JPH1140099A - 全圧コレクタのためのイオン捕集電極 - Google Patents

全圧コレクタのためのイオン捕集電極

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JPH1140099A
JPH1140099A JP10074685A JP7468598A JPH1140099A JP H1140099 A JPH1140099 A JP H1140099A JP 10074685 A JP10074685 A JP 10074685A JP 7468598 A JP7468598 A JP 7468598A JP H1140099 A JPH1140099 A JP H1140099A
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ion
collector
ions
gas
pressure
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David H Holkeboer
エイチ． ホルクボアー デイビッド
Louis C Frees
シー． フリーズ ルイス
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
    • H01J41/02—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas
    • H01J41/10—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas of particle spectrometer type

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なるイオンの種類の検出に関し、質量分析
計の全体的な性能を低下させる可能性のある二次電子電
流の悪影響を克服し、デュアルイオンまたは他のイオン
ソースにおいて使用されるような、二次電子をイオン測
定装置から離れるように方向付ける全圧コレクタを提供
すること。 【解決手段】 質量分析計ガス分析器は、規定されたイ
オン容積中の試料ガスのイオンを生成するためのイオン
ソースを含む。イオン分析器は、生成されたイオンの第
１の部分を回収しおよび分析し、試料ガス中の選択され
たガス種の分圧を決定する。反対に配置されたイオンコ
レクタは、イオンの第２の部分を回収し、含有ガス試料
の全圧を決定する。イオンコレクタの回収面は、入射イ
オンビームに関係して位置され、イオン電流の回収を可
能にするが、その表面は、イオンコレクタを用いてイオ
ン衝突により生成される複数の二次電子の実質的な部分
がイオン化容積から離れるように偏向されるように構成
される。従って、分圧は、二次電子がイオン分析器に入
ることなくイオン分析器によって決定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、減圧処理機器にお
けるガスの分析に用いられる質量分析計に関し、具体的
には、ガス試料の全圧の測定に用いられる全圧コレクタ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】減圧環境において製造プロセスを実行す
る際、プロセス領域内の希薄化した雰囲気中に存在する
ガスの種類を示すために、小さい、または「小型化され
た」質量分析計の使用が有用または必要であることが多
い。小型質量分析計は、従来サイズの質量分析計よりも
高い絶対圧で（すなわち、従来サイズの質量分析計ほど
減圧されない状態で）動作することが可能であり、従来
の機器ではモニタリングし得ない薄膜のスパッタリング
堆積などのいくつかのプロセスのモニタリングに有用で
ある。このような質量分析計は、一般的にはプロセス容
器に直接取り付けられ、プロセスシステムによって作り
出される減圧状態で動作する。このような目的のために
設計された質量分析計は、対象としている分圧を示す一
次感知装置に加えて、全圧コレクタまたは真空計などの
動作減圧レベルを示す二次感知装置を含むことが多い。
【０００３】全圧測定装置は、典型的には、イオンソー
スアセンブリに組み込まれたイオンコレクタ電極および
捕集された電流を増幅および測定する適切な電子回路を
含む。イオンソースの典型的な設計は、図３Ａ〜図３Ｃ
に示す構成を含み、この構成では、イオンコレクタを一
次イオンビームか二次イオンビームかのどちらかの一部
を捕集するように配置し得る。適切な真空計（図示せ
ず）を参照して較正すれば、このようなイオンコレクタ
