KR0128491Y1 - Secondary ion mass spectrometer - Google Patents
Secondary ion mass spectrometer Download PDFInfo
- Publication number
- KR0128491Y1 KR0128491Y1 KR2019920016299U KR920016299U KR0128491Y1 KR 0128491 Y1 KR0128491 Y1 KR 0128491Y1 KR 2019920016299 U KR2019920016299 U KR 2019920016299U KR 920016299 U KR920016299 U KR 920016299U KR 0128491 Y1 KR0128491 Y1 KR 0128491Y1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- secondary ion
- electrostatic energy
- energy analyzer
- ion beam
- mass
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
- G01N23/2255—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident ion beams, e.g. proton beams
- G01N23/2258—Measuring secondary ion emission, e.g. secondary ion mass spectrometry [SIMS]
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
비행시간 이차이온 질량 분석기(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry ; TOF SIMS)에 있어서, 이차이온이 원운동을 수차례 연속적으로 할 수 있도록 경로 조정용 정전기 에너지 분석기(Electro static Analyser)를 상기 제1 내지 제3 정전기 에너지 분석기와 나란히 원형으로 마주보게 추가배열시킨 뒤, 상기 이차이온이 추가 배열된 상기 제4 경로 조정용 정전기 에너지 분석기에 입사시 초기에는 전기장을 걸어주지 않고, 상기 이온이 1회전할때 전기장이 걸리도록 함으로써 이차이온이 수회의 원운동을 계속한 후 검출기에 입사하도록 하여 정전기 에너지 분석기를 통과하는 이온의 통과길이를 길게 만들 수 있게 된다.In a time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF SIMS), an electrostatic energy analyzer (Electro static analyzer) for adjusting the path so that the secondary ion can perform a circular motion several times in succession is performed. When the ion is rotated one by one after the additional arrangement is arranged in parallel with the third electrostatic energy analyzer, and the second ion is added to the fourth path adjusting electrostatic energy analyzer, the second field is not applied initially. By allowing the electric field to take place, the secondary ion can enter the detector after several circular motions, making it possible to lengthen the passage of ions passing through the electrostatic energy analyzer.
상술한 바와 같은 원리를 이용한 본 고안은 시료에서 발생한 이차이온이 검출기에 도달하는 시간이인 것을 이용하여 질량이 △m만큼 차이나는 두원소가 검출기에차이의 간격으로 도달하는 것을 이용하여 질량분석을 하게 되는 것으로, 정전기 에너지 분석기가 이루는 반경이 r이라할 때 원운동 궤적은 2πr이 되기 때문에 한바퀴 더 돌때마다 2πr만큼 늘어나게 된다.The present invention using the principle as described above has a long time for the secondary ion generated in the sample to reach the detector Two elements with mass difference of △ m Mass spectrometry is performed by reaching at intervals of difference. When the radius formed by the electrostatic energy analyzer is r, the circular motion trajectory becomes 2πr, and thus increases by 2πr every turn.
이때 △t는 전체 궤적 L에 비례하므로 n바퀴 돌 때Since △ t is proportional to the total trajectory L,
만큼 커지게 되어 종래에 질량 m에 따라 도달시간이 달라지는 것을 이용해서 여러가지 성분의 원소가 섞여 있을 때 그 각각의 질량을 분석했을 경우 발생될 수 있었던 문제점, 즉 검출기에 도달하는 시간차이가 비슷한 질량의 원소 혹은 분자이온이 생기면 도달시간이 비슷해 질량분석이 어려워 단점을 해결할 수 있어 △m이 작아도 질량분해가 쉽게 된다. As a result, when the mass of each element is mixed when the elements of various components are mixed using a conventionally different arrival time according to the mass m, the problem that may occur, that is, the time difference to reach the detector When elemental or molecular ions are generated, the time of arrival is similar, so mass analysis is difficult, and the shortcomings can be solved.
그결과 질량분해능(Mass Resolving Power)을 크게 할 수 있어 정밀한 질량분석이 가능할 뿐 아니라 다른 장치를 크게 하지 않고도 상기 분석기의 질량 분해능 값에 따라 원운동의 반복횟수를 결정할 수 있어 경로를 원하는 길이만큼 길게 해줄 수 있게 된다.As a result, Mass Resolving Power can be increased to enable precise mass analysis, and the number of repetitions of circular motion can be determined according to the mass resolution value of the analyzer without increasing other equipment. I can do it.
Description
제1도는 종래기술에 따른 이차이온 질량분석기의 정전기 에너지 분석기를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing an electrostatic energy analyzer of a secondary ion mass spectrometer according to the prior art.
제2도는 본 고안에 따른 이차이온 질량분석기의 정전기 에너지 분석기를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing an electrostatic energy analyzer of a secondary ion mass spectrometer according to the present invention.
[산업상 이용분야][Industrial use]
본 고안은 이차이온 질량분석기(Secondary Ion Mass Spectrometry ; SIMS)에 관한 것으로, 특히 비행 시간 이차이온 질량분석기(Time-off-Flight SIMS; TOF SIMS)에서 이차이온의 궤적을 길게하기 위하여 경로 조정용 정전기 에너지 분석기를 추가하여 정전기 에너지 분석기를 원형으로 서로 마주보게 배열한 질량 분석장치에 관한 것이다.The present invention relates to Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS), and in particular, to adjust the path of the secondary ion in the time-off-flight SIMS (TOF SIMS) It is a mass spectrometer that adds an analyzer and arranges an electrostatic energy analyzer in a circle facing each other.
