JP2000338069A - Composite surface analyzer - Google Patents
Composite surface analyzerInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、オージェ分析装
置などの表面分析装置において二次電子検出器を質量分
析器としても機能させることができるようにした複合表
面分析装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite surface analyzer in which a secondary electron detector can function as a mass analyzer in a surface analyzer such as an Auger analyzer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、複合表面分析装置としては多くの
組み合わせが提案され実用化されている。本発明におい
て対象の一つとしているオージェ分析装置に対する二次
イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）の組み合わせについて
は、走査形オージェ分析装置（ＳＡＭ）に四重極型質量
分析装置（ＭＡＳＳ）を付属させて分析する例が多い。2. Description of the Related Art Conventionally, many combinations have been proposed and put into practical use as a composite surface analyzer. Regarding a combination of a secondary ion mass spectrometer (SIMS) with an Auger spectrometer which is one of the objects of the present invention, a quadrupole mass spectrometer (MASS) is attached to a scanning Auger spectrometer (SAM). There are many examples to analyze.
【０００３】二次イオン質量分析装置の場合、二次イオ
ンの励起法により装置の種類が異なるために、装置の名
称が異なる。例えば、励起源として走査形オージェ分析
装置に付属のアルゴンイオン銃を用い、二次イオンを発
生させてイオンの質量分析を行う場合は、その時のイオ
ンドーズ量によりスタテック二次イオン質量分析装置、
又はダイナミック二次イオン質量分析装置に分類され
る。更に、その目的に対応して質量分析装置のタイプが
異なる。すなわち、スタテック二次イオン質量分析装置
では飛行時間形質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＡＳＳ）を用
い、ダイナミック二次イオン質量分析装置では四重極質
量分析装置（Ｑ−ＭＡＳＳ）を利用している。In the case of a secondary ion mass spectrometer, the name of the device is different because the type of the device is different depending on the method of exciting the secondary ions. For example, when using an argon ion gun attached to a scanning Auger analyzer as an excitation source and performing mass analysis of ions by generating secondary ions, a static secondary ion mass spectrometer based on the ion dose at that time,
Or it is classified into a dynamic secondary ion mass spectrometer. Furthermore, the type of mass spectrometer differs according to the purpose. That is, the static secondary ion mass spectrometer uses a time-of-flight mass spectrometer (TOF-MASS), and the dynamic secondary ion mass spectrometer uses a quadrupole mass spectrometer (Q-MASS).
【０００４】また、イオン質量分析装置としては、試料
表面吸着元素を電子ビームで励起して表面から離脱させ
る電子線励起離脱法（ＥＤＳ）により、表面吸着元素を
検出するものがあり、この場合も質量分析装置としては
飛行時間形質量分析装置を利用している。Some ion mass spectrometers detect an element adsorbed on the surface by an electron beam excitation desorption method (EDS) in which the element adsorbed on the sample is excited by an electron beam and desorbed from the surface. A time-of-flight mass spectrometer is used as the mass spectrometer.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、走査形オー
ジェ分析装置に対して二次イオン質量分析装置又は電子
線励起離脱法を用いたイオン質量分析装置を付属させて
複合化する場合は、それらの付属される質量分析装置は
小形であることが走査形オージェ分析装置への組み込み
上必要である。しかしながら、従来の走査形オージェ分
析装置に付属される上記質量分析装置は大形であり、そ
のため組み込みが困難であり、走査形オージェ分析装置
の超高真空を保持するための排気に問題が生じる。また
大形であるため装置の荷重バランスがくずれて、振動特
性が変化するなどの問題がある。However, when a secondary ion mass spectrometer or an ion mass spectrometer using an electron beam excitation desorption method is attached to a scanning Auger spectrometer to form a complex, these two types are used. It is necessary that the attached mass spectrometer be small in size when incorporated into a scanning Auger spectrometer. However, the mass spectrometer attached to the conventional scanning Auger analyzer is large, which makes it difficult to assemble, and causes a problem in evacuation of the scanning Auger analyzer to maintain an ultra-high vacuum. In addition, because of the large size, there is a problem that the load balance of the device is lost and the vibration characteristics are changed.