によって捕集される電流は、達成された減圧の度合いを
表すために使用し得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のような単純なイ
オンコレクタは、一次機能（すなわち、異なるイオンの
種類の検出）に関して、質量分析計の全体的な性能を低
下させる可能性のある二次効果をもたらすことが観察さ
れている。
【０００５】典型的には、図４Ａに示すように、デュア
ルイオンソース１６に近接して示されるイオンコレクタ
２２は、本質的には接地電位であり、これによって通常
見出される小さな電流は、当該分野で周知の回路で都合
よく増幅および測定され得る。イオンが発生される規定
されたイオン化容積２６は、アノード４４などの電極に
典型的には接地電位に対して８０〜２００ボルトの範囲
のバイアスをかけることによって陽電位で動作し、これ
によって陽イオンはイオンコレクタ２２に引きつけられ
る。反対の陰電位を有するイオンコレクタ集束プレート
６４を任意に用いて、イオンのイオンコレクタ２２への
移動を加速させる。その後イオンは、二次電子として知
られる電子を有意量放出させるに足りるエネルギーをも
ってイオンコレクタ２２に衝突する。この周知の効果
は、ここに参考のためにその内容を援用する、Methods
of Experimental Physics, vol.4, Academic Press (19
62)などの刊行物に記載されている。
【０００６】これらの二次電子は、数電子ボルトの範囲
の運動エネルギーでランダムな方向に放出される。上記
のデュアルイオンソースにおいて、イオンコレクタ２２
のイオン捕集表面２１は、イオン化容積２６を形成する
電気的に陽の表面に直接面している。
【０００７】この結果、二次電子はイオン化容積２６に
加速して戻り、二次電子の一部は反対側に配置される集
束プレート４８の出口開口部５０を通過して、四極質量
分析計などのイオン分析器１８の入口５２に入る。二次
電子の流れの一部は質量分析計１８を通過するが、これ
は電子が、分離電圧がゼロかまたはゼロに近い場合、短
期間の分析器選択サイクルの間に分析器の長さを通過す
るに足りる速度を有するからである。その他のタイプの
イオン分析器もまた、同様の二次電子効果の影響を受け
得る。
【０００８】イオン検出器２０の出力に対する二次電子
電流の悪影響を、図５Ａおよび図５Ｂでグラフを用いて
示す。図５Ａは、低絶対圧にて測定した質量スペクトル
の形態のイオン検出器出力電流の記録を示す。イオンコ
レクタ２２によって測定された全圧イオン電流は小さ
く、従って二次電子電流もまた小さい。図５Ｂはより高
い絶対圧における同様の測定を示す。この場合、イオン
コレクタにて測定された全圧電流は有意に大きく、比較
的より多くの二次電子が発生するため、二次電子電流も
また同様に大きい。二次電子電流の効果は、陰電流の陽
質量スペクトルへの重畳である。この陰電流は、質量が
最小限のときに最も大きく、質量が増加するにつれて小
さくなる。二次電子効果は低質量のときに最大である
が、これは、四極イオン分析器の分離電圧が質量に比例
するからである。図５Ａおよび図５Ｂから明らかなよう
に、この重畳された陰電流の存在により、質量スペクト
ルの陽ピークの振幅の正確な測定は達成困難となる。
【０００９】従って、本発明の目的は、従来の欠点およ
び制限を克服した全圧コレクタを提供することである。
【００１０】本発明の他の目的は、デュアルイオンまた
は他のイオンソースにおいて使用されるような、二次電
子をイオン測定装置から離れるように方向付ける全圧コ
レクタを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による質量分析計
ガス分析器は、規定されたイオン化容積中において試料
ガスのイオンを生成するソース手段と、該生成されたイ
オンの第１の部分を回収および分析して、該試料ガス中
の選択されたガス種の分圧を決定する第１の分析手段
と、該イオンの第２の部分を回収および分析して、該ガ
ス試料の全圧を決定する第２の分析手段と、該第２の分
析手段により生成された複数の二次電子の実質的な部分
を、該イオン化容積から離すように偏向する偏向手段と
を含み、これにより上記目的が達成される。
【００１２】前記第２の分析手段は、前記イオン化容積
近傍に配置された全圧イオンコレクタを含み、前記偏向
手段は、該全圧イオンコレクタの回収面を含み、該回収
面は、該回収プレートと接触することにより形成された
二次電子が、該イオン化容積に再度方向付けられないよ
うに構成されてもよい。
【００１３】前記第１の分析手段は、前記ソース手段に
