JP2000121484A - ヘリウムリークディテクタ - Google Patents

ヘリウムリークディテクタ

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JP2000121484A
JP2000121484A JP10292614A JP29261498A JP2000121484A JP 2000121484 A JP2000121484 A JP 2000121484A JP 10292614 A JP10292614 A JP 10292614A JP 29261498 A JP29261498 A JP 29261498A JP 2000121484 A JP2000121484 A JP 2000121484A
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JP
Japan
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ions
ion
helium
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slit
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JP10292614A
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English (en)
Inventor
Akio Igawa
秋夫 井川
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ヘリウムイオンと3価の窒素イオンとを明確に
分離して、リーク量測定に係る分解能を高める。 【解決手段】イオンソース2から射出されるイオンを磁
場偏向させ、ヘリウムイオンHe+に固有の軌道の終端
に配置したイオンコレクタ4にヘリウムイオンHe+
優先的に入射させるように構成するに際して、磁場偏向
の終端付近に隔壁9を配置し、この隔壁9の近傍に各イ
オンの軌道が収束するように設定するとともに、その隔
壁9のうちヘリウムイオン収束部の対応位置にスリット
9aを形成したため、m/eの値が近似し軌道半径の接
近したヘリウムイオンHe+と3価の窒素イオンN3+
を明確に分離することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、密閉検査や封止検
査などを行う際に好適に利用されるヘリウムリークディ
テクタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ヘリウムを用いたリークディテクタは、
図3に示すように、分析管ケース5にマグネット6を外
付けしたものであり、分析管ケース5内は、図4および
図5に示すようにイオンソース2とイオンコレクタ4か
ら主として構成されている。イオンソース2は、フィラ
メント10で生成した熱電子e-をz軸に沿ってイオン
チェンバ1に導入し、その熱電子e-をイオンチェンバ
1内に存在するHeガスと衝突させてヘリウムイオンH
+を生成するとともに、そのヘリウムイオンHe+を電
極3が生起する電界の作用によってx軸に平行に引き出
すようにしたものである。一方、イオンコレクタ4は、
電極3からy軸方向へ偏位した部位に設けられ、スリッ
ト4aを介してヘリウムイオンHe+が入射した際にそ
の量に比例した電気信号を出力することができるもので
ある。すなわち、イオンソース2から磁場空間側に導出
されたヘリウムイオンHe+は、磁場の作用により、フ
レミングの法則に従って磁場偏向を受け、円弧を描いて
イオンコレクタ4に入射するが、その際の円弧の半径は
ヘリウムイオンHe+に固有のものであり、他のイオン
のそれとは異なったものになる。そのため、所定位置に
配置したイオンコレクタ4にヘリウムイオンHe+のみ
を入射させることで、ヘリウムのみを選択してそのリー
ク量を測定することが可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のヘリ
ウムリークディテクタでは、10-12Pa・m3/s以下
の検出感度を得ることが難しいという問題がある。その
原因として、ヘリウムイオンH+と特に3価の窒素イオ
ンN3+との分離が難しい点、イオン電流に所要のゲイン
が得られない点が挙げられる。先ず、前者について説明
すると、イオンソース2側のスリット8から射出された
イオンは、磁場偏向の作用で円弧を描いてイオンコレク
タ4に向かうが、イオンソース2側ではイオン生成ポイ
ントに応じて射出軸が異なったものになっている。その
ため、従来では射出条件の不揃いを校正すべく、中間隔
壁7を設けて一旦軌道をこの隔壁7付近に収束させ、そ
の中間隔壁7に設けたスリット7aでヘリウムイオンH
+と軌道半径の異なる他のイオン、例えば水素イオン
等とを分離するようにしている。ところが、このように
軌道を収束させても、m/eの値が4であるHe+に対
して空気中に存在しm/eの値が4.66であるN3+
極めて近似した軌道を通るため、前記中間隔壁7のスリ
ット7aを通過し得る。そして、結局このN3+のその後
の軌道に射出軸のずれの影響が現れ、本来ならHe+
みを通過させるように設定されたイオンコレクタ4のス
リット4aにN3+も通過して、イオンコレクタ4がこれ
をHe+と誤って認識し、バックグランド値の上昇によ
る検出感度の低下を招いている実状がある。
【0004】また、後者について説明すると、イオンコ
レクタ4に入射したイオンは、従来はファラデーカップ
