JP6664206B2 - Quadrupole mass spectrometer and residual gas analysis method - Google Patents
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Description
本発明は、四重極型質量分析計に関するものである。 The present invention relates to a quadrupole mass spectrometer.
四重極型質量分析計では、中性粒子等の無電荷粒子がイオンと共に四重極部を通過して、検出器に衝突することで、電子が放出されノイズが発生するという問題がある。 In the quadrupole mass spectrometer, there is a problem that uncharged particles such as neutral particles pass through the quadrupole portion together with the ions and collide with the detector, whereby electrons are emitted and noise is generated.
従来、特許文献1に示すように、検出器の四重極部の中心軸が通過する部分に中性粒子等の無電荷粒子を通過させるための貫通孔を形成し、中性粒子等の無電荷粒子は貫通孔を通過させ、イオンのみを電場によって検出器に向けて曲げることで、ノイズの発生を抑えるように構成されたものが考えられている。 Conventionally, as shown in Patent Literature 1, a through-hole for allowing uncharged particles such as neutral particles to pass therethrough is formed in a portion where the central axis of a quadrupole portion of a detector passes, and a neutral hole such as neutral particles is formed. It is considered that the charged particles pass through the through-hole, and only the ions are bent toward the detector by the electric field, thereby suppressing generation of noise.
しかしながら、このような構成では、イオンを検出器に向かわせるための電場が四重極部の中心軸に対して回転対称に形成されるので、中心軸近傍の電場の等高線が中心軸に対して垂直に近くなり、イオンを大きく曲げることができない。したがって、イオンの多くが中心軸上にある貫通孔を通過してしまい、思ったほど測定精度を向上できないという問題がある。 However, in such a configuration, the electric field for directing ions to the detector is formed rotationally symmetrically with respect to the central axis of the quadrupole, so that the contour lines of the electric field near the central axis are aligned with respect to the central axis. It is close to vertical and cannot bend the ion greatly. Therefore, most of the ions pass through the through-hole on the central axis, and there is a problem that the measurement accuracy cannot be improved as expected.
本発明は上記の問題を解決すべくなされたものであり、中性粒子等の無電荷粒子を通過させてノイズを減らしながら、イオンのみをより効率良く検出器に導き検出すべく図ったものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has been made to reduce the noise by passing uncharged particles such as neutral particles and to lead only ions to the detector more efficiently to detect them. is there.
本発明に係る四重極型質量分析計は、試料をイオン化するイオン源と、前記イオン源で発生したイオンが入口から入り内部を通過して出口へと出る四重極部と、前記四重極部の出口から引き出されたイオンを検出する検出器とを具備した四重極型質量分析計において、前記四重極部の入口と出口を通る中心軸上に粒子通過空間が形成され、前記粒子通過空間の周囲に検出器が設けられ、前記検出器にイオンが向かうように、前記中心軸に対して回転非対称な電場又は磁場が形成されていることを特徴とするものである。 The quadrupole mass spectrometer according to the present invention includes an ion source for ionizing a sample, a quadrupole portion in which ions generated by the ion source enter from an inlet, pass through the inside, and exit to an outlet, and In a quadrupole mass spectrometer comprising a detector for detecting ions extracted from the outlet of the pole portion, a particle passing space is formed on a central axis passing through the inlet and outlet of the quadrupole portion, A detector is provided around the particle passage space, and an electric or magnetic field that is rotationally asymmetric with respect to the central axis is formed so that ions are directed to the detector.
このような四重極型質量分析計によれば、中性粒子等の無電荷粒子は前記粒子通過空間を通過するが、前記回転非対称な電場又は磁場によって、イオンが前記粒子通過空間を通過することを防ぐことができるので、中性粒子等の無電荷粒子によるノイズを低減しながらイオンのみをより効率良く検出器に導いて検出することができる。 According to such a quadrupole mass spectrometer, uncharged particles such as neutral particles pass through the particle passage space, but ions pass through the particle passage space due to the rotationally asymmetric electric or magnetic field. Therefore, only ions can be more efficiently guided to the detector and detected while reducing noise due to uncharged particles such as neutral particles.
