KR102446342B1 - 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법 - Google Patents

2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법 Download PDF

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Abstract

2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법이 제공된다. 상기 시편 구조체의 제조 및 분석 방법은, 기판 및 분석 시편을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 상기 분석 시편을 고정시키는 단계, 상기 분석 시편에 인접하도록 더미 시편을 상기 기판 상에 배치하여 시편 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 시편 구조체에 1차 이온 빔을 조사하여 상기 분석 시편의 2차 이온의 질량을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법 {method of fabricating and analyzing of specimen structure for secondary ion mass spectrometry equipment}
본 발명은 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법에 관련된 것으로 보다 상세하게는, 기판 상의 분석 시편에 인접하도록 더미 시편이 배치된 것을 포함하는 시편 구조체의 제조 및 분석 방법에 관련된 것이다.
2차 이온 질량 분석(secondary ion mass spectrometry, SIMS) 장비는, 고 에너지의 1차 이온을 고체 상태의 분석 시편의 표면과 충돌시켜, 분석 시편의 표면에서 방출되는 2차 이온을, 질량 분석기를 이용하여, 분석 시편의 구성 원소, 및 농도를 분석하는 장비이다.
그리고, 2차 이온 질량 분석 장비는, 1차 이온을 발생시키는 1차 이온 빔의 크기를 수 pm ~ 수 nm까지 제어할 수 있어, 반도체와 같은 미세구조를 가진 시편 표면의 미량의 원소 분석에 활용될 수 있다.
활용분야가 증가함에 따라, 다양한 2차 이온 질량 분석 장비가 연구되고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 10-1819534 에는, 이차 질량 분석 장비에 있어서, 가스 공급부, 상기 가스 공급부로부터 제공되는 가스를 이온화하여 일차 이온을 생성하고 상기 일차 이온을 시료에 제공하는 이온화 소스, 및 상기 일차 이온에 의해 상기 시료로부터 생성된 이차 이온을 검출하여 상기 시료의 질량을 분석하는 질량 분석부를 포함하고, 상기 이온화 소스는, 상기 가스가 제공되는 노즐 전극들, 상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 노즐 전극들 내의 상기 가스를 이온화하는 전자들을 방출하는 필라멘트 전극, 상기 노즐 전극들 외부에 배치된 접지 전극, 및 상기 접지 전극과 상기 노즐 전극들 사이에 배치되고 상기 이온화된 가스를 상기 접지 전극 방향으로 추출하는 추출 전극을 포함하고, 상기 추출 전극은, 상기 노즐 전극들의 외부로부터 내부로 연장하는 추출 테일을 갖고, 상기 노즐 전극들은, 상기 필라멘트 전극의 일측에 배치된 제 1 노즐 전극, 및 상기 필라멘트 전극의 타측에 배치된 제 2 노즐 전극을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 노즐 전극들은 상기 필라멘트 전극 내의 제 1 및 제 2 커버 테일들을 각각 포함하는 이차이온 질량분석기를 개시하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 스파크(spark) 발생이 방지된 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 2차 이온 질량 분석이 용의한 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 공정 비용이 절감된 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 시간이 단축된 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 대량 생산에 용이한 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시편 구조체의 제조 및 분석 방법은, 기판 및 분석 시편을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 