を用いて2次電子を散乱させないようにしており、感度
向上のためにファラデーカップの入口にイオンを収束さ
せるようにしている。しかるに、これのみでは感度向上
に多くを期待できず、また他のイオンが混入することに
よるバックグランド値の上昇も感度低下の要因となって
いる。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、先ず第1の構成として、イオンソー
スから射出されるイオンを磁場偏向させ、ヘリウムイオ
ンに固有の軌道の終端に配置したイオンコレクタにヘリ
ウムイオンを優先的に入射させるようにしたものにおい
て、磁場偏向の終端付近に隔壁を配置し、この隔壁の近
傍に各イオンの軌道が収束するように設定するととも
に、その隔壁のうちヘリウムイオン収束部の対応位置に
スリットを形成してなることを特徴とする。
【0006】このような構成のものであれば、収束点に
おいて各イオン同士の軌道が明確に画されるため、ヘリ
ウムイオンと3価の窒素イオンとでm/eの値が近似し
ていても、中間隔壁に設けたスリットにヘリウムイオン
のみを通過させ、3価の窒素イオンを的確に遮断するよ
うに構成することが可能となる。また、本発明の第2の
構成として、イオンソースから射出されるイオンを磁場
偏向させ、ヘリウムイオンに固有の軌道の終端に配置し
たイオンコレクタにヘリウムイオンを優先的に入射させ
るようにしたものにおいて、イオンコレクタに入射した
ヘリウムイオンを、入口と出口でイオンの分布状態を極
力変化させることなく静電偏向部において偏向させた
後、次段に配置した増倍管に入射させるようにしたこと
を特徴とする。
【0007】このような増倍管を用いれば、イオンの入
力に比例して2次電子を大量に発生できるので、感度向
上に有効となる。但し、単にこの増倍管にイオンを入力
するだけでは、ノイズも増幅されることになり、また収
束させて入力すると増倍管が過剰入力となって本来の機
能を有効に営み得ず、結果的に所定のゲインが得られな
いばかりか、局所的な焼損が生じ易いという問題も新た
に生じる。これに対して、本発明は、イオンを静電偏向
させて増倍管に入力するようにしているので、ノイズを
排除することができ、また分散させて入力するようにし
ているので、増倍管に局所的にイオンが過剰入力される
ことがなく、増倍管が持つ本来の2次電子放出作用を随
所において均質且つ有効に営ませることができ、ゲイン
の低下や焼損の問題を効果的に解消することが可能とな
る。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図1及び図2を
参照して説明する。なお、既に説明した基本構成部分に
ついては、同一符号を付して説明を省略するものとす
る。この実施例のヘリウムリークディテクタは、図1に
示すように、イオンソース2側から射出されるイオンを
磁場偏向させ、ヘリウムイオンHe+に固有の軌道の終
端に配置したイオンコレクタ4にヘリウムイオンHe+
を優先的に入射させるに際して、磁場偏向の終端付近に
新たに隔壁9を配置し、この隔壁9の近傍において特に
ヘリウムイオンHe+と3価の窒素イオンN3+の各軌道
が収束するように設定するとともに、その隔壁9のうち
ヘリウムイオン収束部の対応位置にスリット9aを形成
しているものである。そのために、図1と図4とを比較
しても明らかなように、イオンソース2におけるイオン
生成ポイントPが射出軸に沿って一列に配列するような
構造のものにしてあり、これにより軌道全体を軌道中央
からイオンコレクタ4側にシフトさせている。ここで
は、このようなイオン生成に適したものとして、イオン
ソース2にいわゆるBA形イオン源と称されるものを用
いている。また、この実施例では図中ハッチングで示す
領域の磁石を撤去して磁場領域を狭くしており、これに
より3価の窒素イオンN3+の収束部近傍の軌道曲率を弱
めて、図1中Aで示す部分において窒素イオンN3+に外
側に逃げていくような軌道をとらしめるようにしてい
る。
【0009】また、本実施例は上記構成に加えて、イオ
ンコレクタ4に入射したヘリウムイオンを、図2に示す
ように入口と出口でイオンの分布状態を極力変化させな
いように構成した静電偏向部11において偏向させた
後、次段に配置した増倍管12に入射させるようにして
いる。すなわち、静電偏向部11は、入口スリット11
aと出口スリット11bとを直交配置し、その間を2つ
の方形静電偏向板11c、11dで包囲して90°に屈
曲した通路を形成した構造をなしている。出口スリット
11bの次段には、シールド管13を介して増倍管12
が配置してあり、この増倍管12に入射するイオンの量
に比例した大量の2次電子を発生させて、イオン電流I
として取り出すようにしている。一例として、この実施
例は方形静電偏向板11cに+200Vを印加し、方形
静電偏向板11dを−200V又はグランドとし、シー
ルド管13をグランドし、増倍管12を−0.3〜−
2.0kVの範囲で使用する。しかして、入口スリット
11aから分散して入射したヘリウムイオンHe+に対
して、90°の静電偏向を行い、出口スリット11bに
略同一分布密度で導いた後(但し、図示例では反転して
いる)、シールド管13に導入する。このシールド管1
3は、増倍管12に至るまでの間に電圧のしみ込み効果
によるレンズ作用によってヘリウムイオンHe+の発散
を抑止し、逆にやや収束させて増倍管12に一様に入射
させる作用を営む。そして、増倍管12で随所において
均一に2次電子が発生し、これがイオン電流Iとして取
り出される。
【0010】以上のような構成からなる本実施例のヘリ