対して前記全圧コレクタと反対に配置された四極質量フ
ィルタを含み、該質量フィルタは、該ソース手段により
生成されたイオンの特定部分を分析する手段を有しても
よい。
【００１４】前記全圧イオンコレクタの前記回収面の法
線は、前記イオンの第２の部分を含むイオン流に対して
角をなし、該角は、約１５度から４５度の範囲にあって
もよい。
【００１５】前記全圧イオンコレクタの前記回収面は実
質的に平面であり、該面は、該回収面により生成される
二次電子が前記イオン化容積に方向づけられないように
前記イオン化容積に対して角をなしてもよい。
【００１６】前記回収プレートは実質的にＶ字形であっ
てもよい。
【００１７】本発明による質量分析計ガス分析器は、イ
オン化容積中の試料ガスのイオンを生成するためのイオ
ンソースと、該イオンの第１の部分を分析して、該試料
ガス中の選択されたガス種の分圧を決定するためのイオ
ン分析器と、該イオンの第２の部分を回収して、該ガス
試料の全圧を決定するイオンコレクタとを含み、該イオ
ンの第２の部分による該イオンコレクタのイオン衝突に
より生成された複数の二次電子の実質的な部分が該イオ
ン化容積から離れるように偏向されるように、該イオン
コレクタの回収面が該イオンの第２の部分に関して構成
されてもよい。
【００１８】前記イオン分析器は四極質量フィルタであ
ってもよい。
【００１９】前記イオンコレクタは、前記イオン化容積
中に保持された試料ガスの全圧を確立するためにイオン
を測定可能な全圧コレクタであってもよい。
【００２０】前記全圧コレクタは、前記イオン化容積近
傍に配置された回収面を含み、該面は該容積からのイオ
ンを受けるように構成され、該面は、該回収プレートと
接触することによって生成される二次電子を、該イオン
化容積に方向付けずに偏向するようにさらに構成されて
もよい。
【００２１】前記回収面は、前記イオン化容積に対して
角をなし、該角は入射イオンビームに対して約２０から
４５度の範囲にあってもよい。
【００２２】前記回収面は傾斜した形状を有してもよ
い。
【００２３】前記回収面はＶ字形であってもよい。
【００２４】簡単に言えば、本発明の好ましい局面によ
れば、質量分析計ガス分析器は、イオン化容積中の試料
ガスのイオンを生成するためのイオンソースを含む。イ
オン分析器は、生成されたイオンの第１の部分を回収
し、分析し、試料ガス中の選択されたガス種の分圧を決
定する。イオンコレクタは、生成されたイオンの第２の
部分を回収し、ガス試料の全圧を決定する。本発明によ
れば、イオンコレクタは、イオンコレクタを用いてイオ
ン衝突により生成された複数の二次電子の実質的な部分
がイオン化容積から偏向されるようにイオンビームに関
して構成される回収面を含む。
【００２５】好ましくは、イオンコレクタおよびイオン
分析器が、共通するイオン化容積に対して反対に配置さ
れる、デュアルイオンソースが使用される。回収面は、
二次電子が、イオンビームが派生する規定されたイオン
化容積から離れるように偏向および吸収されるように、
イオンソースに対して形成、または位置される。
【００２６】本発明の他の好ましい局面によれば、質量
分析計ガス分析器は、規定されたイオン化容積中の試料
ガスのイオンを生成するソース手段と、生成されたイオ
ンの第１の部分を回収および分析し、試料ガス中の選択
されたガス種の分圧を決定するイオン分析手段と、イオ
ン化容積から生成されたイオンの第２の部分を回収し、
ガス試料の全圧を決定するイオン回収手段と、イオン分
析手段により生成された複数の二次電子の実質的な部分
が、イオン化容積に方向づけられて戻るのを防ぐ偏向手
段とを含む。
【００２７】本発明の他の好ましい局面によれば、質量
分析計ガス分析器は、規定されたイオン化容積中の試料
ガスのイオンを生成するイオンソースと、イオンの第１
の部分を分析し、試料ガス中の選択されたガス種の分圧
を決定するイオン分析器と、イオンの第２の部分を回収
し、ガス試料の全圧を決定するイオンコレクタとを含
む。イオンコレクタのイオン回収面は、イオンコレクタ
のイオン衝突により生成された複数の二次電子の実質的
な部分が、イオン化容積に再度入射しないように離れる
ように偏向するように構成される。
【００２８】本発明の利点は、イオンソースから出射す
るイオン流からの二次電子が、イオン化容積およびイオ
ン分析器に再度入射しないことである。
【００２９】本発明のさらなる利点は、質量分析計また
は他のガス分析システムの全体的な性能に対する負イオ
ン電流の有害な影響が、特に高い動作圧力および低い質
量において、有意に減少されることである。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下の説明は、図４Ａの従来技術
