JPS5838910B2 - ion source - Google Patents

ion source

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JPS5838910B2
JPS5838910B2 JP56169558A JP16955881A JPS5838910B2 JP S5838910 B2 JPS5838910 B2 JP S5838910B2 JP 56169558 A JP56169558 A JP 56169558A JP 16955881 A JP16955881 A JP 16955881A JP S5838910 B2 JPS5838910 B2 JP S5838910B2
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JP
Japan
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ion
ions
ion source
sample
electrode
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JP56169558A
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Japanese (ja)
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JPS5871550A (en
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善博 内藤
統広 内藤
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Jeol Ltd
Original Assignee
Nihon Denshi KK
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Publication date
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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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

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スる方式
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いる。
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ソフト
なイオン化法である、(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。
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 (1) is a soft ionization method with low ionization energy, (2) has a high production 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
るのが偏向が不可能な中性粒子ということで、試料への
中性粒子の照射位置合わせな試料の機械的な移動により
行わねばならず、複雑な精密微動機構が必要となるばか
りでなく、位置合わせに手間と時間がかかつていた。
However, in this type of ion source, the sample is irradiated with neutral particles that cannot be deflected, so alignment of the irradiation of the neutral particles onto the sample must be done by mechanically moving the sample. Not only was a complicated precision fine movement mechanism required, but alignment was also time-consuming and labor-intensive.

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を衝突箱で中性粒子ビームに
変換するというイオン源の構造に着目し、イオン銃と衝
突箱の間にイオン偏向手段を配置しイオンビームを偏向
することにより中性粒子ビームの進行方向を変えること
を特徴としている。
The present invention has been made in view of this point, and focuses on the structure of an ion source in which a high-speed ion beam produced by an ion gun is converted into a neutral particle beam in a collision box. It is characterized in that the traveling direction of the neutral particle beam is changed by arranging an ion deflecting means and deflecting the ion beam.

以下図面を用いて本発明を詳説する。図面は本発明の一
実施例の構成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 present invention will be explained in detail below using the drawings. The drawing is a cross-sectional view showing the configuration of 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 to be 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に取付げ
られており、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 the ion source side wall 2 of the 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1は円筒状電極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の下端に取付げら
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 1 includes a cylindrical electrode 5, an anode 7 and a filament 8 disposed in an ion generation chamber 6 formed inside the cylindrical electrode 5, and three stages attached to the lower end of the cylindrical electrode 5. It is composed of annular lens electrodes 9, 10, and 11.

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 in the ion gun 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■■笥肉面図
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、分割電極11′に正
又は負の数百Vま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 sections as shown in FIG. Or by applying a variable potential up to several hundred V negative
The ion beam 13 can be deflected in the X direction, and the divided electrode 11
The structure is such that it can be deflected in the Y direction by applying a similar variable potential to .

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■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、37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 μ 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 37 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21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 21, 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
方向及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 chamber collide with the Ar atoms, and their direction and speed remain almost unchanged, only their charge is taken away, resulting in a high-speed medium. Since the ions are converted into neutral Ar atoms, the beam passing through the collision box 19 contains a mixture of Ar ions and neutral Ar atoms.

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.

尚本実施例ではこの時偏向器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
を介して接地することによりArイオン電流をモニタす
るようにしている。
In this embodiment, at this time, of the pair of electrodes of the deflector 22, the electrode with which the deflected Ar ions collide is connected to the ammeter 24.
The Ar ion current is monitored by grounding through the ground.

又Arイオン電流と中性Ar原子の量とは比例関係があ
るので中性Ar原子の量も間接的にモニタできることに
なる。
Furthermore, since there is a proportional relationship between the Ar ion current and the amount of neutral Ar atoms, the amount of neutral Ar atoms can also be indirectly monitored.

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.

該ターゲラ)27は例えば銅製で絶縁体28を介して導
入グローブ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おり、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 targera) 27 is made of copper, for example, and is attached to the tip of the introducing glove 29 via an insulator 28, and an accelerating voltage of, for example, about 3 KV is applied from a power source 30, and the sample ions ejected from its 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
アス電圧(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 voltage (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Ar(圧力に
して10−3〜10−’ Torr )は衝突箱(同じ
< 10−2〜10−3Torr )から供給されてお
り、両者を結ぶビーム通過口aの大きさとバルブ4の調
節に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 Ar necessary for the ion gun 1 (pressure: 10-3 to 10-' Torr) is supplied from the collision box (also < 10-2 to 10-3 Torr), and the beam passing between the two The respective pressures are set to be maintained by adjusting the size of the opening a and the valve 4.

