JP4060050B2

JP4060050B2 - Plasma cone for inductively coupled plasma mass spectrometer and inductively coupled plasma mass spectrometer

Info

Publication number: JP4060050B2
Application number: JP2001195336A
Authority: JP
Inventors: 健司荒木
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: JP2003016989A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導結合プラズマ質量分析装置に使用されるプラズマコーンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばシリコンウエーハ表面に存在する金属不純物を測定するために、気相分解法（ＶＰＤ：ＶａｐｏｒＰｈａｓｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）により表面の金属不純物を溶液中に回収し、回収液を原子吸光分光法（ＡＡＳ：ＡｔｏｍｉｃＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）や誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ：ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等により分析、定量する方法が用いられている。
【０００３】
その中で、近年急速に使用されるようになってきている分析装置が、誘導結合プラズマ質量分析法を用いて分析、定量を行う誘導結合プラズマ質量分析装置である。誘導結合プラズマ質量分析装置は、分析対象となる試料溶液をガス化して、イオン化した後、真空においてイオンを収束して、質量分離することによって試料の定量を行う。
【０００４】
この誘導結合プラズマ質量分析装置は、上述したようにイオンの収束また質量分離を真空で行っており、その際、大気圧と真空（低真空）とを隔てるために、２種類のプラズマコーン（サンプリングコーン、スキマーコーン）が用いられている。従来、これらのプラズマコーンの材質については、用途に応じて、白金、銅、ニッケルを使い分けており、特に酸系の溶液分析では、イオン化傾向が小さく、耐薬品性に優れた純粋な白金製のプラズマコーンが用いられている。
【０００５】
しかしながら、白金は硬度がそれほど高くないため、プラズマコーンの材質が白金の場合、長期間の使用によりイオン流の影響を受けて、プラズマコーンとして最も重要な先端部のオリフィス径の拡大が生じていた。それに伴ないサンプリングコーンとスキマーコーンの間の真空度が良好な状態を保てずに分析の精度の低下を招き、更には分析不能な状態に陥ることもあった。また、誤った取り扱いによりプラズマコーン先端部を損傷すると、再加工しなくては使えなくなる場合も多く、そのため、純粋な白金製のプラズマコーンでは、使用開始から６ヶ月程度で使用できなくなるケースが多かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、長いライフサイクルを有する誘導結合プラズマ質量分析装置用プラズマコーン及びこれを具備した誘導結合プラズマ質量分析装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、誘導結合プラズマ質量分析装置用プラズマコーンであって、前記プラズマコーンの材質が白金とロジウムおよび／またはイリジウムとの合金からなることを特徴とする誘導結合プラズマ質量分析装置用プラズマコーンが提供される。
【０００８】
このように、前記プラズマコーンの材質を白金とロジウムおよび／またはイリジウムとの合金とすることによって、純粋な白金製のプラズマコーンに比べて、プラズマコーンの硬度を高めて耐久性を向上させることができ、それによってライフサイクルの延長を図ることができる。
【０００９】
この時、前記白金とロジウムおよび／またはイリジウムとの合金は、白金中のロジウムおよび／またはイリジウムの含有比率が５〜２０％であることが好ましく、特に５〜１０％であることがさらに好ましい。
【００１０】
このように、白金中のロジウムおよび／またはイリジウムの含有比率を５〜２０％、特に５〜１０％とすることによって、特にプラズマコーンの加工が困難になることなく効率的に硬度を高めることができ、長期間のライフサイクルを得ることができる。
【００１１】
