辉光放电系统、其离子引出构造及辉光放电质谱装置的制作方法

本发明涉及辉光放电系统、该辉光放电系统的离子引出构造以及使用了该辉光放电系统的辉光放电质谱装置。

背景技术：

作为金属、半导体、绝缘物等各种固体试样的分析装置，已知一种辉光放电质谱装置(gdms)。该分析装置是利用辉光放电对固体试样表面进行溅射，并在质谱仪中对离子化后的该固体试样的构成原子进行测量的装置。

如专利文献1所公开的那样，在所述分析装置中具有辉光放电系统，以使固体试样的表面暴露在放电单元内的方式配置固体试样，向该放电单元内导入惰性气体，产生辉光放电从而对所述固体试样进行溅射，使放出的原子在放电单元内离子化并将其作为离子束自设于该放电单元的开口部引出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-220360号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在辉光放电质谱装置中，为了提高分析精度，希望增大自辉光放电系统引出的离子束的流强(离子量)。

本发明的要解决的问题在于，提供一种不大幅地改变以往的辉光放电系统的装置结构、驱动条件，就能增大所引出的离子束流强，并且分析精度更高的辉光放电质谱装置。

用于解决问题的方案

本发明的第一技术方案涉及一种辉光放电系统的离子引出构造，该辉光放电系统用在辉光放电质谱装置中，该辉光放电系统具有导电性的单元主体和导电性的提取板，所述单元主体形成放电区域，所述提取板至少隔着绝缘构件与所述单元主体连接，并且具有离子引出口，该辉光放电系统的离子引出构造的特征在于，

所述提取板包括在外周缘处彼此连接在一起的第1板和第2板，

所述第1板配置在所述放电区域侧，具有自所述离子引出口朝向所述放电区域呈筒状突出的突出部，

所述第1板和所述第2板中的任一者在所述外周缘处朝向另一者突出，在除所述外周缘以外的区域，所述第1板和所述第2板彼此隔着间隙地配置。

本发明的辉光放电系统的离子引出构造含有如下结构来作为优选的形态，即，在所述单元主体与所述绝缘构件之间依次配置有具有狭缝的导电性的狭缝板以及具有开口部的导电性的端板，

所述端板是在具有所述开口部的平板上设有突出部的形状，该突出部在自所述开口部向外周侧隔开了预定的距离的位置处朝向外部呈筒状突出。

本发明的第二技术方案涉及一种辉光放电系统，其特征在于，该辉光放电系统具有上述本发明的辉光放电系统的离子引出构造。

本发明的第三技术方案涉及一种辉光放电质谱装置，该辉光放电质谱装置包括辉光放电系统和质谱仪，该辉光放电系统用于通过辉光放电而自固体试样引出该固体试样的构成原子的离子束，该质谱仪用于进行所述离子束中含有的离子的质谱分析，该辉光放电质谱装置的特征在于，

所述辉光放电系统是上述本发明的辉光放电系统。

在本发明的辉光放电质谱装置中含有如下结构来作为优选的形态，即，所述辉光放电质谱装置还具有磁场系统和电场系统，该磁场系统用于从自所述辉光放电系统引出的所述离子束中分离并选择目标离子，该电场系统用于汇聚在所述磁场系统中选出的离子束的能量。

发明的效果

针对本发明的辉光放电系统而言，通过将离子引出构造设为特定的构造，从而能够引出与以往相比流强大幅地增大了的离子束。因此，采用本发明，通过简单地改变装置结构，就能使利用质谱仪进行分析的离子束流强增大，使固体试样的质谱分析精度与以往相比大幅地提高。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的辉光放电系统的一个实施方式的结构的图，是包含自该辉光放电系统引出的离子束的中心轴线在内的截面上的剖面图。

图2是示意性地表示以往的辉光放电系统的结构的剖面图，是包含自该辉光放电系统引出的离子束的中心轴线在内的截面上的剖面图。

图3是图1的放电单元的放大图。

图4是表示使用本发明的辉光放电系统而完成的铜的质谱分析的分析图表的图。

图5是表示使用以往的辉光放电系统而完成的铜的质谱分析的分析图表的图。

附图标记说明

10、样品保持件；11、框体；12、绝缘环；13、样品隔离器；14、前板；14a、开口部；16、柱塞；20、放电单元；21、单元主体；21a、气体导入孔；22、狭缝板；22a、狭缝；23、41、端板；23a、开口部；23b、突出部；24、单元安装板；25、42、提取板；25a、42a、开口部；26、第1板；26a、突出部；27、放电区域；28、第2板；30、固体试样。

