Масс-спектрометр для исследования твердых тел Советский патент 1990 года по МПК H01J49/42 

1

(21)4222456/24-21

(22)07.04.88

(46) 23.01.90. Бюл. № 3

(71)Опытное конструктерско-техноло- гическое бюро с опытным производством Института металлофизики АИ УССР

(72)В.Л.Ольховский, В.Т.Черепин и В.Э.Исьянов

(53) 621.384 (088.8)

(56) Дымников А.Д. и др. ЖТФ, в.З,

T..XXXV, 1965, с. 431-440.

Заявка Японии № 50-15151 , ИЗР К 12, 1984.

(54) МАСС-СПЕКТРОМЕТР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

(57) Изобретение относится к масс- спектрометрии вторичных ионов и может быть использовано в элементном и изотопном анализах твердых тел,в полупроводниковой технике, геологии, биологии и органической химии. Цель изобретения - повышение точности анализа - достигается путем исключения влияния теневого эффекта микрорельефа поверхности и неравномерности про

Изобретение относится к масс-спектрометрии вторичных ионов и может быть использовано в элементном и изотопном анализах твердых тел, в полупроводниковой технике, геологии биологии и органической химии. Цель изобретения - повышение точности анализа - достигается путем исключения влияния теневого эффекта микрорельефа поверхности и неравномерности пространственного распределения выхода вторичных ионов на соотношение положительных и отрицательных ионных токов. Для повышения эффективности исследования положительные и отрицательные ионы, эмиттированные с поверхности образца, собирают из единого телесного угла, формируют в единый суммарный пучок и приводят одновременный масс-спектрометрический анализ. Устройство представляет собой квадрупольный масс-спектрометр. В качестве системы формирования пучка ионов, эмиттированных с поверхности образца 3, используется блок 7 последовательно расположенных четырех квадрупольных линз. Одновременная фильтрация положительных и отрицательных ионов производится в квадрупольном масс-фильтре 8. Система разделения и регистрации положительных и отрицательных ионов состоит из пластин 9 и 10 и детекторов 11 и 12. Для устранения влияния электронов на достоверность анализа по крайней мере один из электродов блока 7 квадрупольных линз выполнен намагниченным. 2 с. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

(Л

с

я

X

&

Ј

странственного распределения выхода вторичных ионов на соотношение положительных и отрицательных ионных токов . Для повышения эффективности исследования положительные и отрицательные ионы, эмиттированные с поверхности образца, собирают из единого телесного угла, формируют в единый суммарный пучок и проводят одновременный масс-спектрометрический анализ. Устройство представляет собой квадрупольный масс-спектрометр. В качестве системы формирования пучка ионов, эмиттированных с поверхности

Изобретение относится к масс-спектрометрам вторичных ионов и может быть использовано в элементном и изотопном анализе твердых тел в полупроводниковой технике геологии, биологии, органической химии.

Целью изобретения является повышение эффективности исследования путем исключения влияния теневого эффекта микрорельефа поверхности и неравномерности пространственного распределения выхода вторичных ионов на соотношение ионных токов, а также исключения влияния вторичных электронов на величины регистрируемых токов.

Эмиттированные с поверхности образ па положительные и отрицательные ионы собирают из единого телесного угла, формируют в единый суммарный пучок и проводят одновременный масс- спектрометрический анализ.

На чертеже представлена схема предлагаемого масс-спектрометра.

Масс-спектрометр содержит источник 1 зондирующих частиц, например источник ионов типа дуоплазматрон, держатель 2 исследуемого объекта 3 и соос- но расположенные пентуплет i квадрупольных линз, систему 5 разделения и систему 6 регистрации. Пентуплет 4 квадрупольных линз состоит из блока 7 четырех электростатических квадрупольных линз и квадрупольного Фильтра 8 масс. Система 5 разделения состоит из пластин 9 и 10, а система 6 регистрации - из детекторов 11 и 12, например умножителей ВЭУ-6. Один из электродов, например, первой от держателя 2 квадрупольной линзы блока 7

образца 3, используется блок 7 последовательно расположенных четырех квадрупольных линз. Одновременная фильтрация положительных и отрицательных ионов производится в квадру- польном масс-фильтре 8. Система разделения и регистрации положительных и отрицательных ионов состоит из пластин 9 и 10 и детекторов 11 и 12. Для устранения влияния электронов на достоверность анализа по крайней мере один из электродов блока 7 квадрупольных линз выполнен намагниченным. 1 з .п. ф-лы, 1 ил .

