JPH0363174B2 - - Google Patents
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- JPH0363174B2 JPH0363174B2 JP59039004A JP3900484A JPH0363174B2 JP H0363174 B2 JPH0363174 B2 JP H0363174B2 JP 59039004 A JP59039004 A JP 59039004A JP 3900484 A JP3900484 A JP 3900484A JP H0363174 B2 JPH0363174 B2 JP H0363174B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/252—Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、一次イオンを試料に照射して、試料
から放出する二次イオンを分析するイオンマイク
ロアナライザに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an ion microanalyzer that irradiates a sample with primary ions and analyzes secondary ions released from the sample.
第1図は従来のイオンマイクロアナライザ(以
下IMAと称する)の構成を示すもので、1′はデ
ユオプラズマトロン型の一次イオン源、2は収束
レンズ系、3は試料、4は質量分析計を示してい
る。そして、このIMAにおいて、一次イオン源
1′で発生した一次イオン5は、収束レンズ系2
で所定のビーム径に絞られ、試料3に照射され
る。この一次イオン5の照射によつて試料3から
放出する二次イオン6を質量分析計4で分析する
ことによつて試料3の組成を知ることができる。
この一次イオン源1′の大きさは約0.1〜0.2mmφ
で、試料3のμオーダの範囲を分析することがで
きる。
Figure 1 shows the configuration of a conventional ion microanalyzer (hereinafter referred to as IMA), where 1' is a dual plasmatron primary ion source, 2 is a convergent lens system, 3 is a sample, and 4 is a mass spectrometer. It shows. In this IMA, the primary ions 5 generated in the primary ion source 1' are transferred to the convergent lens system 2.
The beam is focused to a predetermined beam diameter and irradiated onto the sample 3. The composition of the sample 3 can be determined by analyzing the secondary ions 6 emitted from the sample 3 by the irradiation with the primary ions 5 using the mass spectrometer 4.
The size of this primary ion source 1' is approximately 0.1 to 0.2 mmφ
With this, it is possible to analyze the μ-order range of sample 3.
このように、IMAでは試料に一次イオンを照
射してスパツタされる二次イオンを検出している
が、試料中に含まれる特定元素mの二次イオン量
Inは、
In=Il・η・Kn・Cn・Sn …(1)
ここで、Il:一次イオン電流
η:装置の二次イオン収率
Kn:元素mの二次イオン化率
Cn:元素mの濃度
Sn:元素mのスパツタリング率
であるので、Il,η,Cnが一定の場合には、Inは
Kn,Snに依存する。このKn,Snはどちらも元素
特有の値を有し、Knの値が大きい程検出限界は
低くなる。 In this way, IMA detects the sputtered secondary ions by irradiating the sample with primary ions, but the amount of secondary ions of a specific element m contained in the sample is
I n is, I n = I l・η・K n・C n・S n …(1) Here, I l : Primary ion current η : Secondary ion yield of the device K n : Secondary of element m Ionization rate C n : Concentration of element m S n : Sputtering rate of element m, so when I l , η, and C n are constant, I n is
Depends on K n and S n . Both K n and S n have values specific to the element, and the larger the K n value, the lower the detection limit.
第2図は、種々の元素に13.5KeVのO-一次イ
オンを照射した時の正の二次イオンの相対二次イ
オン濃度強度比を示すものである(H.A.Storms
et al Anal.Chem.2023.1977)。この図の横軸には
原子番号、縦軸には相対二次イオン強度比がとつ
てあるが、この図から、Mg,Al,Ca,Ti,V,
Cr,Ru,In,BaなどはIMAにおいて検出感度が
高く、C,N,S,As,Se,Cd,Te,Pt,Au,
HgなどはIMAにおいて検出感度が低い元素であ
ることがわかる。すなわち、この図の示すよう
に、O-一次イオを用いる場合には、元素間の感
度差は104〜105桁もあり、分析結果からの定量を
困難としているのみならず、元素によつては検出
感度が低くなるという欠点を有している。 Figure 2 shows the relative secondary ion concentration intensity ratio of positive secondary ions when various elements are irradiated with 13.5 KeV O - primary ions (HAStorms
et al Anal.Chem.2023.1977). The horizontal axis of this figure shows the atomic number, and the vertical axis shows the relative secondary ion intensity ratio.