ウムリークディテクタは、イオンソース2からのイオン
生成ポイントPを射出軸に対して直列になるように構成
し、軌道終端近傍に配置した隔壁9の近傍にヘリウムイ
オンHe+及び3価の窒素イオンN3+の各軌道を収束さ
せ、ヘリウムイオン収束部の対応位置にスリット9aを
設けてヘリウムイオンHe+のみを通過させるようにし
ているものである。このため、特に軌道半径の近似した
両イオンHe+、N3+を収束点で明確に画して、3価の
窒素イオンN3+を確実に分離する分解能を持たせること
が可能となる。
【0011】しかも、イオンコレクタ4に入射したヘリ
ウムイオンHe+を、入口スリット11aと出口スリッ
ト11bでイオンの分布状態を極力変化させることなく
静電偏向部11において偏向させた後、次段に配置した
増倍管12に入射させるようにしているため、ヘリウム
イオンHe+以外のノイズとなる散乱イオンを入口スリ
ット11aで反射させ、或いは屈曲した静電磁場中にお
いて徹底的に排除するとともに、シリンドリカルな静電
偏向部のようにイオンを収束させることなく、増倍管1
2に均質に入射させることができる。したがって、増倍
管12が持つ本来の2次電子放出作用を随所において均
質且つ有効に営ませることができ、増倍管12において
真にヘリウム量に対応した2次電子を効率良く生成し
て、従来の限界値であった10-12Pa・m3/sを上回
る高感度の測定を追求することが可能となる。
【0012】なお、各部の具体的な構成は、図示実施例
のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で種々変形が可能である。例えば、上記実施例
で中間隔壁を廃して、終端隔壁のみでイオンを分別する
ように構成することもできる。また、イオンソースは所
要の射出効果が得られればBA形イオン源に限定される
ものではない。さらに、磁場の制限は直線的ではなく曲
線的に狭くなるように構成してもよい。さらにまた、増
倍管にはセラトロンやマイクロチャンネルプレートを始
め種々のものを用いることができ、印加電圧等も上記以
外に種々の設定が可能である。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は先ず、磁
場偏向の終端付近に隔壁を配置し、この隔壁の近傍に各
イオンの軌道が収束するように設定するとともに、その
隔壁のうちヘリウムイオン収束部の対応位置にスリット
を形成したものである。このため、m/eの値が近似し
ている3価の窒素イオンを分離する分解能を持たせて、
検出感度を有効に向上させることが可能となる。
【0014】また、本発明は、イオンコレクタに入射し
たヘリウムイオンを、入口と出口でイオンの分布状態を
極力変化させることなく静電偏向部において偏向させた
後、次段に配置した増倍管に入射させるようにしてい
る。このため、ヘリウムイオンのみを増倍管に均質に分
布させて導き、増倍管全体に効率良く2次電子を生成さ
せて、低バックグランドで高ゲインを得、検出感度を更
に有効に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す模式図。
【図2】同実施例の要部断面図。
【図3】分析管の一般的構成を示す全体斜視図。
【図4】従来例を示す図1に対応した模式図。
【図5】同従来例の構成を示す概念図。
【符号の説明】
2…イオンソース 4…イオンコレクタ 9…隔壁 9a…スリット 11…静電偏向部 11a…入口スリット 11b…出口スリット 12…増倍管

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオンソースから射出されるイオンを磁場
    偏向させ、ヘリウムイオンに固有の軌道の終端に配置し
    たイオンコレクタにヘリウムイオンを優先的に入射させ
    るようにしたものにおいて、 磁場偏向の終端付近に隔壁を配置し、この隔壁の近傍に
    各イオンの軌道が収束するように設定するとともに、そ
    の隔壁のうちヘリウムイオン収束部の対応位置にスリッ
    トを形成してなることを特徴とするヘリウムリークディ
    テクタ。
  2. 【請求項2】イオンソースから射出されるイオンを磁場
    偏向させ、ヘリウムイオンに固有の軌道の終端に配置し
    たイオンコレクタにヘリウムイオンを優先的に入射させ
    るようにしたものにおいて、 イオンコレクタに入射したヘリウムイオンを、入口と出
    口でイオンの分布状態を極力変化させることなく静電偏
    向部において偏向させた後、次段に配置した増倍管に入
    射させるようにしたことを特徴とするヘリウムリークデ
    ィテクタ。
JP10292614A 1998-10-14 1998-10-14 ヘリウムリークディテクタ Pending JP2000121484A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006526881A (ja) * 2003-06-03 2006-11-24 モニター インスツルメンツ カンパニー,エルエルシー マススペクトロメータと、それに関係するイオナイザ及び方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006526881A (ja) * 2003-06-03 2006-11-24 モニター インスツルメンツ カンパニー,エルエルシー マススペクトロメータと、それに関係するイオナイザ及び方法

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