【０００６】本発明は、走査型オージェ分析装置に対し
て質量分析装置を組み込み複合化する場合における上記
問題点を解消するためになされたもので、走査型オージ
ェ分析装置などの表面分析装置に容易に質量分析機能を
もたせることができるようにした複合表面分析装置を提
供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem in the case where a mass spectrometer is incorporated into a scanning Auger analyzer and combined, and is easily applied to a surface analyzer such as a scanning Auger analyzer. It is an object of the present invention to provide a composite surface analyzer capable of having a mass spectrometry function.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は、二次電子検出器を備えた表面分析装置に
おいて、前記二次電子検出器を構成するシンチレータ部
への印加電圧の極性を切り換え可能に構成し、試料から
放出される二次電子の検出と質量分析とを切り換えて行
えるようにして複合表面分析装置を構成するものであ
る。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a surface analyzing apparatus provided with a secondary electron detector, wherein a voltage applied to a scintillator section constituting the secondary electron detector is reduced. The composite surface analyzer is configured so that the polarity can be switched so that detection of secondary electrons emitted from the sample and mass spectrometry can be switched.
【０００８】このように表面分析装置に付属されている
二次電子検出器への印加電圧の極性を切り換えて、質量
分析を行えるようにしているので、簡単な構成で質量分
析機能を備えた複合表面分析装置を実現することができ
る。As described above, since the polarity of the voltage applied to the secondary electron detector attached to the surface analyzer is switched so that mass analysis can be performed, a composite device having a simple structure and having a mass analysis function is provided. A surface analyzer can be realized.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は、本発明に係る複合表面分析装置の実施の形
態を示す概略構成図である。図１において、１は光軸上
に配置された試料で、該試料１は図示していない試料ホ
ルダ上に載置されていて、バイアス電源２によりバイア
ス電位が与えられている。試料１に対向して光軸上に電
子銃３が配置されており、該電子銃３には図示しない電
子線発生源、パルスビーム発生用電極、集束レンズ、ビ
ーム走査電極等を備えている。また試料１に対向して二
次電子検出器４が配置されており、切り換え手段５によ
り極性の異なる電圧が印加されるようになっており、試
料１より放出される二次電子あるいは試料表面より離脱
するイオンを検出するようになっている。そして、試料
１が配置されている分析室６は、図示しない排気装置に
より約10-10Torr の超高真空に排気されている。７は電
子銃３の電子線発生源を駆動する電子銃電源、８はビー
ム走査電極駆動用のビーム走査部、９はパルスビーム発
生用電極を制御するパルサー、10は二次電子検出器４の
検出信号を処理する信号検出系、11は信号検出系10の出
力信号を入力とするマルチチャンネルアナライザ、12は
マルチチャンネルアナライザ11の出力を表示する像観察
装置である。Next, an embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a composite surface analyzer according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sample arranged on the optical axis. The sample 1 is mounted on a sample holder (not shown), and a bias potential is applied by a bias power supply 2. An electron gun 3 is disposed on the optical axis so as to face the sample 1, and the electron gun 3 includes an electron beam source, a pulse beam generating electrode, a focusing lens, a beam scanning electrode, and the like (not shown). Further, a secondary electron detector 4 is arranged to face the sample 1, and voltages having different polarities are applied by the switching means 5, so that secondary electrons emitted from the sample 1 or the surface of the sample 1 It detects the ions that leave. Then, the analysis chamber 6 in which the sample 1 is placed is evacuated to an ultra-high vacuum of about 10 −10 Torr by an exhaust device (not shown). 7 is an electron gun power supply for driving the electron beam generation source of the electron gun 3, 8 is a beam scanning unit for driving a beam scanning electrode, 9 is a pulser for controlling a pulse beam generating electrode, and 10 is a secondary electron detector 4. A signal detection system that processes the detection signal, 11 is a multi-channel analyzer that receives an output signal of the signal detection system 10 as an input, and 12 is an image observation device that displays the output of the multi-channel analyzer 11.