5

0

5

0

5

0

5

выполнен намагниченным, а остальные электроды пентуплета 4 квадрупольных линз выполнены из немагнитных материалов . При этом верхний предел намагниченности электрода ограничен условием сохранения фокусировки ионов блоком 7 квадрупольных линз.

Масс-спектрометр работает следующим образом.

Исследуемый объект 3, установленный в держателе 2, облучают зондирующим пучком 3 из источника 1. Эмитти- рованные с поверхности исследуемого объекта 3 под воздействием пучка 13 положительно и отрицательно заряженные ионы и электроны различных энергий внутри единого телесного угла 14 попадают в блок 7 четырех квадрупольных линз, на электроды которого подают разнополярные потенциалы в соотношениях, обеспечивающих работу блока 7, аналогично осесимметричной линзе, а величины этих потенциалов подобраны таким образом, чтобы ионы определенной энергии, например 20 эВ, Фокусировались на вход квадрупольного фильтра 8 масс.

Вторичные электроны, попадая в магнитное поле, создаваемое намагниченным электродомt отклоняются от оси блока 7 и не проходят на вход квадрупольного фильтра 8 масс, В то же время ионы, не испытывая влияния магнитного поля, благодаря значительно большей массе иона по сравнению с электроном, Фокусируются на вход квадрупольного фильтра 8 масс.

В поперечной плоскости квадрупольной линзы, благодаря наличию двух

51

плоскостей симметрии, имеется возможность одновременно воздействовать одними и теми же потенциалами на электродах на траекторию движения разнопо лярно заряженных ионов одной энергии фокусируя их во взаимно перпендикулярных плоскостях. Это свойство квад рупольных линз позволяет в системе из четырех линз с определенным соотношением потенциалов на их электрода получить стигматичную фокусировку разнополярных ионов на одну плоскост

Сформированный суммарный пучок 15 положительно и отрицательно заряженных ионов сепарируется в квадруполь- ном фильтре 8 масс по отношению массы иона к его заряду под воздействие высокочастотного поля, образованного потенциалами на его электродах.

Далее, суммарный пучок 15 определенной массы попадает в область элекростатического поля, локализованного между пластинами 9 и 10, где разделяется на пучки положительных 16 и отрицательных 17 ионов, которые перед одновременной регистрацией детекторами 12 ускоряются до энергии, эффективной для регистрации, обеспечиваемой подачей потенциалов (например, соответственно зарядом ионов - АкВ и +4 кВ) на входные окна детекторов.

Благодаря сбору ионов из единого телесного угла и Формированию положительных и отрицательных ионов в единый суммарный пучок, проходящий по единому ионно-оптическому тракту, повышается эффективность исследования за счет:

увеличения точности соотношения тока положительных и отрицательных ионов путем исключения влияния теневого эффекта микрорельефа поверхности и неравномерности пространственного распределения вьтхода вторичных ионов;

увеличения точности соотношения тока положительных и отрицательных ионов путем исключения влияния коэффициента трансмиссии ионно-оптического тракта;

Составитель Редактор Г.ВолковаТехред Л.Сер

0

5

0

5

0

5

0

5

0

возможности исследования объекта с любой шероховатости поверхности, например, полученной в результате скола или излома;

одновременного анализа вторичных разнополярных ионов по энергии путем фокусировки ионов определенной энергии на вход квадрупольного фильтра масс;

исключения влияния вторичных электронов на величины регистрйруемьрс ионных токов, вызываемого ионизацией остаточных газов вторичными электронами и нейтрализацией ими положительных ионов.

Формула изобретения

и соответственно состоят из последовательно расположенных вдоль одной оси четырех электростатических квад- рупольных линз и квадрупольного масс- анализатора.

Корректор Э.Лончакова