そして、少なくとも本発明のプラズマコーンを具備した誘導結合プラズマ質量分析装置は、プラズマコーンを取り代えることなく、長期間使用することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の誘導結合プラズマ質量分析装置の構成を図１（ａ）及び（ｂ）に示す。まず、試料溶液１はサンプル導入部２においてガス化され、キャリアガス３によってＩＣＰ発生部４のアルゴンプラズマ中に導入される。ここで、アルゴンプラズマは、ＩＣＰトーチ４’内にアルゴンガス５が導入され、また高周波電源６より電力が印加されることによって発生する。この時、ガス化された試料は、この大気圧プラズマ中で６０００〜７０００Ｋに加熱されイオン化される。
【００１３】
その後、イオン化された試料はサンプリングコーン１４とスキマーコーン１６の２種類のプラズマコーンからなるプラズマインターフェイス７を通過し、差動排気９によって高真空に保たれている真空チャンバー８内に導入される。真空チャンバー８内に導入されたイオンは、イオンレンズ１０によりエネルギー収束された後、質量分析部１１にて質量分離される。得られたデータは、コントローラー１２を介してワークステーション１３に送られ、分析できるようになっている。
【００１４】
上記誘導結合プラズマ質量分析装置において、サンプリングコーン１４とスキマーコーン１６の２種類のプラズマコーンは、大気圧と真空（低真空）チャンバーを隔てている。その際、サンプリングコーン１４とスキマーコーン１６のそれぞれのオリフィス径１５及び１７は、使用開始当初は、それぞれ直径０．７〜１．０ｍｍ及び０．４〜０．６ｍｍ程度の大きさに保たれているが、長期間の使用によりそれぞれの直径が大きくなり、それによって真空系側の真空度が悪化し、測定値のバックグラウンド信号の増加、また装置（プラズマ）の安定性への影響を招いていた。従って、プラズマコーンのオリフィス径１５及び１７は、それぞれ適切な大きさに長期間保たれている必要がある。
【００１５】
そこで、本発明では、サンプリングコーン１４およびスキマーコーン１６として、従来用いられてきた純粋の白金プラズマコーンより硬度の高いプラズマコーンを用いることによって、プラズマコーンのオリフィス径１５、１７を長期間適切な大きさに維持し、それによってライフサイクルの延長を図ることができるようにした。
【００１６】
すなわち、誘導結合プラズマ質量分析装置用プラズマコーン１４、１６の硬度を高めるために、その材質を白金とロジウムおよび／またはイリジウムとの合金からなるものとした。その際、合金の割合は、白金中のロジウムおよび／またはイリジウムの含有比率が５〜２０％（重量％）、特に５〜１０％（重量％）であることが好ましい。
【００１７】
このように、ロジウムおよび／またはイリジウムの含有比率を５％以上とすることによって、確実にプラズマコーンの硬度を高めることができる。しかし、一方、白金中のロジウムおよび／またはイリジウムの含有比率が２０％より大きくなると、プラズマコーンへの加工が難しくなる他、脆性の影響によりライフサイクルが短くなる恐れがある。
【００１８】
また、プラズマコーンの材質を白金とロジウムおよび／またはイリジウムとの合金とすることによって、白金１００％のときよりもプラズマコーンの硬度を高めるだけでなく耐熱性も同時に改善されるため、ライフサイクルをさらに延長でき、結果としてコストの低下につながる。
【００１９】
尚、本発明において、プラズマコーンの材質を白金１００％から白金とロジウム、白金とイリジウム、若しくは白金とロジウム、イリジウムとの合金を選択したが、白金族元素であるルテニウム、パラジウム、オスミウムでも同様の効果は期待できるものの、合金元素の単価が高価になる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
まず、誘導結合プラズマ質量分析装置用プラズマコーンの材質を白金とロジウムまたは白金とイリジウムの合金とし、その際、白金中のロジウムまたはイリジウムの含有比率を０％、５％、１０％、２０％、２５％として、プラズマコーンをそれぞれ作製した。作製したプラズマコーンを用いて、誘導結合プラズマ質量分析装置の一日当たりの使用時間を４時間としたときのライフサイクルについて測定を行った。
【００２１】
ロジウムまたはイリジウムの各含有比率に対して、含有比率０％を基準としてそれぞれの含有比率のプラズマコーンのライフサイクル増加率を図２及び図３に示す。
【００２２】
その結果、白金とロジウムの合金においては、ロジウムの含有比率が０％のときに比べ、含有比率が５％の場合ではライフサイクルが約６０〜７０％増加し、また含有比率が１０％の場合では約３００％増加した。しかし、含有比率が２０％の場合では若干の増加に留まり、更に２５％では逆に−５０％程度とライフサイクルは短くなった。これは、硬度増加に伴なう脆性の影響でプラズマコーン先端部が破損しやすくなったためと考えられる。
また、白金とイリジウムの合金のプラズマコーンの測定においても上記とほぼ同様の結果を得た。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００２４】