상기 분석 시편을 고정시키는 단계, 상기 분석 시편에 인접하도록 더미 시편을 상기 기판 상에 배치하여 시편 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 시편 구조체에 1차 이온 빔을 조사하여 상기 분석 시편의 2차 이온의 질량을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시편 구조체 상에, 프론트 메쉬(front mesh)가 제공되고, 상기 프론트 메쉬는, 상기 시편 구조체에 상기 1차 이온 빔 조사 시, 선택적으로, 상기 시편 구조체가 배치된 영역에만 상기 1차 이온 빔이 조사되도록 유도하는 마스크(mask)이고, 상기 프론트 메쉬는, 복수의 홀을 갖는 원판인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시편 구조체의 상기 분석 시편이, 상기 프론트 메쉬의 상기 복수의 상기 홀 중에서 어느 하나의 홀에 의해 노출되는 것을 포함하고, 상기 시편 구조체의 하부에, 디스크(disk)가 제공되고, 상기 디스크는, 상기 디스크 상에, 상기 시편 구조체를 고정시키는 지지체이고, 상기 시편 구조체가, 상기 디스크, 및 상기 프론트 메쉬 사이에 배치되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시편 구조체에서, 상기 기판의 중심부 상에 배치된 상기 분석 시편은, 복수의 측벽을 갖고, 상기 분석 시편의 복수의 상기 측벽에 인접하게, 복수의 상기 더미 시편이 배치되는 것을 포함하고, 복수의 상기 더미 시편이, 상기 프론트 메쉬를 지지하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 프론트 메쉬의 상기 홀의 직경이, h로 정의되고, 상기 기판의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 분석 시편의 폭이 a로 정의되고, 복수의 상기 더미 시편의 폭이 b1 ~ bn (n은 1 초과의 자연수)로 정의되고, 상기 분석 시편, 및 상기 더미 시편의 사이 간격이 c1 ~ c2 정의되고, 복수의 상기 더미 시편의 사이 간격이 dn-2 ~ dn-1로 정의되고, 상기 a, 상기 b1 ~ bn, 상기 c1 ~ c2, 및 상기 dn-2 ~ dn-1의 합이, 아래의 <수학식 1>을 만족하는 것을 포함할 수 있다.
<수학식 1>
h < a + (b1 + b2 + ··· + bn) + (c1 + c2) + (dn-2 + ··· + dn-1)
일 실시 예에 따르면, 상기 기판의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 c1, 및 c2는 아래의 <수학식 2>를 만족하는 것을 포함하고, 상기 더미 시편의 두께는, 상기 분석 시편과 동일한 것을 포함할 수 있다.
<수학식 2>
0 < c1, c2 < (h x 0.01um)
일 실시 예에 따르면, 상기 시편 구조체에 상기 1차 이온 빔을 조사하여, 상기 분석 시편의 상기 2차 이온의 질량을 분석하는 단계에서, 상기 1차 이온 빔은, O2, Ar, 또는 Cs 이온 빔 중에서, 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 더미 시편은, 실리콘 웨이퍼 조각인 것을 포함할 수 있다.
본 발명 실시 예에 따른 시편 구조체의 제조 및 분석 방법은, 기판 및 분석 시편을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 상기 분석 시편을 고정시키는 단계, 상기 분석 시편에 인접하도록 더미 시편을 상기 기판 상에 배치하여 시편 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 시편 구조체에 1차 이온 빔을 조사하여 상기 분석 시편의 2차 이온의 질량을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분석 시편에 인접하도록 상기 더미 시편을 상기 기판 상에 배치하여 상기 시편 구조체를 제조하는 단계에 있어서, 복수의 상기 더미 시편은, 상기 분석 시편의 복수의 측벽, 및 복수의 상기 측벽의 복수의 모서리에 최대한 인접하도록 상기 기판 상에 배치될 수 있다. 이에 따라서, 상기 시편 구조체에 상기 1차 이온 빔 조사 시, 스파크(spark) 발생이 방지될 수 있다.
그리고, 상기 시편 구조체에 상기 1차 이온 빔을 조사하기 전, 상기 시편 구조체의 중심부 상에, 상기 시편 구조체에만 상기 1차 이온 빔이, 선택적으로, 조사되도록 유도하는 복수의 홀을 갖는 프론트 메쉬가 제공될 수 있다.
