Назначение
Масс-спектрометр времяпролетный вторично-ионный ToF.SIMS 5-100 (далее - прибор) предназначен для измерений массы вторичных ионов, возникающих при послойном травлении исследуемого объекта потоком первичных ионов.
Прибор применяется для контроля дозы имплантации, измерений глубин p-n переходов, послойного и трёхмерного элементного анализа в материаловедении, микроэлектронике и полупроводниковых технологиях.
Описание
Принцип действия прибора основан на явлении вторичной эмиссии: испускании твердым телом ионов при облучении поверхности первичным ионным пучком. В результате взаимодействия первичного иона с энергией в несколько килоэлектронвольт с образцом возникает каскад атомных столкновений, некоторые из которых приводят к эмиссии из приповерхностных слоев как отдельных атомов, так и кластеров, состоящих из нескольких атомов. Определенная доля этих атомов в процессе эмиссии приобретает положительный или отрицательный заряд (вторичные ионы). Эти вторичные ионы несут в себе информацию об элементном и изотопном составе анализируемой области.
Прибор использует принцип двух ионных пучков - синхронное чередование импульсных анализирующего и распыляющего пучков. Анализирующий пучок формируется жидкометаллической ионной пушкой с ионами Bi с очень низкой величиной тока (~1 пА), энергией 30 кэВ и очень короткими импульсами (длительностью менее 1 нс) с частотой повторения до 50 кГц. Для формирования распыляющего пучка используется сдвоенная ионная пушка с ионами О2+ и Cs+ с энергиями пучка от 200 эВ до 2 кэВ с возможностью варьирования в широких пределах угла падения ионного пучка.
Измерение масс-спектра вторичных ионов осуществляется масс-анализатором времяпролетного типа с импульсным режимом работы. Масса вторичных ионов измеряется по времени их пролёта от распыляемого образца до детектора.
В зависимости от поставленной задачи прибор может работать в следующих режимах:
- «Режим спектрометра». Используется для измерения масс-спектров поверхности и профилей распределения элементов по глубине. Отличается высоким разрешением по массе, но имеет невысокое латеральное разрешение.
- «Режим изображения». Используется для получения сканирующих ионных изображений поверхности и карт трёхмерного распределения элементов. Отличается высоким латеральным разрешением, но имеет сниженное разрешение по массе.
- «Оптимальный режим изображения». За счет использования запатентованного пакетного режима первичного пучка сочетает высокое разрешение по массе с высоким латеральным разрешением.
Прибор представляет собой автоматизированную многофункциональную измерительную систему. Прибор состоит из основного блока, включающего жидкометаллическую ионную пушку на основе сплава BiMn, сдвоенную распыляющую ионную пушку, рабочую камеру, времяпролетный масс-спектрометр, регистрирующую систему, вакуумную систему, систему управления, и рабочего стола с управляющим компьютером и блоком электроники.
Рисунок 1 - Внешний вид масс-спектрометра времяпролетного вторично-ионного
Внешний вид прибора и место нанесения знака поверки приведены на рисунке 1.
ToF.SIMS 5-100
Пломбирование прибора не предусмотрено.
Программное обеспечение
Управление прибором осуществляется с помощью встроенной ПЭВМ с использованием специализированного программного обеспечения (ПО) «SurfaceLab».
ПО «SurfaceLab» предназначено для управления прибором, составления измерительных программ и обработки результатов измерений. ПО «SurfaceLab» не может быть использовано отдельно от прибора.
Идентификационные данные программного обеспечения указаны в таблице 1.
Таблица 1 - Идентификационные данные ПО
| Идентификационные данные (признаки) | Значение |
| Идентификационное наименование ПО | SurfaceLab |
| Номер версии (идентификационный номер) ПО | 6.4.ХХХХХ |
| Цифровой идентификатор ПО | - |
Технические характеристики
Таблица 2 - Метрологические характеристики
| Наименование характеристики | Значение |
| Масс-спектральное разрешение, не менее | 10000 |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений массы положительных вторичных ионов, а.е.м. (Мном - номинальное значение массы соответствующего положительного вторичного иона, а.е.м.) | ±(0,1+Мном'10-3) |
| Наименование характеристики | Значение |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений массы отрицательных вторичных ионов, а.е.м. (Мном - номинальное значение массы соответствующего отрицательного вторичного иона, а.е.м.) | ±(0,1+Мном'10-3) |
Таблица 3 - Основные технические характеристики
| Наименование характеристики | Значение |
| Максимальная энергия первичного пучка Bi+, кэВ | 30 |
| Максимальный ток первичного пучка Bi+ в режиме постоянного тока, нА, не менее | 30 |
| Ускоряющее напряжение первичных ионов цезия Cs+, кВ | от 0,2 до 2 |
| Максимальный ток ионов Cs+, нА, не менее: | |
| - энергия пучка 0,5 кВ | 40 |
| - энергия пучка 1 кВ | 75 |
| - энергия пучка 2 кВ | 150 |
| Ускоряющее напряжение первичных ионов кислорода О2+, кВ | от 0,25до 2 |
| Максимальный ток ионов О2+, нА, не менее: | |
| - энергия пучка 0,5 кВ | 100 |
| - энергия пучка 1 кВ | 250 |
| - энергия пучка 2 кВ | 600 |
| Масса, кг, не более | |
| - основной блок | 900 |
| - рабочий стол с управляющим компьютером и блоком | |
| электроники | 300 |
| Габаритные размеры основных составных частей (ДххВ), мм, не | |
| более: | |
| - основной блок | 930x1820x2050 |
| - рабочий стол с управляющим компьютером и блоком | |
| электроники | 1650x1730x757 |
| Условия эксплуатации: - температура окружающей среды, °С - относительная влажность воздуха, % | от +18 до +22 от 20 до 80 |
| Напряжение питания от однофазной сети переменного тока частотой 50/60 Гц, В | от 210 до 230 |
| Потребляемая мощность, не более, Вт | 3500 |
Знак утверждения типа
наносится на лицевую панель основного блока в виде наклейки и на титульный лист руководства по эксплуатации типографским способом.
Комплектность
Комплектность средства измерений представлена в таблице 4.
Таблица 4 - Комплектность средства измерений
| Наименование | Обозначение | Количество |
| Масс-спектрометр времяпролетный вторично-ионный ToF.SIMS 5-100 | - | 1 шт. |
| Руководство по эксплуатации | - | 1 экз. |
| Методика поверки | - | 1 экз. |
Поверка
осуществляется по документу МП 74813-19 «Масс-спектрометр времяпролетный вторичноионный ToF.SIMS 5-100. Методика поверки», утвержденному АО «НИЦПВ» 25 октября 2018 г. Основные средства поверки:
- стандартный образец карбида кремния типа КК (К9) ГСО 4302-88.
Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик поверяемого масс-спектрометра с требуемой точностью.
Знак поверки наносится на лицевую панель прибора в виде наклейки, как показано на рисунке 1 и на свидетельстве о поверке.
Сведения о методах измерений
приведены в эксплуатационной документации.
Нормативные документы
Техническая документация фирмы-изготовителя.
74813-19: Методика поверкиСкачать5.2 Мб
33310-06