例えば、上記では、白金にロジウムまたはイリジウムを含有させたに二成分系の例を示したが、白金にロジウムおよびイリジウムを含有させた三成分系の合金としても同様に硬度を高めることができ、プラズマコーンのライフサイクルを向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘導結合プラズマ質量分析装置用プラズマコーンの材質を白金とロジウムおよび／またはイリジウムとの合金とすることによって、プラズマコーンの硬度を高め、また同時に耐熱性も改善することができ、その結果ライフサイクルが延長された誘導結合プラズマ質量分析装置用プラズマコーンおよびこれを具備した誘導結合プラズマ質量分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、誘導結合プラズマ質量分析装置の構成概略図で、（ｂ）は（ａ）におけるプラズマインターフェイスの詳細図である。
【図２】白金中のロジウムの含有比率に対するライフサイクルの増加率を示した図である。
【図３】白金中のイリジウムの含有比率に対するライフサイクルの増加率を示した図である。
【符号の説明】
１…試料溶液、２…サンプル導入部、３…キャリアガス、
４…ＩＣＰ発生部、４’…ＩＣＰトーチ、５…アルゴンガス、
６…高周波電源、７…プラズマインターフェイス、
８…真空チャンバー、９…差動排気、
１０…イオンレンズ、１１…質量分析部、
１２…コントローラー、１３…ワークステーション、
１４…サンプリングコーン、１５…サンプリングコーンのオリフィス径
１６…スキマーコーン、１７…スキマーコーンのオリフィス径。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma cone used in an inductively coupled plasma mass spectrometer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, in order to measure metal impurities present on the surface of a silicon wafer, metal impurities on the surface are collected in a solution by a vapor phase decomposition method (VPD: Vapor Phase Decomposition), and the collected liquid is analyzed by atomic absorption spectroscopy (AAS: Methods such as atomic absorption spectroscopy (ICP) or inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) are used for analysis and quantification.
[0003]
Among them, an analyzer that has been used rapidly in recent years is an inductively coupled plasma mass spectrometer that performs analysis and quantification using inductively coupled plasma mass spectrometry. An inductively coupled plasma mass spectrometer quantifies a sample by gasifying and ionizing a sample solution to be analyzed, then converging ions in a vacuum and mass-separating them.
[0004]
This inductively coupled plasma mass spectrometer performs ion focusing or mass separation in a vacuum as described above. At this time, in order to separate the atmospheric pressure from the vacuum (low vacuum), two types of plasma cones (sampling) are used. Cone, skimmer cone). Conventionally, these plasma cones are made of platinum, copper, or nickel, depending on the application. Especially in acid-based solution analysis, they are made of pure platinum, which has a low ionization tendency and excellent chemical resistance. A plasma cone is used.
