JP2017107817A - Quadrupole mass spectrometer and method for analyzing residual gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、四重極型質量分析計に関するものである。 The present invention relates to a quadrupole mass spectrometer.
四重極型質量分析計では、中性粒子等の無電荷粒子がイオンと共に四重極部を通過して、検出器に衝突することで、電子が放出されノイズが発生するという問題がある。 In the quadrupole mass spectrometer, there is a problem that uncharged particles such as neutral particles pass through the quadrupole portion together with ions and collide with the detector, whereby electrons are emitted and noise is generated.
従来、特許文献１に示すように、検出器の四重極部の中心軸が通過する部分に中性粒子等の無電荷粒子を通過させるための貫通孔を形成し、中性粒子等の無電荷粒子は貫通孔を通過させ、イオンのみを電場によって検出器に向けて曲げることで、ノイズの発生を抑えるように構成されたものが考えられている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, a through-hole for allowing uncharged particles such as neutral particles to pass through is formed in a portion through which the central axis of the quadrupole portion of the detector passes, and neutral particles and the like are not present. It is considered that the charged particles pass through the through-hole, and only the ions are bent toward the detector by an electric field to suppress the generation of noise.
しかしながら、このような構成では、イオンを検出器に向かわせるための電場が四重極部の中心軸に対して回転対称に形成されるので、中心軸近傍の電場の等高線が中心軸に対して垂直に近くなり、イオンを大きく曲げることができない。したがって、イオンの多くが中心軸上にある貫通孔を通過してしまい、思ったほど測定精度を向上できないという問題がある。 However, in such a configuration, since the electric field for directing ions to the detector is formed rotationally symmetrical with respect to the central axis of the quadrupole part, the contour lines of the electric field near the central axis are with respect to the central axis. Nearly vertical, ions cannot be bent greatly. Therefore, many ions pass through the through hole on the central axis, and there is a problem that the measurement accuracy cannot be improved as expected.
本発明は上記の問題を解決すべくなされたものであり、中性粒子等の無電荷粒子を通過させてノイズを減らしながら、イオンのみをより効率良く検出器に導き検出すべく図ったものである。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and is intended to efficiently detect only ions to the detector while reducing noise by passing uncharged particles such as neutral particles. is there.
本発明に係る四重極型質量分析計は、試料をイオン化するイオン源と、前記イオン源で発生したイオンが入口から入り内部を通過して出口へと出る四重極部と、前記四重極部の出口から引き出されたイオンを検出する検出器とを具備した四重極型質量分析計において、前記四重極部の入口と出口を通る中心軸上に粒子通過空間が形成され、前記粒子通過空間の周囲に検出器が設けられ、前記検出器にイオンが向かうように、前記中心軸に対して回転非対称な電場又は磁場が形成されていることを特徴とするものである。 A quadrupole mass spectrometer according to the present invention includes an ion source that ionizes a sample, a quadrupole part in which ions generated from the ion source enter from an inlet, pass through the inside, and exit to the outlet, and the quadrupole In a quadrupole mass spectrometer comprising a detector for detecting ions extracted from the outlet of the pole part, a particle passage space is formed on a central axis passing through the inlet and outlet of the quadrupole part, and A detector is provided around the particle passage space, and an electric field or a magnetic field that is rotationally asymmetric with respect to the central axis is formed so that ions are directed to the detector.
このような四重極型質量分析計によれば、中性粒子等の無電荷粒子は前記粒子通過空間を通過するが、前記回転非対称な電場又は磁場によって、イオンが前記粒子通過空間を通過することを防ぐことができるので、中性粒子等の無電荷粒子によるノイズを低減しながらイオンのみをより効率良く検出器に導いて検出することができる。 According to such a quadrupole mass spectrometer, uncharged particles such as neutral particles pass through the particle passage space, but ions pass through the particle passage space by the rotationally asymmetric electric field or magnetic field. Since this can be prevented, only ions can be more efficiently guided to the detector and detected while reducing noise caused by uncharged particles such as neutral particles.
前記検出器が、前記粒子通過空間を形成する貫通孔が中心に設けられたマイクロチャネルプレート検出器であり、前記検出器とは別に前記電場又は磁場を形成する電場形成部材が設けられていることを特徴とする四重極型質量分析計であれば、マイクロチャネルプレート検出器とは別に配置された電場形成部材に電圧を印加して回転非対称な電場又は磁場を形成することができるので、高価なマイクロチャネルプレート検出器を複数用意することなく、イオンを効率よく検出することができる。 The detector is a microchannel plate detector provided with a through-hole forming the particle passage space in the center, and an electric field forming member for forming the electric field or magnetic field is provided separately from the detector. If the quadrupole mass spectrometer is characterized by the above, it is possible to form a rotationally asymmetric electric field or magnetic field by applying a voltage to an electric field forming member arranged separately from the microchannel plate detector. Ions can be efficiently detected without preparing a plurality of microchannel plate detectors.
マイクロチャネルプレートの表面はイオンを検出している間にイオンの付着等により汚れが溜まるので、所定の期間使用する度に校正や交換の必要がある。 Since the surface of the microchannel plate accumulates dirt due to the adhesion of ions during the detection of ions, it needs to be calibrated and replaced every time it is used for a predetermined period.
