JP2000030657A - Appearance mass analyzing method - Google Patents

Appearance mass analyzing method

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JP2000030657A
JP2000030657A JP10197302A JP19730298A JP2000030657A JP 2000030657 A JP2000030657 A JP 2000030657A JP 10197302 A JP10197302 A JP 10197302A JP 19730298 A JP19730298 A JP 19730298A JP 2000030657 A JP2000030657 A JP 2000030657A
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Japan
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ion current
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ionization
neutral
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Megumi Nakamura
恵 中村
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Anelva Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To automatically decide optimum ionization energy with ease by second order differentiating an ion current obtained from scanning ionization electron energy, comparing a maximum value of the differential signal with a set value, and setting ionization energy for a neural radical. SOLUTION: In an appearance mass analyzer meter 11, ionization energy scanning on an ion source 12, in which gas and neutral radials are mixed in plasma, is carried out by means of an electron energy scanning circuit 35. A predetermined mass ion current provided in this way is fed to a second order differentiating circuit 32 via an amplifier 31 so that an ion current is second order differentiated. In this way, a second order differential signal having two maximum peaks in response to the raise in an ion current signal is provided. These maximum peaks are respectively compared with a set value by means of comparators 33, 33a, and a point, in which the maximum peak exceeds the set value, is detected. On the basis of this detection value, energy in the middle of both detection values is outputted as an optimum ionization energy value in a neutral radical measurement time to the energy scanning circuit 35 by means of a signal processing unit 34.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、中性ラジカルを測
定するに際し、プラズマがONの状態での掃引のみによ
り、自動的に最適イオン化エネルギーを決めることがで
きるようにした出現質量分析方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an appearance mass spectrometry which can automatically determine an optimum ionization energy only by sweeping when a plasma is ON when measuring a neutral radical.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来知られている出現質量分析方法と
は、中性ラジカルのイオン化出現エネルギーと、ガス分
子の解離イオン化出現エネルギーの差を利用して、中性
ラジカルを測定する方法である。
2. Description of the Related Art A conventionally known appearance mass spectrometry method is a method for measuring neutral radicals by utilizing the difference between the ionization appearance energy of neutral radicals and the dissociation ionization appearance energy of gas molecules.

【0003】即ち、質量分析計でイオン源の電子ビーム
エネルギーとして、中性ラジカルはイオン化することが
できるが、ガス分子は解離イオン化することができない
ような適当なエネルギーに設定し、中性ラジカルのみを
イオン化して測定する方法である。
[0003] That is, a neutral energy can be set as an electron beam energy of an ion source in a mass spectrometer so that neutral radicals can be ionized but gas molecules cannot be dissociated and ionized. Is a method of ionizing and measuring.

【0004】その一例を図3で説明すると、ドライエッ
チング装置やCVD装置など中性ラジカルの発生装置2
にオリフィス4を介して質量分析計11が取り付けられ
ている。前記装置内には中性ラジカルとガス分子が混在
しており、この中性ラジカルを含んだガスは差動排気系
によってオリフィス4を介して質量分析計11に導入さ
れ、イオン源12で電子ビームによりイオン化が行われ
る。イオンはQポール13で所定質量のものだけを通過
させることによって質量分析が行われ、二次電子増倍器
14に到達した所定質量数のイオン電流強度が信号とし
て出力され、コンピュータ16で信号処理が行なわれ
る。図3中1はガスライン、3は排気口である。
FIG. 3 shows an example of such a case. A neutral radical generator 2 such as a dry etching apparatus or a CVD apparatus can be used.
, A mass spectrometer 11 is attached via an orifice 4. Neutral radicals and gas molecules are mixed in the apparatus. The gas containing the neutral radicals is introduced into the mass spectrometer 11 through the orifice 4 by a differential pumping system, Causes ionization. Mass analysis is performed by passing only ions of a predetermined mass through the Q pole 13, and the ion current intensity of the predetermined mass number that has reached the secondary electron multiplier 14 is output as a signal. Is performed. In FIG. 3, 1 is a gas line, and 3 is an exhaust port.

