例の様に静電型だけではなく電
磁型を用いることも可能で、第3図すに示す様に紙面に
直交する方向の磁場Hな印加すれば検出電極37にイオ
ンを衝突させて検出することができる。
It is also possible to use not only the electrostatic type as in the above example but also an electromagnetic type as the deflection means, and as shown in Figure 3, by applying a magnetic field H in a direction perpendicular to the plane of the paper, ions are drawn to the detection electrode 37. can be detected by colliding with each other.

又上述した実施例ではAr原子を用いたが他の原子又は
中性粒子を衝突させても良いことは言う1でもない。
Furthermore, although Ar atoms were used in the above-described embodiments, other atoms or neutral particles may also be used for collision.

更に又上述した実施例ではArイオンを中性Ar原子に
変換する手段として衝突箱を設けて内部にArガスを満
たしたが、適度なArガスが存在する領域をイオン銃の
後段につくることができれば独立した衝突箱を設けなく
ともその領域で変換が行われることは言う1でもない。
Furthermore, in the above embodiment, a collision box was provided as a means of converting Ar ions into neutral Ar atoms, and the interior was filled with Ar gas, but it is possible to create a region after the ion gun in which a suitable amount of Ar gas exists. If possible, the transformation can be performed in that region without providing an independent collision box.

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

第1図は本発明の一実施例の構成を示す図、第2図はそ
のI−I’断面図、第3図は他の実施例の要部を示す図
である。 1:イオン銃、13:Arイオンビーム、19:衝突箱
、22:偏向器、23:高速Ar原子ビーム、24:電
流計、26:イオン化箱、27:ターゲット、37:検
出電極。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II', and FIG. 3 is a diagram showing essential parts of another embodiment. 1: ion gun, 13: Ar ion beam, 19: collision box, 22: deflector, 23: high-speed Ar atomic beam, 24: ammeter, 26: ionization box, 27: target, 37: detection electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イオン銃と、該イオン銃から取出されたイオンビー
ムを衝突ガスに衝突させて中性粒子ビームに変換する変
換手段と、該中性粒子ビーム中から変換されなかったイ
オンを除去するために該変換手段の後段に配置された偏
向手段を備え、該偏向手段を通過した中性粒子ビームを
試料に照射して試料をイオン化するイオン源において、
前記偏向手段によって偏向されたイオンを検出する検出
電極を設けたことを特徴とするイオン源。 2 前記偏向手段は電磁型偏向器である特許請求の範囲
第1項記載のイオン源。 3 前記偏向手段は中性粒子ビームをはさんで対向配置
された一対の静電偏向電極である特許請求の範囲第1項
記載のイオン源。 4 前記一対の静電偏向電極のうちの一方が検出電極を
兼ねる特許請求の範囲第3項記載のイオン源。
[Claims] 1. An ion gun, a conversion means for colliding an ion beam extracted from the ion gun with a collision gas to convert it into a neutral particle beam, and ions that are not converted from the neutral particle beam. In an ion source that includes a deflection means disposed after the conversion means to remove
An ion source comprising a detection electrode for detecting ions deflected by the deflection means. 2. The ion source according to claim 1, wherein the deflection means is an electromagnetic deflector. 3. The ion source according to claim 1, wherein the deflection means is a pair of electrostatic deflection electrodes disposed opposite to each other with the neutral particle beam interposed therebetween. 4. The ion source according to claim 3, wherein one of the pair of electrostatic deflection electrodes also serves as a detection electrode.
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