前記検出器が、前記粒子通過空間を形成する貫通孔が中心に設けられたマイクロチャネルプレート検出器であり、前記検出器とは別に前記電場又は磁場を形成する電場形成部材が設けられていることを特徴とする四重極型質量分析計であれば、マイクロチャネルプレート検出器とは別に配置された電場形成部材に電圧を印加して回転非対称な電場又は磁場を形成することができるので、高価なマイクロチャネルプレート検出器を複数用意することなく、イオンを効率よく検出することができる。 The detector is a microchannel plate detector in which a through hole forming the particle passage space is provided at the center, and an electric field forming member that forms the electric field or magnetic field is provided separately from the detector. If it is a quadrupole mass spectrometer characterized by the fact that it is possible to form a rotationally asymmetric electric field or magnetic field by applying a voltage to an electric field forming member arranged separately from the microchannel plate detector, it is expensive It is possible to efficiently detect ions without preparing a plurality of suitable microchannel plate detectors.
マイクロチャネルプレートの表面はイオンを検出している間にイオンの付着等により汚れが溜まるので、所定の期間使用する度に校正や交換の必要がある。 Dirt accumulates on the surface of the microchannel plate due to the adhesion of ions while the ions are being detected. Therefore, it is necessary to calibrate or replace the microchannel plate every time it is used for a predetermined period.
前記電場形成部材が複数設けられており、いずれかの電場形成部材に電圧を印加することによって前記電場又は磁場を変化させることができるように構成されたことを特徴とする四重極型質量分析計であれば、マイクロチャネルプレートの校正を行う際には、前記電場又は磁場を変化させて前記マイクロチャネルプレートのイオン検出面として使用していない部分で標準試料のイオンを検出することで、マイクロチャネルプレートの校正をすることができる。 A plurality of the electric field forming members are provided, and the electric field or the magnetic field can be changed by applying a voltage to any one of the electric field forming members. When the calibration of the microchannel plate is performed, the electric field or the magnetic field is changed to detect the ions of the standard sample at the portion not used as the ion detection surface of the microchannel plate, thereby making it possible to calibrate the microchannel plate. Calibration of the channel plate can be performed.
また、前記電場又は磁場を変化させて前記マイクロチャネルプレートのイオン検出面として使用していない部分を新たなイオン検出面とすることで、マイクロチャネルプレートの交換頻度を抑えることができる。 Further, by changing the electric or magnetic field and setting a portion of the microchannel plate that is not used as the ion detection surface as a new ion detection surface, the frequency of replacing the microchannel plate can be reduced.
前記粒子通過空間の周囲に複数の検出器が設けられており、各イオン検出器に独立して電圧を印加して、前記回転非対称な電場又は磁場を形成できるように構成されたことを特徴とする四重極型質量分析計であれば、前記電場形成部材を用いることなく前記回転非対称な電場又は磁場を形成することができ、また各検出器が独立しているので、マイクロチャネルプレートの校正や交換が必要な場合にも、検出器単位で校正や交換を行うことができる。 A plurality of detectors are provided around the particle passing space, and a voltage is independently applied to each ion detector, and the configuration is such that the rotationally asymmetric electric or magnetic field can be formed. With a quadrupole mass spectrometer, the rotationally asymmetric electric field or magnetic field can be formed without using the electric field forming member, and since each detector is independent, calibration of the microchannel plate is performed. When replacement is necessary, calibration and replacement can be performed for each detector.
前記検出器のイオン検出面が前記四重極部に向いて配置されていることを特徴とする四重極型質量分析計であれば、検出器に電場又は磁場を形成してイオンのみをイオン検出面に向けて導いて検出する際に、イオンを大きく曲げる必要がなく、電場又は磁場によってうまく曲がらずイオン検出面に向かわないイオンを減らすことができるので、イオンを効率よく検出することができる。 If a quadrupole mass spectrometer is characterized in that the ion detection surface of the detector is arranged facing the quadrupole part, an electric field or a magnetic field is formed on the detector and only ions are ionized. When guided toward the detection surface for detection, it is not necessary to largely bend the ions, and it is possible to reduce ions that do not bend well due to an electric or magnetic field and do not go to the ion detection surface, so that ions can be detected efficiently. .
マイクロチャネルプレートは、真空度が低く、四重極部を通過するイオンが多い状態で使用すると、増幅された電子が出力限界を超えてしまい検出感度の直線性が低下したり、イオン検出面への汚れの付着が加速することにより寿命が短くなってしまう恐れがある。 If the microchannel plate is used in a state where the degree of vacuum is low and there are many ions passing through the quadrupole, the amplified electrons will exceed the output limit and the linearity of detection sensitivity will decrease, There is a possibility that the service life may be shortened due to accelerated adhesion of dirt.