[0005]
However, the hardness of platinum is not so high, and when the material of the plasma cone is platinum, the orifice diameter of the tip, which is the most important for the plasma cone, was enlarged due to the influence of ion flow due to long-term use. . As a result, the degree of vacuum between the sampling cone and the skimmer cone cannot be maintained in a good state, leading to a decrease in the accuracy of the analysis, and further, the analysis is not possible. In addition, if the tip of the plasma cone is damaged due to mishandling, it often becomes unusable without being reworked. For this reason, pure platinum plasma cones often cannot be used within about six months from the start of use. It was.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a plasma cone for an inductively coupled plasma mass spectrometer having a long life cycle and an inductively coupled plasma mass spectrometer having the same. It is in.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a plasma cone for an inductively coupled plasma mass spectrometer, wherein the material of the plasma cone is made of an alloy of platinum and rhodium and / or iridium. inductively coupled plasma mass spectrometer for plasma cone Ru are provided.
[0008]
As described above, the plasma cone is made of an alloy of platinum and rhodium and / or iridium, so that the hardness of the plasma cone can be increased and the durability can be improved as compared with a pure platinum plasma cone. And thereby extend the life cycle.
[0009]
At this time, an alloy of the platinum and rhodium and / or iridium, it is rather preferable content ratio of rhodium and / or iridium in platinum is 5-20%, to be particularly 5-10% more preferable.
[0010]
In this way, by setting the content ratio of rhodium and / or iridium in platinum to 5 to 20%, particularly 5 to 10%, it is possible to efficiently increase the hardness without making the processing of the plasma cone particularly difficult. And a long life cycle can be obtained.
[0011]
At least inductively coupled plasma mass spectrometer comprising a plasma cone of the present invention, without changing take plasma cone, can be used for a long time and that Do.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, although an embodiment is described about the present invention, the present invention is not limited to these.
The configuration of the inductively coupled plasma mass spectrometer of the present invention is shown in FIGS. First, the sample solution 1 is gasified in the sample introduction unit 2 and introduced into the argon plasma of the ICP generation unit 4 by the carrier gas 3. Here, the argon plasma is generated when argon gas 5 is introduced into the ICP torch 4 ′ and electric power is applied from the high frequency power source 6. At this time, the gasified sample is ionized by being heated to 6000 to 7000 K in the atmospheric pressure plasma.
[0013]
Thereafter, the ionized sample passes through the plasma interface 7 composed of two kinds of plasma cones of the sampling cone 14 and the skimmer cone 16 and is introduced into the vacuum chamber 8 maintained at a high vacuum by the differential exhaust 9. The ions introduced into the vacuum chamber 8 are focused by the ion lens 10 and then separated by the mass analyzer 11. The obtained data is sent to the workstation 13 via the controller 12 so that it can be analyzed.
[0014]
In the inductively coupled plasma mass spectrometer, the two types of plasma cones, the sampling cone 14 and the skimmer cone 16, separate the atmospheric pressure and the vacuum (low vacuum) chamber. At that time, the orifice diameters 15 and 17 of the sampling cone 14 and the skimmer cone 16 are respectively kept at a diameter of about 0.7 to 1.0 mm and about 0.4 to 0.6 mm, respectively, at the beginning of use. However, the diameter of each increases as a result of long-term use, thereby deteriorating the degree of vacuum on the vacuum system side, increasing the background signal of the measured value, and influencing the stability of the device (plasma). It was. Therefore, the orifice diameters 15 and 17 of the plasma cone need to be maintained at appropriate sizes for a long period of time.
[0015]
Therefore, in the present invention, by using a plasma cone having higher hardness than the conventionally used pure platinum plasma cone as the sampling cone 14 and the skimmer cone 16, the orifice diameters 15 and 17 of the plasma cone are appropriately increased for a long time. The life cycle can be extended accordingly.
[0016]
That is, in order to increase the hardness of the plasma cones 14 and 16 for an inductively coupled plasma mass spectrometer, the material is made of an alloy of platinum and rhodium and / or iridium. At that time, the proportion of the alloy is preferably such that the content ratio of rhodium and / or iridium in platinum is 5 to 20% (wt%), particularly 5 to 10% (wt%).