【００１０】次に、このように構成されている複合表面
分析装置の動作について説明する。まず、上記実施の形
態において備えている二次電子検出器４の本来の動作、
すなわち試料から発生した二次電子の検出動作について
説明する。この本来の動作をさせる場合は、二次電子検
出器４のシンチレータ部には切り換え手段５を介して＋
10ｋＶの電圧を印加し、試料から発生した二次電子を加
速してシンチレータ部に入射させる。シンチレータ部へ
の二次電子の入射によりシンチレータ面が発光し、その
光はライトガイドを通してホトマルチプライヤで検出さ
れる。このようにして、この二次電子検出器４は本来の
二次電子線の検出動作を行う。Next, the operation of the composite surface analyzer having the above configuration will be described. First, the original operation of the secondary electron detector 4 provided in the above embodiment,
That is, the operation of detecting secondary electrons generated from the sample will be described. When the original operation is to be performed, the scintillator section of the secondary electron detector 4 is connected to the +
A voltage of 10 kV is applied, and secondary electrons generated from the sample are accelerated and incident on the scintillator. The scintillator surface emits light when secondary electrons enter the scintillator, and the light is detected by a photomultiplier through a light guide. In this way, the secondary electron detector 4 performs the primary secondary electron beam detection operation.
【００１１】本発明においては、この基本的に同じ構成
の二次電子検出器４を用いて、電気系を変更するだけで
質量分析装置として機能させるようにしている。そし
て、この場合の質量分析装置は、飛行時間形の質量分析
装置として機能させるようにしている。すなわち、二次
電子検出器４のシンチレータ部には−10ｋＶを印加し、
本来の二次電子検出器として動作させる場合とは、極性
を反転した高電圧を印加するようにしている。In the present invention, the secondary electron detector 4 having basically the same configuration is used to function as a mass spectrometer simply by changing the electric system. The mass spectrometer in this case is designed to function as a time-of-flight mass spectrometer. That is, -10 kV is applied to the scintillator portion of the secondary electron detector 4,
When operating as an original secondary electron detector, a high voltage whose polarity is inverted is applied.
【００１２】イオン検出において、微小なイオン検出の
場合は、微弱なパルス信号を検出しなければならなくな
るが、図２に示すように二次電子検出器４を構成するシ
ンチレータ部の前段に、マイクロチャンネルプレート
（ＭＣＰ）21を設置して、マイクロチャンネルプレート
21に入射した信号を増幅したのちシンチレータ部に入射
させ、微小量のイオンを検出できるように構成する。な
お、図２において、21はマルチチャンネルプレート、22
は蛍光材、23はシンチレータ電極、24はライトガイド、
25は分析室窓、26はフォトマルチプライヤであり、この
マルチチャンネルプレート21を前段に配置した構成は、
二次電子検出器４を本来の二次電子検出に用いる場合
も、そのまま使用することができる。また、電子検出及
びイオン検出時は、マルチチャンネルプレートの高電圧
の極性を切り換えて用いるようにする。In the case of minute ion detection in the ion detection, a weak pulse signal must be detected. However, as shown in FIG. 2, a micro-pulse signal is provided before the scintillator section constituting the secondary electron detector 4. Install the channel plate (MCP) 21 and set the micro channel plate
After amplifying the signal incident on 21, the signal is incident on the scintillator section, so that a minute amount of ions can be detected. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a multi-channel plate;
Is a fluorescent material, 23 is a scintillator electrode, 24 is a light guide,
Reference numeral 25 denotes an analysis room window, reference numeral 26 denotes a photomultiplier.
When the secondary electron detector 4 is used for primary secondary electron detection, it can be used as it is. At the time of electron detection and ion detection, the polarity of the high voltage of the multi-channel plate is switched and used.
【００１３】次に、二次電子検出器を質量分析装置とし
て利用する場合の動作について説明する。パルサー９の
制御により電子銃３よりパルス化した低エネルギー（数
百ｅＶ，数ｎＡ）の電子ビームの１パルスを試料１に照
射すると、電子線との相互作用により試料表面の結合原
子同士が反結合状態に励起され、クーロン反発力により
原子がイオンとして試料から脱離する。このイオンを飛
行時間形の質量分析装置として機能させている二次電子
検出器４で質量分析することにより、試料表面の結合原
子を測定することができる。Next, the operation when the secondary electron detector is used as a mass spectrometer will be described. When one pulse of a low-energy (several hundred eV, several nA) electron beam pulsed from the electron gun 3 by the control of the pulsar 9 is irradiated on the sample 1, the bonding atoms on the sample surface react with each other due to the interaction with the electron beam. It is excited to a bonded state, and atoms are desorbed from the sample as ions by Coulomb repulsion. By performing mass analysis of these ions with the secondary electron detector 4 functioning as a time-of-flight mass spectrometer, the bonded atoms on the sample surface can be measured.