[종래기술 및 문제점][Prior Art and Problem]
이차이온 질량분석기는 표면분석 장비중 가장 뛰어난 원소 검출감도(Detection Sensitivity)와 깊이 분해능(Depth Resolution)을 가지고 있어, 특히 깊이에 따른 미량 불순물 분석(Trace Element Depth Profiling)에 독보적인 위치를 차지하고 있다.Secondary ion mass spectrometers have the highest detection sensitivity and depth resolution of any surface analyzer, making them uniquely positioned for trace element depth profiling.
이러한 이차이온 질량분석기에 관한 기술은 Method of Surface analysis , 1989, Cambridge University Press, 9231와 Secondary Ion Mass Spectrometry, P97-101, 1989, Oxford 및 Application Note, Charles Evans Associations, 1989에 이미 공지된 바 있다.Techniques for such secondary ion mass spectrometry have already been known in Method of Surface analysis, 1989, Cambridge University Press, 9231 and Secondary Ion Mass Spectrometry, P97-101, 1989, Oxford and Application Note, Charles Evans Associations, 1989.
이차이온 질량분석기의 검출한계(Detection limit)는 주기율표 전원소범위에 걸쳐 ppm-ppb수준으로 정밀분석이 가능하지만 분석시료의 주성분 물질(Main Matrix) 분석에는 적용하기 어렵다. 이는 SIMS 검출범위가 극미량 분석에 맞추어져 있기 때문에 검출 원소수가 많으면 변화상태를 보기 힘들고, 물질의 조성비 변화에 이온화율이 변해 원소검출 감도가 영향을 받기 때문이다.The detection limit of the secondary ion mass spectrometer can be precisely analyzed at the ppm-ppb level over the entire range of the periodic table, but it is difficult to apply to the analysis of the main matrix of the sample. This is because the SIMS detection range is suited for the analysis of trace amounts, so it is difficult to see the change state when the number of detection elements is large.
이러한 SIMS는 미량 불순물의 경우에도 원소의 이온화율이 시료 주성분 원소(Matrix Element)가 바뀜에 따라 큰폭으로 변화하기 때문에 2개층 이상 다층막 시료의 경우, 불순물 농도 측정값이 실제 분포와 달리 층마다 다르게 나타나게 된다. 이와 같은 현상으로 인해 불순물 농도의 정량화가 어렵게 되므로 정량화를 위해서는 표준시료가 있어야만 하는 문제점이 있다.In the case of trace impurities, the SIMS has a large change in the ionization rate of the element as the matrix element is changed. Therefore, in the case of two or more multilayered membrane samples, the impurity concentration measurement value is different for each layer unlike the actual distribution. do. This phenomenon makes it difficult to quantify the impurity concentration, there is a problem that a standard sample must be present for quantification.
그러나 분석을 해야하는 각각의 박막에 대해 동일조건의 표준시료를 모두 제작하는 것은 불가능하므로, 이러한 이차이온 질량분석기의 단점을 보완한 형태로써 스퍼터 중성원소 질량분석기(Sputtered Neutral Mass Spectrometry)가 개발되었고, 이에는 전자총(electron gun)이나 레이저(Laser)를 사용하는 방법이 있으며, 최근에는 SIMS에 아무런 장비를 덧붙이지 않고도 미량 불순물 원소분석에 적용할 수 있을 뿐 아니라, 정량화 개선효과를 가져오는 CSX+가 개발되었다.However, since it is impossible to manufacture all the standard samples under the same conditions for each thin film to be analyzed, the Sputtered Neutral Mass Spectrometry was developed to compensate for the shortcomings of the secondary ion mass spectrometer. Has a method using an electron gun or a laser, and recently developed CSX + , which can be applied to trace impurity element analysis without adding any equipment to SIMS, and also improves quantification. It became.
주성분(원소)(matrix)조성비 분석에 있어, SIMS 분석방법에는 깊이에 따른 불순물 분포를 보이는 다이나믹(Dynamic)방법과, 불순물 분포를 맵핑(mapping)하는 이메징(Imaging)방법, 그리고 표면의 불순물 종류를 조사하는 스테틱(Static)방법이 있다.In the analysis of the composition ratio of principal components, the SIMS analysis method includes a dynamic method showing an impurity distribution according to depth, an imaging method for mapping an impurity distribution, and a kind of surface impurity. There is a static method of examining.
그러나 이러한 분석방법은 뛰어난 감출감도로 인해 불순물 종류는 모두 조사할 수 있으나 원소별 분포비를 알 수 없는 단점을 가지고 있었다. 이에 대해 CSX+SNMS는 SIMS로 불가능했던 메트릭스(Matrix; 시료주성분) 조성 분석에 적용할 수 있으며, 10ppm의 검출한계, 불순물 분포분석을 통한 다이나믹 레인지(Dynamic Range)는 104까지 확보할 수 있다.However, the analytical method can investigate all kinds of impurities due to its excellent sensitivity, but it has a disadvantage that the distribution ratio of each element is unknown. CSX + SNMS can be applied to the analysis of matrix composition, which was impossible with SIMS, and the dynamic range through 10 ppm detection limit and impurity distribution analysis can be secured up to 10 4 .