の構成が有する問題点を克服するための、図１および４
Ｂに示す第１の実施態様に関連する。また、別の実施態
様を図７Ａ〜Ｃ、図８、および図９に示す。
【００３１】図面、特に図１を参照して、四極質量分析
計１などのガス分析センサのブロック図あるいは概略図
を示す。この特定の実施態様において、センサは、筐体
１２（一部のみを示す）中に実装されたセンサアセンブ
リ１０を有し、電気的に絶縁され気密に密閉された接続
部１４を含んでいる。この結果、センサは、高度な減圧
下において必要な電力入力を提供するためおよびセンサ
出力を測定するための外部装置を用いて動作することが
できる。
【００３２】センサアセンブリ１０は、イオンソース１
６、四極質量フィルタなどのイオン分析器１８、イオン
検出器２０、および全圧コレクタ２２を有している。本
実施態様において、全圧コレクタ２２は、イオンソース
１６に対して、イオン分析器１８およびイオン検出器２
０と反対側に設けられている。別個の適切な電源２４お
よび２６により、イオンソース１６およびイオン分析器
１８に、必要な電圧および電流をそれぞれ供給する。適
切な増幅器およびインジケータ２８がイオン検出器２０
の出力を測定し、同様な増幅器およびインジケータ３０
が、全圧コレクタ２２の出力を測定する。図示した電気
的接続部は一般的な機能を示すものであり、実際にはセ
ンサ部品とその各外部部品との間の複数の電気的導電体
を表し得る。
【００３３】本説明において、図１に図示しさらに図４
Ａおよび図４Ｂに詳細に示すイオンソース１６を、デュ
アルイオンソースと呼ぶ。より完全に説明を後で述べる
が、要するにデュアルイオンソース１６は、対向して設
けられたイオン分析器１８と全圧（イオン）コレクタ２
２との間に位置する共通のイオン化容積２６（図４Ａ）
を用いることにより、イオン化容積２６から一次イオン
ビーム３２が抽出されてイオン分析器１８上に集め、ま
た二次イオンビーム３４が同様に抽出されてイオンコレ
クタに向かって方向付けられる。
【００３４】四極質量フィルタなどのイオン分析器１８
は、質量に従って特定の種のイオン（すなわち選択され
たイオン３６である）を選択してイオン検出器２０に伝
達し、一方、他のいかなる質量を有するイオンも拒絶し
または方向転換させる。隣接するイオン検出器２０（単
純なファラデーカップ(FC)、二次電子増倍管(SEM)ある
いはその同等物である）は、選択されたイオン３６を捕
集して電流に変換する。この電流は、設けられた増幅器
およびインジケータ２８により外部的に測定されること
で、捕集されたイオンの量を示す。四極質量フィルタお
よび増幅器／インジケータに関する詳細は当該分野にお
いて周知であり、特に示さない限り本発明の実質的な部
分を構成しない。
【００３５】反対側に設けられた全圧（イオン）コレク
タ２２は、質量に関わらず全てのイオン種を含むイオン
の２次ビーム３４の全体を捕獲し、電流に変換する。別
の真空計を用いて較正することにより、全圧電流の大き
さから規定されたイオン容積内部の減圧レベルを計算す
る。上述のように、別個の増幅器およびインジケータ３
０が、全圧コレクタ２２によって捕集されたイオンの量
を、当業者に公知の方法で同様に示す。
【００３６】ここで、簡潔さおよび本発明の教示がより
よく理解されるために、図２に示すような従来技術にお
けるシングルイオンソースに関連して背景を説明する。
シングルイオンソース８６は、少なくとも１つのフィラ
メント８７を有しており、フィラメント８７は加熱され
た際に、熱イオン放出により適切な量の電子を供給す
る。加熱されたフィラメント８７からの電子は、加速さ
れて規定されたイオン化容積８８（典型的には円筒形状
を有する）中に入り、ここで流入してくるガス試料のガ
ス分子が衝突を受け(bombard)、電子衝撃によりイオン
化する。帯電分子（すなわちイオン）は電界によって操
作され得ることが知られている。従って、反対向きの電
位を供給することにより、イオンを規定されたイオン化
容積８８から抽出し、イオンレンズアセンブリ９０を用
いることにより収束して適切なイオンビームに集めるこ
とができる。
【００３７】引き続き図２を参照し、典型的なイオンレ
ンズアセンブリ９０は、開口部９８を通る同軸を有する
３つの同心円状要素９２、９４、および９６からなって
いる。第１の要素すなわちイオンソース８６の内部に最
も近い要素９２は、イオン化容積８８の境界または周辺
を形成する。残りの２つの要素は、間を空けた薄い円盤
状要素９４、９６であり、規定イオン化容積からのイオ
ンビームを収束してイオン分析器（図示せず）またはイ