이 때, 상기 기판의 상단면에 평행한 방향으로, 상기 시편 구조체의 길이는 상기 프론트 메쉬의 상기 홀의 직경보다 길 수 있다. 따라서, 상기 시편 구조체 내에, 상기 홀의 직경을 벗어난 영역에 배치된 복수의 상기 더미 시편이, 상기 프론트 메쉬를 안정적으로 지지할 수 있다. 이로 인해, 상기 시편 구조체 내에 상기 분석 시편의 상기 이차 이온의 질량 분석 시, 분석이 용이하게 그리고 안정적으로 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시편 구조체의 제조 및 분석 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시편 구조체의 제조 방법에 있어서 기판 상에 분석 시편이 고정된 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시편 구조체의 제조 방법에 있어서 기판 상에 분석 시편 및 더미 시편이 배치된 시편 구조체의 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시편 구조체의 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 프론트 메쉬(front mesh) 및 프론트 메쉬의 홀의 직경과 분석 시편의 폭, 더미 시편의 폭, 분석 시편과 더미 시편의 사이 간격, 복수의 더미 시편의 사이 간격을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시편 구조체의 2차 이온 질량 분석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 더미 시편을 포함하는 시편 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 변형 예에 따른 복수의 더미 시편을 포함하는 시편 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 복수의 더미 시편을 포함하는 시편 구조체의 다양한 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 변형 예에 따른 시편 구조체 내에 분석 시편과 더미 시편의 사이 간격 및 복수의 더미 시편의 사이 간격을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제4 변형 예에 따른 더미 시편 및 시편 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성 요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시편 구조체의 제조 및 분석 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시편 구조체의 제조 방법에 있어서 기판 상에 분석 시편이 고정된 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시편 구조체의 제조 방법에 있어서 기판 상에 분석 시편 및 더미 시편이 배치된 시편 구조체의 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시편 구조체의 사진이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 프론트 메쉬(front mesh) 및 프론트 메쉬의 홀의 직경과 분석 시편의 폭, 더미 시편의 폭, 분석 시편과 더미 시편의 사이 간격, 복수의 더미 시편의 사이 간격을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시편 구조체의 2차 이온 질량 분석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 및 도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 분석 시편(200)이 고정된다(S120).
일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)의 중심부 상에, 에폭시 접착제를 이용하여, 상기 분석 시편(200)이 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은, 실리콘 웨이퍼 조각일 수 있다. 예를 들어, 상기 분석 시편(200)은, 화학 원소가 도핑된 반도체일 수 있다.
도 1, 및 도 3을 참조하면, 상기 분석 시편(200)에 인접하도록, 더미 시편(300)이 상기 기판(100) 상에 배치되어, 시편 구조체(400)가 제조된다(S130).
일 실시 예에 따르면, 상기 분석 시편(200)은, 도 3의 (b)에 도시된 복수의 측벽(210)을 가질 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 더미 시편(300)이, 상기 분석 시편(200)의 상기 복수의 측벽(210)에 인접하도록, 상기 기판(100) 상에 배치되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 상기 더미 시편(300)은, 실리콘 웨이퍼 조각일 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 더미 시편(300)의 형태는 서로 동일하지 않을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 복수의 상기 더미 시편(300)의 두께는, 상기 분석 시편(200)의 두께와 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(100) 상의 상기 분석 시편(200)과 상기 분석 시편(200)에 인접하게 배치되는 복수의 상기 더미 시편(300)의 높이가 동일할 수 있다.
이에 따라서, 도 4의 사진과 같이, 상기 기판(100)의 상에, 상기 분석 시편(200), 및 복수의 상기 더미 시편(300)이 배치되어, 시편 구조체(400)가 제조될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 시편 구조체(400)에 후술되는 1차 이온 빔(700)을 조사 하기 전, 상기 시편 구조체(400) 상에, 프론트 메쉬(500)가 제공될 수 있다.
도 5의 (a)에 도시된 상기 프론트 메쉬(500)는, 상기 시편 구조체(400)에 상기 1차 이온 빔(700) 조사 시, 선택적으로, 상기 시편 구조체(400)가 배치된 영역에만, 상기 1차 이온 빔(700)이 조사되도록, 유도하는 원판 형태의 마스크일 수 있다. 따라서, 상기 프론트 메쉬(500)는, 상기 시편 구조체(400)가 상기 1차 이온 빔(700)에 노출되는 복수의 홀(510)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시편 구조체(400)는, 복수의 상기 홀(510) 중에서, 어느 하나의 상기 홀(510)에 노출될 수 있다.
그리고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 홀(510)의 직경과, 상기 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 시편 구조체(400)의 길이는, 하기 <수학식 1>을 만족할 수 있다.
