JP3201871B2 - ガス分析方法及び二次元磁場形成用偏向磁石 - Google Patents
ガス分析方法及び二次元磁場形成用偏向磁石Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス分析方法及び二次
元磁場形成用偏向磁石に関し、特に、多種イオン検出器
により多種イオンを同時に分析するための新規な改良に
関する。
元磁場形成用偏向磁石に関し、特に、多種イオン検出器
により多種イオンを同時に分析するための新規な改良に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、用いられていたこの種のガス分析
方法としては、一般に、図７で示す偏向磁石の均一磁場
を用いたガス分析方法及び図８で示す四重極ガス分析装
置が採用されていた。
方法としては、一般に、図７で示す偏向磁石の均一磁場
を用いたガス分析方法及び図８で示す四重極ガス分析装
置が採用されていた。
【０００３】まず、図７に示すガス分析方法の場合、質
量分析部１がイオン源２、偏向磁石３及びイオン検出器
４で構成されている。このガス分析方法の動作原理は、
対象ガスをイオン源２にてイオン化してイオンビーム２
ａとして放出し、偏向磁石３にて、イオン種ごとに軌道
分離し、多種イオン検出器４でイオン電流を検出するこ
とによりガス分析を行う。イオン源２から放出するイオ
ンビーム２ａを偏向磁石３で質量分析を行う場合、イオ
ンの放出エネルギーと偏向磁石３による磁束密度Ｂが一
定の時には、磁界中でのイオン軌道の曲率半径ｒはイオ
ンの質量数Ｍの１／２乗に比例する関係にある。図７に
示す従来の均一磁場を使用したガス分析方法では、磁場
が一定の偏向磁石を使用している。これは、ファラデー
カップなどのイオン検出器４でイオンを検出する際に、
隣接するイオンの分離を容易にするためである。
量分析部１がイオン源２、偏向磁石３及びイオン検出器
４で構成されている。このガス分析方法の動作原理は、
対象ガスをイオン源２にてイオン化してイオンビーム２
ａとして放出し、偏向磁石３にて、イオン種ごとに軌道
分離し、多種イオン検出器４でイオン電流を検出するこ
とによりガス分析を行う。イオン源２から放出するイオ
ンビーム２ａを偏向磁石３で質量分析を行う場合、イオ
ンの放出エネルギーと偏向磁石３による磁束密度Ｂが一
定の時には、磁界中でのイオン軌道の曲率半径ｒはイオ
ンの質量数Ｍの１／２乗に比例する関係にある。図７に
示す従来の均一磁場を使用したガス分析方法では、磁場
が一定の偏向磁石を使用している。これは、ファラデー
カップなどのイオン検出器４でイオンを検出する際に、
隣接するイオンの分離を容易にするためである。
【０００４】また、図８で示す四重極ガス分析方法の場
合、分析に磁場を用いず四重極の電極１０，１１，１
２，１３に特定の直流と交流を重畳した電圧Ｕ＋Ｖcos
ωtを印加し特定のガスだけを分離、計測する方法であ
る。
合、分析に磁場を用いず四重極の電極１０，１１，１
２，１３に特定の直流と交流を重畳した電圧Ｕ＋Ｖcos
ωtを印加し特定のガスだけを分離、計測する方法であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のガス分析方法
は、以上のように構成されていたため、次のような課題
が存在していた。すなわち、図７で示す従来方法の場
合、特定の磁場を用い、イオン化したガスを特定のエネ
ルギーで磁場の中に入射させ質量電荷比によって、特定
のガスだけを軌道分離する方法であるため、多種のガス
分析を行う場合は、イオン化したガスを磁場の中に入射
させるエネルギーをスキャニングするか、磁石が電磁石
の場合は励磁電流を変化させ磁束密度をスキャニングし
ながら分析しなければならないという課題があり、完全
な同時分析は不可能であった。また、質量電荷比の差が
大きいと曲率半径の差が大きくなり、複数のイオンを狭
い計測領域に集中させることは出来なかった。
は、以上のように構成されていたため、次のような課題
が存在していた。すなわち、図７で示す従来方法の場
合、特定の磁場を用い、イオン化したガスを特定のエネ
ルギーで磁場の中に入射させ質量電荷比によって、特定
のガスだけを軌道分離する方法であるため、多種のガス
分析を行う場合は、イオン化したガスを磁場の中に入射
させるエネルギーをスキャニングするか、磁石が電磁石
の場合は励磁電流を変化させ磁束密度をスキャニングし
ながら分析しなければならないという課題があり、完全
な同時分析は不可能であった。また、質量電荷比の差が
大きいと曲率半径の差が大きくなり、複数のイオンを狭
い計測領域に集中させることは出来なかった。