オンコレクタ（図示せず）の入口に集めるための電位を
供給する。
【００３８】デュアルイオンソース１６（図４Ａまたは
図４Ｂを参照してその一例をより詳細に後述する）は、
全圧コレクタ２２の好適な構成を規定するものである。
全圧コレクタの別の位置構成を、図３Ａ〜３Ｃを参照し
て説明する。
【００３９】図３Ａは、図２の単一イオンソースにおい
て用いられる全圧感知装置を示している。便宜上、同様
な部材は同様な参照符号で示している。中央にその厚み
にわたって開けられたビーム開口部１１４を有するビー
ム開口プレート１１２が、イオンソース８６のイオン化
容積８８に隣接して設けられている。ビーム開口部１１
４は、加熱されたフィラメント８７から供給されイオン
レンズアセンブリ９０によって集められたイオンビーム
を分析器（図示せず）に到達させることを可能にし、一
方でプレート１１２の残り部分は、集められたイオンビ
ーム外のイオンをブロックあるいは遮断する。ビーム開
口部プレート１１２はセンサアセンブリ構造の残りから
電気的に分離されており、適切な増幅器及び測定システ
ム（図１に概略を示す）に接続されていることにより、
捕集された電流量を示す。
【００４０】図３Ｂは、同様に規定されたイオン化容積
８８および図示のイオンレンズアセンブリ９０の外側に
位置する、別の実施態様の全圧捕集装置１２０を示す。
図３Ｃは、イオン化容積８８内において一対のイオンビ
ーム（図示せず）が加熱されたフィラメント８７によっ
て発生される、デュアルイオンソース１３２を備えた全
圧捕集装置１３０を示す。上述のように、試料ガス分析
用に一つのイオン流を用い、第２の逆向きに収束される
イオン流が、全圧コレクタ１３０に向けられる。全圧コ
レクタ１３０は、センサ構造の残りから電気的に分離さ
れており、捕集された電流の量を示すために適切な増幅
器および測定システム（図示せず）に接続されている。
使用時において、デュアルイオンソース１３２は図１に
示すデュアルイオンソース１６と同様な方法で機能す
る。
【００４１】上述の背景をもとに、全圧コレクタ２２と
ともに用いられるデュアルイオンソース１６を、図４Ａ
および図４Ｂを参照してより詳細に説明する。
【００４２】一対の電極、すなわち実質的に円錐台形(f
rustoconical)の内部を有するアノード４４および中央
開口部５０を有する実質的に平面の集束プレート４８
が、ともにイオン化容積２６を規定し、イオンレンズア
センブリ６０を形成する。イオンレンズアセンブリ６０
は、イオン化容積からの一次イオンビーム３２（図１）
をイオン分析器１８の入口５２における焦点に収束させ
る。本実施態様において、一対の隣接する加熱されたフ
ィラメント５４、５６からの電子は、アノード４４本体
に設けられた（ここを通って閉じこめられた希薄化ガス
試料のイオン化が起こる）スロット５８を通って、イオ
ン化容積２６内に入る。ガス試料は、外部ソース（図示
せず）から公知の方法で加えられる。
【００４３】第１のフィラメント５４から発せられた電
子から形成されたイオンは、アノード４４内部および集
束プレート４８の形状によって規定される電界によっ
て、中央開口部５０を通りイオン分析器１８内に収束し
て集められ、イオン分析器１８内においてガス試料の分
圧が測定され得る。２要素イオンレンズアセンブリを形
成するアノードの構成の詳細については、本願と同時出
願された、共に譲渡に係り同時係属中の米国特許出願第
号（特許弁護士による登録番号247-109）に
記載されており、この出願の内容を前述のように援用し
ている。
【００４４】同様に、第２のフィラメント５６から発せ
られた電子から形成されるイオンは、類似の開口部６５
を有する全圧コレクタ集束プレート６４を通して加速さ
れる時に、イオンコレクタ２２によって集められる。デ
ュアルイオンソース１６に関係するさらなる詳細につい
ては、１９９６年５月３日に出願された、共に譲渡に係
り同時係属中の米国特許出願第08/642,479号（特許弁護
士による登録番号247-096）に記載されており、その全
内容は、本明細書中において援用されている。
【００４５】図４Ｂを参照すると、二次イオンビーム３
４に対して傾斜したイオン捕集表面２１Ａを含むイオン
コレクタ２２Ａを除いては図４Ａと同一のシステムが示
されている。二次イオンビーム３４内に含まれる正イオ
ン（Ｉ+によって模式的に表される）は、イオンコレク
タ２２の傾斜した捕集表面２１Ａに突き当たり、二次電
子ｅ-を生成する。二次電子ｅ-の各々は、ランダムな方
向に発せられるが、イオンコレクタ２２の捕集表面２１
Ａに近接した電子加速フィールドが、本質的にそれに対
して垂直であるので、二次電子ｅ-の各々は、捕集表面