그러나 이러한 CSX+SNMS등의 이차이온 질량분석기도 시료의 입사빔에 대한 각도가 고정되어 있어, 입사 이온빔의 입사각이 일정하게 되어 일정각도를 기울여 입사시키므로 시료표먼 식각시 시료가 평평하게 깎이지 않고 톱니모양으로 깎이게 되어 불순물 이온주입 시료의 깊이별 농도분석시(Concentration Depth Profile) 톱니모양의 불균일면 형성으로 인한 이차이온 발생량(Secondary Ion Yield)의 변화로 정확한 분석이 어렵다.However, the secondary ion mass spectrometer such as CSX + SNMS also has a fixed angle to the incident beam of the sample, so that the incident angle of the incident ion beam becomes constant and is incident at a predetermined angle, so that the sample does not cut flat even when the sample is etched. As it is shaved into shape, it is difficult to accurately analyze due to the change of Secondary Ion Yield due to the formation of a tooth-shaped nonuniform surface during the concentration depth profile of the impurity ion implantation sample.
본 고안에서 이용되는 SIMS는 비행시간 이차이온 질량분석기(Time of Flight SIMS; 이하 TOF SIMS라 한다)로서 이에 관련된 종래 TOF SIMS의 구조와 동작원리에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.SIMS used in the present invention is a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (hereinafter referred to as TOF SIMS), which will be described in detail with reference to the structure and operation of the related art TOF SIMS.
제1도는 TOF SIMS의 종래 정전기 에너지 분석기를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional electrostatic energy analyzer of TOF SIMS.
제1도에 도시된 바와 같이, 상기한 종래의 정전기 에너지 분석기는 펄스(Pulse)일차이온법(1)을 시료(2)에 주사하여 이때 튀어나오는 이차이온(4)이 일정한 길이의 체적(5)을 통과하여 제1 내지 제3 정전기 분석기(Electro static Analyser ; ESA)(9, 11, 12)를 이용해 한번의 원운동을 한 후 검출기(13)에 도달하도록 구성된 것으로, 상기 정전기 에너지 분석기는 펄스의 일차 이온빔이 주사할 시료(2)와, 펄스형 일차 이온빔의 충격에 의해 시료(2)로부터 발생된 이차이온을 몰입하기 위해 시료(2) 앞단에 배치된 이머젼 렌즈(Immersion lens)(3)와, 상기 이머젼렌즈(3)와 소정간격을 두고 순차 설치된 트랜스퍼 렌즈(Transfer lens)(6) 및 콘트라스트 다이어프렘(Contrast Diaphragm)(7)과, 상기 콘트라스트 다이어프렘(7) 통과시 둥근형태로 입사된 이차 이온빔중 양 사이드에 있는 빔은 제거하고 일중간에 있는 순수한 빔만을 선택해주는 필드 아파쳐(Field Aperture)(8)와, 상기 필드 아파쳐(8)를 통과한 이차이온빔이 원운동 가능하도록 각각 내측 대전판과 외측 대전판으로 배치된 제1내지 제3 정전기 에너지 분석기(9, 11, 12)와, 상기 필드 아파쳐(8)를 거쳐 제1 정전기 에너지 분석기(9)를 통과하여 원운동하는 이차 이온빔의 검출량을 조절하는 에너지 슬릿(10) 및 1회전 원운동후의 이차 이온빔이 도달할 지점에 배치된 검출기(13)로 이루어져 있다.As shown in FIG. 1, the conventional electrostatic energy analyzer scans the pulse primary ion method 1 into the sample 2 so that the protruding secondary ion 4 has a constant volume 5. ) Through a first circular motion using the first to third electrostatic analyzer (ESA) (9, 11, 12) to reach the detector (13), the electrostatic energy analyzer is pulsed Immersion lens (3) disposed in front of the sample (2) to immerse the sample (2) to be scanned by the primary ion beam of and the secondary ions generated from the sample (2) by the impact of the pulsed primary ion beam. And a transfer lens 6 and a contrast diaphragm 7 sequentially installed at predetermined intervals from the immersion lens 3, and when entering the contrast diaphragm 7, the incident light is rounded. Remove the beams on both sides of the secondary ion beam. Field Aperture (8) for selecting only the pure beam in the middle and the secondary ion beams passing through the field Apache (8) are arranged in the inner charging plate and the outer charging plate respectively so as to enable the circular motion Energy slit 10 for adjusting the detection amount of the secondary ion beam which is circularly moved through the first to third electrostatic energy analyzers 9, 11, 12, and through the field Apache 8, and through the first electrostatic energy analyzer 9. And a detector 13 arranged at a point where the secondary ion beam after one rotation of circular motion will reach.
이러한 종래 TOF SIMS 장치의 동작원리를 설명하면 아래와 같다.The operation principle of such a conventional TOF SIMS device will be described below.
펄스로 된 1차이온 (1)이 시료(2)를 일정한 간격으로 때린다. 이 때 스퍼터링(Sputtering)에 의해 시료표면 원소중 일부가 이온화되면서 튀어나오는데 이 때 이온이 정해진 경로(5)를 따라 체적(4)를 그리며 운동하게 된다.The pulsed primary ion (1) hits the sample (2) at regular intervals. At this time, some of the surface elements of the sample come out by sputtering while being ionized. At this time, the ions move in a volume 4 along a predetermined path 5.