【００１４】次に、上記飛行時間形の質量分析動作につ
いて更に詳細に説明する。上記のように、パルス化した
電子ビームの１パルスを試料１に照射すると、励起の瞬
間からイオンが放出されるが、質量分析装置として機能
する二次電子検出器４までのイオンの飛行時間ｔは、次
式（１）で表される。 ｔ＝Ｌ〔ｍ／｛２ｑ（Ｅk ＋Ｖs ）｝〕1/2 ・・・・・・・・・・（１） ここで、Ｌは試料面から二次電子検出器４までの飛行距
離、ｑはイオンの電荷、ｍはイオンの質量、Ｅk はイオ
ンの運動エネルギー、Ｖs は試料バイアスである。そし
て、飛行時間ｔを計測しながら二次電子検出器の出力を
検出することにより、試料から放出されるイオンの質量
を求めることができる。Next, the time-of-flight mass spectrometry operation will be described in more detail. As described above, when the sample 1 is irradiated with one pulse of the pulsed electron beam, ions are emitted from the moment of excitation, but the flight time t of the ions to the secondary electron detector 4 functioning as a mass spectrometer is obtained. Is represented by the following equation (1). t = L [m / {2q (Ek + Vs)}] 1/2 (1) where L is the flight distance from the sample surface to the secondary electron detector 4, q Is the charge of the ion, m is the mass of the ion, Ek is the kinetic energy of the ion, and Vs is the sample bias. Then, by detecting the output of the secondary electron detector while measuring the flight time t, the mass of ions emitted from the sample can be obtained.
【００１５】また、電子励起イオン離脱法を用いた飛行
時間形質量分析装置は、質量数の小さい水素（プロト
ン）から軽元素までの観察を目的としているので、飛行
距離Ｌは小さくてよく、したがって装置を小形にでき
る。すなわち、試料から検出器までの距離（Ｌ）は 150
〜200mm 程度で、この質量分析目的が達成できる。した
がって、本来の二次電子検出器と同じ配置位置にして、
これを質量分析装置として利用することができる。The time-of-flight mass spectrometer using the electron-excited ion desorption method aims at observing hydrogen (protons) having a small mass number to light elements, so that the flight distance L may be small, and The device can be miniaturized. That is, the distance (L) from the sample to the detector is 150
This mass spectrometric purpose can be achieved with about 200 mm. Therefore, at the same position as the original secondary electron detector,
This can be used as a mass spectrometer.
【００１６】上記のように、二次電子検出器を飛行時間
形検出方法を用いたイオン質量分析装置として機能させ
ることにより、１パルスの電子ビームの照射によって１
スペクトルが測定できるため、非常に高速で測定が可能
であり、したがって信号強度が弱い場合には、数百パル
スによるスペクトルの積算を行えば感度を向上させるこ
とができる。例えば、１パルスとして 100nsecならば、
100回の積算でも測定時間はせいぜい10μｓ程度であ
り、短時間で測定を行うことができる。As described above, by making the secondary electron detector function as an ion mass spectrometer using the time-of-flight detection method, one-pulse electron beam irradiation allows
Since the spectrum can be measured, the measurement can be performed at a very high speed. Therefore, when the signal strength is weak, the sensitivity can be improved by integrating the spectrum by several hundred pulses. For example, if one pulse is 100nsec,
The measurement time is at most about 10 μs even after 100 integrations, and the measurement can be performed in a short time.
【００１７】このようにして、水素（プロトン）を検出
することができるため、次に電子ビームを試料表面上を
走査させることにより、各点でのイオンスペクトルが高
速で測定することができる。また、水素に対応する飛行
時間のイオンの強度を電子ビームの走査に同期させて信
号化することにより、プロトン像を観察することができ
る。例えば、 200×200 画素のプロトン像の場合、各点
において 100回の積算を用いるとして、１画像の測定時
間は0.4s程度と非常に高速で画像の観察が出来るため、
試料からプロトンが脱離又は拡散していく状況を動的に
観察することも可能である。Since hydrogen (proton) can be detected in this manner, the ion spectrum at each point can be measured at a high speed by scanning the surface of the sample with an electron beam. In addition, a proton image can be observed by synthesizing a signal of the ion intensity during the flight time corresponding to hydrogen in synchronization with the scanning of the electron beam. For example, in the case of a proton image of 200 × 200 pixels, assuming that 100 integrations are used at each point, the measurement time of one image can be observed at a very high speed of about 0.4 s.