前記電場形成部材が複数設けられており、いずれかの電場形成部材に電圧を印加することによって前記電場又は磁場を変化させることができるように構成されたことを特徴とする四重極型質量分析計であれば、マイクロチャネルプレートの校正を行う際には、前記電場又は磁場を変化させて前記マイクロチャネルプレートのイオン検出面として使用していない部分で標準試料のイオンを検出することで、マイクロチャネルプレートの校正をすることができる。 A plurality of the electric field forming members are provided, and the electric field or the magnetic field can be changed by applying a voltage to any one of the electric field forming members. If the microchannel plate is calibrated, the microchannel plate can be calibrated by changing the electric field or magnetic field and detecting ions in the standard sample at a portion not used as the ion detection surface of the microchannel plate. The channel plate can be calibrated.
また、前記電場又は磁場を変化させて前記マイクロチャネルプレートのイオン検出面として使用していない部分を新たなイオン検出面とすることで、マイクロチャネルプレートの交換頻度を抑えることができる。 In addition, by changing the electric field or the magnetic field so that a portion that is not used as an ion detection surface of the microchannel plate becomes a new ion detection surface, the replacement frequency of the microchannel plate can be suppressed.
前記粒子通過空間の周囲に複数の検出器が設けられており、各イオン検出器に独立して電圧を印加して、前記回転非対称な電場又は磁場を形成できるように構成されたことを特徴とする四重極型質量分析計であれば、前記電場形成部材を用いることなく前記回転非対称な電場又は磁場を形成することができ、また各検出器が独立しているので、マイクロチャネルプレートの校正や交換が必要な場合にも、検出器単位で校正や交換を行うことができる。 A plurality of detectors are provided around the particle passage space, and a voltage is independently applied to each ion detector to form the rotationally asymmetric electric or magnetic field. The quadrupole mass spectrometer can form the rotationally asymmetric electric field or magnetic field without using the electric field forming member, and each detector is independent. Even when replacement is required, calibration and replacement can be performed in units of detectors.
前記検出器のイオン検出面が前記四重極部に向いて配置されていることを特徴とする四重極型質量分析計であれば、検出器に電場又は磁場を形成してイオンのみをイオン検出面に向けて導いて検出する際に、イオンを大きく曲げる必要がなく、電場又は磁場によってうまく曲がらずイオン検出面に向かわないイオンを減らすことができるので、イオンを効率よく検出することができる。 If the quadrupole mass spectrometer is characterized in that the ion detection surface of the detector is arranged facing the quadrupole part, an electric field or a magnetic field is formed in the detector to ionize only ions. When detecting by guiding toward the detection surface, it is not necessary to bend the ions greatly, and the number of ions that do not bend well by the electric or magnetic field and do not go to the ion detection surface can be reduced, so that ions can be detected efficiently. .
マイクロチャネルプレートは、真空度が低く、四重極部を通過するイオンが多い状態で使用すると、増幅された電子が出力限界を超えてしまい検出感度の直線性が低下したり、イオン検出面への汚れの付着が加速することにより寿命が短くなってしまう恐れがある。 When the microchannel plate is used in a state where the degree of vacuum is low and there are many ions passing through the quadrupole part, the amplified electrons exceed the output limit, and the linearity of the detection sensitivity decreases, or the ion detection surface Acceleration of the adhesion of dirt may shorten the service life.
前記中心軸上に配置されたファラデーカップを具備することを特徴とする四重極型質量分析計であれば、検出器としてマイクロチャネルプレート検出器とファラデーカップを備えているので、試料の濃度が高く四重極部を通過するイオンが多い環境では、ファラデーカップを使うことができる。 A quadrupole mass spectrometer having a Faraday cup arranged on the central axis has a microchannel plate detector and a Faraday cup as detectors, so that the concentration of the sample is Faraday cups can be used in environments where there are many high ions passing through the quadrupole.
また、試料の濃度が低く四重極部を通過するイオンが少ない環境では、マイクロチャネルプレート検出器によって高い感度で検出できるので、分析できる試料濃度の範囲をマイクロチャネルプレート検出器だけの時に比べて広げることができる。 In an environment where the concentration of the sample is low and the number of ions passing through the quadrupole is small, the microchannel plate detector can detect the sample with high sensitivity. Therefore, the range of sample concentrations that can be analyzed is compared to that of the microchannel plate detector alone. Can be spread.
検出器からの出力値に基づいてイオン検出方法をマイクロチャネルプレート検出器とファラデーカップの間で切り替える切り替え制御部を具備することを特徴とする四重極型質量分析計であれば、試料の濃度によってイオン検出方法をマイクロチャネルプレート検出器とファラデーカップの間で自動で切り替えることができるので、試料濃度を監視して、試料濃度によって検出器を手動で切り替える手間を省いて、広い範囲の試料濃度にわたって、試料濃度に適した検出器で感度よく質量分析をすることができる。 A quadrupole mass spectrometer comprising a switching control unit that switches an ion detection method between a microchannel plate detector and a Faraday cup based on an output value from a detector. Since the ion detection method can be automatically switched between the microchannel plate detector and the Faraday cup, the sample concentration can be monitored and the trouble of manually switching the detector depending on the sample concentration can be saved. In addition, mass spectrometry can be performed with high sensitivity using a detector suitable for the sample concentration.