<수학식 1>
h < a + (b1 + b2 + ··· + bn) + (c1 + c2) + (dn-2 + ··· + dn-1)
상기 <수학식 1>에서, 예를 들어, h는, 상기 프론트 메쉬(500)의 상기 홀(510)의 직경일 수 있다. 그리고, 상기 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로, 예를 들어, a는 상기 분석 시편(200)의 폭이고, b1 ~ bn은 상기 더미 시편(300)의 폭이고, c1 ~ c2는 상기 분석 시편(200)과 상기 더미 시편(300)의 사이 간격이고, dn-2 ~ dn-1은 복수의 상기 더미 시편(300)의 사이 간격일 수 있다. 예를 들어, n은 1초과의 자연수일 수 있다.
이에 따라, 상기 홀(510)의 직경(h)은, 상기 <수학식 1>에 의해, 상기 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 분석 시편(200)의 폭(a), 상기 더미 시편(300)의 폭(b1 ~ bn), 상기 분석 시편(200)과 상기 더미 시편(300)의 사이 간격(c1 ~ c2), 및 복수의 상기 더미 시편(300)의 사이 간격(dn-2 ~dn-1)의 합보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 상기 홀(510)의 직경(h)은, 상기 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 시편 구조체(400)의 길이보다 짧을 수 있다.
따라서, 상기 시편 구조체(400) 내에, 상기 홀(510)의 직경(h)을 벗어난 영역에 배치된 복수의 상기 더미 시편(300)의 일부분이, 상기 프론트 메쉬(500)를 안정적으로 지지할 수 있다.
그리고, 상기 홀(510)의 직경(h)과 상기 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 분석 시편(200)과 상기 더미 시편(300)의 사이 간격(c1, c2)은, 하기 <수학식 2>를 만족할 수 있다.
<수학식 2>
0 < c1, c2 < (h x 0.01um)
상기 <수학식 2>에서, 예를 들어, c1 ~ c2는, 상술된 바와 같이, 상기 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 분석 시편(200)과 상기 더미 시편(300)의 사이 간격이고, h는, 상술된 바와 같이, 상기 홀(510)의 직경(h)일 수 있다.
이에 따라, 상기 <수학식 2>에 의해, 상기 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 분석 시편(200)과 상기 더미 시편(300)의 사이 간격(c1, c2)은 0보다 크고, 상기 홀(510)의 직경(h)에 0.01um를 곱한 것보다 작을 수 있다.
이와 달리, 상기 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 분석 시편(200)과 상기 더미 시편(300)의 사이 간격(c1, c2)이, 상기 홀(510)의 직경(h)에 0.01um를 곱한 것보다 큰 경우, 상기 시편 구조체(400)에 상기 1차 이온 빔(700) 조사 시, 상기 분석 시편(200)과 상기 더미 시편(300)의 사이 간격(c1, c2)의 빈 공간으로 인해, 스파크가 발생될 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 시편 구조체(400)는, 상기 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 분석 시편(200)과 상기 더미 시편(300)의 사이 간격(c1, c2)이, 상기 <수학식 2>를 만족하여, 상기 시편 구조체(400)에 상기 1차 이온 빔(700) 조사 시, 상기 빈 공간에서의 스파크의 발생이 방지될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 시편 구조체(400)의 2차 이온(720) 질량 분석 방법이 설명된다.
상기 시편 구조체(400)를 분석하는데 있어서, 상기 시편 구조체(400)를 분석 장비에 고정시킬 수 있는 디스크(600)가 제공될 수 있다.
이에 따라, 상기 시편 구조체(400)의 질량 분석 방법은, 상기 시편 구조체(400)를 상기 디스크(600)에 고정시키는 단계, 상기 시편 구조체(400) 상에 상기 프론트 메쉬를 제공하는 단계, 상기 시편 구조체(400)에 상술된 상기 1차 이온 빔(700)을 조사하는 단계 순서로 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시편 구조체(400)를 상기 디스크(600)에 고정시키는 단계에 있어서, 상기 시편 구조체(400) 내에, 상기 기판(400)의 하부면이, 카본 테이프(carbon tape)에 의해, 상기 디스크(600)의 상에 배치되고 고정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시편 구조체(400)에 상기 1차 이온 빔(700)을 조사하는 단계에 있어서, 예를 들어, 상기 시편 구조체(400)에 조사되는 상기 1차 이온 빔(700)은, O2, Ar, 또는 Cs 이온 빔 중에서, 적어도 어느 하나일 수 있다.