Cr, Ru, In, Ba, etc. have high detection sensitivity in IMA, and C, N, S, As, Se, Cd, Te, Pt, Au,
It can be seen that elements such as Hg have low detection sensitivity in IMA. In other words, as shown in this figure, when O - primary ions are used, the sensitivity difference between elements is as much as 10 4 to 10 5 orders of magnitude, which not only makes it difficult to quantify from analysis results, but also However, it has the disadvantage of low detection sensitivity.
この問題を解決するために、Csイオンガンを
用いる方法が提案されている。これはCsリザー
バ中の金属Csを一定温度に加熱し、蒸発したCs
を高温に保つてある多孔質Wを通過させイオン化
したものを試料に照射するので、これによつて
Knの値を大きくして検出感度を上げている。 To solve this problem, a method using a Cs ion gun has been proposed. This heats the metal Cs in the Cs reservoir to a certain temperature and evaporates the Cs.
The sample is irradiated with the ionized material that is passed through the porous W which is kept at a high temperature.
The detection sensitivity is increased by increasing the value of K n .
しかし、このCsイオンガンはソースが、例え
ば約2mmφの大きさを有し、試料の照射範囲は数
10μに達するため、μ程度の微少部の分析を行な
うことはできなかつた。従つてこれを元素間の感
度差を少くしたIMAとして使用することはでき
なかつた。 However, the source of this Cs ion gun has a size of, for example, approximately 2 mmφ, and the irradiation range of the sample is several.
As the diameter reached 10μ, it was not possible to analyze microscopic parts of about μ. Therefore, it was not possible to use this as an IMA with reduced sensitivity differences between elements.
本発明は、これらの問題点を除去し、元素間の
感度差を少なくしたIMAを提供可能とすること
を目的とするものである。
The present invention aims to eliminate these problems and make it possible to provide an IMA with reduced sensitivity differences between elements.
本発明は、試料に一次イオンを照射して二次イ
オンをスパツターさせるデユオプラズマトロン型
の第1の一次イオン源と、前記二次イオンの分析
手段と、フイラメント形の表面電離形イオン銃、
及び、前記試料に対する前記表面電離形イオン銃
の電位の極性を替え、周期律表の第属に属する
元素のイオンと第属に属する元素のイオンの放
射の切り替えを行う照射イオン切り替え手段とよ
りなり、前記第1の一次イオン源からの一次イオ
ンとともに前記試料の分析部に一重畳照射する第
2の一次イオン源とを有していることを特徴とす
るものである。
The present invention provides a dual plasmatron type first primary ion source that irradiates a sample with primary ions and sputters secondary ions, a means for analyzing the secondary ions, a filament type surface ionization type ion gun,
and irradiation ion switching means for changing the polarity of the potential of the surface ionization type ion gun with respect to the sample and switching between emitting ions of an element belonging to a group of the periodic table and ions of an element belonging to a group of the periodic table. , a second primary ion source that irradiates the analysis section of the sample with primary ions from the first primary ion source in a single phase.
本発明は第2図における元素間の感度差が4〜
5桁あるのは、前述の如くイオン化率Knとスパ
ツタリング率Snによるものである点と、スパツ
タリング率Snは普通1〜10atoms/ionである点
から、この5桁に及び感度差がイオン化率Knに
よる点に着目し、イオン化率Knを改善して元素
間の感度差を少なくするために、イオン化率を改
善する第2の一次イオン源を併設し、デユオプラ
ズマトロン型の第1の一次イオン源とこの第2の
一次イオン源とを同時に動作させることによつ
て、所期の目的の達成を可能にしたものである。 In the present invention, the sensitivity difference between elements in FIG.
The reason why there are five orders of magnitude is because the ionization rate K n and the sputtering rate S n as mentioned above, and the fact that the sputtering rate S n is usually 1 to 10 atoms/ion. In order to improve the ionization rate Kn and reduce the difference in sensitivity between elements, we installed a second primary ion source to improve the ionization rate, and a dual plasmatron type first ion source . By operating the first primary ion source and the second primary ion source simultaneously, the desired objective can be achieved.