【0005】図4は質量分析計のイオン源の一例を示す
図である。イオン源においては、フィラメント22から
照射された電子ビームによりイオン化室23の中でガス
分子や中性ラジカルがイオン化され、その後イオンレン
ズ25で収束されてQポール13に入射する。イオン化
を行う電子ビームのエネルギーは、バイアス電源24の
電圧を可変することにより適宜な値に設定される。
FIG. 4 is a diagram showing an example of an ion source of a mass spectrometer. In the ion source, gas molecules and neutral radicals are ionized in the ionization chamber 23 by the electron beam emitted from the filament 22, and then converged by the ion lens 25 and enter the Q pole 13. The energy of the electron beam for ionization is set to an appropriate value by changing the voltage of the bias power supply 24.

【0006】図5は、前記質量分析計で、イオン化を行
う電子ビームのエネルギーを掃引した場合に、出力イオ
ン電流の強度が変化するさまを表すデータの一例であ
る。この例ではC4 8 ガスによるプラズマの測定例
で、CF3 の中性粒子およびラジカルが測定されてい
る例である。横軸はイオン化を行う電子ビームエネルギ
ーであり、縦軸は出力イオン電流値である。このグラフ
において、▲印のプロットは、中性ラジカルを発生させ
ていない状態、すなわち、プラズマを立てていない状態
でガス分子のみのイオン電流値を示したもので、イオン
電流値が立ち上がる部分のプロットを直線で結び、横軸
と交わった点がガス分子の解離イオン化出現エネルギー
(Em )である。一方、●印のプロットは、ガス分子
と中性ラジカルが混在している状態のイオン電流値を示
したもので、同じくイオン電流値が立ち上がる部分のプ
ロットを直線で結び、横軸と交わった点が中性ラジカル
のイオン化出現エネルギー(Er )である。
FIG. 5 shows an example of data indicating how the intensity of an output ion current changes when the energy of an electron beam for ionization is swept by the mass spectrometer. In this example, plasma is measured using C 4 F 8 gas, and neutral particles and radicals of CF 3 are measured. The horizontal axis is the electron beam energy for ionization, and the vertical axis is the output ion current value. In this graph, the plot marked with ▲ shows the ion current value of only gas molecules in a state where neutral radicals are not generated, that is, in a state where plasma is not turned on. Are connected by a straight line, and the point crossing the horizontal axis is the dissociation ionization appearance energy (E m ) of the gas molecule. On the other hand, the plots marked with ● show the ion current values when gas molecules and neutral radicals are mixed, and the plots where the ion current values rise are also connected by straight lines and intersected with the horizontal axis. Is the ionization appearance energy (E r ) of the neutral radical.

【0007】中性ラジカルを測定するにあたり、イオン
化を行う電子ビームを、中性ラジカルはイオン化するこ
とができるが、ガス分子を解離イオン化することができ
ない程度のエネルギーに設定する。即ち、図5で言う
と、Er とEm の間の適宜な値(Eb )に手動で
設定する必要があった。
In measuring neutral radicals, the electron beam for ionization is set to an energy that can ionize neutral radicals but cannot dissociate ionize gas molecules. That is, in terms of the FIG. 5, it is necessary to manually set to an appropriate value (E b) between E r and E m.

【0008】[0008]

【発明により解決しようとする課題】しかしながら、前
記の従来の方法は、測定するガス種毎に、プラズマがO
N及びOFFの状態で各一回ずつイオン化エネルギーの
掃引を行ってグラフを作成しなければならないという煩
雑さが有った。通常数種類のガス種に対するラジカルを
測定するので、それぞれのガス種に対して、前記の操作
を繰り返す必要が有り、測定の効率が著しく損なわれて
いた。さらに、出現エネルギーは分析計のイオン源電極
の汚れ等の条件でも変化するために、その都度、最適イ
オン化エネルギーを設定する必要が有り、測定の効率化
の観点から簡便な測定方法と、測定の自動化が求められ
ていた。
However, according to the above-mentioned conventional method, the plasma is generated by O for each type of gas to be measured.
There is a problem that the ionization energy must be swept once for each of the N and OFF states to create a graph. Normally, radicals are measured for several types of gases, so that the above operation has to be repeated for each type of gas, and the efficiency of measurement has been significantly impaired. Furthermore, since the emergent energy changes even under conditions such as contamination of the ion source electrode of the analyzer, it is necessary to set an optimum ionization energy each time. Automation was required.