【０００６】また、図８の従来方法により多種のガス分
析を行う場合は、四重極の電極１０〜１３に特定の直流
と交流を重畳した電圧を時間に対して連続的に変化させ
て行く、すなわちスキャニングを繰り返しながら分析し
なければならないという課題があり、完全な同時分析は
出来ない。また各種イオンに対して検出感度、分解能を
一定に保つことが困難であった。従って、従来のガス分
析方法では、多種のガス分析を行うとき、電場ないし磁
場をスキャニングしながら分析しなければならず、この
スキャニングを行うが故に、完全な同時分析を行うこと
は不可能であった。また、前述のスキャニングを行う
と、各種イオンに対して検出感度、分解能を一定に保つ
ことは極めて困難であった。
析を行う場合は、四重極の電極１０〜１３に特定の直流
と交流を重畳した電圧を時間に対して連続的に変化させ
て行く、すなわちスキャニングを繰り返しながら分析し
なければならないという課題があり、完全な同時分析は
出来ない。また各種イオンに対して検出感度、分解能を
一定に保つことが困難であった。従って、従来のガス分
析方法では、多種のガス分析を行うとき、電場ないし磁
場をスキャニングしながら分析しなければならず、この
スキャニングを行うが故に、完全な同時分析を行うこと
は不可能であった。また、前述のスキャニングを行う
と、各種イオンに対して検出感度、分解能を一定に保つ
ことは極めて困難であった。
【０００７】本発明は以上のような課題を解決するため
になされたもので、特に、多種イオン検出器により多種
イオンを同時に分析するようにしたガス分析方法を提供
することを目的とする。
になされたもので、特に、多種イオン検出器により多種
イオンを同時に分析するようにしたガス分析方法を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によるガス分析方
法は、質量分析部の二次元的磁場強度分布を有する磁場
中にイオン源からのイオンビームを入射させて、このイ
オンビームを曲折し、前記質量分析部の出射側に設けた
多種イオン検出器により前記イオンビーム中の多種イオ
ンを分析するようにした方法である。
法は、質量分析部の二次元的磁場強度分布を有する磁場
中にイオン源からのイオンビームを入射させて、このイ
オンビームを曲折し、前記質量分析部の出射側に設けた
多種イオン検出器により前記イオンビーム中の多種イオ
ンを分析するようにした方法である。
【０００９】さらに詳細には、前記二次元的磁場強度分
布は、前記イオンビームが曲折する曲折軌道の外側に強
く、前記曲折軌道の内側に弱くなるように構成した偏向
磁石により得る方法である。
布は、前記イオンビームが曲折する曲折軌道の外側に強
く、前記曲折軌道の内側に弱くなるように構成した偏向
磁石により得る方法である。
【００１０】さらに詳細には、前記二次元的磁場強度分
布は、前記イオンビームが曲折する曲折軌道の外側に強
く、前記曲折軌道の直径のほぼ中央位置において弱くな
るように構成した偏向磁石により得る方法である。
布は、前記イオンビームが曲折する曲折軌道の外側に強
く、前記曲折軌道の直径のほぼ中央位置において弱くな
るように構成した偏向磁石により得る方法である。
【００１１】本発明による二次元磁場形成用偏向磁石は
対面する２つの磁極面の面間距離が、前記磁極面上で交
叉する２本の軸方向においてそれぞれ連続的に変化する
ようにした構成である。
対面する２つの磁極面の面間距離が、前記磁極面上で交
叉する２本の軸方向においてそれぞれ連続的に変化する
ようにした構成である。
【００１２】
【作用】本発明によるガス分析方法及び二次元磁場形成
用偏向磁石において、分析すべきガスをイオン源でイオ
ン化して得られた多種イオンを含むイオンビームは不均
一な二次元的磁場強度分布を有する偏向磁石の磁場中に
入射させることにより、質量電荷比（Ｍ／ｅ）が大きい
イオンほど強い偏向を受けるため、質量電荷比（Ｍ／
ｅ）すなわち、質量（Ｍ）の異なるイオン間の曲率半径
の差を小さくすることが可能となり、出射側の狭い計測
領域に質量の異なる複数のイオンを集中させて多種イオ
ン検出器で個別にかつ同時に検出することができる。従
って、従来のように、イオン種ごとにスキャニングした
り印加電圧を変更するような手間を省くことができ、自
動的に同時分析を行うことができる。
用偏向磁石において、分析すべきガスをイオン源でイオ
ン化して得られた多種イオンを含むイオンビームは不均
一な二次元的磁場強度分布を有する偏向磁石の磁場中に
入射させることにより、質量電荷比（Ｍ／ｅ）が大きい
イオンほど強い偏向を受けるため、質量電荷比（Ｍ／
ｅ）すなわち、質量（Ｍ）の異なるイオン間の曲率半径