第3図は一実施例の説明図で、第1図と同一の
部分には同一の符号が付してある。この図で、1
はデユオプラズマトロン型の第1の一次イオン
源、7は質量分析計4の加速電源、8は第2の一
次イオン源、9は第2のイオン源8のフイラメン
ト、10は電流源、11はイオン加速電源、12
は第2のイオン源8からの一次イオンを示してい
る。そしてこのイオン加速電源11は第1の一次
イオン源1より発生する一次イオン5を数keV以
上の高エネルギーとし、第2の一次イオン源より
発生する一次イオン12をこれよりも低エネルギ
ーとなるように選ばれる。
FIG. 3 is an explanatory diagram of one embodiment, and the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals. In this diagram, 1
1 is a dual plasmatron type first primary ion source, 7 is an acceleration power source for the mass spectrometer 4, 8 is a second primary ion source, 9 is a filament of the second ion source 8, 10 is a current source, and 11 is a Ion acceleration power supply, 12
indicates primary ions from the second ion source 8. The ion accelerating power source 11 makes the primary ions 5 generated from the first primary ion source 1 have a high energy of several keV or more, and the primary ions 12 generated from the second primary ion source have a lower energy than this. selected.
この第2の一次イオン源8はフイラメント形の
表面電離イオン源でフイラメント9の上に塗布さ
れた元素が、電流源10によるフイラメント加熱
電流により加熱されてイオン化して一次イオン1
2を放出する。この一次イオン12は試料3の収
束一次イオンビーム5が照射される位置に重畳射
されるようになつている。 This second primary ion source 8 is a filament-type surface ionization ion source, in which an element applied onto a filament 9 is heated and ionized by a filament heating current from a current source 10, resulting in primary ions 1.
Releases 2. The primary ions 12 are irradiated in a superimposed manner at the position of the sample 3 that is irradiated with the focused primary ion beam 5.
この実施例においては、試料3とフイラメント
9との間に接続されているイオン加速電源11
が、試料3に対しフイラメント9が正電位になる
ようになつている場合には、正の一次イオンが重
畳照射され、負電位になるようになつている場合
には、負の一次イオンが重畳照射される。一次イ
オン源1から発生する一次イオンには、一般に
O-,O2 +,Ar+などのガス種イオンが用いられ、
試料3のスパツタリングが行なわれる。そして第
2の一次イオン源8から放出され、一次イオン5
に重畳照射される一次イオン12はイオン化率
Knの増大に用いられる。この第2の一次イオン
源8から放出される一次イオンにはハロゲン元素
イオンまたはアルカリ金属イオンが用いられる。 In this embodiment, an ion accelerating power source 11 connected between the sample 3 and the filament 9
However, if the filament 9 is set to have a positive potential with respect to the sample 3, positive primary ions will be superimposed on the irradiation, and if it is set to have a negative potential, negative primary ions will be superimposed. irradiated. Primary ions generated from the primary ion source 1 generally include
Gas species ions such as O - , O 2 + , Ar + are used,
Sample 3 is sputtered. Then, the primary ions 5 are emitted from the second primary ion source 8.
The primary ions 12 irradiated in a superimposed manner have an ionization rate of
Used to increase K n . The primary ions emitted from this second primary ion source 8 are halogen element ions or alkali metal ions.
次に、第2の一次イオン源8より放出される一
次イオン12の種類とイオン化率Knとの関係に
ついて説明する。 Next, the relationship between the type of primary ions 12 emitted from the second primary ion source 8 and the ionization rate K n will be explained.
未知試料Mxに一次イオンを照射すると、次式
で示す状態になる。 When an unknown sample M x is irradiated with primary ions, the state shown in the following equation is obtained.