２１Ａに対して基本的に垂直な経路で加速される。
【００４６】しかし、この特定の実施形態によれば、イ
オン捕集表面２１Ａが、二次電子のほとんどがイオン化
容積２６に再び入ることはないが、代わりに、全圧コレ
クタ集束プレート６４の（規定されたイオン化容積２６
に対して知覚されるような）内部表面６７上に衝撃を与
えるようにイオン経路に対して傾斜している。捕集表面
２１Ａに対する法線と、正イオンＩ+の二次ビーム３４
の軸との間の角度αは、好適には、約１５〜４５度の範
囲内である。
【００４７】図５Ａ〜６Ｂを参照して、図４Ａおよび４
Ｂのデュアルイオンソースを比較することによって、全
圧イオン捕集表面に対する記載された改変例の効果の比
較が成され得る。図５Ａおよび５Ｂは、それらのパラメ
ータおよび図４Ａに図示される公知のイオンコレクタを
用いた装置を使った典型的な質量分析計の記録を示す。
図６Ａおよび６Ｂは、図４Ａに示される公知のイオンコ
レクタ２２の代わりに、イオン捕集表面を有する図４Ｂ
のイオン捕集プレート２０を代用した、同一のガス試料
に対する類似の質量分析計の外形を示す。この特定の実
施形態によれば、イオンコレクタ２２のイオン捕集表面
２１Ａは、３６°の角度αを有する。
【００４８】図６Ａは、現在説明されているイオンコレ
クタ２０によって測定される全圧イオン電流が小さく、
従って二次電子電流も小さいような低絶対圧で質量分析
計を用いた場合のイオン出力電流を示す。図６Ｂは、全
圧電流が大きく、比較的より多数の二次電子が形成され
るために二次電子電流も大きいような高い絶対圧条件で
行われた類似の測定を示す。傾斜したイオン捕集表面２
１Ａを有するイオンコレクタを用いることにより、二次
電子電流の影響によって引き起こされる図５Ｂの正の質
量分析計上の重畳負電流が、図６Ｂに示されるように排
除された。図６Ｂの振幅のピークの測定は容易に達成さ
れ、その結果、ガス試料を含む別のコンポーネントが測
定される。
【００４９】前記では、イオンコレクタの内部イオン捕
集表面が、イオン化容積から離れるように二次電子をう
まく偏向させるように製造され得る特定の実施形態を説
明している。イオン捕集表面の他の形状または構成が可
能であることは、容易に理解される。図７Ａ〜７Ｃを参
照すると、全圧コレクタのイオン捕集表面設計に関する
可能な代替の実施形態が示されている。このような代替
の実施形態には、図７Ａに示されるような内向きの
「Ｖ」字型を有するイオン捕集表面１０２が含まれる。
イオンコレクタ１０４および１０７に対するそれぞれの
捕集表面１０６および１０８によって示されるように、
他の類似の形状が利用され得、捕集表面の包括的な目的
は、あらゆる二次電子をイオン化容積２６以外の場所へ
と偏向させる手段を提供することである。図７Ａを参照
して、上記の実施形態に関して、正のイオン流３４と、
イオン捕集表面１０２に対する法線との間の角度βが、
好適には約２０〜４５°の範囲内にあることが決められ
た。先に記載した実施形態の場合と同様に、その形状
は、好適には、二次電子のほとんどが、イオン化容積に
再び入ることが阻止されるような傾斜した表面を持つ。
図から分かるように、集束プレート６４の中央開口部６
５、および最終的には、イオン分析器１８（図４Ｂ）の
入口５２（図４Ｂ）の視界にある直線から二次電子を偏
向させるために、表面が、二次イオンビーム３４に対し
て傾斜している場合には、平坦イオン捕集表面が利用さ
れ得る。
【００５０】図８および図９を参照して、また別の類似
のバリエーションが容易に想像され得る。例えば、凸状
の「Ｖ」が、全圧コレクタ集束プレート６４の長さに基
本的に平行してイオンコレクタ２２Ｂに沿って縦に走る
「Ｖ」字型のバリエーション、すなわち、図８に示され
るような紙の面へと延びる、およびその紙の面から外れ
て延びる方向に延びる１組の外向きに収束する表面１４
０および１４２が示される。正のイオン流３４と、イオ
ン捕集表面１４２に対する法線１１０との間の適切な角
度γは、好適には約３０°である。二次電子は、全圧コ
レクタ集束プレート６４において、開口部６５の側方に
ではなく、開口部の上下に偏向される。本明細書中に記
載の概念を用いて、さらに別のバリエーションが考えら
れることは、容易に理解できる。
【００５１】
【発明の効果】本発明による質量分析計ガス分析器にお
いては、イオンソースから出射するイオン流からの二次
電子は、イオン化容積およびイオン分析器に再度入射し
ない。
【００５２】さらに、本発明による質量分析計ガス分析
器においては、質量分析計または他のガス分析システム
の全体的な性能に対する負イオン電流の有害な影響が、