の差を小さくすることが可能となり、出射側の狭い計測
領域に質量の異なる複数のイオンを集中させて多種イオ
ン検出器で個別にかつ同時に検出することができる。従
って、従来のように、イオン種ごとにスキャニングした
り印加電圧を変更するような手間を省くことができ、自
動的に同時分析を行うことができる。
【００１３】
【実施例】以下、図面と共に本発明によるガス分析方法
及び二次元磁場形成用偏向磁石の好適な実施例について
詳細に説明する。なお、従来例と同一又は同等部分には
同一符号を付して説明する。図１から図６迄は本発明に
よるガス分析方法を示すもので、図１は構成図、図２は
偏向磁石の磁場分布図、図３は図２の他の実施例を示す
磁場分布図、図４は図２に対応する偏向磁石の斜視図、
図５は図３に対応する偏向磁石の斜視図、図６は図１の
他の実施例を示す構成図である。
及び二次元磁場形成用偏向磁石の好適な実施例について
詳細に説明する。なお、従来例と同一又は同等部分には
同一符号を付して説明する。図１から図６迄は本発明に
よるガス分析方法を示すもので、図１は構成図、図２は
偏向磁石の磁場分布図、図３は図２の他の実施例を示す
磁場分布図、図４は図２に対応する偏向磁石の斜視図、
図５は図３に対応する偏向磁石の斜視図、図６は図１の
他の実施例を示す構成図である。
【００１４】図１において符号１で示されるものは質量
分析部であり、この質量分析部１は分析すべきガスをイ
オン化するためのイオン源２、不均一磁場分布を有する
二次元磁場形成用偏向磁石３、３Ｅ及びこの偏向磁石
３、３Ｅの出射側５に位置する多種イオン検出器４とか
ら構成されている。
分析部であり、この質量分析部１は分析すべきガスをイ
オン化するためのイオン源２、不均一磁場分布を有する
二次元磁場形成用偏向磁石３、３Ｅ及びこの偏向磁石
３、３Ｅの出射側５に位置する多種イオン検出器４とか
ら構成されている。
【００１５】前記偏向磁石３、３Ｅは、図４及び図５で
示す形状を有すると共に、その二次元的磁場強度分布
は、図２及び図３で示すように構成されている。すなわ
ち、図２及び図４で示す二次元磁場形成用偏向磁石３の
場合、両磁極面３Ａ，３Ｂの面間距離Ｄが、右手前部分
３ｂにおいて最も大きく、右手前部分３ｂから左側横行
部分３ｃの方向および奥行部分３ｄの方向にそれぞれ面
間距離Ｄを連続的に減少させ、右手前部分３ｂの対角部
分３ｅにおいて面間距離Ｄが最小となるように構成して
いる。従って、両磁極面３Ａ，３Ｂの中間に想定される
平面３Ｃ上における磁場強度分布は、図２で示すよう
に、右手前部分３ｂにおいて最も弱く、横行部分３ｃお
よび奥行部分３ｄの方向に連続的に変化して強くなり、
対角部分３ｅにおいて最も強くなるように形成される。
示す形状を有すると共に、その二次元的磁場強度分布
は、図２及び図３で示すように構成されている。すなわ
ち、図２及び図４で示す二次元磁場形成用偏向磁石３の
場合、両磁極面３Ａ，３Ｂの面間距離Ｄが、右手前部分
３ｂにおいて最も大きく、右手前部分３ｂから左側横行
部分３ｃの方向および奥行部分３ｄの方向にそれぞれ面
間距離Ｄを連続的に減少させ、右手前部分３ｂの対角部
分３ｅにおいて面間距離Ｄが最小となるように構成して
いる。従って、両磁極面３Ａ，３Ｂの中間に想定される
平面３Ｃ上における磁場強度分布は、図２で示すよう
に、右手前部分３ｂにおいて最も弱く、横行部分３ｃお
よび奥行部分３ｄの方向に連続的に変化して強くなり、
対角部分３ｅにおいて最も強くなるように形成される。
【００１６】また、図３及び図５で示す二次元磁場形成
用偏向磁石３Ｅの場合、前述の図２及び図４で示す偏向
磁石３を２個、その右手前部分３ｂおよび奥行部分３ｄ
で向い合せに、左右対称に構成したものである。すなわ
ち、両磁極面３Ａ，３Ｂの面間距離Ｄが、手前中央部分
３ｆにおいて最も大きく、手前中央部分３ｆから両側横
行部分３ｇの方向および中央奥行部分３ｈの方向にそれ
ぞれ面間距離Ｄを連続的に減少させ、両側奥行部分３ｉ
において面間距離Ｄが最小となるように構成している。
従って、両磁極面３Ａ，３Ｂの中間に想定される平面上
における磁場強度分布は、手前中央部分３ｆにおいて最
も弱く、両側横行部分３ｇおよび中央奥行部分３ｈの方
向に連続的に変化して強くなり、両側奥行部分３ｉにお
いて最も強くなるように形成される。なお、前述の偏向
磁石３Ｅの構成は一例であり、円弧状にイオンビーム２
ａを１８０゜曲折させるだけではなく、例えば、数１０
度だけ曲折する場合も適用できることは述べるまでもな
いことであると共に、このように単に曲折したイオンビ
ーム２ａの内側で磁場が弱く、その外側で磁場が強くな
る構成である。なお、前述の両磁極面３Ａ、３Ｂは平面
に限定されるものではなく、凸面、凹面あるいはこれら
