JPS5836818B2 - Sputter neutral particle mass spectrometer - Google Patents
Sputter neutral particle mass spectrometerInfo
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- JPS5836818B2 JPS5836818B2 JP53066771A JP6677178A JPS5836818B2 JP S5836818 B2 JPS5836818 B2 JP S5836818B2 JP 53066771 A JP53066771 A JP 53066771A JP 6677178 A JP6677178 A JP 6677178A JP S5836818 B2 JPS5836818 B2 JP S5836818B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は固体試料表面にイオンビームを照射し、そこか
ら放出されるスパツタ中性粒子を希ガスプラズマでイオ
ン化し、それを質量分析計に導くことにより、試料の元
素組成に関する情報を得ようとするスパツタ中性粒子質
量分析計に関する。Detailed Description of the Invention The present invention irradiates the surface of a solid sample with an ion beam, ionizes spattered neutral particles emitted from the ion beam with rare gas plasma, and guides the ions to a mass spectrometer. Concerning a sputtering neutral particle mass spectrometer for obtaining information about composition.
固体試料面にイオンを照射すると、その表面からスパッ
タリング現象によって試料構成元素が原子や分子の状態
で二次的に放出される。When ions are irradiated onto the surface of a solid sample, the constituent elements of the sample are secondarily released from the surface in the form of atoms or molecules due to a sputtering phenomenon.
このスパツタ粒子のうち、わずか10〜1o−3%がイ
オンで大部分が中性粒子である。Of these sputtered particles, only 10-10-3% are ions and most are neutral particles.
このイオンを質量分析することにより試料表面の組成元
素の情報を得ようとする表面分析法にS I MS (
S econda ryIonMass Spect
rmetry )があり、特に照射イオンビームを細く
絞り局所分析を特徴としたものにIMA(Ion Mi
croprobe Analysis ’)がある〇こ
の分析法は高感度の表面分析法として多くの分野で応用
され重要視されている。SIMS (
S econda ryIonMass Spect
rmetry), and IMA (Ion Mi
Croprobe Analysis') This analysis method is applied and regarded as important in many fields as a highly sensitive surface analysis method.
しかし、感度係数が元素の種類により1〜104倍も異
なり、またこの感度係数は分析試料の表面状態(分析部
の活性元素の有無)に非常に敏感であることなどの欠点
がある。However, there are disadvantages in that the sensitivity coefficient varies by a factor of 1 to 104 depending on the type of element, and this sensitivity coefficient is very sensitive to the surface condition of the analysis sample (presence or absence of active elements in the analysis area).
従って、定量分析にはこの感度係数に補正項が必要とな
るのであるが、現在まだその二次イオン放出メカニズム
自身が十分に理解されておらず、試料の種類によっては
必らずしも満足な定量分析精度が得られていないのが現
状である。Therefore, a correction term is required for this sensitivity coefficient for quantitative analysis, but the secondary ion release mechanism itself is not yet fully understood, and depending on the type of sample, it may not always be satisfactory. At present, quantitative analysis accuracy has not been achieved.
一方、スパツタ中性粒子に着目し、これをなんらかの手
段でイオン化して質量分析することにより表面分析を行
う方法が最近になって提案された。On the other hand, a method has recently been proposed that focuses on sputtering neutral particles and performs surface analysis by ionizing them by some means and performing mass spectrometry.
この分析法はSNMS ( Sputtered Ne
utralMass Spectroscopy )
等と名付けられており、スパツタ中性粒子のイオン化に
は主として希ガスプラズムが使用されている。This analysis method is SNMS (Sputtered Ne
utralMass Spectroscopy)
etc., and rare gas plasma is mainly used to ionize sputtering neutral particles.
SNMSでは元素間の感度係数がSIMSよりかなり狭
い範囲にあり、定量分析の立場からはデータの解析が容
易になる。In SNMS, the sensitivity coefficients between elements are in a much narrower range than in SIMS, making data analysis easier from the standpoint of quantitative analysis.
