JP4959412B2 - 四重極型質量分析装置およびイオン電流測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、質量電荷比ごとにイオン電流の測定範囲を調整するのに要する時間を削減し、測定時間の短縮を図ることのできる四重極型質量分析装置およびイオン電流測定方法を提供することにある。
図1は、本発明の一実施形態に係る四重極型質量分析装置の構成を示すブロック図である。図1において、分析管1は、真空装置(図示せず)における真空槽内に設けられ、真空槽内の真空中に存在するガスを分析対象とする。分析管1は、その内部に、イオン源部、四重極部およびイオン検出部(いずれも図示せず)を備えている。イオン源部は、フィラメントを有し、フィラメントで生成された熱電子により、分析管1の先端から導入されたガスの分子をイオン化する。四重極部は、4本のロッド(電極)を有し、直流電圧および交流電圧による電場を4本のロッドに加え、イオン源部から入射されたイオンのうち特定の質量電荷比(質量数/電荷数)を持つイオンのみを通過させる。イオン検出部は、四重極部を通過したイオンをイオン電流として検出する。イオン検出部で検出されたイオン電流は、イオン電流検出器2に出力される。
イオン電流検出器2において、イオン電流値が同じ場合には、帰還回路の抵抗値に比例して出力信号100の電圧値は変わる。従って、帰還回路の抵抗値を変えることによって、イオン電流の測定倍率を変更し、イオン電流の測定範囲を変えることができる。このことから、n個の帰還回路22−1、2、・・・、nの抵抗R1、R2、・・・、Rnは、それぞれ異なる測定範囲に対応した抵抗値を有するようにする。そのn個の抵抗値の決定方法としては、まず、イオン電流値のとり得る範囲をn個の範囲に分割する。そして、分割された一つ一つの範囲をそれぞれ一測定範囲とし、n個の測定範囲を決定する。そして、n個の測定範囲にそれぞれ対応するn個の抵抗値を決定する。この抵抗値は、図1中のA/D変換器3の電圧入力範囲に適合させるように求める。これにより、n個の帰還回路22−1〜nによって、イオン電流値のとり得る範囲を全て網羅するn個の測定範囲を実現することができる。そして、イオン電流値に適当な測定範囲に対応する帰還回路を使用することによって、適切なイオン電流測定を行うことができる。
イオン電流検出器2の時定数は、オペアンプ21の入力容量および帰還回路のコンデンサ容量の合計と帰還回路の抵抗値とから決まる。そして、帰還回路の抵抗値が大きくなるほど、つまり、イオン電流測定範囲の電流値が小さいほどに、時定数は大きくなる。そのイオン電流検出器2の時定数は、イオン電流の測定範囲の変更に要する時間に相当する。例えば、ある帰還回路の抵抗値が1×1012オームであり、オペアンプ21の入力容量および当該帰還回路のコンデンサ容量の合計が1ピコファラドである場合、時定数は1秒になる。従って、当該帰還回路に対応する測定範囲に変更する場合には、1秒を要することになる。
[表1]は、図2のイオン電流検出器2におけるイオン電流測定範囲ごとの回路定数(帰還回路の抵抗値(単位はオーム:Ω)、帰還回路のコンデンサ容量(単位はファラド:F)、時定数(単位は秒))を示す。なお、表1中のイオン電流測定範囲の欄には、測定範囲中の代表の電流値(単位はアンペア:A)を記している。[表2]は、測定対象の質量電荷比(m/z)ごとのイオン電流値(単位はアンペア)を示す。
四重極型質量分析装置を用いた動作方法の一つに選択イオンモニタリング(Selected Ion Monitoring;SIM)が知られている。選択イオンモニタリングとは、特定の質量電荷比のイオンを連続的に検出する動作である。例えば、対象のプロセスを管理する上で着目すべきガス種に対応する質量電荷比をいくつか選定し、その選定された質量電荷比のイオン電流値の経時変化を測定しデータを蓄積する動作である。その選択イオンモニタリングにおいて、イオン電流測定範囲の切り替えによる遅延時間を少なくすることができ、測定応答時間が短縮されるので、高速な反応過程の解析などの性能向上を図ることができる。例えば、特定のガス種の分圧が上昇するといったプロセスにおける異常が発生していない状態において測定速度を早くすることができ、その結果として異常を応答性良く把握することができるようになる。
例えば、イオン電流検出器として、前段に対数増幅アンプ、そして後段に直流増幅アンプを備えた構成を採用しても同様に適用することができる。
Claims (2)
- 分析対象ガス中のガスの分子をイオン化し、該イオンのうち特定の質量電荷比を持つイオンをイオン電流として検出し、該イオン電流値を測定する四重極型質量分析装置において、
前記イオン電流の測定値とともに該イオン電流測定範囲を質量電荷比ごとに記録する記録手段と、
該記録に基づいて、前記イオン電流値の昇順または降順で各質量電荷比についてのイオン電流測定を行うとともに各質量電荷比についてのイオン電流測定範囲を設定する制御手段と、
を備えたことを特徴とする四重極型質量分析装置。 - 四重極型質量分析装置を用いて、分析対象ガス中のガスの分子をイオン化し、該イオンのうち特定の質量電荷比を持つイオンをイオン電流として検出し、該イオン電流値を測定する方法であって、
前記イオン電流の測定値とともに該イオン電流測定範囲を質量電荷比ごとに記録し、
該記録に基づいて、前記イオン電流値の昇順または降順で各質量電荷比についてのイオン電流測定を行うとともに各質量電荷比についてのイオン電流測定範囲を設定する、
ことを特徴とするイオン電流測定方法。
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