前記中心軸上に配置されたファラデーカップを具備することを特徴とする四重極型質量分析計であれば、検出器としてマイクロチャネルプレート検出器とファラデーカップを備えているので、試料の濃度が高く四重極部を通過するイオンが多い環境では、ファラデーカップを使うことができる。 If the quadrupole mass spectrometer is provided with a Faraday cup disposed on the central axis, the microchannel plate detector and the Faraday cup are provided as detectors. Faraday cups can be used in environments where there are many ions passing high through the quadrupole.
また、試料の濃度が低く四重極部を通過するイオンが少ない環境では、マイクロチャネルプレート検出器によって高い感度で検出できるので、分析できる試料濃度の範囲をマイクロチャネルプレート検出器だけの時に比べて広げることができる。 In an environment where the sample concentration is low and there are few ions passing through the quadrupole, detection can be performed with high sensitivity using the microchannel plate detector, so the range of sample concentrations that can be analyzed is smaller than when using only the microchannel plate detector. Can be spread.
検出器からの出力値に基づいてイオン検出方法をマイクロチャネルプレート検出器とファラデーカップの間で切り替える切り替え制御部を具備することを特徴とする四重極型質量分析計であれば、試料の濃度によってイオン検出方法をマイクロチャネルプレート検出器とファラデーカップの間で自動で切り替えることができるので、試料濃度を監視して、試料濃度によって検出器を手動で切り替える手間を省いて、広い範囲の試料濃度にわたって、試料濃度に適した検出器で感度よく質量分析をすることができる。 A quadrupole mass spectrometer characterized by comprising a switching control unit that switches an ion detection method between a microchannel plate detector and a Faraday cup based on an output value from the detector. Can automatically switch the ion detection method between the microchannel plate detector and the Faraday cup, so you can monitor the sample concentration and save the trouble of manually switching the detector according to the sample concentration, and a wide range of sample concentrations The mass spectrometry can be performed with high sensitivity using a detector suitable for the sample concentration.
また、試料濃度に適した検出器を使用することができるので、マイクロチャネルプレートの寿命が短くなることによるメンテナンスの手間やコストを省くことができる。 Further, since a detector suitable for the sample concentration can be used, labor and cost for maintenance due to shortened life of the microchannel plate can be saved.
本発明に係る四重極型質量分析計を真空チャンバ内の残留ガス分析方法に使用すれば、広い濃度範囲にわたって効率良く残留ガスを分析することができる。 When the quadrupole mass spectrometer according to the present invention is used for a method for analyzing residual gas in a vacuum chamber, the residual gas can be efficiently analyzed over a wide concentration range.
本発明に係る四重極型質量分析計によれば、中性粒子等の無電荷粒子は前記粒子通過空間を通過するが、前記回転非対称な電場又は磁場によって、イオンが前記粒子通過空間を通過することを防ぐことができるので、中性粒子等の無電荷粒子によるノイズを低減しながらイオンのみをより効率良くイオン検出面に導いて検出することができる。 According to the quadrupole mass spectrometer according to the present invention, uncharged particles such as neutral particles pass through the particle passage space, but ions pass through the particle passage space due to the rotationally asymmetric electric or magnetic field. Therefore, only ions can be more efficiently guided to the ion detection surface and detected while reducing noise due to uncharged particles such as neutral particles.
以下に、本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る四重極型質量分析計は、例えば、半導体プロセスチャンバVC等の真空チャンバVCに取り付けられて、チャンバVC内の残留ガスを分析する四重極型質量分析計QMSに用いられるものである。 The quadrupole mass spectrometer according to the present embodiment is used, for example, in a quadrupole mass spectrometer QMS which is attached to a vacuum chamber VC such as a semiconductor process chamber VC and analyzes residual gas in the chamber VC. Things.
この四重極型質量分析計QMSは、ケーシング1と、ケーシング1の内部に収容されたセンサ部2およびデータ処理回路3とを具備するものである。 The quadrupole mass spectrometer QMS includes a casing 1, a sensor unit 2 housed inside the casing 1, and a data processing circuit 3.