本願発明者等からもこの分析法についての提案が既にな
されており、プラズマ励起にマイクロ波と直流磁場との
重畳を利用することをその特徴としている。The inventors of the present application have already proposed this analysis method, and its feature is that it utilizes the superposition of microwaves and a DC magnetic field for plasma excitation.
第1図はその構成を示したものである。同図において、
マグネトロン1で発生したマイクロ波はL字形のりツジ
導波管2の水平側方から導波管2中に導入される。FIG. 1 shows its configuration. In the same figure,
Microwaves generated by the magnetron 1 are introduced into the L-shaped waveguide 2 from the horizontal side thereof.
導波管2の鉛直部の外周には導波管2内に鉛直方向の静
磁場を印加するためのコイル3が設けられている。A coil 3 is provided on the outer periphery of the vertical portion of the waveguide 2 for applying a static magnetic field in the vertical direction within the waveguide 2 .
導波管2内には低圧にコントロールされた希ガスを導入
し、マイクロ波による高周波電界とこれに直交する静磁
場とにより希ガスを放電させ、導波管2内の一部にプラ
ズマを発生させる。A rare gas controlled at low pressure is introduced into the waveguide 2, and the rare gas is discharged by a high-frequency electric field generated by microwaves and a static magnetic field perpendicular to this, generating plasma in a part of the waveguide 2. let
このプラズマからイオンビーム8を導波管2の鉛直部の
下方に引き出し、アパーチャ−5を通して固体試料4を
照射し、試料4にスパッタリングを起こさせる。An ion beam 8 is extracted from this plasma below the vertical portion of the waveguide 2, and is irradiated onto the solid sample 4 through the aperture 5 to cause sputtering on the sample 4.
スパツタ粒子はアパーチャ−5を通り、導波管2内のプ
ラズマ中に取り込まれ、そこでスパツタ中性粒子ハイオ
ン化される。The sputtered particles pass through the aperture 5 and are taken into the plasma within the waveguide 2, where the sputtered neutral particles are ionized.
その後、イオンは導波管2の鉛直上方からイオンビーム
9としてアパーチャ−6を経て質量分析計7に導かれ、
固体試料の組成に関する情報が得られる。Thereafter, the ions are guided as an ion beam 9 from vertically above the waveguide 2 through an aperture 6 to a mass spectrometer 7.
Information about the composition of the solid sample is obtained.
この装置を用い、高真空で高温のプラズマを作るために
、高周波電界の周波数と磁場強度との間には電子サイク
ロトロン共鳴の条件を励起基本モードとして満足してい
ることはもちろんである。In order to create high-temperature plasma in a high vacuum using this device, it goes without saying that the frequency of the high-frequency electric field and the magnetic field strength must satisfy the conditions for electron cyclotron resonance as the fundamental excitation mode.
この装置は固体試料のスパツタ粒子を有効にイオン化し
て分析できるので、定量分析精度が高い等の特徴がある
。This device can effectively ionize and analyze sputtered particles in solid samples, so it has features such as high quantitative analysis accuracy.
しかしながら、上記装置では質量分析計をアース電位で
動作させるためにプラズマ電位をVi〜3KVに保つ必
要があり、この電圧は導波管2に直接印加されている。However, in the above device, in order to operate the mass spectrometer at ground potential, it is necessary to maintain the plasma potential at Vi to 3 KV, and this voltage is directly applied to the waveguide 2.
従って、マグネトロンは導波管と同じ電位であるから、
高電位での動作となる。Therefore, since the magnetron is at the same potential as the waveguide,
It operates at high potential.
もちろん、導波管の表面電位もそのようになることは言
うまでもない。Of course, it goes without saying that the surface potential of the waveguide will also be the same.
このように、高圧の露出部を多く持っている装置は大変
危険であり対策を講ずる必要がある。As described above, equipment that has many high-voltage exposed parts is extremely dangerous, and countermeasures must be taken.