特に高い動作圧力および低い質量において、有意に減少
される。
【００５３】その結果、質量分析計ガス分析器における
質量スペクトルの陽ピークの振幅の正確な測定が達成さ
れる。
【００５４】本発明の好適な実施形態が、添付の図面を
参照して記載されたが、本発明が、まさにこれらの実施
形態に限定されることはなく、様々な変更および改変
が、添付の請求項に定義されるような本発明の範囲また
は精神から逸脱することなく、当業者によって成し遂げ
られ得ることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、デュアルイオンソースアセンブリの概
略図である。
【図２】図２は、従来技術において公知でありかつ本発
明において有用な、典型的なイオンソースの概略図であ
る。
【図３Ａ】図３Ａは、従来技術による具体的な全圧感知
装置の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、従来技術による２番目の具体的な
全圧感知装置の概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、従来技術による３番目の具体的な
全圧感知装置の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、従来技術による全圧コレクタを有
する質量分析計の上部部分断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施態様における全圧
コレクタを有する質量分析計の上部部分断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ａの装置を低絶対圧条件下で
用いた、イオン電流出力のグラフを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図４Ａの装置を図５Ａの条件より
も高い絶対圧条件下で用いた、イオン分析器出力のグラ
フを示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図４Ｂの装置を低絶対圧条件下で
用いた、イオン分析器出力のグラフを示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図４Ｂの装置を図６Ａの条件より
も高い絶対圧条件下で用いた、イオン分析器出力のグラ
フを示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明における別の構成を有する
イオン捕集表面を備えた全圧コレクタを示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明における別の構成を有する
イオン捕集表面を備えた全圧コレクタを示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明における別の構成を有する
イオン捕集表面を備えた全圧コレクタを示す図である。
【図８】図８は、本発明の一実施態様における全圧コレ
クタの上面図である。
【図９】図９は、図８の実施態様の線９−９における側
断面図である。
【符号の説明】
１ 質量分析計 １０ センサアセンブリ １２ 筺体 １４ 電気的接続部 １６ イオンソース １８ イオン分析器 ２０ イオン検出器 ２１ イオン捕集表面 ２２ 全圧コレクタ ２４ フィラメント ２６ イオン化容積 ２８ 増幅器およびインジケータ ３０ 増幅器およびインジケータ ３２ 一次イオンビーム ３４ 二次イオンビーム ３６ 選択されたイオン ４４ アノード ４８ 集束プレート ５０ 中央開口部 ５２ 入口−イオン分析器 ５４ フィラメント ５６ フィラメント ５８ スロット ６０ イオンレンズアセンブリ ６４ コレクタ集束プレート ６５ 中央開口部 ６７ 集束プレートの外部表面 ８０ イオンソース ８７ フィラメント ８８ イオン化容積 ９０ イオンレンズアセンブリ ９２ 要素 ９４ ディスク ９６ ディスク ９８ 通過開口部 １００ 内向きにＶ字型のイオンコレクタプレート １０２ 傾斜した内部捕集表面 １０４ 曲線Ｖ字型イオン捕集プレート １０６ 内部イオン捕集表面 １０７ 曲線イオンコレクタプレート １０８ 内部イオン捕集表面 １０９ イオン捕集プレート １１０ 傾斜内部イオン捕集表面 １１２ ビーム開口プレート １１４ ビーム開口部 １３２ デュアルイオンソース １３４ イオン化容積 １３６ 加熱されたフィラメント １３８ イオンレンズアセンブリ １４０ 傾斜イオン捕集表面 １４２ 傾斜イオン捕集表面