【0009】[0009]

【課題を解決する為の手段】本発明は前記欠点を解決
し、簡単な操作で自動的に中性ラジカルの最適イオン化
エネルギーを求めるために、プラズマが立っていてガス
とラジカルの両者が存在する状態でイオン化電子ビーム
エネルギーを掃引し、観測したイオン電流値を二階微分
し、該二階微分の最初の極大値があらかじめプログラム
した一つ目の設定値を超えた点の電子ビームエネルギー
と、同様に前記二階微分の次の極大値があらかじめプロ
グラムした2つ目の設定値を超えた点の電子ビームエネ
ルギーとの間に、中性ラジカルの最適イオン化エネルギ
ーを設定するように構成している。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned drawbacks, and in order to automatically obtain the optimum ionization energy of neutral radicals by a simple operation, a plasma is formed and both gases and radicals are present. In the state, the ionized electron beam energy is swept, the observed ion current value is second-order differentiated, and the electron beam energy at the point where the first maximum value of the second-order differentiation exceeds the first programmed value set in advance, The optimum ionization energy of the neutral radical is set between the electron beam energy at the point where the next maximum value of the second derivative exceeds the second set value programmed in advance.

【0010】従って、本発明によれば従来プラズマをO
FFした状態で一旦掃引を行い、さらにプラズマをON
した状態で再度掃引を行って、それぞれのデータからグ
ラフを作成して最適イオン化エネルギーを求めていた複
雑な方法が改善され、プラズマがONの状態での掃引の
みで、自動的に最適イオン化エネルギーを決めることが
できるようになり、簡便な測定方法と、測定の自動化を
達成したのである。
Therefore, according to the present invention, the conventional plasma is
Sweep once with FF, then turn on plasma
The complicated method of performing the sweep again in the state where it was done and creating a graph from each data to obtain the optimum ionization energy has been improved, and the optimum ionization energy is automatically obtained only by the sweep when the plasma is ON. The decision was made, and a simple measurement method and automated measurement were achieved.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明は、ガスとラジカルの両者
が存在する状態でイオン化電子ビームエネルギーを掃引
し、観測したイオン電流値を二階微分し、該二階微分の
最初の極大値があらかじめプログラムした一つ目の設定
値を超えた点の電子ビームエネルギーと、前記二階微分
の次の極大値があらかじめプログラムした二つ目の設定
値を超えた点の電子ビームエネルギーとの間に、中性ラ
ジカルの最適イオン化エネルギーを設定する出現質量分
析方法である。従って本発明によれば、対象ガス毎の電
子ビームエネルギーを求めることなく、二階微分と設定
値との比較により、簡便かつ自動的に最適イオン化エネ
ルギーを得ることができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention sweeps ionized electron beam energy in the presence of both gas and radical, performs second-order differentiation on the observed ion current value, and stores the first maximum value of the second-order differentiation in advance in a program. Between the electron beam energy at a point exceeding the first set value and the electron beam energy at a point at which the next maximum value of the second derivative exceeds the second set value programmed in advance. This is an appearance mass spectrometry method for setting the optimum ionization energy of radicals. Therefore, according to the present invention, the optimum ionization energy can be simply and automatically obtained by comparing the second derivative with the set value without obtaining the electron beam energy for each target gas.

【0012】[0012]

