JPH06508237A - 質量分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 質量分析計 本発明は、質量分析計に関する。

質量分析計は、分析されるべき素材試料から発生するイオンビームであって、例 えばプラズマ内でイオン化される質量スペクトルを、分析する装置として公知で ある。通常の質量分析計の基本要素は、イオン源と、４極等の質量分析器と、イ オン源からのイオンビームを分析器の入口開口部へ指向させるインターフェース と、および分析器を通過するイオンを検出する検出器とから構成されている。

インターフェースは、イオンビームがイオン源から出てくる開口部を備えるサン プリング円錐体を含む。

ある種の質量分析計においては、円錐体の開口部と質量分析器への入口開口部と が分析器の軸線上に整列されていて、分析されるイオンは、通常の光学レンズを 用いて、円錐体から分析器への直線経路に添って進行するビーム内へと集束され る。中性子および光子等の不用粒子は、これらが分析器へ進入される前に、ベッ セルボックス等のフ１ルタを用いて分析ビームから除去される。このようなシス テムは、本質的にシステムの軸線上に停止部を有し、そして通常の光学レンズを 用いて、所望のイオンを、これらが分析計の軸線に沿って集束される前に、停止 部周りに偏向するよう構成されている。このようなシステムは、分析器を通過し て検出器に“ノイズとして記録される多数の不用粒子を、減少させるが、しかし ながら排除することはできない。また、検出器を分析器の軸線から外して配置し 、そして通常の光学レンズを用いて、分析器から出てくるイオンを検出器へ向け て偏向することも、同様に公知である、不用粒子は分析計の軸線に沿って進行を 継続する。

このような通常の形式の質量分析計は、しばしば質量バイアス効果を露呈する欠 点を有する。この一般的な形式のバイアスは、軽量要素の、分析計伝導通過にお ける重大な損失である。このことは、分析計測を不満足な状態で行わせることに なることは明らかである。これらバイアス効果は、本質的には自然界の静電現象 に係わり、２つの明らかな原因から発生する。第１は、ベッセルボックスの光学 レンズ、すなわち、これは所望のイオンを停止部周りに湾曲させるが、低エネル ギの粒子を高エネルギの粒子より大きく偏向させるため、関連する粒子の中の狭 いエネルギ帯域の僅かなものみが分析器へ通過することになる。全ての粒子はイ オン源から同一の速度でシステムに進入するので、それらのエネルギはその質量 に依存する。従って、一つの質量粒子のみが分析イオンビームから分析器内へ通 過する。質量バイアスの第２の原因は、いわゆる“空間電荷”効果に起因する。

分析ビーム内の正荷電イオンは、正規のクーロン力によって相互に反発する。こ の効果により、いくらかの正荷電粒子がビームから損失する。このため、低買量 ・低エネルギ粒子が更に損失することとなる。

この問題を克服するために、質量分析計に、加速電極を組み込むことが行われて きた。これは、典型的には、インターフェース内の通常のサンプリングシステム の背後におけるイオン源と質量分析器との間に配置される開口部付き円錐体から 構成されている。イオンビームは、イオン源から円錐体の開口部へと通過するが 、ここで円錐体には、正荷電イオンに作用する、強力に加速しかつ収斂する静電 界を備えている。この電界の効果は、進入して来るイオンを密なビームに結束し てサンプリング入口から分析器入口開口部へと迅速に伝導させることにより、空 間電荷効果による全ての損失を低減することにある。この種のシステムは、一般 には更に、加速円錐体の背後に位置する簡単なｘ、ｙ偏向システムを備えている が、この偏向システムは、イオンビームを、このイオンビームがイオン源から出 てくる際にその軸線から外れるよう配置されている４極質量分析計の入口開口部 へ向け、偏向するように構成されている。このことは、例えばベッセルボックス 等の使用を不用とするが、これは、中性子はｘ、ｙ偏向器で湾曲されることなく システムの軸線に沿って進行し、従って軸線外れの質量分析器へは進入すること はないからである。この種のシステムは、ノイズレベルが低減されると同時に、 質量バイアス効果も排除されることが知られている。