It is also possible to dynamically observe the situation where protons are desorbed or diffused from the sample.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、電子線を利用した表面分析装置に
用いられている二次電子検出器の印加電圧の極性を切り
換えて、飛行時間形質量分析装置としての機能をもたせ
るように構成しているので、別個に飛行時間形二次イオ
ン質量分析装置や四重極質量分析装置などを追加配置せ
ずに、二次電子検出機能とイオン質量検出機能を合わせ
もつ小形の複合表面分析装置を実現することができる。As described above based on the embodiments, according to the present invention, the polarity of the applied voltage of the secondary electron detector used in the surface analyzer using the electron beam is switched, Because it is configured to have the function of a time-of-flight mass spectrometer, the secondary electron detection function can be performed without adding a separate time-of-flight secondary ion mass spectrometer or quadrupole mass spectrometer. And a small-sized composite surface analyzer having both an ion mass detection function and an ion mass detection function.
【図１】本発明に係る複合表面分析装置の実施の形態を
示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a composite surface analyzer according to the present invention.
【図２】図１に示した実施の形態におけるマイクロチャ
ンネルプレートを備えた二次電子検出器の構成を示す概
略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a secondary electron detector provided with a microchannel plate in the embodiment shown in FIG.
１ 試料 ２ バイアス電源 ３ 電子銃 ４ 二次電子検出器 ５ 印加電圧切り換え手段 ６ 分析室 ７ 電子銃電源 ８ ビーム走査部 ９ パルサー 10 信号検出系 11 マルチチャンネルアナライザ 12 像観察装置 21 マルチチャンネルプレート 22 蛍光材 23 シンチレータ電極 24 ライドガイド 25 分析室窓 26 フォトマルチプライヤ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample 2 Bias power supply 3 Electron gun 4 Secondary electron detector 5 Applied voltage switching means 6 Analysis room 7 Electron gun power supply 8 Beam scanning part 9 Pulser 10 Signal detection system 11 Multi-channel analyzer 12 Image observation device 21 Multi-channel plate 22 Fluorescence Material 23 Scintillator electrode 24 Ride guide 25 Analysis room window 26 Photomultiplier
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 49/40 Ｈ０１Ｊ 49/40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01J 49/40 H01J 49/40
Claims (1)
おいて、前記二次電子検出器を構成するシンチレータ部
への印加電圧の極性を切り換え可能に構成し、試料から
放出される二次電子の検出と質量分析とを切り換えて行
えるようにしたことを特徴とする複合表面分析装置。1. A surface analysis apparatus provided with a secondary electron detector, wherein the polarity of a voltage applied to a scintillator section constituting the secondary electron detector is switchable, and secondary electrons emitted from a sample are provided. A composite surface analyzer characterized in that the detection can be switched between mass detection and mass spectrometry.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144320A JP2000338069A (en) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | Composite surface analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144320A JP2000338069A (en) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | Composite surface analyzer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000338069A true JP2000338069A (en) | 2000-12-08 |
Family
ID=15359361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11144320A Withdrawn JP2000338069A (en) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | Composite surface analyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000338069A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005340224A (en) * | 2004-05-17 | 2005-12-08 | Burle Technologies Inc | Detector for coaxial bipolar flight-time type mass spectrometer |
| JP2005351887A (en) * | 2004-04-29 | 2005-12-22 | Burle Technologies Inc | Detector for bipolar time-of-flight mass spectrometer |
-
1999
- 1999-05-25 JP JP11144320A patent/JP2000338069A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
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| JP4639379B2 (en) * | 2004-04-29 | 2011-02-23 | バーレ テクノロジーズ，インコーポレイテッド | Detector for bipolar time-of-flight mass spectrometer |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060801 |