前記ケーシング1は、図1に示すように、その先端面がチャンバVCの内部に配置されるように取り付けられて前記センサ部2を収容する第1カバー11と、チャンバVCに取り付けられて前記データ処理回路3を収容する第2カバー12とを具備する。 As shown in FIG. 1, the casing 1 is attached so that a tip end surface thereof is disposed inside the chamber VC, and a first cover 11 that accommodates the sensor unit 2, and the casing 1 is attached to the chamber VC to receive the data. A second cover for accommodating the processing circuit.
チャンバVC内に配置された前記第1カバー11の前記先端面には、チャンバVC内のガスを前記センサ部2内に導入するためのガス導入口111が設けられている。 A gas inlet 111 for introducing gas in the chamber VC into the sensor unit 2 is provided on the distal end surface of the first cover 11 arranged in the chamber VC.
前記センサ部2は、図2に示すように、前記ガス導入口111から導入された試料ガスを電子衝突によりイオン化するイオン源21と、イオン源21で発生したイオンを引き出して加速、収束させるイオン引き出し電極22と、イオン引き出し電極22によって加速、収束されたイオンを4本の円柱状の電極により発生する高周波電場によって電荷対質量比に応じて分離する四重極部23と、四重極部23で分離されたイオンを検出し、その電流値をデータ処理回路3に出力する検出部24とを具備する。なお、符号Aは、四重極部からイオンを引き出すイオン引き出し電極である。 As shown in FIG. 2, the sensor unit 2 includes an ion source 21 for ionizing a sample gas introduced from the gas inlet 111 by electron collision, and ions for extracting, accelerating, and converging ions generated in the ion source 21. An extraction electrode 22, a quadrupole portion 23 for separating ions accelerated and focused by the ion extraction electrode 22 according to a charge-to-mass ratio by a high-frequency electric field generated by the four columnar electrodes, and a quadrupole portion A detection unit 24 for detecting the ions separated by 23 and outputting the current value to the data processing circuit 3. Reference numeral A denotes an ion extraction electrode for extracting ions from the quadrupole portion.
前記検出部24は、図3に示すように、負の電圧が印加されて電場を形成する湾曲した短冊状の導電性部材である第1電場形成部材24E1及び第2電場形成部材24E2と、前記四重極部23の入口と出口を通る中心軸Cに沿って直径がおよそ2.5mmの円形の貫通孔241Hが形成された厚みがおよそ2mmで直径がおよそ9mmのドーナツ型のマイクロチャネルプレート検出器241と、前記中心軸C上にその開口を前記四重極部23に向けて配置された円筒状のファラデーカップ242とを具備する。なお、図3においては四重極部からイオンを引き出すイオン引き出し電極については省略してある。 As shown in FIG. 3, the detection unit 24 includes a first electric field forming member 24E1 and a second electric field forming member 24E2, which are curved strip-shaped conductive members to which an electric field is applied when a negative voltage is applied. A doughnut-shaped microchannel plate having a thickness of about 2 mm and a diameter of about 9 mm in which a circular through hole 241H having a diameter of about 2.5 mm is formed along a central axis C passing through an inlet and an outlet of the quadrupole portion 23. A vessel 241 and a cylindrical Faraday cup 242 arranged on the central axis C with its opening facing the quadrupole portion 23. In FIG. 3, an ion extraction electrode for extracting ions from the quadrupole portion is omitted.
前記第1電場形成部材24E1と第2電場形成部材24E2は、図4に示すように、前記中心軸C上を避けるように、前記マイクロチャネルプレート検出器241のイオン検出面241Sの前記四重極部23側で、前記イオン検出面241Sから所定の距離だけ離間した位置に配置されている。 As shown in FIG. 4, the first electric field forming member 24E1 and the second electric field forming member 24E2 are arranged on the quadrupole of the ion detection surface 241S of the micro channel plate detector 241 so as to avoid the central axis C. On the side of the unit 23, it is arranged at a position separated by a predetermined distance from the ion detection surface 241S.
これらの第1電場形成部材24E1と第2電場形成部材24E2は、前記中心軸Cを挟んで対称に配置されており、前記第2カバー12内に内蔵された電圧源V1及びV2が接続されて、それぞれに独立した電圧を印加することができるように構成されている。 The first electric field forming member 24E1 and the second electric field forming member 24E2 are arranged symmetrically with respect to the center axis C, and connected to the voltage sources V1 and V2 built in the second cover 12. , So that an independent voltage can be applied to each of them.