この種のシステムの検出器で、なお捕えられるノイズの大部分は、一般に、漂遊 光子に帰している。しかしながら、試験の結果によれば、多数の不用の計測が、 質量分析器に進入する中性子に由来していることが示されている。このような中 性子の源は、分析ビーム内の正イオンであると推測され、すなわち前記正イオン が、システム内の残存ガスの粒子と衝突してその荷電変更プロセス中に中性子を 形成するものであろうと推測されている。

前述したような、すなわち粒子加速電極を使用するようなシステムは、この問題 に殊に影響され易いが、このことは、イオンが質量分析器の入口開口部の近傍で 減速されるからであり、しかも前記近傍には、分析イオンと残存ガス粒子との間 の衝突の可能性を増大する、比較的高圧な領域が存在しているからである。この ようなことが、分析器の入口開口部近傍で発生するので、この領域内＋荷電変更 に由来して発生する殆ど全ての中性子が分析器内へ進入する。本発明の１つの目 的は、このような難点を除去もしくは軽減することにある。

本発明によれば、分析器と、分析試料と分析器との間のインターフェースシステ ムとからなり、インターフェースシステムから出てくるイオンビームの軸線を離 脱して配置される分析器に対する入口開口部と、イオンビームを分析器の入口開 口部へ偏向させるためにインターフェースシステムと分析器との間に電界を発生 するために設けた手段とを備える、分析試料から発生するイオンビームを分析す るための質量分析計が提供される。

好ましくは、電界は、イオン源に向かう分析器の入口開口部に近接する一端部か ら延在するように配置され、そしてインターフェースの近接する構成要素に関連 して予め決定された位置に前記板体が維持されることにより、分析器の入口開口 部に近接して発生するようにする。もし、イオンビームが、板体に向かう開口部 を交差する方向に維持されるような軸線の離脱方向において、インターフェース から出てくるように偏向させるとすれば、ビームにおける正イオンは開口部へ偏 向され、これにより中性ビームは、偏向されず、従って入口開口部へ進入するこ とはない。

ビームの偏向は、インターフェースのイオン源の端部に近接して配置する通常の ｘ−ｙＪ向器を使用して達成することができる。また更に、補助偏向器をインタ ーフェースの分析器の端部に近接して配置することにより、分析器の軸線とイン ターフェースから出てくるイオンビームとの間の角度を更に調整することもでき る。

次に、本発明の特定の実施態様を、その実施例につき添付図面を参照しながら以 下説明する。

図１は、本発明に係る質量分析計システムの概略説明図であり、そして図２は、 図１に示す実施態様の詳細図である。

図において、質量分析計はイオン源（図示せず）を有し、ここで分析されるべき 素材試料が、先ずプラズマ１内で通常の方法によりイオン化される。イオンビー ム２が生成され、そしてインターフェースから集束ビームとして４極貧量分析器 ３の入口へと通過する。インターフェースシステムは、入口システム、ビーム経 路偏向システムおよび集束システムから構成されている。

入ロンステムは、サンプリング円錐体４、スキマー円錐体５、加速円錐体６、円 錐体４および５の間のスペースを排気する膨張回転ポンプ（矢印７で示されてい る）、および円錐体５および６の間のスペースを排気する中間ターボ分子ポンプ （矢印８で示されている）から構成されている。円錐体５および６並びにポンプ の構造および機能は、通常のものからなり、当業者には公知である。加速器、例 えば、２ＫＶに保持されていものの機能は、進入するイオンを加速する。

集束システムは、】連の陰極性静電レンズ９からなり、通常の光学レンズを利用 して分析イオンビームに集束するよう構成されている。インターフェースシステ ムの各端部に最も近接するレンズ９は、２ＫＶに保持され、一方中央のレンズ９ は接地されている。