그후 운동하는 이차 이온빔을 트랜스퍼 렌즈(6)와 콘트라스트 렌즈(7)를 지나 필드 아파쳐(8)를 거쳐 제1 정전기 에너지 분석기(9)로 들어가게 된다.The moving secondary ion beam then passes through the transfer lens 6 and the contrast lens 7 and enters the first electrostatic energy analyzer 9 via the field Apache 8.
상기 정전기 에너지 분석기(9)는 두개의 대전판이 동심원을 이루며 대전되어 있어 이차 이온들이 원운동을 하게 된다. 상기 정전기 에너지 분석기(9)를 통과한 이차이온들은 다시 에너지 슬릿(10)을 통과한 후 제2 및 제3 정전기 에너지 분석기(11, 12)를 지나 검출기(13)에 도달하게 된다.In the electrostatic energy analyzer 9, two charging plates are charged in concentric circles, and secondary ions are circularly moved. After passing through the energy slit 10, the secondary ions passing through the electrostatic energy analyzer 9 reach the detector 13 through the second and third electrostatic energy analyzers 11 and 12.
이 때 통과경로 길이를 L이라 하고, 통과한 이온이 질량(m)을 가진 1가이온이라 하면, 전압(V)로 이차 이온을 운동시켰을 때 상기 이차이온이 전기장 내에서 힘를 받으면 운동하므로 운동방정식은가 된다.At this time, if the passage path length is L and the ions passed are monovalent ions with mass (m), when the secondary ions are moved by the voltage (V), the secondary ions are forced into the electric field. The exercise equation Becomes
이 식을 시간에 대해 적분계산해 주면 통과경로길이 L=V×t에 의해이고,로부터이 된다.Integrating this expression over time gives the path length L = V × t ego, from Becomes
이 경우, 통로길이 L, 이차이온 전하량 e, 가속전압 V는 주어진 값이므로 질량(m)에 따라 도달시간이 달라짐을 알 수 있다.In this case, since the passage length L, the secondary ion charge amount e, and the acceleration voltage V are given values, it can be seen that the arrival time varies depending on the mass m.
이러한 종래의 SIMS는 이를 이용해 여러가지 성분의 질량을 분석하게 되어 시료에 여러가지 원소가 섞여 있을 때 각각의 원소들의 질량차이가 크게 나면, 검출기에 도달하는 시간차이도 커서 쉽게 구별할 수 있으나, 비슷한 질량의 원소 혹은 분자이온이 생기면 도달시간이 비슷해 질량분석이 어려운 문제점이 있었다.Such a conventional SIMS analyzes the mass of various components, and if the mass difference of each element becomes large when various elements are mixed in the sample, the time difference to reach the detector can be easily distinguished. When elemental or molecular ions are generated, the time of arrival is similar, making mass spectrometry difficult.
[고안의 목적][Purpose of designation]
이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 경로 조정용 정전기 에너지 분석기를 일반 정전기 에너지 분석기와 나란히 원형으로 마주보게 배열하여 이차이온의 원운동을 수차례 유지하게 함으로써 도달경로 L을 크게 하여 질량분해능을 향상시킨 이차이온 질량 분석기를 제공하고자 한다.Therefore, in order to solve the above problems, the present invention arranges a path control electrostatic energy analyzer in a circular side by side line with a general electrostatic energy analyzer so as to maintain the circular motion of secondary ions several times, thereby increasing the mass path resolution L to increase the mass resolution. An improved secondary ion mass spectrometer is provided.
[고안의 구성][Composition of design]
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안은 펄스형 일차이온빔의 충격에 의해 시료(2)로부터 발생된 이차이온을 몰입하기 위해 시료(2) 일단에 배치된 이미젼렌즈와, 상기 이미젼렌즈와 소정간격을 두고 순차 설치된 트랜스터 렌즈 및 콘트라스트 다이어프렘과, 상기 콘트라스트 다이어프렘 통과시 둥근형태로 직진하여 입사된 이차 이온빔중 양사이드에 있는 빔은 제거하고 일중간에 있는 순수한 빔만을 선택해주는 필드 아파쳐와, 상기 필드 아파쳐를 통과한 이차이온빔이 원운동 가능하도록 각각 내측 대전판과 외측 대전판으로 배치된 제1 내지 제3 정전기 에너지 분석기와, 제1 정전기 내용 분석기를 통과하여 원운동하는 이차이온빔의 검출량을 조절하는 에너지 슬릿과, 상기 콘트라스트 다이어프렘을 통과하여 입사한 이차이온빔이 전기장이 형성되지 않는 경우 직진할 수 있는 제1통로와 상기 제1통로와 수직방향으로 형성된 제2통로를 가지며, 전기장이 형성되는 경우 제3 정전기 에너지 분석기로부터 입사한 이차이온빔이 원운동시 갖는 이차이온빔 경로방향으로 운동하도록 한개의 내측대전판과, 세개의 외측대전판으로 구성되어 상기 제1 내지 제3 정전기 에너지 분석기와 조합되어 전체적으로 원형을 이루도록 배치된 제4 경로 조정용 에너지 분석기 및 상기 제4 경로조정용 정전기 에너지 분석기의 제2 통로측에 배치된 검출기가 구비된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an imaging lens disposed at one end of a sample 2 to immerse secondary ions generated from the sample 2 by the impact of a pulsed primary ion beam, Field pain that removes the beams on both sides of the incident secondary ion beams by passing the lens and contrast diaphragm sequentially installed at a predetermined interval and the secondary ion beams that enter the round shape when passing through the contrast diaphragm and select only the pure beam in the middle First to third electrostatic energy analyzers disposed in the inner charging plate and the outer charging plate, respectively, so that the secondary ion beams having passed through the field Apache are circularly moved; The energy slit for controlling the detection amount of the ion beam and the secondary ion beam incident through the contrast diaphragm are electric field type. If not, it has a first passage that can go straight and a second passage formed in a direction perpendicular to the first passage, when the electric field is formed secondary ion beam path direction of the secondary ion beam incident from the third electrostatic energy analyzer during circular motion The fourth path control energy analyzer and the fourth path control electrostatic energy, which is composed of one inner charge plate and three outer charge plates so as to form a circular shape in combination with the first to third electrostatic energy analyzers, to form a circular shape. And a detector disposed at the side of the second passage of the analyzer.