이에 따라, 도 6에 도시된 상기 1차 이온 빔(700)의 복수의 1차 이온(710)이, 상기 시편 구조체(400) 내에 상기 분석 시편(200)의 표면과 충돌될 수 있다. 이로 인해, 상기 분석 시편(200)의 표면에서, 스퍼터링(sputtering) 현상이 발생하여, 상기 분석 시편(200)의 표면에서부터 복수의 상기 2차 이온(720)이 발생될 수 있다.
이에 따라서, 상기 분석 시편(200)의 표면에서 발생된 복수의 상기 2차 이온(720)을 질량 분석기로 분석하여, 상기 2차 이온(720)의 원소의 종류, 및 농도가 분석될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 제1 변형 예에 따르면, 상기 더미 시편은, 예비 더미 시편을 포함할 수 있다. 이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제1 변형 예에 따른 시편 구조체의 제조 방법이 설명된다.
도 7은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 더미 시편을 포함하는 시편 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명된 것 같이, 기판(100)의 중심부 상에, 분석 시편(200)이 배치된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 분석 시편(200)에 인접하도록 더미 시편(300)을 상기 기판(100) 상에 배치하여 시편 구조체(400)를 제조 방법은, 상기 분석 시편(200)의 두께보다 얇은 두께를 갖는 예비 더미 시편(302)을 복수개 준비하는 단계, 상기 분석 시편(200)과 동일한 높이로 복수개의 상기 예비 더미 시편(302)을 적층시켜 상기 더미 시편(300)을 형성하는 단계, 및 상기 분석 시편(200)에 인접하도록 복수개의 상기 더미 시편(300)을 배치하여 상기 시편 구조체(400)를 제조하는 단계의 순서로 수행될 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 제1 변형 예에 따르면, 상기 예비 더미 시편(302)을 복수개 준비하고 이를 적층하여, 상기 더미 시편(300)이 제조될 수 있고, 이에 따라, 상기 분석 시편(200)의 두께에 따라 더미 시편을 밀링하여 제공하는 것과 비교하여, 상기 더미 시편(300)의 제조 시간이 절약될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 변형 예에 따른 상기 시편 구조체(400)의 제조 방법에 따르면, 상기 시편 구조체(400)의 제조 시간이 단축될 뿐만 아니라 제조 공정 비용이 절감될 수 있다. 이에 따라, 대량 생산이 용이한 상기 시편 구조체(400)의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 제2 변형 예에 따르면, 상기 더미 시편은, 상기 분석 시편의 복수의 상기 측벽뿐만 아니라 상기 분석 시편의 복수의 모서리에도 배치될 수 있다. 이하, 도 8 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2 변형 예에 따른 시편 구조체가 설명된다.
도 8은 본 발명의 제2 변형 예에 따른 복수의 더미 시편을 포함하는 시편 구조체를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 복수의 더미 시편을 포함하는 시편 구조체의 다양한 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것 같이, 기판(100)의 중심부 상에, 분석 시편(200)이 배치되고, 상기 분석 시편(200)의 복수의 측벽(210)에 인접하도록 복수의 더미 시편(300)이, 상기 기판(100) 상에 배치된다.
그리고, 상기 분석 시편(200)의 복수의 상기 측벽(210)의 복수의 모서리(220)에 인접하도록 복수의 상기 더미 시편(300)이, 더 배치될 수 있다.
이에 따라서, 상기 분석 시편(200)의 복수의 상기 측벽(210)에 배치된 제1 더미 그룹(310), 및 상기 분석 시편(200)의 복수의 상기 측벽(210)의 모서리(220)에 배치된 제2 더미 그룹(320)을 포함하는 시편 구조체(400)가 제조될 수 있다.