前記マイクロチャネルプレート検出器241は、前記イオン検出面241Sが前記四重極部23の出口に正対するように配置されており、中心に前記貫通孔241Hが形成されイオン検出面241Sとして機能する厚みがおよそ0.5mmの円盤状のマイクロチャネルプレート241Pと、マイクロチャネルプレート241Pから放出された二次電子を検出するプレート状のアノード電極241Aと、同じく中心に前記貫通孔241Hが形成されたドーナツ型のセラミックベース241Bとを具備する。 The microchannel plate detector 241 is arranged such that the ion detection surface 241S faces the outlet of the quadrupole portion 23, and the through hole 241H is formed at the center to function as the ion detection surface 241S. Is approximately 0.5 mm, a plate-shaped anode electrode 241A for detecting secondary electrons emitted from the micro-channel plate 241P, and a donut type having the through hole 241H formed at the center. And the ceramic base 241B.
マイクロチャネルプレート241Pは、厚み方向に貫通する、およそ直径10μmの、例えば、高鉛ガラスで形成されたガラスチューブが多数束ねられたものであり、これらのガラスチューブはマイクロチャネルプレート241Pの厚み方向に対しておよそ10度傾けた状態で取り付けられている。 The microchannel plate 241P is formed by bundling a large number of glass tubes formed of, for example, high-lead glass having a diameter of about 10 μm and penetrating in the thickness direction. These glass tubes extend in the thickness direction of the microchannel plate 241P. It is attached in a state inclined about 10 degrees with respect to it.
さらに、前記マイクロチャネルプレート241Pの表面には金属電極が蒸着されており、この電極に前記第2カバー12内に内蔵された電圧源V3が接続されて、前記マイクロチャネルプレート241Pのイオン検出面241Sには負の電圧を、二次電子を放出する側の表面には正の電圧を、それぞれ印加できるように構成されている。 Further, a metal electrode is deposited on the surface of the microchannel plate 241P, and a voltage source V3 built in the second cover 12 is connected to this electrode, so that the ion detection surface 241S of the microchannel plate 241P is connected. And a positive voltage can be applied to the surface on the side from which secondary electrons are emitted.
前記マイクロチャネルプレート241Pのイオン検出面241Sに負の電圧を印加するための接続端子は、前記イオン検出面241Sのうち、前記四重極部23の入口側から見たときに前記四重極部23の円柱状電極の影になっている部分に配置されている。 A connection terminal for applying a negative voltage to the ion detection surface 241S of the microchannel plate 241P is provided on the ion detection surface 241S when viewed from the entrance side of the quadrupole portion 23. 23 are arranged in the shaded portions of the columnar electrodes.
前記アノード電極241Aは、前記第2カバー12内に内蔵された電圧源V4により正の電圧が印加されており、前記セラミックベース241Bの内部に保持されている。 A positive voltage is applied to the anode electrode 241A by a voltage source V4 built in the second cover 12, and the anode electrode 241A is held inside the ceramic base 241B.
前記ファラデーカップ242は、例えば銅からなる導電性のカップで、前記四重極部23と前記マイクロチャネルプレート検出器241とファラデーカップ242がこの順で並ぶように配置されている。 The Faraday cup 242 is a conductive cup made of, for example, copper, and is arranged so that the quadrupole section 23, the microchannel plate detector 241 and the Faraday cup 242 are arranged in this order.
前記ファラデーカップ242は、前記電圧源V1、V2及びV3によりマイクロチャネルプレート241P、前記第1電場形成部材24E1及び第2電場形成部材24E2に電圧が印加されていない時に、前記マイクロチャネルプレート検出器241の貫通孔241Hを通過するイオンを検出するものである。 The Faraday cup 242 is connected to the micro channel plate detector 241 when no voltage is applied to the micro channel plate 241P, the first electric field forming member 24E1, and the second electric field forming member 24E2 by the voltage sources V1, V2, and V3. This detects ions passing through the through hole 241H.
前記データ処理回路3は、増幅器、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、CPU、メモリ、通信ポート等を備えるものであり、前記センサ部2から出力された電流値に基づいて質量分析を行う。また必要に応じて、その分析結果を汎用コンピュータ等に送信する。 The data processing circuit 3 includes an amplifier, an A / D converter, a D / A converter, a CPU, a memory, a communication port, and the like, and performs mass spectrometry based on a current value output from the sensor unit 2. If necessary, the analysis result is transmitted to a general-purpose computer or the like.