【実施例1】図1(a)は本発明の実施例中質量分析計
の制御装置の一実施例を示す。即ち出現質量分析計11
で分析された所定質量のイオン電流は、増幅器31を経
て二階微分回路32で二階微分が行われる。この二階微
分信号を図2に示すようにイオン電流信号51の二つの
立ち上がりに対応して二つの極大ピーク52、55を有
するような形をしている。この二階微分信号は、比較器
33および比較器33aであらかじめプログラムされた
設定値1および設定値2と比較され比較結果が最適イオ
ン化エネルギー判定の信号処理回路34に送られる。こ
の信号処理回路34では、比較器33及び比較器33a
からの信号の前後関係を判断し、図2に示す二階微分波
形の一番目の極大ピーク52が設定値1を超えた点53
と、二番目の極大ピーク55が設定値2を超えた点54
を検出し、両者の中間のエネルギーを中性ラジカル測定
時の最適イオン化エネルギー設定値として電子ビームエ
ネルギーの掃引回路35に出力する。
Embodiment 1 FIG. 1A shows an embodiment of a control device for a mass spectrometer in an embodiment of the present invention. That is, the appearance mass spectrometer 11
The ion current of a predetermined mass analyzed in the above is subjected to a second-order differentiation by a second-order differentiating circuit 32 through an amplifier 31. As shown in FIG. 2, the second derivative signal has a shape having two maximum peaks 52 and 55 corresponding to two rising edges of the ion current signal 51. The second-order differential signal is compared with the preset values 1 and 2 programmed in advance by the comparators 33 and 33a, and the comparison result is sent to the signal processing circuit 34 for determining the optimum ionization energy. In this signal processing circuit 34, the comparator 33 and the comparator 33a
Is determined, and the point 53 where the first maximum peak 52 of the second-order differential waveform shown in FIG.
And the point 54 where the second maximum peak 55 exceeds the set value 2.
Is detected, and the intermediate energy between the two is output to the electron beam energy sweep circuit 35 as the optimum ionization energy set value at the time of neutral radical measurement.

【0013】このように構成された質量分析計と制御回
路において、中性ラジカルとガスが混在するプラズマ装
置に接続した状態で、電子ビームエネルギーの掃引回路
35のように低いエネルギーから順次電子ビームエネル
ギーを変化させると、前記の制御回路の動作によって自
動的に中性ラジカルをイオン化する最適イオン化エネル
ギーが決定され、掃引回路はこの情報を基にその後の測
定においてはこの最適イオン化エネルギーにイオン源の
バイアスを固定する。そこで測定するガス種が変わった
場合や、その他の条件が変化して最適イオン化エネルギ
ーの設定値を変える場合には、再度掃引を行えば、全く
同様にして最適イオン化エネルギーに設定することがで
きる。
In the mass spectrometer and the control circuit configured as described above, the electron beam energy is sequentially reduced from the low energy as in the electron beam energy sweep circuit 35 in a state of being connected to the plasma device in which neutral radicals and gas are mixed. When the control voltage is changed, the optimum ionization energy for automatically ionizing neutral radicals is determined by the operation of the control circuit. Based on this information, the sweep circuit uses the bias of the ion source for this optimum ionization energy in the subsequent measurement. Is fixed. Therefore, when the type of gas to be measured is changed, or when other conditions change to change the set value of the optimum ionization energy, if the sweep is performed again, the optimum ionization energy can be set in exactly the same manner.

【0014】[0014]

【実施例2】図1(b)は、図1(a)の二階微分回路
32の手前に波形記憶装置40と平均演算装置41を挿
入したもう一つの実施例を示す。この実施例において
は、二階微分とピークの判断はリアルタイムには行わな
い。ノイズ成分を取り除くために電子ビームエネルギー
の掃引が複数回実施され、イオン電流の波形は一旦波形
記憶装置40に貯えられ、所定回数の掃引が終了した後
に平均演算装置41によってノイズ分が平均化除去され
平滑化された形で二階微分回路32に送られる。この実
施例によれば、イオン電流の出力にノイズが多く、最適
イオン化エネルギーの自動設定に誤動作を生じ易い場合
でも、正確な動作を期待することができる。
Embodiment 2 FIG. 1B shows another embodiment in which a waveform storage device 40 and an averaging device 41 are inserted before the second-order differentiating circuit 32 of FIG. 1A. In this embodiment, the determination of the second derivative and the peak is not performed in real time. Sweep of the electron beam energy is performed a plurality of times to remove noise components, and the waveform of the ion current is temporarily stored in the waveform storage device 40, and after the predetermined number of sweeps is completed, the noise is averaged and removed by the averaging device 41. The signal is sent to the second-order differentiating circuit 32 in a smoothed form. According to this embodiment, an accurate operation can be expected even when the output of the ion current has a lot of noise and a malfunction easily occurs in the automatic setting of the optimum ionization energy.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明によれば、質量分析計で中性ラジ
カルを測定するにあたり、中性ラジカルのイオン化を行
う電子ビームエネルギーを、中性ラジカルを測定するの
に適した値に簡便に自動設定することができる。
According to the present invention, when measuring a neutral radical with a mass spectrometer, the electron beam energy for ionizing the neutral radical can be easily and automatically adjusted to a value suitable for measuring the neutral radical. Can be set.