이에 따라, 상기 시편 구조체(400)의 중심부 상에 도 5의 (a)를 참조하여 설명한 프론트 메쉬의 홀(510)이 제공된 경우, 상기 시편 구조체(400) 내에 상기 분석 시편(100)의 복수의 상기 모서리(220)에서 상기 홀(510)까지의 거리에서, 상기 기판(100)의 상부면이 노출되는 복수의 영역이, 상기 제2 더미 그룹(320)으로 채워질 수 있다.
따라서, 본 발명의 제2 변형 예에 따른 상기 시편 구조체(400)에 1차 이온 빔 조사 시, 상기 분석 시편(200)의 복수의 상기 모서리(200)에서 스파크 발생이 감소될 수 있다. 또한, 상기 시편 구조체(400) 내에 상기 제1 더미 그룹(310)뿐만 아니라 상기 제2 더미 그룹(320)이 추가로 상기 프론트 메쉬를 지지하여, 보다 안정으로 상기 프론트 메쉬가 지지될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 분석(200) 시편의 복수의 상기 측벽(200), 및 복수의 상기 모서리(220)에, 상기 더미 시편(300)이 배치된 다양한 시편 구조체(400)의 예들이 설명된다.
일 실시 예에 따르면, 도 9의 (a), 및 (b)에 도시된 시편 구조체(400)는, 상기 분석 시편(200)의 복수의 상기 측벽(210)의 서로 평행한 측벽들 중에서, 어느 한 쌍의 측벽에는, 상대적으로, 큰 폭을 갖는 상기 더미 시편(300)이 인접하도록 배치되고, 상기 한 쌍의 측벽과 직각인 나머지 한 쌍의 측벽에는, 상대적으로, 작은 폭을 갖는 상기 더미 시편(300)이 인접하도록 배치된 상기 시편 구조체(400)일 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 도 8의 (c), 및 (d)에 도시된 시편 구조체(400)는, 상기 분석 시편(200)의 복수의 상기 측벽(210) 중에서, 일 측벽에는, 상대적으로, 큰 폭을 갖는 상기 더미 시편(300)이 인접하도록 배치되고, 나머지 측벽 들에는, 상대적으로, 작은 폭을 갖는 상기 더미 시편(300)들이 인접하도록 배치된 상기 시편 구조체(400)일 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 제3 변형 예에 따르면, 상기 기판의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 분석 시편과 상기 더미 시편의 사이 간격은, 복수의 상기 더미 시편의 사이 간격보다 작을 수 있다. 이하 도 10을 참조하여, 본 발명의 제3 변형 예에 따른 시편 구조체가 설명된다.
도 10은, 본 발명의 제3 변형 예에 따른 시편 구조체 내에 분석 시편과 더미 시편의 사이 간격, 및 복수의 더미 시편의 사이 간격을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한 것 같이, 기판(100)의 중심부 상에, 분석 시편(200)이 배치된다. 그리고, 상기 분석 시편(200)에 인접하도록 복수의 더미 시편(300)을 상기 기판(100) 상에 배치하여 시편 구조체(400)가 제조될 수 있다.
도 10에서 도시된 복수의 상기 더미 시편(300)은, 상기 분석 시편(200)에 인접한 제1 더미 시편(304), 및 상기 제1 더미 시편(304)을 사이에 두고 상기 분석 시편(200)과 이격된 제2 더미 시편(306)을 포함할 수 있다.
상기 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 분석 시편(200)과 상기 제1 더미 시편(304)의 사이 간격이 c1이고 상기 제1 더미 시편(304)과 상기 제2 더미 시편(306)의 사이 간격이 d1인 경우, 상기 c1은 상기 d1보다 작을 수 있다.
이로 인해, 상기 분석 시편(200)의 스파크 발생이 방지되는 동시에, 사기 더미 시편(304, 306)의 사용 개수가 감소할 수 있다.