前記データ処理回路3は、前記マイクロチャネルプレート241P、前記第1電場形成部材24E1、前記第2電場形成部材24E2及び前記アノード電極241Aに電圧を印加する前記電圧源V1、V2、V3及びV4として機能している。 The data processing circuit 3 functions as the voltage sources V1, V2, V3, and V4 for applying a voltage to the microchannel plate 241P, the first electric field forming member 24E1, the second electric field forming member 24E2, and the anode electrode 241A. are doing.
また、前記データ処理回路3は、前記マイクロチャネルプレート検出器241又は前記ファラデーカップ242から出力された電流値に基づいて、前記第1電場形成部材24E1又は第2電場形成部材24E2と、前記マイクロチャネルプレート241Pに電圧を印加する前記電圧源V1、V2、V3及びV4に指令を出す切り替え制御部としての機能も果たしている。 In addition, the data processing circuit 3 is configured to determine whether the first electric field forming member 24E1 or the second electric field forming member 24E2 is based on a current value output from the micro channel plate detector 241 or the Faraday cup 242. It also functions as a switching controller that issues commands to the voltage sources V1, V2, V3, and V4 that apply a voltage to the plate 241P.
前記データ処理回路3は、1つの装置であっても、有線または無線で互いに接続された複数の装置であっても良く、その一部として汎用コンピュータを使用するものとしても良い。 The data processing circuit 3 may be a single device or a plurality of devices connected to each other by wire or wirelessly, and may use a general-purpose computer as a part thereof.
次に、このように構成された四重極型質量分析計の動作の一例を図4及び図5を用いて説明する。 Next, an example of the operation of the quadrupole mass spectrometer configured as described above will be described with reference to FIGS.
前記イオン源21で発生し、前記四重極部23を通過したイオンは、中性粒子等の無電荷粒子とともに前記中心軸Cに沿って検出部24へと向かう。この時、中性粒子等の無電荷粒子は慣性運動により、前記マイクロチャネルプレート検出器241に形成された前記貫通孔241Hを通過し、電荷を持つイオンのみが前記回転非対称な電場によって軌道を曲げられて前記イオン検出面241Sに到達し、検出される。 Ions generated in the ion source 21 and passed through the quadrupole portion 23 travel toward the detection portion 24 along the central axis C together with uncharged particles such as neutral particles. At this time, uncharged particles such as neutral particles pass through the through holes 241H formed in the microchannel plate detector 241 due to inertial motion, and only charged ions bend their trajectories by the rotationally asymmetric electric field. And reaches the ion detection surface 241S and is detected.
前記回転非対称な電場が、例えば、前記第1電場形成部材24E1に負の電圧が印加されることで形成されている場合、前記イオン検出面241Sのうち一部の面241S1でイオンを検出している。 When the rotationally asymmetric electric field is formed, for example, by applying a negative voltage to the first electric field forming member 24E1, ions are detected on some of the ion detection surfaces 241S on the surface 241S1. I have.
このような場合に、前記マイクロチャネルプレート241Pの校正が必要になると、前記制御部から前記電圧源V1に対して、前記第1電場形成部材24E1に印加していた電圧を解除し、前記電圧源V2に対して、前記第2電場形成部材24E2に電圧を印加するように指令が出される。 In such a case, when the calibration of the microchannel plate 241P becomes necessary, the voltage applied to the first electric field forming member 24E1 is released from the control unit to the voltage source V1, and the voltage source is released. A command is issued to V2 to apply a voltage to the second electric field forming member 24E2.
前記第2電場形成部材24E2に負の電圧が印加されると、前記電場が変更されて、イオン検出面241Sとして使用していなかった面241S2にイオンが導かれるようになる。 When a negative voltage is applied to the second electric field forming member 24E2, the electric field is changed, and ions are guided to the surface 241S2 not used as the ion detection surface 241S.
このようにしてイオン検出面241Sとして使用していた面241S1とイオン検出として使用していなかった面241S2のそれぞれで同じ標準試料を検出し、これらの電流値を比較することで、イオン検出面241Sとしてしようしていた面241S1を校正する。 In this way, the same standard sample is detected on each of the surface 241S1 used as the ion detection surface 241S and the surface 241S2 not used for ion detection, and the current values are compared to obtain the ion detection surface 241S. Calibrate the surface 241S1 that has been used.