また、試料濃度に適した検出器を使用することができるので、マイクロチャネルプレートの寿命が短くなることによるメンテナンスの手間やコストを省くことができる。 In addition, since a detector suitable for the sample concentration can be used, the labor and cost of maintenance due to the shortened life of the microchannel plate can be saved.
本発明に係る四重極型質量分析計を真空チャンバ内の残留ガス分析方法に使用すれば、広い濃度範囲にわたって効率良く残留ガスを分析することができる。 If the quadrupole mass spectrometer according to the present invention is used for the residual gas analysis method in the vacuum chamber, the residual gas can be analyzed efficiently over a wide concentration range.
本発明に係る四重極型質量分析計によれば、中性粒子等の無電荷粒子は前記粒子通過空間を通過するが、前記回転非対称な電場又は磁場によって、イオンが前記粒子通過空間を通過することを防ぐことができるので、中性粒子等の無電荷粒子によるノイズを低減しながらイオンのみをより効率良くイオン検出面に導いて検出することができる。 According to the quadrupole mass spectrometer of the present invention, uncharged particles such as neutral particles pass through the particle passage space, but ions pass through the particle passage space by the rotationally asymmetric electric field or magnetic field. Therefore, only ions can be guided to the ion detection surface more efficiently and detected while reducing noise caused by uncharged particles such as neutral particles.
以下に、本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る四重極型質量分析計は、例えば、半導体プロセスチャンバＶＣ等の真空チャンバＶＣに取り付けられて、チャンバＶＣ内の残留ガスを分析する四重極型質量分析計ＱＭＳに用いられるものである。 The quadrupole mass spectrometer according to the present embodiment is attached to a vacuum chamber VC such as a semiconductor process chamber VC and used for a quadrupole mass spectrometer QMS that analyzes residual gas in the chamber VC. Is.
この四重極型質量分析計ＱＭＳは、ケーシング１と、ケーシング１の内部に収容されたセンサ部２およびデータ処理回路３とを具備するものである。 This quadrupole mass spectrometer QMS includes a casing 1, a sensor unit 2 and a data processing circuit 3 accommodated in the casing 1.
前記ケーシング１は、図１に示すように、その先端面がチャンバＶＣの内部に配置されるように取り付けられて前記センサ部２を収容する第１カバー１１と、チャンバＶＣに取り付けられて前記データ処理回路３を収容する第２カバー１２とを具備する。 As shown in FIG. 1, the casing 1 is attached so that a front end surface thereof is disposed inside the chamber VC, and a first cover 11 that houses the sensor unit 2, and is attached to the chamber VC and the data And a second cover 12 that accommodates the processing circuit 3.
チャンバＶＣ内に配置された前記第１カバー１１の前記先端面には、チャンバＶＣ内のガスを前記センサ部２内に導入するためのガス導入口１１１が設けられている。 A gas inlet 111 for introducing the gas in the chamber VC into the sensor unit 2 is provided on the distal end surface of the first cover 11 disposed in the chamber VC.
前記センサ部２は、図２に示すように、前記ガス導入口１１１から導入された試料ガスを電子衝突によりイオン化するイオン源２１と、イオン源２１で発生したイオンを引き出して加速、収束させるイオン引き出し電極２２と、イオン引き出し電極２２によって加速、収束されたイオンを４本の円柱状の電極により発生する高周波電場によって電荷対質量比に応じて分離する四重極部２３と、四重極部２３で分離されたイオンを検出し、その電流値をデータ処理回路３に出力する検出部２４とを具備する。なお、符号Ａは、四重極部からイオンを引き出すイオン引き出し電極である。 As shown in FIG. 2, the sensor unit 2 includes an ion source 21 that ionizes the sample gas introduced from the gas inlet 111 by electron collision, and ions that extract and accelerate and converge ions generated by the ion source 21. An extraction electrode 22, a quadrupole portion 23 for separating ions accelerated and converged by the ion extraction electrode 22 according to a charge-to-mass ratio by a high-frequency electric field generated by four cylindrical electrodes, and a quadrupole portion And a detection unit 24 that detects the ions separated at 23 and outputs the current value to the data processing circuit 3. Reference symbol A denotes an ion extraction electrode that extracts ions from the quadrupole portion.
前記検出部２４は、図３に示すように、負の電圧が印加されて電場を形成する湾曲した短冊状の導電性部材である第１電場形成部材２４Ｅ１及び第２電場形成部材２４Ｅ２と、前記四重極部２３の入口と出口を通る中心軸Ｃに沿って直径がおよそ２．５ｍｍの円形の貫通孔２４１Ｈが形成された厚みがおよそ２ｍｍで直径がおよそ９ｍｍのドーナツ型のマイクロチャネルプレート検出器２４１と、前記中心軸Ｃ上にその開口を前記四重極部２３に向けて配置された円筒状のファラデーカップ２４２とを具備する。なお、図３においては四重極部からイオンを引き出すイオン引き出し電極については省略してある。 As shown in FIG. 3, the detection unit 24 includes a first electric field forming member 24E1 and a second electric field forming member 24E2 which are curved strip-shaped conductive members to which a negative voltage is applied to form an electric field. Detection of a donut-shaped microchannel plate having a thickness of about 2 mm and a diameter of about 9 mm in which a circular through-hole 241H having a diameter of about 2.5 mm is formed along the central axis C passing through the inlet and outlet of the quadrupole portion 23 And a cylindrical Faraday cup 242 having an opening on the central axis C with the opening facing the quadrupole portion 23. In FIG. 3, an ion extraction electrode for extracting ions from the quadrupole portion is omitted.