[작용][Action]
본 고안은상술한 바와 같이 이차이온이 검출기에 도달하기 전에 여러차례의 원운동이 가능하므로 도달경로(L)를 크게 늘려줄 수 있게 된다. 즉(A)식에서 제시된 시간에서 알 수 있듯이 시간이 도달경로 L에 비례하므로 각 질량별 도달시간 차이 △t도 길이가 늘어나면 같은 양만큼 늘어나게 되어 유사한 질량도 분해가 가능할 뿐 아니라, 다른 장비를 크게 하지 않고도 원운동의 경로를 원하는 길이만큼 길게 해줄 수있게 된다.As described above, since the secondary ion can be circled several times before the secondary ion reaches the detector, the arrival path L can be greatly increased. That is, as the time given in Eq. (A) shows that the time is proportional to the arrival path L, the time difference Δt for each mass is increased by the same amount as the length increases, so that similar masses can be decomposed and other equipment is greatly increased. You can make the path of the circular motion as long as you want without having to.
[실시예]EXAMPLE
이하, 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
제2도는 본 고안에 의한 TOF SIMS의 정전기 에너지 분석기를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing an electrostatic energy analyzer of TOF SIMS according to the present invention.
제2도에 도시된 바와 같이 본 고안에 의한 TOF SIMS는 펄스의 일차이온빔이 주사할 시료(2)와, 펄스형 일차이온빔의 충격에 의해 시료(2)로부터 발생된 이차이온을 몰입하기 위해 시료(2) 일단에 배치된 이머젼렌즈(3)와, 상기 이머젼렌즈와 소정간격을 두고 순차 설치된 트랜스퍼렌즈(6)및 콘트라스트 다이어프렘(7)과, 상기 콘트라스트 다이어 프렘(7) 통과시 둥근형태로 직진하여 입사된 이차 이온빔중 양 사이드에 있는 빔은 제거하고 일중간에 있는 순수한 빔만을 선택해주는 필드 아파쳐(8)와, 상기 필드 아파쳐(8)를 통과한 이차이온빔이 원운동 가능하도록 각각 내측 대전판과 외측 대전판으로 배치된 제1 내지 제3 정전기 에너지 분석기(9, 11, 12)와, 상기 제1 정전기 에너지 분석기를 통과하여 원운동하는 이차 이온빔의 검출량을 조절하는 에너지 슬릿(10)고, 상기 콘트라스트 다이어 프렘(7)을 통과하여 입사한 이차이온빔이 전기장에 형성되지 않는 경우 직진할 수 있는 제1통로(a)와, 상기 제1통로(a)와 수직방향으로 형성된 제2통로(b)를 가지며, 전기장이 형성되는 경우 제3 정전기 에너지 분석기(12)로부터 입사한 이차 이온빔이 원운동시 갖는 이차 이온빔 경로방향(15)으로 운동하도록 한개의 내측 대전판과 세개의 외측 대전판으로 구성되어 상기 제1 내지 제3 정전기 에너지 분석기(9, 11, 12)와 전체적으로 원형을 이루도록 배열된 제4 경로 조정용 에너지 분석기(14)와, 상기 제4경로 조정용 정전기 에너지 분석기(14)의 제2통로(b)측에 배치된 검출기(13)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the TOF SIMS according to the present invention is designed to immerse the sample 2 to be scanned by the primary ion beam of the pulse and the secondary ion generated from the sample 2 by the impact of the pulsed primary ion beam. (2) The immersion lens 3 disposed at one end, the transfer lens 6 and the contrast diaphragm 7 sequentially installed at a predetermined distance from the immersion lens, and the contrast diaphragm 7 in a round shape when passing therethrough. Each of the secondary ion beams that enters the straight field is removed so that the beams on both sides are selected and only the pure beams in the middle are selected. First to third electrostatic energy analyzers 9, 11, and 12 disposed as an inner charging plate and an outer charging plate, and an energy slit 10 for adjusting a detection amount of a secondary ion beam circularly passing through the first electrostatic energy analyzer. ) A first passage (a) capable of going straight when the secondary ion beam incident through the contrast diaphragm (7) is not formed in the electric field, and a second passage formed perpendicular to the first passage (a) ( b) with one inner charging plate and three outer charging plates such that when the electric field is formed, the secondary ion beam incident from the third electrostatic energy analyzer 12 moves in the secondary ion beam path direction 15 in circular motion. A fourth path adjustment energy analyzer 14 configured to be generally circular with the first to third electrostatic energy analyzers 9, 11, and 12, and a second of the fourth path adjustment electrostatic energy analyzer 14. It consists of the detector 13 arrange | positioned at the channel | path b side.