従って、本発明の目的は上述した従来装置の問題点を解
消したスパツタ中性粒子質量分析計を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a sputtering neutral particle mass spectrometer that eliminates the problems of the conventional devices described above.
上記目的を達成するために、本発明においてはプラズマ
を発生させる導波管内にこれと同軸に絶縁体の管を設け
て、この中でプラズマを発生させるようにし、この管壁
に設けた電位導入端子によってプラズマ電位を与えるよ
うにしたことを特徴としている。In order to achieve the above object, in the present invention, an insulating tube is provided coaxially within the waveguide for generating plasma, and plasma is generated within the waveguide. It is characterized in that a plasma potential is applied through the terminals.
このような装置構成とすることによって、(1)プラズ
マ電位を導入端子によって与えることができるために、
マグネトロン、導波管等はアース電位で使用できること
となり、従って高圧露出部がなくなり安全な装置設計を
行うことができる、(ii)また、副次的なものとして
、プラズマを閉じ込めている壁材の組成元素がプラズマ
中に若干不純物として混入し、その結果、それと同じ元
素の分析検知限界値を増加させるので壁材に従来のよう
に金属導体を採用している場合、不純物としての金属元
素分析(一般に金属の分析が多い)を行う際に支障をき
たしていたが金属元素を含まない絶縁体管を使用するこ
とによってその欠点が解消され、従ってその応用分野を
広げられる、等の効果が得られる。By having such a device configuration, (1) plasma potential can be applied through the introduction terminal;
Magnetrons, waveguides, etc. can now be used at ground potential, which eliminates high-voltage exposed parts and allows for safer equipment design. Some of the constituent elements mix into the plasma as impurities, which increases the analytical detection limit value of the same elements. However, by using an insulator tube that does not contain metal elements, this drawback can be overcome, and the field of application can be expanded. .
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.
第2図は本発明によるスパツタ中性粒子質量分析計の概
要構成図を示したものである。FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a spatter neutral particle mass spectrometer according to the present invention.
同図において、電子レンジ用マグネトロン11(日立2
M161,600W)で発生した周波数2.45GHz
のマイクロ波は矩形導波管15を通ってキャビテイ部(
或いは導波管)16に導入される。In the same figure, microwave oven magnetron 11 (Hitachi 2
Frequency 2.45GHz generated by M161,600W)
The microwave passes through the rectangular waveguide 15 and enters the cavity (
or a waveguide) 16.
キャビテイ部16の内部にはこれと同軸に石英ガラス管
17が設けられている。A quartz glass tube 17 is provided inside the cavity portion 16 coaxially therewith.
キャビテイ部16の外周には石英ガラス管17内に水平
方向の最大0.ITの静磁場を印加するためのコイル1
8が設置されている。On the outer periphery of the cavity portion 16, there is a maximum of 0.0 mm in the horizontal direction within the quartz glass tube 17. Coil 1 for applying IT static magnetic field
8 is installed.
石英ガラス管17の一端には試料室12が、他端には質
量分析計13がそれぞれ配置されている。A sample chamber 12 is placed at one end of the quartz glass tube 17, and a mass spectrometer 13 is placed at the other end.
また、石英ガラス管17の管壁にはプラズマ電位導入端
子19が取り付けられており、その端子19には直流電
源20からの約3KVの電圧が印加されている。Further, a plasma potential introducing terminal 19 is attached to the tube wall of the quartz glass tube 17, and a voltage of about 3 KV from a DC power source 20 is applied to the terminal 19.
高真空にされた石英ガラス管17の中に約4×10
Paの分圧を持つArガスを導入する。Approximately 4 × 10
Ar gas having a partial pressure of Pa is introduced.
そうすると、マイクロ波による電界が石英ガラス管17
の軸と直交する方向に加えられ、これと水平方向の静磁
場とによってArガスが放電させられ、石英ガラス管1
7内にプラズマ14が発生する。Then, the electric field caused by the microwave will
The Ar gas is applied in the direction perpendicular to the axis of the quartz glass tube 1, and this and the horizontal static magnetic field cause the Ar gas to discharge,
Plasma 14 is generated within 7.