Mx゜Mx ++e ……(2)
ここでMx゜は中性原子
M+は正イオン
eは電子
試料原子が衝突を繰返して表面から放出される
過程で、未知試料の正イオンMx +が再び電子eを
捕足すると未知試料の正イオンMx +は中性原子
Mx゜となる。従つて、もしも、試料上にハロゲ
ン元素が存在すると、(2)式の電子eはハロゲン元
素に吸収された未知試料の正イオンMx +の中性化
の確率が減少する。つまりハロゲン元素の存在に
より、正の二次イオンイールドが増加する。また
未知試料上にアルカリ金属が存在する場合には、
ハロゲン元素の場合とは逆に、自分自身が電子を
放出し正イオンになる性質を有するので、電子親
和力の大きい元素の負の二次イオンイールドを増
加させる。 M x゜M x + +e ...(2) Here, M x゜ is a neutral atom M + is a positive ion e is an electron In the process of sample atoms repeatedly colliding and ejected from the surface, positive ions M of the unknown sample When x + captures electron e again, the positive ion M x + of the unknown sample becomes a neutral atom
M x゜. Therefore, if a halogen element exists on the sample, the probability that the electron e in equation (2) will be absorbed by the halogen element and neutralize the positive ion M x + of the unknown sample decreases. In other words, the presence of the halogen element increases the positive secondary ion yield. Also, if alkali metals are present on the unknown sample,
Contrary to the case of halogen elements, they themselves have the property of emitting electrons and becoming positive ions, which increases the negative secondary ion yield of elements with high electron affinity.
例えば、第2の一次イオン源のCsClを用いた
場合には、フイラメントの加熱により
CsCl→Cs ++Cl- ……(3)
で示す如く正負のイオンを発生する。従つて、前
述の如く、未知試料の電位がフイラメントに対し
て正の時には(3)式のCl-が未知試料に照射され正
の二次イオンイールドを増加させ、未知試料の電
位がフイラメントに対して負の時にはCs+が未知
試料に照射され負の二次イオンイールドを増加さ
せる。 For example, when CsCl of the second primary ion source is used, positive and negative ions are generated by heating the filament as shown in CsCl→C s + +Cl − (3). Therefore, as mentioned above, when the potential of the unknown sample is positive with respect to the filament, Cl - in equation (3) is irradiated to the unknown sample, increasing the positive secondary ion yield, and the potential of the unknown sample is positive with respect to the filament. When it is negative, Cs + is irradiated onto the unknown sample, increasing the negative secondary ion yield.
第4図は二次イオンイールドの改善効果を示す
もので、横軸には原子番号、縦軸には二次イオン
イールドの増加率がとつてある。この図と第2図
との比較より明らかな如く、第2図において相対
二次イオン強度比の低いC,S,As,Se,Te,
Au,Ptの二次イオンイールドが著しく増加して
いる。従つて、第2の一次イオン源から二次イオ
ンイールドを改善するイオン種を低エネルギーで
照射することによつて、従来のIMAでは検出で
きないか、または低感度の二次イオンイールドが
改善可能で、これによつて元素間の感度差を少な
くすることが可能となる。 FIG. 4 shows the effect of improving the secondary ion yield, with the horizontal axis plotting the atomic number and the vertical axis plotting the rate of increase in the secondary ion yield. As is clear from the comparison between this figure and Figure 2, in Figure 2, C, S, As, Se, Te, and
The secondary ion yields of Au and Pt have increased significantly. Therefore, by irradiating ion species that improve the secondary ion yield with low energy from the second primary ion source, it is possible to improve the secondary ion yield that cannot be detected by conventional IMA or has low sensitivity. , This makes it possible to reduce sensitivity differences between elements.
そして、このIMAでは第1の一次イオン源に
デユオプラズマトロン型のイオン源を用いている
ため一次イオンによる試料の照射範囲はμオーダ
にすることができ、第2の一次イオン源からの一
次イオンで、第1の一次イオン源からの一次イオ
ンによる試料の照射範囲の一次イオンのイオン化
率を大きくすることができるので、その結果試料
の微少部を二次イオンイールドの高い状態で分析
することが可能とすることができる。 Since this IMA uses a duoplasmatron type ion source as the first primary ion source, the irradiation range of the sample with primary ions can be on the μ order, and the primary ion source from the second primary ion source As a result, it is possible to increase the ionization rate of primary ions in the irradiation range of the sample by the primary ions from the first primary ion source, and as a result, it is possible to analyze a minute part of the sample with a high secondary ion yield. It can be made possible.