이때 상기와 같은 구성에 의해 트랜스퍼 렌즈(6)와 콘트라스트 다이어프렘97) 위치는 종래와 위치가 다소 이동되었음에 주의한다.At this time, it is noted that the position of the transfer lens 6 and the contrast diaphragm 97 is slightly shifted from the conventional position by the above configuration.
여기서 추가배열되는 경로 조정용 정전기 에너지 분석기는 빔직진을 위한 구멍(제1통로, 제2통로)이 두개 있는 것으로 종래의 자기형 분석기(Magnetic Sector Analyser) 등에 사용하는 것이다. 즉, 본 고안의 목적을 달성하기 위한 TOF SIMS는 크게 원형궤도를 유지하게 하는 제1 내지 제3 정전기 에너지 분석기(9, 11, 12) 배열과 경로 조정용의 제4 정전기 에너지 분석기(14)로 구성되어 있음을 알수 있다.Here, the electrostatic energy analyzer for adjusting the path to be additionally arranged has two holes (first passage and second passage) for straightening the beam, and is used in a conventional magnetic analyzer. That is, the TOF SIMS for achieving the object of the present invention is composed of the first to third electrostatic energy analyzers (9, 11, 12) arrangement and the fourth electrostatic energy analyzer 14 for the path adjustment to maintain a large circular orbit It can be seen that.
이러한 본 고안에 따른 TOF SIMS의 기본동작 원리를 설명하면 아래와 같다.When explaining the basic operation principle of the TOF SIMS according to the present invention.
펄스로 된 일차이온(1)이 시료(2)를 때리면 이 때 시료(2)에서 튀어나온 이차이온(4)은 시료(2)와 이머젼렌즈(3) 사이의 고전압에 의해 일정한 경로(5)를 따라 운동한다.When the pulsed primary ion 1 hits the sample 2, the secondary ion 4 protruding from the sample 2 at this time is a constant path 5 due to the high voltage between the sample 2 and the immersion lens 3. Exercise along.
이 때 트랜스퍼 렌즈(6)와 콘트라스트 다이어 프렘(7)을 지나 제4 경로 조정용 정전기 에너지 분석기(14)로 들어가게 되는데 이때는 상기 경로 조정용 정전기 에너지 분석기(14)에 전기장을 걸어주지 않아 이차 이온빔(4)이 직진하게 된다.At this time, it passes through the transfer lens 6 and the contrast diaphragm 7, and enters the fourth path control electrostatic energy analyzer 14. At this time, the secondary ion beam 4 does not apply an electric field to the path control electrostatic energy analyzer 14. This goes straight.
계속해서 필드 아파쳐(8)를 지나 제1 정전기 에너지 분석기(9)로 이온이 들어가 원운동을 하여 방향이 튀어져 나온다. 이것은 상기 정전기 에너지 분석기에 두개의 대전판이 동심원을 이루며 대전되어 있어 이차이온들이 원운동을 하기 때문이다. 이 때 시료에서 튕겨나온 이차이온빔은 제4경로 조정용 정전기 에너지 분석기(14)를 통과해 입사할때 둥근원통 형태로 이차이온빔 경로를 따라 직진하게 된다.Subsequently, the ions enter the first electrostatic energy analyzer 9 through the field Apache 8 and perform a circular motion, causing the direction to spring out. This is because two charging plates are charged in concentric circles in the electrostatic energy analyzer, and secondary ions move in a circular motion. At this time, the secondary ion beam bounced from the sample passes straight through the secondary ion beam path in the form of a round cylinder when it enters through the fourth path adjusting electrostatic energy analyzer 14.
여기서 직진하여 들어오는 상기 빔은 시료에서 튀어나올 때 앞서 제시한 바와 같이 시료의 입사빔에 대한 각도가 고정되어 있어, 펄스형 입사 이온빔의 입사각이 일정하게 되어 일정각도를 기울여 입사시키므로 시료표면 식각시 시료가 평평하지 않고 톱니모양으로 깎이게 되어 불순물 이온주입 시료의 깊이별 농도분석시 톱니모양의 불균일면 형성으로 인한 이차이온 발생량에 변화가 생기게 되므로, 시료에서 튀어나올 때 원하는 깊이에서만 나오는 것이 아니라 입사 이온빔의 각도에 따라 시료의 더 깊은 곳에서 튀어나오는 것도 있고 또한 시료의 불균일면에서 튀어나오는 것도 있게 되어 실질적으로 시료(20에서 튀어나오는 이차이온빔은 시료의 깊이에 따라 물질의 조성비가 변화하게 되어 순수한 빔만 발생되는 것이 아니고 분자 결합된 빔 또한 함께 나오게 된다.In this case, when the beam coming straight out of the sample is fixed at an angle with respect to the incident beam of the sample, as described above, the incident angle of the pulsed incident ion beam becomes constant and is incident at a predetermined angle so that the sample is etched at the surface of the sample. Is not flat, but is cut into a sawtooth shape, and the secondary ion generation amount due to the formation of a tooth-shaped nonuniform surface when changing the concentration of the impurity ion implantation sample is changed. Therefore, when it comes out from the sample, the incident ion beam does not come out at the desired depth. Depending on the angle of, it may protrude from the deeper part of the sample, or it may protrude from the nonuniform surface of the sample. Subsequently, the secondary ion beam protruding from the sample 20 changes the composition ratio of the material depending on the depth of the sample. Not generated, but the molecularly coupled beam Come out together.
