JP2009527097A - 不要イオンを抑制した微量ガス漏れ検出用質量分析計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】微量ガス漏れ検出用質量分析計と、質量分析計を動作させる方法とが提供されている。前記質量分析計は、ヘリウムのような微量ガスをイオン化するイオン源と、イオンを偏向させる磁石と、偏向イオンを検出する検出器とを含む。イオン源はフィラメントのような電子源を含む。この方法は、電離室に対して、微量ガスをイオン化するのには十分であるが三価炭素のような不要イオンを形成するのには不十分な電子加速電位で電子源を動作させる工程を含む。
【選択図】図2
Description
本出願は、本開示の譲受人に対して譲渡されかつ2006年2月15日に本出願と同時に出願されている、「微量ガス漏れ検出用の高感度スリットなしイオン源質量分析計」という名称の同時係属中の米国特許出願に関連している。
ヘリウム質量分光漏れ検出は、周知の漏れ検出技術である。ヘリウムは、密封試験片に於ける最小漏れ部を通過するトレーサガスとして使用される。次に、ヘリウムは漏れ検出装置内部へ引き込まれて測定される。ヘリウム量は漏れ速度に対応している。検出装置の重要構成部材は、ヘリウムを検出かつ測定する質量分析計である。入力ガスは、ヘリウム成分を分離するために分析計によりイオン化されるとともに質量分析されて、そして測定される。1つの方法として、試験片内部を漏れ検出器のテスト開口部に接合する方法がある。ヘリウムは試験片の外部に吹き付けられ、漏れ部を介して内部へ引き込まれ、漏れ検出器により測定される。
本発明の実施形態を実施するのに適した漏れ検出器は図1に概略図示されている。テスト開口部30は逆流弁32,34を介して前段ポンプ36に結合されている。漏れ検出器は更に、高真空ポンプ40を含む。テスト開口部30は中間弁42,44を介して、前段ライン48と高真空ポンプ40の取入口50との間に位置する、高真空ポンプ40の中間開口部46に結合されている。前段ライン弁52は、前段ポンプ36を高真空ポンプ40の前段ライン48に結合している。高真空ポンプ40の取入口50は、質量分析計(スペクトロメータ)60の取入口に結合されている。漏れ検出器は更に、いずれもテスト開口部30に結合されたテスト開口部熱電対62と、通気弁64と、較正リーク弁68を介して高真空ポンプ40の中間開口部46に結合された較正リーク部66と、前段ポンプ36に結合された安全弁70とを含む。
図3に示すように、イオン源120は、フィラメント170,172と、抽出電極174と、基準電極176と、反射電極180とを含み、これらの部材は全て真空ハウジング140内部に位置している。イオン源120はさらに、真空ハウジング140外部に位置する供給源磁石190を含む。この供給源磁石190は、相互離間した磁極片192,194を含み、これらの磁極片は真空室142の両側に位置している。あるいは、供給源磁石により設けられる磁界は、主磁石110から延びるフリンジ磁界によって設けることもできるということは理解されよう。
図3に示すように、基準電極176は抽出電極174と主磁石110との間に位置している。反射電極180は抽出電極174の上にそれから離間して設けられている。反射電極180は、所望の電界分布を提供するカップ状凹部210を含む。あるいは、反射電極180は、抽出電極174と同電位に保持されてもよいとともに、抽出電極174と接触してもよく、また、抽出電極174とともに一体構造に形成されてもよい。
等電位表面の線は、反射電極180と、抽出電極174と、基準電極176と、これらの電極の開口部(スリット)と、隣接する真空室壁とを含む、イオン源120に於ける諸部材の形状と間隔とにより決められる。これらの部材の寸法と間隔とは、より効率的に抽出するために、供給源に於いて生成されたイオンを抽出スリット200方向へ集束する「開口を伏せたカップ」のような電界形状を形成するように制御される。
本発明におけるイオン光学対象は、広幅のイオンビームにより照射されるスリットというよりむしろ無視できる幅を持つ線であるので、焦点での像の幅は、(SE+Rα2)であるよりむしろRα2である。このようにして、分解能は次の通りとなる。
RP = R/(2Rα2) = 1/(2α2)
したがって、イオン光学対象の幅が無視できるものであるかぎり、分解能はイオンビーム軌道の半径とは無関係である。この設計で、コンパクトな装置を実現するためにイオンビーム半径Rを低減することが望まれる場合、イオンビーム発散αが一定である限り、分解能は一定である。像の幅はイオンビーム半径に比例して低減され、そして、射出スリット幅は同程度低減されることができ、これにより像の幅を整合するとともに一定の質量分解能を維持しながら、イオン源から出てくるイオン全てを透過させる。それに反して、従来の質量分析計では、半径を低減しながら一定の質量分解能を維持するために、入射スリット幅を比例的に低減しなければならず、これによりスリット通過イオンの割合が低減するとともに、装置感度が低減する。