구체적으로, 상기 c1이 상기 d1보다 큰 경우, 다시 말하면, 상기 c1이 큰 경우, 상기 분석 시편(200)과 상기 제1 더미 시편(304) 사이의 간격이 멀어져, 상기 분석 시편(200)에 1차 이온 빔을 조사하는 경우, 스파크가 발생될 수 있다. 또한, 상기 d1이 상기 c1보다 작은 경우, 다시 말하면, 상기 d1이 작은 경우, 상기 프론트 메쉬(500)를 지지하기 위해 다수개의 상기 제2 더미 시편(306)이 필요할 수 있고, 이로 인해, 상기 시편 구조체(400)의 제조 비용이 증가하고, 상기 시편 구조체(400)의 제조 시간이 증가될 수 있다.
하지만, 본 발명의 제3 변형 예에 따르면, 상기 c1이 상기 d1보다 작을 수 있고, 이에 따라서, 상기 시편 구조체(400)에 1차 이온 빔 조사 시, 스파크 발생이 감소되는 동시에, 상기 시편 구조체(400) 제조 방법에 있어서, 상기 더미 시편(300)의 사용 개수를 절감하여, 상기 시편 구조체(400)의 제조 공정 시간이 절감되고, 제조 공정 효율이 향상될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 제4 변형 예에 따르면, 상기 프론트 메쉬는, 상기 기판의 상부면을 기준으로, 상기 분석 시편의 상부면의 위치 레벨과 동일한 위치 레벨에 제공될 수 있다. 이하, 도 11 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 제4 변형 예에 따른 시편 구조체가 설명된다.
도 11, 및 도 12는 본 발명의 제4 변형 예에 따른 더미 시편 및 시편 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 12를 참조하면, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것과 같이, 기판(100)의 중심부 상에, 분석 시편(200)이 준비된다. 그리고, 상기 분석 시편(200)에 인접하도록 더미 시편(300)이 상기 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 기판(100)의 상부면을 기준으로 상기 분석 시편(200)의 상부면과 동일한 위치 레벨을 갖는 프론트 메쉬(500)가 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 10에서 도시된 상기 더미 시편(300)은, 상기 분석 시편(200)에 인접한 제1 더미 시편(304), 및 상기 제1 더미 시편(304)을 사이에 두고 상기 분석 시편(200)과 이격된 제2 더미 시편(306)을 포함할 수 있다.
상기 제1 더미 시편(304)의 두께는, 상기 분석 시편(200)과 동일하고, 상기 제2 더미 시편(306)의 두께는, 상기 제1 더미 시편(304)의 두께보다 얇을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 더미 시편(306)의 두께는, 상기 제1 더미 시편(304)의 두께에서, 상기 프론트 메쉬(500)의 두께를 뺀 것과 동일한 두께일 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 도 11에서 도시된 상기 더미 시편은(300)은, 상기 분석 시편(200)에 인접한 상기 제1 더미 시편(304), 및 상기 제1 더미 시편(304)을 사이에 두고 상기 분석 시편(200)과 이격되어 제1 부분(306a), 및 제2 부분(306b)을 갖는 제2 더미 시편(306)을 포함할 수 있다.
상기 제1 더미 시편(304)의 두께는, 상기 분석 시편(200)과 동일할 수 있다.
그리고, 상기 제2 더미 시편(306)의 상기 제1 부분(306a)은, 상기 제1 더미 시편(304)에 인접하고, 상기 제1 더미 시편(304)의 두께와 동일할 수 있다.
그리고, 상기 제2 부분(306b)은, 상기 제1 부분(306a)을 사이에 두고, 상기 제1 더미 시편(304)과 이격되고 상기 제1 부분(306a)보다 더 얇은 두께를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 부분(306b)의 두께는, 상기 제1 부분(306b)의 두께에서, 상기 프론트 메쉬(500)의 두께를 뺀 것과 동일한 두께일 수 있다.
이에 따라서, 본 발명의 제4 변형 예들에 따른 상기 더미 시편(300)을 포함하는 상기 시편 구조체(400)에 1차 이온 빔 조사 시, 상기 시편 구조체(400) 및, 상기 프론트 메쉬(500)의 단차로 인해, 상기 시편 구조체(400) 내에 상기 분석 시편(200)의 표면에서 발생되는 2차 이온의 손실이 최소화될 수 있다. 이로 인해, 상기 시편 구조체(400) 내에 상기 분석 시편(200)의 2차 이온 질량 분석이 용이하게 수행될 수 있다.