前記第１電場形成部材２４Ｅ１と第２電場形成部材２４Ｅ２は、図４に示すように、前記中心軸Ｃ上を避けるように、前記マイクロチャネルプレート検出器２４１のイオン検出面２４１Ｓの前記四重極部２３側で、前記イオン検出面２４１Ｓから所定の距離だけ離間した位置に配置されている。 As shown in FIG. 4, the first electric field forming member 24E1 and the second electric field forming member 24E2 are arranged on the quadrupole of the ion detection surface 241S of the microchannel plate detector 241 so as to avoid the center axis C. On the part 23 side, it is arranged at a position separated from the ion detection surface 241S by a predetermined distance.
これらの第１電場形成部材２４Ｅ１と第２電場形成部材２４Ｅ２は、前記中心軸Ｃを挟んで対称に配置されており、前記第２カバー１２内に内蔵された電圧源Ｖ１及びＶ２が接続されて、それぞれに独立した電圧を印加することができるように構成されている。 The first electric field forming member 24E1 and the second electric field forming member 24E2 are arranged symmetrically with respect to the central axis C, and the voltage sources V1 and V2 built in the second cover 12 are connected to each other. , Each voltage can be applied independently.
前記マイクロチャネルプレート検出器２４１は、前記イオン検出面２４１Ｓが前記四重極部２３の出口に正対するように配置されており、中心に前記貫通孔２４１Ｈが形成されイオン検出面２４１Ｓとして機能する厚みがおよそ０．５ｍｍの円盤状のマイクロチャネルプレート２４１Ｐと、マイクロチャネルプレート２４１Ｐから放出された二次電子を検出するプレート状のアノード電極２４１Ａと、同じく中心に前記貫通孔２４１Ｈが形成されたドーナツ型のセラミックベース２４１Ｂとを具備する。 The microchannel plate detector 241 is disposed so that the ion detection surface 241S faces the outlet of the quadrupole part 23, and has a thickness that functions as the ion detection surface 241S with the through hole 241H formed in the center. Is a disk-shaped microchannel plate 241P having a diameter of about 0.5 mm, a plate-shaped anode electrode 241A for detecting secondary electrons emitted from the microchannel plate 241P, and a donut shape having the through-hole 241H formed in the center. And a ceramic base 241B.
マイクロチャネルプレート２４１Ｐは、厚み方向に貫通する、およそ直径１０μｍの、例えば、高鉛ガラスで形成されたガラスチューブが多数束ねられたものであり、これらのガラスチューブはマイクロチャネルプレート２４１Ｐの厚み方向に対しておよそ１０度傾けた状態で取り付けられている。 The microchannel plate 241P is a bundle of a large number of glass tubes made of, for example, high-lead glass having a diameter of about 10 μm that penetrates in the thickness direction. These glass tubes are arranged in the thickness direction of the microchannel plate 241P. It is attached in a state tilted about 10 degrees.
さらに、前記マイクロチャネルプレート２４１Ｐの表面には金属電極が蒸着されており、この電極に前記第２カバー１２内に内蔵された電圧源Ｖ３が接続されて、前記マイクロチャネルプレート２４１Ｐのイオン検出面２４１Ｓには負の電圧を、二次電子を放出する側の表面には正の電圧を、それぞれ印加できるように構成されている。 Furthermore, a metal electrode is deposited on the surface of the microchannel plate 241P, and a voltage source V3 built in the second cover 12 is connected to the electrode, so that an ion detection surface 241S of the microchannel plate 241P is connected. A negative voltage can be applied to the surface, and a positive voltage can be applied to the surface emitting secondary electrons.
前記マイクロチャネルプレート２４１Ｐのイオン検出面２４１Ｓに負の電圧を印加するための接続端子は、前記イオン検出面２４１Ｓのうち、前記四重極部２３の入口側から見たときに前記四重極部２３の円柱状電極の影になっている部分に配置されている。 The connection terminal for applying a negative voltage to the ion detection surface 241S of the microchannel plate 241P is the quadrupole portion when viewed from the entrance side of the quadrupole portion 23 in the ion detection surface 241S. It is arrange | positioned in the part which is the shadow of 23 cylindrical electrodes.
前記アノード電極２４１Ａは、前記第２カバー１２内に内蔵された電圧源Ｖ４により正の電圧が印加されており、前記セラミックベース２４１Ｂの内部に保持されている。 A positive voltage is applied to the anode electrode 241A by a voltage source V4 built in the second cover 12, and the anode electrode 241A is held inside the ceramic base 241B.
前記ファラデーカップ２４２は、例えば銅からなる導電性のカップで、前記四重極部２３と前記マイクロチャネルプレート検出器２４１とファラデーカップ２４２がこの順で並ぶように配置されている。 The Faraday cup 242 is a conductive cup made of, for example, copper, and the quadrupole portion 23, the microchannel plate detector 241 and the Faraday cup 242 are arranged in this order.