フロントページの続き (71)出願人 598042323 Ｔｗｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｌａｃ ｅ， Ｅａｓｔ Ｓｙｒａｃｕｓｅ， Ｎ ｅｗ Ｙｏｒｋ 13057−9714， Ｕ．Ｓ. Ａ. (72)発明者 ルイス シー． フリーズ アメリカ合衆国 ニューヨーク 13104, マンリウス， ウィステリア サークル 4636

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 規定されたイオン化容積中において試料
    ガスのイオンを生成するソース手段と、 該生成されたイオンの第１の部分を回収および分析し
    て、該試料ガス中の選択されたガス種の分圧を決定する
    第１の分析手段と、 該イオンの第２の部分を回収および分析して、該ガス試
    料の全圧を決定する第２の分析手段と、 該第２の分析手段により生成された複数の二次電子の実
    質的な部分を、該イオン化容積から離すように偏向する
    偏向手段とを含む、質量分析計ガス分析器。
  2. 【請求項２】 前記第２の分析手段は、前記イオン化容
    積近傍に配置された全圧イオンコレクタを含み、前記偏
    向手段は、該全圧イオンコレクタの回収面を含み、該回
    収面は、該回収プレートと接触することにより形成され
    た二次電子が、該イオン化容積に再度方向付けられない
    ように構成される、請求項１に記載の質量分析計ガス分
    析器。
  3. 【請求項３】 前記第１の分析手段は、前記ソース手段
    に対して前記全圧コレクタと反対に配置された四極質量
    フィルタを含み、該質量フィルタは、該ソース手段によ
    り生成されたイオンの特定部分を分析する手段を有す
    る、請求項２に記載の質量分析計ガス分析器。
  4. 【請求項４】 前記全圧イオンコレクタの前記回収面の
    法線は、前記イオンの第２の部分を含むイオン流に対し
    て角をなし、該角は、約１５度から４５度の範囲にあ
    る、請求項２に記載の質量分析計ガス分析器。
  5. 【請求項５】 前記全圧イオンコレクタの前記回収面は
    実質的に平面であり、該面は、該回収面により生成され
    る二次電子が前記イオン化容積に方向づけられないよう
    に前記イオン化容積に対して角をなす、請求項４に記載
    の質量分析計ガス分析器。
  6. 【請求項６】 前記回収プレートは実質的にＶ字形であ
    る、請求項４に記載の質量分析計ガス分析器。
  7. 【請求項７】 イオン化容積中の試料ガスのイオンを生
    成するためのイオンソースと、 該イオンの第１の部分を分析して、該試料ガス中の選択
    されたガス種の分圧を決定するためのイオン分析器と、 該イオンの第２の部分を回収して、該ガス試料の全圧を
    決定するイオンコレクタとを含み、 該イオンの第２の部分による該イオンコレクタのイオン
    衝突により生成された複数の二次電子の実質的な部分が
    該イオン化容積から離れるように偏向されるように、該
    イオンコレクタの回収面が該イオンの第２の部分に関し
    て構成される、質量分析計ガス分析器。
  8. 【請求項８】 前記イオン分析器は四極質量フィルタで
    ある、請求項７に記載の質量分析計ガス分析器。
  9. 【請求項９】 前記イオンコレクタは、前記イオン化容
    積中に保持された試料ガスの全圧を確立するためにイオ
    ンを測定可能な全圧コレクタである、請求項８に記載の
    質量分析計ガス分析器。
  10. 【請求項１０】 前記全圧コレクタは、前記イオン化容
    積近傍に配置された回収面を含み、該面は該容積からの
    イオンを受けるように構成され、該面は、該回収プレー
    トと接触することによって生成される二次電子を、該イ
    オン化容積に方向付けずに偏向するようにさらに構成さ
    れる、請求項９に記載の質量分析計ガス分析器。
  11. 【請求項１１】 前記回収面は、前記イオン化容積に対
    して角をなし、該角は入射イオンビームに対して約２０
    から４５度の範囲にある、請求項１０に記載の質量分析
    計ガス分析器。
  12. 【請求項１２】 前記回収面は傾斜した形状を有する、
    請求項１０に記載の質量分析計ガス分析器。
  13. 【請求項１３】 前記回収面はＶ字形である、請求項１
    ２に記載の質量分析計ガス分析器。
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