그리고, 본 발명의 제4 변형 예들에 따른 상기 제2 더미 시편(306)이 시편이 갖는 기하학적 구조로 인해, 상기 프론트 메쉬(500)가 보다 안정적으로 지지될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 기판
200: 분석 시편
210: 측벽
220: 모서리
300: 더미 시편
302: 예비 더미 시편
304: 제1 더미 시편
306: 제2 더미 시편
310: 제1 더미 그룹
320: 제2 더미 그룹
400: 시편 구조체
500: 프론트 메쉬
510: 홀
600: 디스크
700: 1차 이온 빔
710: 1차 이온
720: 2차 이온

Claims (8)

  1. 기판, 및 분석 시편을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에, 상기 분석 시편을 고정시키는 단계;
    상기 분석 시편에 인접하도록, 더미 시편을 상기 기판 상에 배치하여, 시편 구조체를 제조하는 단계; 및
    상기 시편 구조체에 1차 이온 빔을 조사하여, 상기 분석 시편의 2차 이온의 질량을 분석하는 단계를 포함하는 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시편 구조체 상에, 프론트 메쉬(front mesh)가 제공되고,
    상기 프론트 메쉬는, 상기 시편 구조체에 상기 1차 이온 빔 조사 시, 선택적으로, 상기 시편 구조체가 배치된 영역에만 상기 1차 이온 빔이 조사되도록 유도하는 마스크(mask)이고,
    상기 프론트 메쉬는, 복수의 홀을 갖는 원판인 것을 포함하는 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 시편 구조체의 상기 분석 시편이, 상기 프론트 메쉬의 상기 복수의 상기 홀 중에서 어느 하나의 홀에 의해 노출되는 것을 포함하고,
    상기 시편 구조체의 하부에, 디스크(disk)가 제공되고,
    상기 디스크는, 상기 디스크 상에, 상기 시편 구조체를 고정시키는 지지체이고,
    상기 시편 구조체가, 상기 디스크, 및 상기 프론트 메쉬 사이에 배치되는 것을 포함하는 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 시편 구조체에서, 상기 기판의 중심부 상에 배치된 상기 분석 시편은, 복수의 측벽을 갖고,
    상기 분석 시편의 복수의 상기 측벽에 인접하게, 복수의 상기 더미 시편이, 배치되는 것을 포함하고,
    복수의 상기 더미 시편이, 상기 프론트 메쉬를 지지하는 것을 포함하는 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 프론트 메쉬의 상기 홀의 직경이 h로 정의되고,
    상기 기판의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 분석 시편의 폭이 a로 정의되고, 복수의 상기 더미 시편의 폭이 b1 ~ bn (n은 1 초과의 자연수)로 정의되고, 상기 분석 시편, 및 상기 더미 시편의 사이 간격이 c1 ~ c2 정의되고, 복수의 상기 더미 시편의 사이 간격이 dn-2 ~ dn-1로 정의되고,
    상기 a, 상기 b1 ~ bn, 상기 c1 ~ c2, 및 상기 dn-2 ~ dn-1의 합이, 아래의 <수학식 1>을 만족하는 것을 포함하는 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법.
    <수학식 1>
    h < a + (b1 + b2 + ··· + bn) + (c1 + c2) + (dn-2 + ··· + dn-1)
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 기판의 상부면에 평행한 방향으로, 상기 c1, 및 c2는 아래의 <수학식 2>를 만족하는 것을 포함하고, 상기 더미 시편의 두께는, 상기 분석 시편과 동일한 것을 포함하는 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법.
    <수학식 2>
    0 < c1, c2 < (h x 0.01um)
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 시편 구조체에 상기 1차 이온 빔을 조사하여, 상기 분석 시편의 상기 2차 이온의 질량을 분석하는 단계에서,
    상기 1차 이온 빔은, O2, Ar, 또는 Cs 이온 빔 중에서, 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 포함하는 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 더미 시편은, 실리콘 웨이퍼 조각인 것을 포함하는 2차 이온 질량 분석 장비의 시편 구조체 제조 및 분석 방법.
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