前記ファラデーカップ２４２は、前記電圧源Ｖ１、Ｖ２及びＶ３によりマイクロチャネルプレート２４１Ｐ、前記第１電場形成部材２４Ｅ１及び第２電場形成部材２４Ｅ２に電圧が印加されていない時に、前記マイクロチャネルプレート検出器２４１の貫通孔２４１Ｈを通過するイオンを検出するものである。 The Faraday cup 242 includes the microchannel plate detector 241 when no voltage is applied to the microchannel plate 241P, the first electric field forming member 24E1, and the second electric field forming member 24E2 by the voltage sources V1, V2, and V3. The ions that pass through the through-hole 241H are detected.
前記データ処理回路３は、増幅器、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、ＣＰＵ、メモリ、通信ポート等を備えるものであり、前記センサ部２から出力された電流値に基づいて質量分析を行う。また必要に応じて、その分析結果を汎用コンピュータ等に送信する。 The data processing circuit 3 includes an amplifier, an A / D converter, a D / A converter, a CPU, a memory, a communication port, and the like, and performs mass spectrometry based on the current value output from the sensor unit 2. If necessary, the analysis result is transmitted to a general-purpose computer or the like.
前記データ処理回路３は、前記マイクロチャネルプレート２４１Ｐ、前記第１電場形成部材２４Ｅ１、前記第２電場形成部材２４Ｅ２及び前記アノード電極２４１Ａに電圧を印加する前記電圧源Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４として機能している。 The data processing circuit 3 functions as the voltage sources V1, V2, V3, and V4 that apply voltages to the microchannel plate 241P, the first electric field forming member 24E1, the second electric field forming member 24E2, and the anode electrode 241A. doing.
また、前記データ処理回路３は、前記マイクロチャネルプレート検出器２４１又は前記ファラデーカップ２４２から出力された電流値に基づいて、前記第１電場形成部材２４Ｅ１又は第２電場形成部材２４Ｅ２と、前記マイクロチャネルプレート２４１Ｐに電圧を印加する前記電圧源Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４に指令を出す切り替え制御部としての機能も果たしている。 Further, the data processing circuit 3 includes the first electric field forming member 24E1 or the second electric field forming member 24E2 and the microchannel based on the current value output from the microchannel plate detector 241 or the Faraday cup 242. It also functions as a switching control unit that issues commands to the voltage sources V1, V2, V3, and V4 that apply a voltage to the plate 241P.
前記データ処理回路３は、１つの装置であっても、有線または無線で互いに接続された複数の装置であっても良く、その一部として汎用コンピュータを使用するものとしても良い。 The data processing circuit 3 may be a single device or a plurality of devices connected to each other by wire or wirelessly, and a general-purpose computer may be used as a part thereof.
次に、このように構成された四重極型質量分析計の動作の一例を図４及び図５を用いて説明する。 Next, an example of the operation of the quadrupole mass spectrometer configured as described above will be described with reference to FIGS.
前記イオン源２１で発生し、前記四重極部２３を通過したイオンは、中性粒子等の無電荷粒子とともに前記中心軸Ｃに沿って検出部２４へと向かう。この時、中性粒子等の無電荷粒子は慣性運動により、前記マイクロチャネルプレート検出器２４１に形成された前記貫通孔２４１Ｈを通過し、電荷を持つイオンのみが前記回転非対称な電場によって軌道を曲げられて前記イオン検出面２４１Ｓに到達し、検出される。 Ions generated in the ion source 21 and passed through the quadrupole part 23 go to the detection part 24 along the central axis C together with uncharged particles such as neutral particles. At this time, uncharged particles such as neutral particles pass through the through-hole 241H formed in the microchannel plate detector 241 by inertial movement, and only charged ions bend the orbit by the rotationally asymmetric electric field. Then, it reaches the ion detection surface 241S and is detected.
前記回転非対称な電場が、例えば、前記第１電場形成部材２４Ｅ１に負の電圧が印加されることで形成されている場合、前記イオン検出面２４１Ｓのうち一部の面２４１Ｓ１でイオンを検出している。 For example, when the rotationally asymmetric electric field is formed by applying a negative voltage to the first electric field forming member 24E1, ions are detected on a part of the surface 241S1 of the ion detection surface 241S. Yes.
このような場合に、前記マイクロチャネルプレート２４１Ｐの校正が必要になると、前記制御部から前記電圧源Ｖ１に対して、前記第１電場形成部材２４Ｅ１に印加していた電圧を解除し、前記電圧源Ｖ２に対して、前記第２電場形成部材２４Ｅ２に電圧を印加するように指令が出される。 In such a case, when the calibration of the microchannel plate 241P becomes necessary, the voltage applied to the first electric field forming member 24E1 from the control unit to the voltage source V1 is released, and the voltage source A command is issued to apply a voltage to the second electric field forming member 24E2 with respect to V2.
前記第２電場形成部材２４Ｅ２に負の電圧が印加されると、前記電場が変更されて、イオン検出面２４１Ｓとして使用していなかった面２４１Ｓ２にイオンが導かれるようになる。 When a negative voltage is applied to the second electric field forming member 24E2, the electric field is changed and ions are guided to the surface 241S2 that is not used as the ion detection surface 241S.