この時のプラズマ14の電位は導入端子19によって与
えられ、約3KVである。The potential of the plasma 14 at this time is given by the introduction terminal 19 and is about 3 KV.
このプラズマ14からイオンビームを引き出し、試料室
12内に置かれた固体試料の表面に照射する。An ion beam is extracted from this plasma 14 and irradiated onto the surface of a solid sample placed in the sample chamber 12.
イオンビームの照射により試料表面にスパッタリングが
起る。Sputtering occurs on the sample surface due to ion beam irradiation.
このスパツタ粒子はプラズマ14中に取り込まれ、そこ
でスパツタ中性粒子はイオン化される。The spatter particles are drawn into the plasma 14, where the spatter neutral particles are ionized.
その後、イオンは石英ガラス管17内を通って質量分析
計13に導入され、そこで固体試料表面の組戒に関する
分析が行われる。Thereafter, the ions are introduced into the mass spectrometer 13 through the quartz glass tube 17, where an analysis of the composition on the surface of the solid sample is performed.
この装置において、高真空で高温のプラズマ14をつく
るためには高周波電界の周波数fと磁場強度Bとの間に
、電子サイクロトロン共鳴近傍の下記の条件を与え励起
基本モードとした。In this apparatus, in order to create a high-temperature plasma 14 in a high vacuum, the following conditions near the electron cyclotron resonance are applied between the frequency f of the high-frequency electric field and the magnetic field strength B, and an excitation fundamental mode is set.
ただし、q/mは電子の比電荷である。However, q/m is the specific charge of electrons.
この場合、イオンビームの引き出し方向はコイル18に
よる磁力線の方向と一致させて磁場の影響を少なくして
ある。In this case, the direction in which the ion beam is extracted is made to match the direction of the magnetic lines of force produced by the coil 18 to reduce the influence of the magnetic field.
上述の装置において、マグネトロン11として電子レン
ジ用マグネトロンを使用したが、これは入手が容易であ
ったために用いただけのことであるのでこれに限ること
なく他のものでもよい。In the above-mentioned apparatus, a microwave oven magnetron is used as the magnetron 11, but this is only used because it is easily available, and the present invention is not limited to this, and other magnetrons may be used.
従って、その周波数範囲も任意でよく、上述の電子サイ
クロトロン共鳴条件を励起基本モードとして満足すれば
よい。Therefore, the frequency range may be arbitrary, as long as the above-mentioned electron cyclotron resonance conditions are satisfied as an excitation fundamental mode.
ただ、マイクロ波帯域を使用することによって小型の装
置をつくることができる。However, by using the microwave band, it is possible to create a compact device.
導波管15,16は矩形導波管に限らず他のものでもよ
いことはもちろんである。Of course, the waveguides 15 and 16 are not limited to rectangular waveguides, but may be other types.
さらに、石英ガラス管17は材質が電気的に絶縁性を有
するものであれば他のものでもわまわない。Further, the quartz glass tube 17 may be made of any other material as long as it is electrically insulating.
また、質量分析計としては特別である必要はなく周知の
ものでよい。Further, the mass spectrometer does not need to be special, and any well-known one may be used.
以上述べたごとく、絶縁体管内にプラズマを発生させ電
位導入端子によりプラズマ電位を与えることによってマ
グネトロン、キャビテイ部を含む導波管表面の高電圧露
出部がなくなり、従って安全な装置設計が可能となった
。As mentioned above, by generating plasma in the insulator tube and applying a plasma potential through the potential introduction terminal, there are no exposed high voltage parts on the waveguide surface, including the magnetron and cavity, which makes it possible to design a safe device. Ta.