具体实施方式

适当参照附图来详细地说明本发明的实施方式，但本发明并不限定于以下说明的实施方式。另外，在以下的说明中，针对未作特别说明的部分、在图中未作特别图示的部分而言，能够应用本技术领域的周知或公知的技术。

本发明的辉光放电系统是用在辉光放电质谱装置中的系统，本发明在其离子引出构造上具有特征。本发明的辉光放电系统具有导电性的单元主体和导电性的提取板，上述单元主体形成放电区域，上述提取板至少隔着绝缘构件连接于上述单元主体，并且具有离子引出口。并且，在本发明中，具有如下特征：通过由第1板和第2板形成提取板，从而使自辉光放电系统引出的离子束的流强大幅增大，上述第1板具有自离子引出口朝向放电区域呈筒状突出的突出部，上述第2板与该第1板之间在离子引出口侧具有间隙。

首先，在图2中示出了以往的辉光放电系统的结构。图2是示意性地表示以往的辉光放电系统的一个例子的结构的图，是包含自该辉光放电系统引出的离子束的中心轴线在内的截面上的剖面图。

图2的辉光放电系统具有样品保持件10和放电单元20，上述样品保持件10用于保持固体试样30，上述放电单元20用于产生辉光放电而自固体试样30引出离子束(未图示)。

针对样品保持件10而言，在框体11隔着绝缘环12配置有具有开口部14a的前板14，利用作为保持构件的柱塞16以使固体试样30的一个主面朝向该开口部14a的方式向样品隔离器13推压固体试样30，从而保持固体试样30。固体试样30的一个主面的一部分暴露在所述开口部14a内。框体11和柱塞16由导电性材料、例如铝形成，绝缘环12由绝缘性材料、例如聚醚醚酮(peek)等绝缘性树脂形成，样品隔离器13是具有与开口部14a连通的开口部的板，由绝缘性材料、例如氧化铝形成，前板14由导电性材料、例如钽形成。

放电单元20具备单元主体21，该单元主体21为筒状，其一个开口部在样品保持件10的开口部即前板14的开口部14a侧以与该前板14接触的方式与该前板14相邻，另一个开口部侧成为离子引出口侧。针对单元主体21而言，其内部为放电区域27，其在侧壁具备用于导入放电气体的气体导入孔21a。在单元主体21的另一个开口部依次配置有狭缝板22、端板41、单元安装板24以及提取板42，这些板均具有用于向外部引出离子的开口部。图中附图标记22a是形成于狭缝板22的狭缝。除去气体导入孔21a和狭缝22a之外，放电区域27是封闭系统。单元主体21、狭缝板22以及端板41均由导电性材料、例如钽形成。单元安装板24是由绝缘性材料、例如peek等绝缘性树脂形成的绝缘构件。

在所述的结构中，自气体导入孔21a向放电区域27导入惰性气体、例如高纯度的氩气(纯度为99.9999％以上)来作为放电气体，借助框体11和柱塞16将固体试样30设定为阴极，并将单元主体21、狭缝板22、端板41以及前板14设定为阳极从而外加预定的电压。另外，提取板42作为用于自放电区域27引出离子的引出电极，其电位被设定为相对于单元主体21而言-几十v～-1000v的范围内的电位。在放电区域27产生辉光放电，放电气体的离子对固体试样30的表面进行溅射，固体试样30的放出的构成原子在放电区域27中被等离子体离子化，并通过狭缝22a和开口部41a、42a作为离子束而被引出。

针对利用辉光放电系统而引出的离子束而言，在未图示的磁场系统中对分析目标的离子进行分离和选择，选出的离子束的束流能量在未图示的电场系统中被汇聚，在未图示的质谱仪中进行离子束中含有的离子的质谱分析，测量固体试样30的组成。作为质谱仪，优选采用双聚焦型质谱仪(英文：double-focusingmassspectrometers)。

接下来，使用图1和图3来说明本发明的辉光放电系统。图1是示意性地表示本发明的辉光放电系统的一个实施方式的结构的图，是包含自该辉光放电系统引出的离子束的中心轴线在内的截面上的剖面图，图3是图1中的放电单元20的放大图。