このようにしてイオン検出面２４１Ｓとして使用していた面２４１Ｓ１とイオン検出として使用していなかった面２４１Ｓ２のそれぞれで同じ標準試料を検出し、これらの電流値を比較することで、イオン検出面２４１Ｓとしてしようしていた面２４１Ｓ１を校正する。 In this way, the same standard sample is detected on each of the surface 241S1 used as the ion detection surface 241S and the surface 241S2 not used as the ion detection, and the current values thereof are compared, whereby the ion detection surface 241S. The surface 241S1 that was being used is calibrated.
また、イオン検出面２４１Ｓとして使用していた面２４１Ｓ１が使用により汚れ場合等にも、前述のように前記電場を変更して、イオン検出として使用していなかった面２４１Ｓ２にイオンを導き、イオン検出として使用していなかった面２４１Ｓ２を新たなイオン検出面として使用することもできる。 In addition, even when the surface 241S1 used as the ion detection surface 241S becomes dirty due to use, the electric field is changed as described above to introduce ions to the surface 241S2 that has not been used as ion detection, thereby detecting ions. It is also possible to use the surface 241S2 that has not been used as a new ion detection surface.
前記第１電場形成部材２４Ｅ１又は第２電場形成部材２４Ｅ２に電場が印加され、前記マイクロチャネルプレート検出器２４１でイオンが検出されている場合に、前記マイクロチャネルプレート検出器２４１で検出され前記データ処理回路に出力された電流値Ａ１が所定の値を超えた時には、前記制御部が前記電圧源Ｖ１又はＶ２と、Ｖ３に指令を出して、前記第１電場形成部材２４Ｅ１又は第２電場形成部材２４Ｅ２と前記マイクロチャネルプレート２４１Ｐとに印加されていた電圧を解除する。 When an electric field is applied to the first electric field forming member 24E1 or the second electric field forming member 24E2 and ions are detected by the microchannel plate detector 241, the data is detected by the microchannel plate detector 241 and the data processing is performed. When the current value A1 output to the circuit exceeds a predetermined value, the control unit issues a command to the voltage source V1 or V2 and V3, and the first electric field forming member 24E1 or the second electric field forming member 24E2 And the voltage applied to the microchannel plate 241P is released.
その結果、イオンが前記イオン検出面２４１Ｓに向かうように形成されていた電場が消失し、イオンが前記貫通孔２４１Ｈを通過する。貫通孔２４１Ｈを通過したイオンは、貫通孔２４１Ｈの後方に配置された前記ファラデーカップ２４２によって検出される。 As a result, the electric field formed so that the ions are directed toward the ion detection surface 241S disappears, and the ions pass through the through hole 241H. Ions that have passed through the through hole 241H are detected by the Faraday cup 242 disposed behind the through hole 241H.
一方、前記ファラデーカップ２４２によって検出され前記データ処理回路に送られる電流値Ａ２が、所定の値を下回った場合には、前記制御部が前記電圧源Ｖ１又はＶ２と、Ｖ３に前記第１電場形成部材２４Ｅ１又は第２電場形成部材２４Ｅ２と前記マイクロチャネルプレート２４１Ｐに電圧を印加するよう指令を出す。 On the other hand, when the current value A2 detected by the Faraday cup 242 and sent to the data processing circuit falls below a predetermined value, the control unit forms the first electric field at the voltage source V1 or V2 and V3. A command is issued to apply a voltage to the member 24E1 or the second electric field forming member 24E2 and the microchannel plate 241P.
その結果、イオンが前記イオン検出面２４１Ｓに向かうように電場が形成されるので、この電場によってイオンが前記イオン検出面２４１Ｓに向かい、マイクロチャネルプレート検出器２４１によって検出される。 As a result, an electric field is formed so that ions are directed toward the ion detection surface 241S. With this electric field, ions are directed toward the ion detection surface 241S and detected by the microchannel plate detector 241.
前記マイクロチャネルプレート検出器２４１で検出され前記データ処理回路に出力された電流値Ａ１と、前記ファラデーカップ２４２によって検出され前記データ処理回路に送られる電流値Ａ２を１つの計器で計測するものとしても良い。 The current value A1 detected by the microchannel plate detector 241 and output to the data processing circuit and the current value A2 detected by the Faraday cup 242 and sent to the data processing circuit may be measured by one instrument. good.
このように構成した本実施形態の四重極型質量分析計ＱＭＳによれば、中性粒子等の無電荷粒子は前記マイクロチャネルプレート検出器２４１に形成された粒子通過空間である貫通孔２４１Ｈを通過するが、前記第１電場形成部材２４Ｅ１又は第２電場形成部材２４Ｅ２によって形成された前記回転非対称な電場によって、前記中心軸上において、前記中心軸に対して垂直な方向にイオンが力を受けることで、イオンを偏らせて、イオンが前記貫通孔２４１Ｈを通過することを防ぎ、特定のイオン検出面に到達するイオンを増やすことができるので、中性粒子等の無電荷粒子によるノイズを低減しながら、イオンのみをより効率良くイオン検出面２４１Ｓに導いて検出することができる。 According to the quadrupole mass spectrometer QMS of the present embodiment configured as described above, uncharged particles such as neutral particles pass through the through-holes 241H that are particle passage spaces formed in the microchannel plate detector 241. Although passing, ions receive a force in a direction perpendicular to the central axis on the central axis by the rotationally asymmetric electric field formed by the first electric field forming member 24E1 or the second electric field forming member 24E2. This can bias the ions, prevent the ions from passing through the through-hole 241H, and increase the number of ions that reach a specific ion detection surface, thereby reducing noise caused by non-charged particles such as neutral particles. However, only the ions can be guided to the ion detection surface 241S and detected more efficiently.