又衝突箱19の出射側のビーム通過口すも高真空(10
−5Torr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 (-5 Torr or less) 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9.10゜11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る
のであるが、本実施例ではレンズ電極11が第2図に示
される様にX−Y偏向器を兼ねているのでイオンビーム
13を任意の方向に偏向することができ、それに伴なっ
て衝突箱19を通過して変換された中性Ar原子ビーム
23も進行方向が任意に変わることになる。
The Ar ions generated in the generation chamber 6 in the ion gun 1 are accelerated by the annular lens electrode 9, 10° 11, then pass through the collision box 19 and are converted into a neutral Ar atomic beam. In this embodiment, the lens electrode 11 also serves as an X-Y deflector as shown in FIG. The traveling direction of the converted neutral Ar atomic beam 23 also changes arbitrarily.

従って試料上へのAr原子ビーム23の照射位置合わせ
を電気的に制御することができ、試料を機械的に移動さ
せた従来に比べれば短い所要時間で正確な位置合わせを
行うことができる。
Therefore, the irradiation position of the Ar atomic beam 23 onto the sample can be electrically controlled, and accurate positioning can be achieved in a shorter time than in the conventional method in which the sample is moved mechanically.

尚衝突箱19のビーム通過口すはビームの位置合わせが
主に第1図における矢印C方向について行われるのでビ
ームがC方向に移動することと、前述した如く衝突箱と
イオン源との圧力差を維持させることを考慮しC方向に
長い長穴とすることが望ましい。
It should be noted that the beam passage opening of the collision box 19 is mainly aligned in the direction of arrow C in FIG. It is desirable to make the hole long in the C direction in consideration of maintaining this.

上述した実施例ではイオン銃1のレンズ電極11を分割
して偏向電圧を印加し偏向器としても使用したが、これ
に限らずイオン銃と衝突箱との間に独立した偏向器を設
けても良いことは言うまでもなく、偏向器として電磁型
を使用しても良い。
In the above-described embodiment, the lens electrode 11 of the ion gun 1 is divided and used as a deflector by applying a deflection voltage, but the present invention is not limited to this, and an independent deflector may be provided between the ion gun and the collision box. Needless to say, it is good to use an electromagnetic type deflector.

【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であり、第2
図はそのI −I’断面図である。 1:イオン銃、9,10.11:環状レンズ電極、11
’、 1111:分割電極、13二Arイオンビーム、
19:衝突箱、22:偏向器、23:高速Ar原子ビー
ム、27ニターゲツト。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention.
The figure is an I-I' cross-sectional view. 1: Ion gun, 9, 10.11: Annular lens electrode, 11
', 1111: split electrode, 132 Ar ion beam,
19: Collision box, 22: Deflector, 23: High speed Ar atomic beam, 27 Ni target.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イオン生成室と、該生成室にて生成されたイオンを
加速する手段と、加速されたイオンが通る通路を有し内
部に収容した衝突ガスによりイオンから電荷を奪って中
性粒子に変換するための衝突箱とを備え、該中性粒子を
試料に照射して試料をイオン化するイオン源において、
前記衝突箱と前記イオン生成室の間にイオンを偏向する
偏向手段を設けたことを特徴とするイオン源。 2 前記イオンを加速する電極が前記偏向手段を兼ねる
ことを特徴とする特許請求の範囲1項記載のイオン源。
[Claims] 1. An ion generation chamber, a means for accelerating the ions generated in the generation chamber, and a passage through which the accelerated ions are passed, and a collision gas contained therein deprives the ions of electric charge. An ion source that includes a collision box for converting neutral particles into neutral particles and ionizes the sample by irradiating the neutral particles onto the sample,
An ion source characterized in that a deflection means for deflecting ions is provided between the collision box and the ion generation chamber. 2. The ion source according to claim 1, wherein the electrode that accelerates the ions also serves as the deflection means.
JP56169558A 1981-10-23 1981-10-23 ion source Expired JPS5838910B2 (en)

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