また、イオン検出面241Sとして使用していた面241S1が使用により汚れ場合等にも、前述のように前記電場を変更して、イオン検出として使用していなかった面241S2にイオンを導き、イオン検出として使用していなかった面241S2を新たなイオン検出面として使用することもできる。 In addition, even when the surface 241S1 used as the ion detection surface 241S is contaminated by use, the electric field is changed as described above, and ions are guided to the surface 241S2 not used for ion detection. The surface 241S2, which has not been used as, can be used as a new ion detection surface.
前記第1電場形成部材24E1又は第2電場形成部材24E2に電場が印加され、前記マイクロチャネルプレート検出器241でイオンが検出されている場合に、前記マイクロチャネルプレート検出器241で検出され前記データ処理回路に出力された電流値A1が所定の値を超えた時には、前記制御部が前記電圧源V1又はV2と、V3に指令を出して、前記第1電場形成部材24E1又は第2電場形成部材24E2と前記マイクロチャネルプレート241Pとに印加されていた電圧を解除する。 When an electric field is applied to the first electric field forming member 24E1 or the second electric field forming member 24E2 and ions are detected by the micro channel plate detector 241, the ions are detected by the micro channel plate detector 241 and the data processing is performed. When the current value A1 output to the circuit exceeds a predetermined value, the control unit issues a command to the voltage source V1 or V2 and V3, and the first electric field forming member 24E1 or the second electric field forming member 24E2. And the voltage applied to the microchannel plate 241P is released.
その結果、イオンが前記イオン検出面241Sに向かうように形成されていた電場が消失し、イオンが前記貫通孔241Hを通過する。貫通孔241Hを通過したイオンは、貫通孔241Hの後方に配置された前記ファラデーカップ242によって検出される。 As a result, the electric field formed so that the ions are directed to the ion detection surface 241S disappears, and the ions pass through the through hole 241H. The ions passing through the through hole 241H are detected by the Faraday cup 242 disposed behind the through hole 241H.
一方、前記ファラデーカップ242によって検出され前記データ処理回路に送られる電流値A2が、所定の値を下回った場合には、前記制御部が前記電圧源V1又はV2と、V3に前記第1電場形成部材24E1又は第2電場形成部材24E2と前記マイクロチャネルプレート241Pに電圧を印加するよう指令を出す。 On the other hand, when the current value A2 detected by the Faraday cup 242 and sent to the data processing circuit falls below a predetermined value, the control unit controls the voltage source V1 or V2 and V3 to generate the first electric field. A command is issued to apply a voltage to the member 24E1 or the second electric field forming member 24E2 and the microchannel plate 241P.
その結果、イオンが前記イオン検出面241Sに向かうように電場が形成されるので、この電場によってイオンが前記イオン検出面241Sに向かい、マイクロチャネルプレート検出器241によって検出される。 As a result, an electric field is formed so that the ions are directed to the ion detection surface 241S, and the ions are directed to the ion detection surface 241S by this electric field and are detected by the microchannel plate detector 241.
前記マイクロチャネルプレート検出器241で検出され前記データ処理回路に出力された電流値A1と、前記ファラデーカップ242によって検出され前記データ処理回路に送られる電流値A2を1つの計器で計測するものとしても良い。 The current value A1 detected by the microchannel plate detector 241 and output to the data processing circuit, and the current value A2 detected by the Faraday cup 242 and sent to the data processing circuit may be measured by a single instrument. good.
このように構成した本実施形態の四重極型質量分析計QMSによれば、中性粒子等の無電荷粒子は前記マイクロチャネルプレート検出器241に形成された粒子通過空間である貫通孔241Hを通過するが、前記第1電場形成部材24E1又は第2電場形成部材24E2によって形成された前記回転非対称な電場によって、前記中心軸上において、前記中心軸に対して垂直な方向にイオンが力を受けることで、イオンを偏らせて、イオンが前記貫通孔241Hを通過することを防ぎ、特定のイオン検出面に到達するイオンを増やすことができるので、中性粒子等の無電荷粒子によるノイズを低減しながら、イオンのみをより効率良くイオン検出面241Sに導いて検出することができる。 According to the quadrupole mass spectrometer QMS of the present embodiment configured as described above, uncharged particles such as neutral particles pass through the through holes 241 </ b> H which are the particle passing spaces formed in the microchannel plate detector 241. Although the ions pass through, the ions receive a force on the central axis in a direction perpendicular to the central axis by the rotationally asymmetric electric field formed by the first electric field forming member 24E1 or the second electric field forming member 24E2. This can bias the ions, prevent the ions from passing through the through-hole 241H, and increase the number of ions reaching a specific ion detection surface, thereby reducing noise due to uncharged particles such as neutral particles. However, only ions can be more efficiently guided to the ion detection surface 241S and detected.