前記第１電場形成部材２４Ｅ１又は第２電場形成部材２４Ｅ２に電圧を印加して、前記回転非対称な電場を形成することができるので、高価なマイクロチャネルプレート２４１Ｐを複数用意することなく、効率よくイオンを検出することができる。 Since the rotationally asymmetric electric field can be formed by applying a voltage to the first electric field forming member 24E1 or the second electric field forming member 24E2, it is possible to efficiently ionize without preparing a plurality of expensive microchannel plates 241P. Can be detected.
前記第１電場形成部材２４Ｅ１と第２電場形成部材２４Ｅ２が、中心軸Ｃを挟んで反対側に配置されて、それぞれに独立した電圧が印加されることによって前記電場を変化させることができるように構成されているので、図４に示すように、例えばマイクロチャネルプレート２４１Ｐのうち一部の面２４１Ｓ１を使用している場合に、この面２４１Ｓ１の校正を行う際には、前記中心軸Ｃを挟んだ反対側の部分２４１Ｓ２を使用して校正することができる。 The first electric field forming member 24E1 and the second electric field forming member 24E2 are arranged on opposite sides of the central axis C so that the electric field can be changed by applying independent voltages to each other. 4, for example, when a part of the surface 241S1 of the microchannel plate 241P is used, the center axis C is sandwiched when the surface 241S1 is calibrated. The opposite portion 241S2 can be used for calibration.
前記マイクロチャネルプレート検出器２４１のイオン検出面２４１Ｓが四重極部２３側を向いて配置されており、イオンを検出面２４１Ｓに向けて曲げる角度を小さくすることができるので、四重極部２３の出口から引き出されたイオンを効率よく検出することができる。 Since the ion detection surface 241S of the microchannel plate detector 241 is arranged facing the quadrupole part 23 and the angle at which ions are bent toward the detection surface 241S can be reduced, the quadrupole part 23 can be reduced. Can be efficiently detected.
前記四重極部２３の入口側から見たときに前記四重極部２３の円柱状電極の影になっている部分には四重極部２３の出口から引き出されたイオンが到達する可能性が比較的低いと考えられる。 There is a possibility that ions extracted from the outlet of the quadrupole part 23 will reach the shaded part of the cylindrical electrode of the quadrupole part 23 when viewed from the entrance side of the quadrupole part 23. Is considered to be relatively low.
そこで、本実施例では、前記マイクロチャネルプレート２４１Ｐに電圧を印加するための接続端子を、前記イオン検出面２４１Ｓのうち、前記四重極部２３の入口側から見たときに前記四重極部２３の円柱状電極の影になっている部分に配置しているので、前記接続端子が前記円柱状電極の影になっている部分以外に配置されている場合に比べてイオンを効率よく検出することができる。 Therefore, in this embodiment, when the connection terminal for applying a voltage to the microchannel plate 241P is viewed from the inlet side of the quadrupole portion 23 of the ion detection surface 241S, the quadrupole portion is displayed. Since it arrange | positions in the part which is the shadow of 23 cylindrical electrodes, it detects an ion more efficiently compared with the case where the said connection terminal is arrange | positioned other than the part which is the shadow of the said cylindrical electrode. be able to.
前記検出部２４が、前記マイクロチャネルプレート検出器２４１と、前記中心軸Ｃ上に配置されたファラデーカップ２４２とを具備しているので、試料の濃度が高く四重極部２３を通過するイオンが多い環境ではファラデーカップ２４２を使うことができる。また、試料の濃度が低く四重極部２３を通過するイオンが少ない環境ではマイクロチャネルプレート検出器２４１によって高い感度でイオンを検出できるので、分析できる残留ガス濃度の範囲を広げることができる。 Since the detection unit 24 includes the microchannel plate detector 241 and the Faraday cup 242 disposed on the central axis C, ions having a high concentration of the sample and passing through the quadrupole unit 23 can be obtained. The Faraday cup 242 can be used in many environments. In addition, in an environment where the concentration of the sample is low and the number of ions passing through the quadrupole part 23 is small, ions can be detected with high sensitivity by the microchannel plate detector 241, so that the range of residual gas concentration that can be analyzed can be expanded.
また、試料濃度によってイオン検出方法をマイクロチャネルプレート検出器２４１とファラデーカップ２４２の間で自動で切り替えることができるので、残留ガスの濃度を監視して、検出方法を手動で切り替えるという手間を省いて、広い濃度範囲にわたって、試料濃度に適した検出方法で感度よく質量分析をすることができる。 In addition, since the ion detection method can be automatically switched between the microchannel plate detector 241 and the Faraday cup 242 depending on the sample concentration, the labor of monitoring the residual gas concentration and switching the detection method manually can be saved. Thus, mass spectrometry can be performed with high sensitivity by a detection method suitable for the sample concentration over a wide concentration range.