第1図は従来のスパツタ中性粒子質量分析計の概要構成
図、第2図は本発明によるスパツタ中性粒子質量分析計
の概要構成図である。
11・・・・・・マグネトロン、12・・・・・・試料
室、13・・・・・・質量分析計、14・・・・・・プ
ラズマ、15・・・・・・導波管、16・・・・・・キ
ャビテイ部、17・・・・・・石英ガラス管、18・・
・・・・コイル、19・・・・・・プラズマ電位導入端
子、20・・・・・・直流電源。FIG. 1 is a schematic block diagram of a conventional sputter neutral particle mass spectrometer, and FIG. 2 is a schematic block diagram of a sputter neutral particle mass spectrometer according to the present invention. 11... Magnetron, 12... Sample chamber, 13... Mass spectrometer, 14... Plasma, 15... Waveguide, 16... Cavity part, 17... Quartz glass tube, 18...
... Coil, 19 ... Plasma potential introduction terminal, 20 ... DC power supply.
Claims (1)
うに構成された導波管と、 上記導波管の一端に設けられた高周波電界発生手段と、 上記絶縁体管内に上記高周波電界と直交する静磁場を印
加する手段と、 上記絶縁体管内に設けられ、一端に直流電源が接続され
ている電位導入端子と、 上記絶縁体管内に希ガスを導入し、そのガス圧力を所定
圧に制御する手段と、 上記絶縁体管内で上記高周波電界と上記静磁場とによっ
て発生されたガスプラズマ中からイオンビームを上記絶
縁体管の一方から引き出して固体試料に照射し、その試
料をスパッタさせて得たその試料のスパツタ粒子を上記
絶縁体管内に導入する手段と、 上記絶縁体管の他方から上記絶縁体管内のプラズマ中の
イオンを引き出して質量分析計に導く手段とを含むこと
を特徴とするスパツタ中性粒子質量分析計。 2 上記絶縁体管が石英ガラス管であることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載のスパッタ中性粒子質量分
析計。[Scope of Claims] 1. A waveguide configured coaxially with and surrounding the insulator tube, a high-frequency electric field generating means provided at one end of the waveguide, and within the insulator tube. means for applying a static magnetic field perpendicular to the high-frequency electric field; a potential introduction terminal provided in the insulator tube and connected to a DC power source at one end; and a means for introducing a rare gas into the insulator tube; means for controlling the pressure to a predetermined pressure; an ion beam extracted from one of the insulator tubes from a gas plasma generated by the high frequency electric field and the static magnetic field in the insulator tube and irradiated onto the solid sample; means for introducing sputtered particles of the sample obtained by sputtering the sample into the insulator tube; and means for extracting ions in the plasma in the insulator tube from the other side of the insulator tube and guiding them to a mass spectrometer. A spatuta neutral particle mass spectrometer comprising: 2. The sputtered neutral particle mass spectrometer according to claim 1, wherein the insulator tube is a quartz glass tube.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53066771A JPS5836818B2 (en) | 1978-06-05 | 1978-06-05 | Sputter neutral particle mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53066771A JPS5836818B2 (en) | 1978-06-05 | 1978-06-05 | Sputter neutral particle mass spectrometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54158294A JPS54158294A (en) | 1979-12-13 |
| JPS5836818B2 true JPS5836818B2 (en) | 1983-08-11 |
Family
ID=13325460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53066771A Expired JPS5836818B2 (en) | 1978-06-05 | 1978-06-05 | Sputter neutral particle mass spectrometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5836818B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2509221B2 (en) * | 1987-05-29 | 1996-06-19 | 日本電信電話株式会社 | Sputter type ion source |
| JPH0646559B2 (en) * | 1987-06-05 | 1994-06-15 | 理化学研究所 | Sputter Neutral Particle Mass Spectrometer |
| JPS6431336A (en) * | 1987-07-27 | 1989-02-01 | Nippon Telegraph & Telephone | Ion source |
| JP2707097B2 (en) * | 1988-04-22 | 1998-01-28 | 株式会社日立製作所 | Method and apparatus for ionizing sputtered neutral particles |
-
1978
- 1978-06-05 JP JP53066771A patent/JPS5836818B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54158294A (en) | 1979-12-13 |
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