따라서 시료에서 발생된 둥근원통 형태의 빔중 양 사이드에 있는 빔은 제거하고 일중간에 있는 좀더 순수한 형태의 빔만을 선택할 필요가 있는데 이러한 역할을 담당하고 있는 것이 바로 필드 아파쳐(8)이다.Therefore, it is necessary to remove the beams on both sides of the round cylindrical beams generated from the sample, and select only the purer beams in the middle, which is the field Apache (8).
그 후 에너지 슬릿(10)을 통과한 후 제2, 제3 정전기 에너지 분석기(11, 12)를 지나 다시 제4 경로 조정용 정전기 에너지 분석기(14)로 들어간다.After passing through the energy slit 10, it passes through the second and third electrostatic energy analyzers 11 and 12 and enters the fourth path adjusting electrostatic energy analyzer 14 again.
이 때는 제4경로 조정용 정전기에너지 분석기(14)에 전기장을 걸어주어 이차 이온빔 경로(15)를 원운동을 계속하게 해준다. 상기 에너지 슬릿(10)은 주로, 제1정전기 에너지 분석기(9)를 통과해 나온 이차이온빔의 검출량을 줄이거나 늘일 때 사용되며, 그외에 역할을 좀 더 자세히 살펴보면, 제1 정전기 에너지 분석기(9)를 통과한 이차이온빔은 그 휘어지는 정도에 있어서 이온빔 경로(4)를 기준으로 했을 때 안쪽으로 휘는 것이 있는 반면, 바깥쪽으로 휘는 것도 있게 된다.In this case, an electric field is applied to the fourth path adjusting electrostatic energy analyzer 14 to continue the secondary ion beam path 15 in a circular motion. The energy slit 10 is mainly used to reduce or increase the amount of detection of the secondary ion beams that have passed through the first electrostatic energy analyzer 9, and in more detail, the first electrostatic energy analyzer 9 will be described. The secondary ion beam that has passed through is bent inward when it is referred to the ion beam path 4 in the degree of bending, while being bent outward.
이때 시료(2)에서 발생한 이차이온빔중 분자결합을 많이한 빔은 이온빔 경로(4)의 안쪽으로 휘게 되고 분자 결합을 하지 않은 순수한 빔은 바깥쪽으로 휘게 되어 순수한 빔을 원할때는 에너지 슬릿을 바깥쪽으로 움직여주고, 분자 결합된 빔을 원할시에는 에너지 슬릿을 기존위치보다 안쪽으로 이동시키면 된다.At this time, among the secondary ion beams generated from the sample (2), the beams with many molecular bonds are bent inward of the ion beam path (4), and the pure beams without molecular bonds are bent outwards, and when the pure beam is desired, the energy slit moves outwards. For example, if you want a molecularly coupled beam, you can move the energy slit inward from the existing position.
여기서, 전기장을 걸어주는 시간간격은 펄스간격과 경로 거리를 계산해서 입력해준다.Here, the time interval for applying the electric field is calculated by inputting the pulse interval and the path distance.
상술한 원리에 의하여 제4 경로, 조정용 정전기 에너지 분석기(14)에서 원운동을 한 이차이온은 제1 내지 제4 정전기 에너지 분석기(9, 11, 12, 14)를 지나는 원운동을 계속하게 된다. 일정한 수의 원운동을 마친 후 경로조정용 정전기 에너지 분석기(14)의 전기장을 제거해주면 이차이온은 이차이온빔경로(15)를 따라 움직이던 원운동을 멈추고 직진해서 검출기(13)에 도달하게 되어 이차이온의 통과경로는 원하는 길이만큼 늘어나게 되며, 그 결과 도달시간(t)과 그 시간차이(△t)도 늘어나 질량분해능이 커지게 된다.According to the above-described principle, the secondary ion, which has been circularly moved in the fourth path, the adjusting electrostatic energy analyzer 14, continues the circular motion passing through the first to fourth electrostatic energy analyzers 9, 11, 12, and 14. After a certain number of circular motions are removed, the electric field of the electrostatic energy analyzer 14 for the path adjustment is removed, and the secondary ions stop the circular motions moving along the secondary ion beam path 15 and go straight to reach the detector 13. The passing path of is increased by the desired length. As a result, the time of arrival (t) and the time difference (Δt) also increase, resulting in large mass resolution.
여기서 도달시간 t란 시료에서 발생한 이차이온이 검출기에 도달하는 시간으로 식(A)에서 제시된 시간을 뜻한다.Here, the arrival time t is the time taken for the secondary ion generated in the sample to reach the detector, which means the time given in Equation (A).