ビーム経路偏向システムは、通常の構成、すなわち加速円錐体６の後方に配置さ れて分析イオンビームをインターフェースシステムの軸線から離脱させるＸＹ偏 向器１０から形成されている。従って、イオン源から発生する中性子はイオンビ ームから排除される。補助的なＹ偏向器１１が通常のインターフェースシステム の出口に配置されていて、イオンビームを、これがインターフェースシステムか ら通過する前に、質量分析器３の軸線に対して更に傾斜された経路上に偏向させ る。かくして、インターフェースから端板１２内の開口部を通って出てくるビー ムは、分析器の軸線から傾斜して分析器の入口開口部１３の上部の一点に指向す る。従って、板体１２から出てくるビーム内の全ての中性子は、開口部１３内に 進入することはない。開口部偏向板体１４と通常の位相整合レンズ１５とが、板 体１２と分析器との間に配置されている。板体１４は接地電圧に保持され、−力 板体１２は２ＫＶに保持され“Ｃいる。従−）ｔ１板体１２を通過するイオンは 減速される。しかも、延長板体１６が板体１４から延長され、そして同じく接地 電圧に保持されている。従って、減速されたイオンは開口部１３へ向けて偏向さ れる。

次に、図２を参照すると、なおここで、本図は分析器の入口開口部近傍部分の拡 大詳細図であり、そして図１および図２の対応部分には同一参照符号が付されて いる。開口部板体１４と位相整合レンズ１５とは、入口開口部１３が画定される 分析器３の端板北に支持されている。分析器内へ進入するイオンビームは線２で 示されている。

板体１４は、絶縁ブソンユ１６の間に固定されると共に、端子１７を介して接地 されている。破線１８は、図１に示す陰極性端板１２の軸線方向位置を指示して いる。従って、イオンビームは、破線１９および２０で概略的に示されている仮 想等電位面を横切って偏向される。線１９上で発生する中性子は全て破線２１で 示されている経路上を進行し、一方、線２０上で発生する中性子は全て破線２２ で示されている経路上を進行する。かくして、ビーム２内に含まれている全ての 中性子は、これがインターフェースを通過する、すなわち板体１４からの生成上 流を通過する際に、分析器開口部１３へ到達することは、実質的に発生しない。

上述した形式の質量分析計に関する実験によれば、ノイズの減少が、１０乃至１ ００倍に達することが示されている。このように、分析器の直ぐ上流側に簡単な 偏向装置を設けることにより、システム感度に顕著な効果が発揮される。なお、 この技術は、前述したものとは異なる装置にも有利に使用され得ることは理解さ れるであろう。例えば、図２のビーム２が、例えば制限中性子排除用のベッセル ボックスに係わる通常の軸線上から発生している場合のものであっても、なお利 点が得られるであろう。

補正書の写しく翻訳刀提出書 （特許法第１８４条の８） １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＧＢ９２１００９２５ ２、発明の名称 質量分析計 ３、特許出願人 住所　乏−７＋Ｈス史−、、つ玉↓ソ〒ご７．ユン３７．’（ｌ捕谷て；パ名　 称　フイニガン　マ・ソト　リミテ・ソド（国　籍）（イギリス国） ６、添付書類の目録 （１）補正書の写しく翻訳文）　１通 性子の源は、分析ビーム内の正イオンであると推測され、すなわち前記正イオン が、システム内の残存ガスの粒子と衝突してその荷電変更プロセス中に中性子を 形成するものであろうと推測されている。

前述したような、すなわち粒子加速電極を使用するようなシステムは、この問題 に殊に影響され易いが、このことは、イオンが質量分析器の入口開口部の近傍で 減速されるからであり、しかも前記近傍には、分析イオンと残存ガス粒子との間 の衝突の可能性を増大する、比較的高圧な領域が存在しているからである。この ようなことが、分析器の入口開口部の近傍で発生するので、この領域内で荷電変 更に由来して発生する殆ど全ての中性子が分析器内へ進入する。本発明の１つの 目的は、このような難点を除去もしくは軽減することにある。

本発明によれば、下記のような質量分析計、すなわち、試料からイオンビームを 発生するイオン源と、イオンビームを加速する加速器と、加速されたイオンビー ムを集束するレンズシステムおよび加速されたイオンビームを偏向する偏向シス テムからなるインターフェースと、インターフェースから出てくるイオンビーム を減速する減速器と、および減速されたイオンビームを分析する分析器とから構 成される、分析試料からの発生イオンビームを分析するための質量分析計におい て、分析器は、インターフェースシステムから出てくるイオンビームの軸線を離 脱して配置された入口開口部を有し、減速器は、インターフェースから出てくる イオンビームを分析器の入口開口部へ偏向する電界を発生するための手段を有す ることを特徴とする質量分析計が提供される。