[0017]
Thus, by setting the content ratio of rhodium and / or iridium to 5% or more, the hardness of the plasma cone can be reliably increased. On the other hand, if the content ratio of rhodium and / or iridium in platinum exceeds 20%, it becomes difficult to process into a plasma cone, and the life cycle may be shortened due to the influence of brittleness.
[0018]
In addition, by making the material of the plasma cone an alloy of platinum and rhodium and / or iridium, not only the hardness of the plasma cone is increased but also the heat resistance is improved at the same time, so that the life cycle is improved. It can be further extended, resulting in cost reduction.
[0019]
In the present invention, the material of the plasma cone was selected from 100% platinum to platinum and rhodium, platinum and iridium, or an alloy of platinum and rhodium and iridium, but the same applies to platinum group elements ruthenium, palladium and osmium. Although the effect can be expected, the unit price of the alloy element becomes expensive.
[0020]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Example)
First, the material of the plasma cone for an inductively coupled plasma mass spectrometer is platinum and rhodium or an alloy of platinum and iridium, and the content ratio of rhodium or iridium in platinum is 0%, 5%, 10%, 20%, A plasma cone was prepared at 25%. Using the produced plasma cone, the life cycle was measured when the usage time per day of the inductively coupled plasma mass spectrometer was 4 hours.
[0021]
FIG. 2 and FIG. 3 show the life cycle increase rate of the plasma cone of each content ratio with respect to each content ratio of rhodium or iridium on the basis of the content ratio 0%.
[0022]
As a result, in the alloy of platinum and rhodium, when the content ratio is 5%, the life cycle is increased by about 60 to 70%, and when the content ratio is 10%, compared with the case where the content ratio of rhodium is 0%. Then it increased by about 300%. However, when the content ratio was 20%, the increase was only a slight increase, and when it was 25%, the life cycle was shortened to about -50%. This is considered to be because the plasma cone tip is easily damaged due to the brittleness accompanying the increase in hardness.
Further, in the measurement of the plasma cone of an alloy of platinum and iridium, the same result as above was obtained.
[0023]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same operational effects. It is included in the technical scope of the invention.
[0024]
For example, in the above, an example of a two-component system in which rhodium or iridium is contained in platinum is shown, but the hardness can be similarly increased as a ternary alloy in which rhodium and iridium are contained in platinum. The life cycle of the plasma cone can be improved.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the plasma cone for the inductively coupled plasma mass spectrometer is made of an alloy of platinum and rhodium and / or iridium, thereby increasing the hardness of the plasma cone and at the same time heat resistance. As a result, a plasma cone for an inductively coupled plasma mass spectrometer having an extended life cycle and an inductively coupled plasma mass spectrometer having the same can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic configuration diagram of an inductively coupled plasma mass spectrometer, and FIG. 1B is a detailed view of a plasma interface in FIG.
FIG. 2 is a graph showing an increase rate of life cycle with respect to a rhodium content ratio in platinum.
FIG. 3 is a graph showing an increase rate of life cycle with respect to a content ratio of iridium in platinum.
[Explanation of symbols]
1 ... sample solution, 2 ... sample introduction part, 3 ... carrier gas,
4 ... ICP generator, 4 '... ICP torch, 5 ... Argon gas,
6 ... high frequency power supply, 7 ... plasma interface,
8 ... Vacuum chamber, 9 ... Differential exhaust,
10 ... Ion lens, 11 ... Mass spectrometer,
12 ... Controller, 13 ... Workstation,
14 ... Sampling cone, 15 ... Sampling cone orifice diameter 16 ... Skimmer cone, 17 ... Skimmer cone orifice diameter

Claims

A plasma cone for an inductively coupled plasma mass spectrometer, wherein the plasma cone is made of an alloy of platinum and rhodium or iridium, and the content ratio of rhodium or iridium in platinum is 5 to 20%. Plasma cone for inductively coupled plasma mass spectrometry.

An inductively coupled plasma mass spectrometer comprising at least the plasma cone for an inductively coupled plasma mass spectrometer according to claim 1.