の組合わせの曲面とすることができるものである。
用偏向磁石３Ｅの場合、前述の図２及び図４で示す偏向
磁石３を２個、その右手前部分３ｂおよび奥行部分３ｄ
で向い合せに、左右対称に構成したものである。すなわ
ち、両磁極面３Ａ，３Ｂの面間距離Ｄが、手前中央部分
３ｆにおいて最も大きく、手前中央部分３ｆから両側横
行部分３ｇの方向および中央奥行部分３ｈの方向にそれ
ぞれ面間距離Ｄを連続的に減少させ、両側奥行部分３ｉ
において面間距離Ｄが最小となるように構成している。
従って、両磁極面３Ａ，３Ｂの中間に想定される平面上
における磁場強度分布は、手前中央部分３ｆにおいて最
も弱く、両側横行部分３ｇおよび中央奥行部分３ｈの方
向に連続的に変化して強くなり、両側奥行部分３ｉにお
いて最も強くなるように形成される。なお、前述の偏向
磁石３Ｅの構成は一例であり、円弧状にイオンビーム２
ａを１８０゜曲折させるだけではなく、例えば、数１０
度だけ曲折する場合も適用できることは述べるまでもな
いことであると共に、このように単に曲折したイオンビ
ーム２ａの内側で磁場が弱く、その外側で磁場が強くな
る構成である。なお、前述の両磁極面３Ａ、３Ｂは平面
に限定されるものではなく、凸面、凹面あるいはこれら
の組合わせの曲面とすることができるものである。
【００１７】次に、前述の構成において、ガスを同時分
析する方法について述べる。すなわち、分析すべきガス
をイオン源２でイオン化して得られた多種イオンを含む
イオンビーム２ａは図２又は図３で示される不均一な二
次元的磁場強度分布を有する偏向磁石３，３Ｅの磁場中
に入射させることにより、外周が強く球面的に連続変化
する磁場分布中で、質量電荷比（Ｍ／ｅ）が大きいイオ
ンも強磁場部分で強く偏向され、質量電荷比（Ｍ／ｅ）
の異なる複数のイオンが出射側の狭い計測領域に集中し
て放出され、検出範囲のイオンをイオン種それぞれに対
応して出射側５の多種イオン検出器４で個別にかつ同時
に検出することができる。
析する方法について述べる。すなわち、分析すべきガス
をイオン源２でイオン化して得られた多種イオンを含む
イオンビーム２ａは図２又は図３で示される不均一な二
次元的磁場強度分布を有する偏向磁石３，３Ｅの磁場中
に入射させることにより、外周が強く球面的に連続変化
する磁場分布中で、質量電荷比（Ｍ／ｅ）が大きいイオ
ンも強磁場部分で強く偏向され、質量電荷比（Ｍ／ｅ）
の異なる複数のイオンが出射側の狭い計測領域に集中し
て放出され、検出範囲のイオンをイオン種それぞれに対
応して出射側５の多種イオン検出器４で個別にかつ同時
に検出することができる。
【００１８】また、図６に示す構成は、図１の他の実施
例を示すもので、多種イオン検出器４にファラデーカッ
プ４Ａを設け、多種イオン検出のダイナミックレンジを
拡大することができるようにした構成である。また計測
領域において、前記質量電荷比（Ｍ／ｅ）が等ピッチで
検出されるようにすることも可能である。
例を示すもので、多種イオン検出器４にファラデーカッ
プ４Ａを設け、多種イオン検出のダイナミックレンジを
拡大することができるようにした構成である。また計測
領域において、前記質量電荷比（Ｍ／ｅ）が等ピッチで
検出されるようにすることも可能である。
【００１９】
【発明の効果】本発明によるガス分析方法は、以上のよ
うに構成されているため、次のような効果を得ることが
できる。すなわち、イオン源からのイオンビームを偏向
磁石の不均一な二次元的磁場強度分布を有する磁場中に
入射させ、イオン種ごとに多種イオン検出器により同時
検出されるため、従来、不可能であった非スキャニング
等による多種イオンの同時ガス分析が可能となる。よっ
て、この種のガス分析（質量分析）装置の分析速度を大
幅に向上させることができる。
うに構成されているため、次のような効果を得ることが
できる。すなわち、イオン源からのイオンビームを偏向
磁石の不均一な二次元的磁場強度分布を有する磁場中に
入射させ、イオン種ごとに多種イオン検出器により同時
検出されるため、従来、不可能であった非スキャニング
等による多種イオンの同時ガス分析が可能となる。よっ
て、この種のガス分析（質量分析）装置の分析速度を大
幅に向上させることができる。
【図１】本発明によるガス分析方法に適用した装置を示
す構成図である。
す構成図である。
【図２】偏向磁石の磁場分布図である。
【図３】図２の他の実施例を示す磁場分布図である。
【図４】図２に対応する二次元磁場形成用偏向磁石の斜
視図である。
視図である。
【図５】図３に対応する二次元磁場形成用偏向磁石の斜
視図である。
視図である。
【図６】図１の他の実施例を示す構成図である。
【図７】従来のガス分析方法に適用した装置を示す構成
