Масс-спектрометр для исследования твердых тел

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) Ai (51)5 Н 01 J 49 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ .

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4222456/24-21 (22) 07.04.88 (46) 23,01.90. Бюл, У 3 (71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством

Института металлофиэики АН УССР (72) В.Л.Ольховский, В,Т. !ерепин и В.Э.Исьянов (53) 621 .384 (088 .8) (56) Дымников A.Ä, и др. ЖТ1, в.3, т. XXXV, 1 965, с. 4 31-440.

Заявка Японии Р 50-15151, ИЗР Р 12, 1984.

2 (54) МАСС-СПЕКТРОМЕТР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТВЕРДЯХ ТЕЛ (57) Изобретение относится к массспектрометрии вторичных ионов и может быть использовано в элементном и иэотопном анализах твердых:"тел,в полупроводниковой технике, геологии, биологии и органической химии. Цель изобретения — повыпение точности ана.лиза — достигается путем исключения влияния теневого эффекта микрорельефа поверхности и неравномерности про1538194 странственного распределения выхода вторичных ионов на соотношение положительных и отрицательных ионных токов, Для повьппения эффективности исследования положительные и отрица5 тельные ионы, эмиттированные с поверхности образца, собирают из единого телесного угла, формируют в единый суммарный пучок и проводят одновре, менный 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, биоло- 25 гии, органической химшл.

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

Эмиттированные с поверхности об 35 разца положительные и отрицательные ионы собирают из единого телесного угла, формируют в единьп суммарный пучок и проводят одновременньп масс- 40 спектрометрический анализ.

На чертеже представлена схема предлагаемого масс-спектрометра, Масс-спектрометр содержит источник

1 зондирующих частиц, например источ — 45 ник ионов типа дуоплаэматрон, держатель 2 исследуемого объекта 3 и соосно расположенные пентуплет 4 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, 55 например умножителей ВЭУ-6. Один из электродов, например, первой от дер-. жателя 2 кнадрупольной линзы блока 7 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, 1 з ц. ф лы, 1 ип. 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 13 из источника 1. Эмиттированные 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 б.пок 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 ?О эВ, cboкусировались на вход квадрупольного фильтра 8 масс.

Вторичные электроны, попадая в магнитное поле, создаваемое намагниченным электродом, 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 квадруполь. ной линзы, благодаря наличию двух

5 15381 плоскостей симметрии, имеется возможность одновременно воздействовать одними и теми же потенциалами на электродах на траекторию движения разнополярно заряженных ионов одной энергии, фокусируя их во взаимно перпендикулярных плоскостях ° Это свойство квадрупольных линз позволяет в системе из четырех линз с определенным соотношением потенциалов на их электродах получить стигматичную фокусировку разнополярных ионов на одну плоскость.

Сформированный суммарный пучок 15 положительно и отрицательно заряженных ионов сепарируется в квадруполь-. ном фильтре 8 масс по отношению массы иона к его заряду под воздействием высокочастотного поля, образованного потенциалами на его электродах. 20

Далее, суммарный пучок 15 определенной массы попадает в область электодновременного анализа вторичных разнополярных ионов по энергии путем фокусировки ионов определенной энерных ионов

Формула изобретения

Сос тавитель В. Кашеев

Техред Л.Сердюкова

Корректор Э,Лончакова

Редактор Г,Волкова

Заказ 171 Тираж 389 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 ростатического поля, локализованного между пластинами 9 и 10, где разделяется на пучки положительных 16 и от рицательных 17 ионов, которые перед одновременной регистрацией детекторами 12 ускоряются до энергии, эфшективной для регистрации, обеспечиваемой подачей потенциалов (например, соответственно зарядом ионов — 4 кВ и

+4 кВ) на входные окна детекторов.

Благодаря сбору ионов из единого телесного угла и формированию положи- тельных и отрицательных ионов в единый суммарный пучок, проходяший по единому ионно-оптическому тракту, по вышается эффективность исследования за счет: увеличения точности соотношения тока положительных и отрицательных ионов путем исключения влияния тене- вого эффекта микрорельефа поверхности и неравномерности. пространственного распределения выхода вторичных ионов увеличения точ нос ти соотношения тока положительных и отрицательных ионов путем и< ключения влияния коэффициента трансмиссии ионно-оптиЧеского тракта;

94

6 возможности исследования объекта с любой шероховатости поверхности, например, полученной в результате скола или излома, гни на вход квадрупольного фильтра масс;

1 исключения влияния вторичных электронов на величины регистрируемых ионных токов, вызываемого ионизацией остаточных, газов вторичными электро нами и нейтрализацией ими положитель1. Масс-спек трометр для исследования твердых тел, содержащий источник зондирующих частиц, держатель исследуемого объекта и системы формирования, разделения и регистрации пучков положительных и отрицательных ионов, отличающийся тем,что, с целью повышения эффективности исследования за счет исключения влияния теневого эффекта микрорельефа поверхности, на соотношение интенсивностей регистрируемых токов положительных и отрицательных ионов система формирования и система разделения ионов по массам выполнены едиными для пучков положительных и отрицательных ионов и соответственно состоят из последовательно расположенных вдоль одной оси четырех электростатических квадрупольных линз и квадруцольного массанализатора °

2. Масс-спектрометр по п.1; о т л ич ающ ий с я тем, что, с целью повышения эффективности исследованияя пу тем исключения влияния в то" ричных электронов на величины регистрируемых ионных токов, по крайней мере один из электродов одной или нескольких электростатических квадрупольных линз выполнен намагниченным.