また、試料濃度に適した検出方法を使用することができるので、マイクロチャネルプレート２４１Ｐの寿命が短くなることによるメンテナンスの手間やコストを省くことができる。 In addition, since a detection method suitable for the sample concentration can be used, the labor and cost of maintenance due to the shortened life of the microchannel plate 241P can be saved.
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、前記粒子通過空間は前記イオン検出面の中心以外に形成されていてもよく、前記粒子通過空間がイオン検出面の外に形成されていても良い。 For example, the particle passage space may be formed outside the center of the ion detection surface, and the particle passage space may be formed outside the ion detection surface.
前記検出部は、正に帯電したイオンを検出するものに限らず、前記電場形成部材や前記イオン検出面に印加する電圧を正負逆にして、負に帯電したイオンを検出するものとしても良い。 The detection unit is not limited to detecting positively charged ions, and may be configured to detect negatively charged ions by reversing the voltage applied to the electric field forming member or the ion detection surface.
前記電場形成部材は、湾曲した短冊状のものに限らず、棒状のものや円柱状のもの等でも良く、湾曲したものに限らず直線的な形状のものでも良い。またその長さや大きさについては、どのようなものでも良い。 The electric field forming member is not limited to a curved strip-shaped member, but may be a rod-shaped member or a cylindrical member, and is not limited to a curved member, and may have a linear shape. Also, any length or size may be used.
さらに、複数設けられた前記電場形成部材が全て同じ形状である必要はなく、それぞれ違う形状や長さ、大きさのものを複数組み合わせても良い。 Furthermore, it is not necessary that the plurality of electric field forming members provided have the same shape, and a plurality of members having different shapes, lengths, and sizes may be combined.
また、前記電場形成部材は２つに限らず、例えば、図７、８及び９に示すように１つでも３つ以上設けられているものでも良く、前記中心軸に対して対称に配置されていなくてもよい。また、これらを配置する間隔は等間隔であっても、等間隔でなくても良い。 Further, the number of electric field forming members is not limited to two, and for example, one or three or more may be provided as shown in FIGS. 7, 8 and 9, and they are arranged symmetrically with respect to the central axis. It does not have to be. Further, the intervals at which these are arranged may be equal or may not be equal.
前記検出器２４１は、例えば図５に示すように、前記中心軸上に設けられた前記粒子通過空間２４Ｖを避けて設けられた複数のマイクロチャネルプレート検出器２４１であり、それぞれのマイクロチャネルプレート検出器２４１に独立して電圧が印加されて、前記回転非対称な電場が形成されるものであっても良い。 For example, as shown in FIG. 5, the detector 241 is a plurality of microchannel plate detectors 241 provided avoiding the particle passage space 24V provided on the central axis. A voltage may be independently applied to the device 241 to form the rotationally asymmetric electric field.
前記電場形成部材又は前記検出器に印加された電圧によって形成されるものは、回転非対称な電場であることが好ましいが、回転非対称な磁場であっても良い。 What is formed by the voltage applied to the electric field forming member or the detector is preferably a rotationally asymmetric electric field, but may be a rotationally asymmetric magnetic field.
前記イオン検出面の形状は円形に限らず、矩形やその他の多角形、異形のものであっても良い。 The shape of the ion detection surface is not limited to a circle, but may be a rectangle, other polygons, or an irregular shape.
また、前記検出器はマイクロチャネルプレート検出器に限らず、パイプ型のチャンネル型二次電子倍増管や不連続ダイノードによる二次電子倍増器等でもよい。 The detector is not limited to a microchannel plate detector, and may be a pipe-type channel-type secondary electron multiplier, a secondary electron multiplier using a discontinuous dynode, or the like.
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形が可能である。 In addition, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
四重極型質量分析計・・・ＱＭＳ
イオン源・・・２１
四重極部・・・２３
検出器・・・２４１
中心軸・・・Ｃ
粒子通過空間・・・２４Ｖ
イオン検出面・・・２４１Ｓ
貫通孔・・・２４１Ｈ
電場形成部材・・・２４Ｅ
ファラデーカップ・・・２４２
真空チャンバ・・・ＶＣ
Quadrupole mass spectrometer ... QMS
Ion source ... 21
Quadrupole part 23
Detector ... 241
Center axis ... C
Particle passage space ... 24V
Ion detection surface ... 241S
Through hole ... 241H
Electric field forming member 24E
Faraday Cup ... 242
Vacuum chamber ... VC
Claims (8)
前記四重極部の入口と出口とを通る中心軸上に粒子通過空間が形成され、前記粒子通過空間の周囲に検出器が設けられ、前記検出器にイオンが向かうように、前記中心軸に対して回転非対称な電場又は磁場が形成されていることを特徴とする四重極型質量分析計。 An ion source for ionizing the sample, a quadrupole part in which ions generated from the ion source enter from the entrance, pass through the inside and exit to the exit, and detection for detecting ions extracted from the exit of the quadrupole part In a quadrupole mass spectrometer equipped with an instrument,
A particle passage space is formed on a central axis that passes through the inlet and outlet of the quadrupole part, a detector is provided around the particle passage space, and ions are directed to the detector so that the ions are directed to the central axis. A quadrupole mass spectrometer characterized in that a rotationally asymmetric electric field or magnetic field is formed.
A residual gas analysis method for analyzing residual gas in a vacuum chamber using the quadrupole mass spectrometer according to claim 1.
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