즉, In other words,
제1내지 제4 정전기 에너지 분석기가 이루는 반경이 r이라 할때 원운동 궤적은 2πr이 되기 때문에 한바퀴 더 돌때마다 2πr만큼 늘어나게 된다.When the radius of the first to fourth electrostatic energy analyzer is r, since the circular motion trajectory becomes 2πr, it increases by 2πr every turn.
만큼 커지게 되어 △m이 작아도 질량분해가 쉽게 됨을 알 수 있다. It can be seen that the mass decomposition is easy even if the Δm is small.
[고안의 효과][Effect of design]
상술한 바와 같이 본 고안에 의한 이차이온 질량분석기는 이차이온이 원운동를 수차례 연속적으로 할 수 있도록 경로 조정용 정전기 에너지 분석기를 추가배열시킴으로써, 종래 질량 m에 따라 도달시간이 달라지는 것을 이용해서 여러가지 성분의 원소가 섞여 있을 때 그 각각의 질량을 분석했을 경우 발생될 수 있던 문제점 즉, 검출기에 도달하는 시간차이가 비슷한 질량의 원소 혹은 분자이온이 생기면 도달시간이 비슷해 질량분석이 어려운 단점을 식(B)에서 알 수 있듯이 전체궤적 L을 늘임으로써 해결할 수 있어 △m이 작아도 질량분해를 쉽게 할 수 있어 질량 분해능(Mass Resolving Power)을 크게 할 수 있을 뿐 아니라 다른 장치를 크게 하지 않고도 상기 분석기의 질량 분해능 값에 따라 원운동의 반복횟수를 결정할 수 있는 이차이온 질량분석기를 제공할 수 있게 된다.As described above, the secondary ion mass spectrometer according to the present invention additionally arranges an electrostatic energy analyzer for adjusting the path so that the secondary ion can perform a circular motion several times in succession. The problem that can occur when analyzing individual masses when the elements are mixed, that is, when elements or molecular ions of similar mass have a similar time difference, the arrival time is similar, making the mass analysis difficult. As can be seen, it can be solved by increasing the total trajectory L, so that the mass resolution can be easily made even if △ m is small, so that the mass resolution power can be increased and the mass resolution value of the analyzer can be increased without increasing other devices. Provide secondary ion mass spectrometer to determine repetition frequency of circular motion It can be so.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR2019920016299U KR0128491Y1 (en) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Secondary ion mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR2019920016299U KR0128491Y1 (en) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Secondary ion mass spectrometer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR940006178U KR940006178U (en) | 1994-03-22 |
KR0128491Y1 true KR0128491Y1 (en) | 1998-12-01 |
Family
ID=19339215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR2019920016299U KR0128491Y1 (en) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Secondary ion mass spectrometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR0128491Y1 (en) |
-
1992
- 1992-08-28 KR KR2019920016299U patent/KR0128491Y1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR940006178U (en) | 1994-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6717132B2 (en) | Gridless time-of-flight mass spectrometer for orthogonal ion injection | |
US6080985A (en) | Ion source and accelerator for improved dynamic range and mass selection in a time of flight mass spectrometer | |
US5206508A (en) | Tandem mass spectrometry systems based on time-of-flight analyzer | |
DE19638577C1 (en) | Simultaneous focussing of all masses in time of flight mass spectrometer | |
EP0403965B1 (en) | MS-MS-flight time mass spectrometer | |
JPH07500448A (en) | Time-of-flight mass spectrometer with aperture that allows performance to be balanced between resolution and transfer efficiency | |
DE69935517T2 (en) | Time-of | |
US11204337B2 (en) | Separation of ions according to ion mobility with enhanced resolving power for mass spectrometric analysis | |
US3953732A (en) | Dynamic mass spectrometer | |
EP0456517B1 (en) | Time-of-flight mass spectrometer | |
DE102010002191B4 (en) | Time-of-flight mass spectrometer with cylindrical geometry | |
JPS58161237A (en) | Mass analyzer | |
DE19635643C2 (en) | Spectra acquisition method and linear time-of-flight mass spectrometer therefor | |
JPH0346747A (en) | Ion mirror device for flying timetype mass analyser | |
WO2014108376A1 (en) | Mass spectrometer with optimized magnetic shunt | |
US20080006768A1 (en) | Time of flight mass spectrometer | |
DE10162267A1 (en) | Time of flight mass spectrometer with orthogonal ion infeed has reflector turned by defined angle about normal to x and y directions, detector turned through twice this angle, shifted into beam | |
DE102007006933A1 (en) | Distance control in ion sources for time-of-flight mass spectrometers | |
DE10109917B4 (en) | High throughput of laser desorption mass spectra in time-of-flight mass spectrometers | |
EP2943971A1 (en) | Mass spectrometer with improved magnetic sector | |
EP0456516B1 (en) | Ion buncher | |
KR0128491Y1 (en) | Secondary ion mass spectrometer | |
CA3148673A1 (en) | Compact time-of-flight mass analyzer | |
EP1737018A2 (en) | Detecting ions in a spectrometer | |
CN103531432A (en) | Pulsed ion source, mass spectrometer and method for generating ions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
REGI | Registration of establishment | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20060728 Year of fee payment: 9 |
|
EXPY | Expiration of term |