なお、フイラメント形の表面電離形イオン銃を
用いる場合にはフイラメントにイオン化物質を塗
付して正及び負の一次イオンを発生するモードと
熱電子を放出するモードを兼ねさせることがで
き、フイラメントの加熱による放出熱電子を絶縁
物の分折時の帯電中和用として用いることもでき
る。 In addition, when using a filament-type surface ionization type ion gun, it is possible to apply an ionizing substance to the filament so that the mode of generating positive and negative primary ions and the mode of emitting thermoelectrons can be combined. Thermionic electrons emitted by heating can also be used to neutralize charges during dissociation of an insulator.
本発明は、元素間の感度差を少なくしたIMA
を提供可能とするもので、産業上の効果の大なる
ものである。
The present invention is an IMA that reduces sensitivity differences between elements.
This has great industrial effects.
第1図は従来のイオンマイクロアナライザの説
明図、第2図は従来のイオンマイクロアナライザ
を用いた場合の原子番号と相対二次イオン強度比
との関係を示す線図、第3図は本発明のイオンマ
イクロアナライザの一実施例の説明図、第4図は
同じく効果を示す原子番号と二次イオンイールド
の増加率との関係を示す線図である。
1……(デユオプラズマトロン型の)第1の一
次イオン源、2……収束レンズ系、3……試料、
4……質量分析計、5……1次イオン、6……2
次イオン、8……(第2の)一次イオン源、9…
…フイラメント、10……電流源、11……イオ
ン加速電源、12……(第2の一次イオン源から
の)一次イオン。
Fig. 1 is an explanatory diagram of a conventional ion microanalyzer, Fig. 2 is a diagram showing the relationship between atomic number and relative secondary ion intensity ratio when using a conventional ion microanalyzer, and Fig. 3 is a diagram of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the atomic number and the rate of increase in the secondary ion yield, which also shows the effect. 1... First primary ion source (duoplasmatron type), 2... Convergent lens system, 3... Sample,
4...Mass spectrometer, 5...Primary ion, 6...2
Secondary ion, 8... (second) primary ion source, 9...
... filament, 10 ... current source, 11 ... ion acceleration power source, 12 ... primary ions (from the second primary ion source).
Claims (1)
パツターさせるデユオプラズマトロン型の第1の
一次イオン源と、前記二次イオンの分析手段と、
フイラメント形の表面電離形イオン銃、及び、前
記試料に対する前記表面電離形イオン銃の電位の
極性を替え、周期律表の第属に属する元素のイ
オンと第属に属する元素のイオンの放射の切り
替えを行う照射イオン切り替え手段よりなり、前
記第1の一次イオン源からの一次イオンとともに
前記試料の分析部に一次イオンを重畳照射する第
2の一次イオン源とを有していることを特徴とす
るイオンマイクロアナライザー。1. A first dual-plasmatron primary ion source that irradiates a sample with primary ions and sputters secondary ions, and means for analyzing the secondary ions;
A filament-type surface ionization type ion gun, and changing the polarity of the potential of the surface ionization type ion gun with respect to the sample, and switching between emission of ions of an element belonging to a group of the periodic table and ions of an element belonging to a group of the periodic table. and a second primary ion source that superimposes and irradiates the analysis section of the sample with primary ions together with the primary ions from the first primary ion source. Ion micro analyzer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59039004A JPS60182651A (en) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | Ion microanalyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59039004A JPS60182651A (en) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | Ion microanalyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60182651A JPS60182651A (en) | 1985-09-18 |
| JPH0363174B2 true JPH0363174B2 (en) | 1991-09-30 |
Family
ID=12540971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59039004A Granted JPS60182651A (en) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | Ion microanalyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60182651A (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55133740A (en) * | 1979-04-03 | 1980-10-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Secondary ion mass spectrometer |
| JPS5760571A (en) * | 1980-09-29 | 1982-04-12 | Canon Inc | Magnetic card reader |
| JPS60101850A (en) * | 1983-11-08 | 1985-06-05 | Jeol Ltd | Ion beam device |
-
1984
- 1984-02-29 JP JP59039004A patent/JPS60182651A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60182651A (en) | 1985-09-18 |
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