図である。
図である。
【図８】従来のガス分析方法に適用した装置を示す構成
図である。
図である。
１ 質量分析部 ２ イオン源 ２ａ イオンビーム ２ａＡ 曲折軌道 ３，３Ｅ 二次元磁場形成用偏向磁石 ４ 多種イオン検出器 ５ 出射側
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 49/30 G01N 27/62
Claims (3)
- 【請求項１】 質量分析部(1)の磁場中にイオン源(2)か
らのイオンビーム(2a)を入射させてこのイオンビーム(2
a)を曲折し、前記質量分析部(1)の出射側(5)に設けた多
種イオン検出器(4)により前記イオンビーム(2a)中の多
種イオンを分析するガス分析方法において、前記質量分
析部(1)内の磁場は、対面する２つの磁極面(3A,3B)の面
間距離(D)が、前記磁極面(3A,3B)上で交叉する２本の軸
方向においてそれぞれ連続的に変化する二次元磁場形成
用偏向磁石(3,3E)により形成されることを特徴とするガ
ス分析方法。 - 【請求項２】 前記質量分析部(1)内の磁場は、２つの
前記二次元磁場形成用偏向磁石(3)のそれぞれの前記磁
極面(3A,3B)の面間距離が広い側面同士を合わせた磁石
(3E)により形成されていることを特徴とする請求項１記
載のガス分析方法。 - 【請求項３】 対面する２つの磁極面(3A,3B)の面間距
離(D)が、前記磁極面(3A,3B)上で交叉する２本の軸方向
においてそれぞれ連続的に変化するように構成したこと
を特徴とする二次元磁場形成用偏向磁石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10422093A JP3201871B2 (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | ガス分析方法及び二次元磁場形成用偏向磁石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10422093A JP3201871B2 (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | ガス分析方法及び二次元磁場形成用偏向磁石 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06314553A JPH06314553A (ja) | 1994-11-08 |
| JP3201871B2 true JP3201871B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=14374883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10422093A Expired - Fee Related JP3201871B2 (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | ガス分析方法及び二次元磁場形成用偏向磁石 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3201871B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL2003584A (en) * | 2009-01-08 | 2010-07-12 | Asml Netherlands Bv | Gas contamination sensor, lithographic apparatus, method of determining a level of contaminant gas and device manufacturing method. |
| CN111293031B (zh) * | 2020-03-19 | 2023-05-23 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种多质荷比离子束质谱分析装置和方法 |
-
1993
- 1993-04-30 JP JP10422093A patent/JP3201871B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH06314553A (ja) | 1994-11-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010605 |
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