電界は、好適には、開口部に近接する一端部からインターフェースへ向けて延在 するよう配置された電導板体によって発生する。イオンビームは、インターフェ ースから軸線から離脱する方向であって、この方向は、若しそのままに保持され ていれば、板体に対して開口部に交差するよう指向される方向へ、向けて導出さ れるよう偏向される。ビーム内の正イオンは開口部に向けて偏向され、一方、中 性子は偏向されず、従って入口開口部へ進入することはない。

ビームの偏向は、インターフェースのイオン源の端部に近接して配置する通常の ｘ−ｙ偏向器を使用して達成することができる。また更に、補助偏向器をインタ ーフェースの分析器の端部に近接して配置することにより、分析器の軸線とイン ターフェースから出てくるイオンビームとの間の角度を更に調整することもでき る。

請求の範囲 １、試料からイオンビームを発生するイオン源と、イオンビームを加速する加速 器と、加速されたイオンビームを集束するレンズシステムおよび加速されたイオ ンビームを偏向する偏向システムからなるインターフェースと、インターフェー スから出てくるイオンビームを減速する減速器と、および減速されたイオンビー ムを分析する分析器とから構成される、分析試料からの発生イオンビームを分析 するための質量分析計において、分析器は、インターフェースシステムから出て くるイオンビームの軸線を離脱して配置された入口開口部を有し、減速器は、イ ンターフェースから出てくるイオンビームを分析器の入口開口部へ偏向する電界 を発生するための手段を有することを特徴とする質量分析計。

２、前記電界を発生するための前記手段は、分析器の入口開口部に近接する一端 部からインターフェースへ向けて延在するよう配置される電導板体からなる請求 の範囲１記載の質量分析計。

３、ｘ−ｙ偏向板体が、インターフェースのイオン源に最も近接する端部の近傍 に配置されて、イオンビームを分析器の軸線から離脱させる請求の範囲１または ２記載の質量分析計。

４、ｘ−ｙ偏向板体が、インターフェースの分析器に最も近接する端部の近傍に 配置されて、イオンビームを分析器の軸線から離脱させる請求の範囲工ないし３ のいずれかに記載の質量分析計。

５、添付図面を参照して明細書中に実質的に開示される質量分析計。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．分析器と、分析試料と分析器との間のインターフェースシステムとからなり 、インターフェースシステムから出てくるイオンビームの軸線を離脱して配置さ れる分析器に対する入口開口部と、イオンビームを分析器の入口開口部へ偏向さ せるためにインターフェースシステムと分析器との間に電界を発生するために設 けた手段とを備える、分析試料から発生するイオンビームを分析するための質量 分析計。
2. ２．前記電界は、分析器の入口開口部に近接して発生してなる請求の範囲１記載 の質量分析計。
3. ３．前記電界を発生するための手段は、イオン源に向かう分析器入口開口部の近 接一端部から延在するように配置された電導板体であって、その板体の位置は、 インターフェースシステムの近接する構成要素に関連して予め決定された位置に 維持されることからなる請求の範囲１または２に記載の質量分析計。
4. ４．イオンのビームは、インターフェースシステムの軸線から離脱する方向に、 該インターフェースシステムから出てくるように偏向される請求の範囲１ないし ３のいずれかに記載の質量分析計。
5. ５．ｘ−ｙ偏向板体が、イオンビームを分析器の軸線から離脱して偏向させるた めに、イオン源に最も近接するインターフェースの端部近傍に配置される請求の 範囲１ないし４のいずれかに記載の質量分析計。
6. ６．ｘ−ｙ偏向板体が、イオンビームを分析器の軸線から離脱して偏向させるた めに、分析器に最も近接するインターフェースの端部近傍に配置される請求の範 囲１ないし５のいずれかに記載の質量分析計。
7. ７．添付図面を参照して明細書中に実質的に開示される質量分析計。