本发明的辉光放电系统像后述那样，除改变了放电单元的离子引出构造以外，基本的结构与以往的辉光放电系统相同。因此，只说明与以往的辉光放电系统不同的部分，省略对与以往的辉光放电系统相同的部分的说明。

在本发明中，作为用于引出离子的引出电极的提取板25包括第1板26和第2板28，两者在外周缘处彼此连接。第1板26配置在放电区域27侧，具有自作为离子引出口的开口部25a朝向放电区域27呈筒状突出的突出部26a。另外，通过使第1板26和第2板28中的任一者在外周缘处朝向另一者突出，从而将第1板26和第2板28以在除外周缘以外的区域隔着间隙t3的方式配置。在图1和图3的实施方式中，第1板26在外周缘处向第2板28侧突出从而形成间隙t3，但在本发明中，也可以使第2板28在外周缘处向第1板26侧突出。

通过具有所述的构造，能使得利用本发明的辉光放电系统引出的离子束的流强增大。

进一步优选是，如图3所示，配置在狭缝板22与单元安装板24之间的端板23是在具有开口部23a的平板上设有突出部23b的形状，上述突出部23b在自开口部23a向外周侧隔开了预定的距离的位置处朝向外部呈筒状突出。即，在图2的以往的构造中，端板41的开口部41a是在整个厚度方向上内径自放电区域27朝向外部去而扩大的锥形，但在本发明中，将该锥形部分的一部分切去而使其形成为具有台阶的形状。

通过使端板23具有该形状，能使得利用本发明的辉光放电系统引出的离子束的流强进一步增大。

针对图3所示的各部位的优选的尺寸而言，t1为0.4mm～0.6mm，t2为1.5mm～2.5mm，t3为0.4mm～0.6mm，t4为0.4mm～0.6mm，t5为1.5mm～2.2mm，t6为0.5mm～1.5mm，t7为1.4mm～1.6mm，t8为0.5mm～1.5mm。

在图1的辉光放电系统中，固体试样30为圆形的平板，单元主体21和突出部23b、26a均为圆筒状，开口部14a和开口部23a、25a均为圆形。另外，狭缝22a为与纸面正交的直线状。另外，在本申请的发明中，并不一定限定于上述形状。

另外，图1所示的辉光放电系统是使用平板状的固体试样30的平板单元(英文：flatcell)式的辉光放电系统，但本发明并不限定于平板单元式，也能应用于如下方式的辉光放电系统，其对未图示的销形单元(英文：pincell)式的棒状的固体试样进行分析。

在本发明中，针对固体试样30而言，能够直接分析导体、半导体材料，另外，针对绝缘体而言，能将金、石墨以及银等导体作为粘结剂与绝缘体混合在一起，并进行成型而使其形成为固体试样30并进行分析。另外，即使是固体平面状的绝缘体，也能通过将未图示的辅助电极用作阴极来产生辉光放电并进行分析。

[实施例]

将热电(thermoelemental)公司制造的辉光放电质谱装置“vg9000mk4型”中的辉光放电系统更换为图1的本发明的辉光放电系统，并对铜制的固体试样进行了质谱分析。另外，以除了将图2的以往的辉光放电系统使用于同样的辉光放电质谱装置中以外其他全部相同的条件，对相同的铜制的固体试样进行了质谱分析。针对各部位的尺寸而言，t1＝0.5mm，t2＝2mm，t3＝0.5mm，t4＝0.5mm，t5＝2.0mm，t6＝0.5mm，t7＝1.5mm，t8＝1.0mm，t11＝0.5mm，t12＝1.5mm，t13＝3.5mm。另外，开口部25a的内径为5.0mm，狭缝22a的宽度为0.16mm，长度为1.0mm。

通常，铜以大概cu63：cu65＝7：3的质量比例含有作为同位素的cu63和cu65。因此，在测量铜时，以往测量的是含量较多的cu63。在本实施例中的使用了以往的辉光放电系统的质谱分析中，cu63的峰值高度为1.0×10^-9a。

另一方面，在使用了本发明的辉光放电系统的质谱分析中，若测量cu63则其峰值过高，因此为了保护检测器，测量了含量较少的cu65，峰值高度为1.1×10^-9a，换算为cu63是2.5×10^-9a，其为使用了以往的辉光放电系统的情况下的cu63的峰值高度的2倍以上。在图4和图5中示出了分别获得的cu65和cu63的分析图表。