【0016】また本発明によれば、分析時間を著しく短
縮することができる。例えば従来は手動測定と、データ
整理に1時間20分位必要としたが、本発明は約5分位
で自動測定することができる効果がある。
According to the present invention, the analysis time can be significantly reduced. For example, in the past, it took about 1 hour and 20 minutes for manual measurement and data reduction, but the present invention has an effect that automatic measurement can be performed in about 5 minutes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)本発明の一実施例を示す概念図。 (b)同じく他の実施例の一部(前記(a)の改良部
分)を示す概念図。
FIG. 1A is a conceptual diagram showing one embodiment of the present invention. (B) A conceptual diagram showing a part of another embodiment (an improved part of (a)).

【図2】同じくイオン電流信号とその二階微分信号の例
を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing an example of an ion current signal and its second derivative signal.

【図3】従来知られていた中性ラジカルの質量分析の全
体構成を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of a conventionally known neutral radical mass spectrometer.

【図4】同じく質量分析計のイオン源を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an ion source of the mass spectrometer.

【図5】同じく中性ラジカルの最適イオン化エネルギー
を求めるために、従来用いられていたグラフ。
FIG. 5 is a graph conventionally used to determine the optimum ionization energy of a neutral radical.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガスライン 2 中性ラジカルの発生装置 3 装置の排気口 4 オリフィス 11 質量分析計 12 イオン源 13 Qポール 14 二次電子増倍器 15 差動排気系の排気口 16 コンピュータ 21 電流源 22 フィラメント 23 イオン化室 24 バイアス電源 25 イオンレンズ 31 増幅器 32 二階微分回路 33 比較器 34 信号処理装置 35 電子エネルギー掃引回路 36 電子エネルギーバイアス信号 37 最適エネルギー設定信号 40 波形記憶装置 41 平均演算装置 51 イオン電流信号グラフ 53 設定値1を越えた点 52、55 極大ピーク 54 設定値2を越えた点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas line 2 Neutral radical generator 3 Device exhaust port 4 Orifice 11 Mass spectrometer 12 Ion source 13 Q pole 14 Secondary electron multiplier 15 Differential exhaust system exhaust port 16 Computer 21 Current source 22 Filament 23 Ionization chamber 24 bias power supply 25 ion lens 31 amplifier 32 second-order differentiation circuit 33 comparator 34 signal processing device 35 electron energy sweep circuit 36 electron energy bias signal 37 optimum energy setting signal 40 waveform storage device 41 average calculation device 51 ion current signal graph 53 Point beyond set value 52, 55 Maximum peak 54 Point beyond set value 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 質量分析計を用いて中性ラジカルを測定
する出現質量分析方法において、ガスとラジカルの両者
が存在する状態でイオン化電子エネルギーを掃引し、観
測したイオン電流値を二階微分し、該二階微分の最初の
極大値が、あらかじめプログラムした一つ目の設定値を
越えた点の電子ビームエネルギーと、前記二階微分の次
の極大値があらかじめプログラムした二つ目の設定値を
越えた点の電子ビームエネルギーとの間に、中性ラジカ
ルの最適イオン化エネルギーを設定することを特徴とし
た出現質量分析方法。
In an appearance mass spectrometry method for measuring a neutral radical using a mass spectrometer, ionized electron energy is swept in a state where both gas and radical are present, and the observed ion current value is second-order differentiated, The electron beam energy at the point where the first maximum value of the second derivative exceeds the first programmed value, and the next maximum value of the second derivative exceeds the second programmed value. An appearance mass spectrometric method characterized in that an optimum ionization energy of a neutral radical is set between a point and an electron beam energy of a point.
JP10197302A 1998-07-13 1998-07-13 Appearance mass analyzing method Pending JP2000030657A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008543009A (en) * 2005-06-03 2008-11-27 マイクロマス ユーケー リミテッド Mass spectrometer
CN102621170A (en) * 2012-03-09 2012-08-01 湖北方圆环保科技有限公司 Method for automatically determining measurement time in detection of energy spectrometer
JP2013211123A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Panasonic Corp Battery

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