図6は、ヘリウムなしの場合の、時間の関数としての、質量/電荷4での検出出力信号のグラフを示す。この不規則な信号は、C3+イオンの干渉に起因するものである。
Claims (18)
- 微量ガスをイオン化するイオン源と、前記イオンを偏向させる磁石と、前記偏向されたイオンを検出する検出器とを含む質量分析計を動作させる方法であって、前記イオン源は電子源を含み、前記方法は、
電離室に対して、前記微量ガスをイオン化するには十分であるが不要イオンを形成するには不十分な電子加速電位で前記電子源を動作させる工程を含む方法。 - ヘリウムをイオン化するのに十分な電子加速電位で前記電子源を動作させる工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 三価炭素を形成するのには不十分な電子加速電位で前記電子源を動作させる工程を含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記電子源を動作させる工程は、前記微量ガスをイオン化するのには十分であるが不要イオンを形成するのには不十分な電子加速電位でフィラメントを動作させる工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記電離室に対して、−25〜−92ボルト範囲の電子加速電位で前記電子源を動作させる工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記電子源を動作させて、前記電離室内で、25〜92電子ボルトのエネルギーを有する電子を生成させる工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記電子源を動作させて、前記電離室内で、三価炭素のイオン化エネルギーを下回るエネルギーを有する電子を生成させる工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記イオン源から前記微量ガスイオンを抽出する工程と、磁界に於いて前記微量ガスイオンを偏向させる工程と、前記偏向された微量ガスイオンを検出する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- ヘリウムをイオン化するイオン源と、前記ヘリウムイオンを偏向させる磁石と、前記偏向されたヘリウムイオンを検出する検出器とを含む質量分析計を動作させる方法であって、前記イオン源はフィラメントを含み、前記方法は、
電離室に対して、ヘリウムをイオン化するには十分であるが三価炭素を形成するには不十分な電子加速電位で前記フィラメントを動作させる工程を含む方法。 - 前記電離室に対して、−25〜−92ボルトの範囲の電圧で前記フィラメントを電気的にバイアスする工程を含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記フィラメントを動作させて、前記電離室内部に、25〜92電子ボルトの運動エネルギーを有する電子を生成させる工程を含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記フィラメントを動作させて、前記電離室内に、三価炭素のイオン化エネルギーを下回るエネルギーを有する電子を生成させる工程を含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記イオン源からヘリウムイオンを抽出する工程と、磁界に於いて前記抽出されたヘリウムイオンを偏向させる工程と、前記偏向されたヘリウムイオンを検出する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 電子源を含むイオン源と、
電離室に対して、ヘリウムイオンを生成するには十分であるが三価炭素を生成するには不十分な電圧で前記電子源を動作させる電源と、
前記ヘリウムイオンを偏向させる磁石と、
前記偏向されたヘリウムイオンを検出する検出器と
を含む質量分析計。 - 前記電源は、前記電離室に対して、−25〜−92ボルトの範囲の電圧で前記電子源を動作させるように構成されていることを特徴とする請求項14に記載の質量分析計。
- 前記電源は、前記電子源を動作させて、前記電離室内部に、25〜92電子ボルトの運動エネルギーを有する電子を生成させるように構成されていることを特徴とする請求項14に記載の質量分析計。
- 前記電源は、前記電子源を動作させて、前記電離室内に、三価炭素のイオン化エネルギーを下回るエネルギーを有する電子を生成させるように構成されていることを特徴とする請求項14に記載の質量分析計。
- 前記電子源は、少なくとも1つのフィラメントを含み、前記電源は前記フィラメントへ電圧を供給することを特徴とする請求項14に記載の質量分析計。
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