前記第1電場形成部材24E1又は第2電場形成部材24E2に電圧を印加して、前記回転非対称な電場を形成することができるので、高価なマイクロチャネルプレート241Pを複数用意することなく、効率よくイオンを検出することができる。 Since a voltage can be applied to the first electric field forming member 24E1 or the second electric field forming member 24E2 to form the rotationally asymmetric electric field, ions can be efficiently prepared without preparing a plurality of expensive microchannel plates 241P. Can be detected.
前記第1電場形成部材24E1と第2電場形成部材24E2が、中心軸Cを挟んで反対側に配置されて、それぞれに独立した電圧が印加されることによって前記電場を変化させることができるように構成されているので、図4に示すように、例えばマイクロチャネルプレート241Pのうち一部の面241S1を使用している場合に、この面241S1の校正を行う際には、前記中心軸Cを挟んだ反対側の部分241S2を使用して校正することができる。 The first electric field forming member 24E1 and the second electric field forming member 24E2 are arranged on opposite sides with respect to the center axis C so that the electric field can be changed by applying an independent voltage to each. For example, as shown in FIG. 4, when a part of the surface 241S1 of the microchannel plate 241P is used, when the surface 241S1 is calibrated, as shown in FIG. Calibration can be performed using the opposite part 241S2.
前記マイクロチャネルプレート検出器241のイオン検出面241Sが四重極部23側を向いて配置されており、イオンを検出面241Sに向けて曲げる角度を小さくすることができるので、四重極部23の出口から引き出されたイオンを効率よく検出することができる。 The ion detection surface 241S of the microchannel plate detector 241 is disposed facing the quadrupole portion 23 side, and the angle at which ions are bent toward the detection surface 241S can be reduced. The ions extracted from the outlet of the above can be efficiently detected.
前記四重極部23の入口側から見たときに前記四重極部23の円柱状電極の影になっている部分には四重極部23の出口から引き出されたイオンが到達する可能性が比較的低いと考えられる。 Possibility that ions extracted from the exit of the quadrupole portion 23 reach the portion of the quadrupole portion 23 which is shaded by the cylindrical electrode when viewed from the entrance side of the quadrupole portion 23. Is considered to be relatively low.
そこで、本実施例では、前記マイクロチャネルプレート241Pに電圧を印加するための接続端子を、前記イオン検出面241Sのうち、前記四重極部23の入口側から見たときに前記四重極部23の円柱状電極の影になっている部分に配置しているので、前記接続端子が前記円柱状電極の影になっている部分以外に配置されている場合に比べてイオンを効率よく検出することができる。 Therefore, in this embodiment, when the connection terminal for applying a voltage to the microchannel plate 241P is viewed from the entrance side of the quadrupole portion 23 of the ion detection surface 241S, the quadrupole portion is formed. Since the connection terminals are arranged in the shaded portions of the 23 cylindrical electrodes, the ions are more efficiently detected as compared with the case where the connection terminals are arranged in places other than the shaded portions of the columnar electrodes. be able to.
前記検出部24が、前記マイクロチャネルプレート検出器241と、前記中心軸C上に配置されたファラデーカップ242とを具備しているので、試料の濃度が高く四重極部23を通過するイオンが多い環境ではファラデーカップ242を使うことができる。また、試料の濃度が低く四重極部23を通過するイオンが少ない環境ではマイクロチャネルプレート検出器241によって高い感度でイオンを検出できるので、分析できる残留ガス濃度の範囲を広げることができる。 Since the detection unit 24 includes the microchannel plate detector 241 and the Faraday cup 242 disposed on the central axis C, ions having a high sample concentration and passing through the quadrupole unit 23 In many environments, a Faraday cup 242 can be used. In an environment where the concentration of the sample is low and the amount of ions passing through the quadrupole portion 23 is small, the ions can be detected with high sensitivity by the microchannel plate detector 241, so that the range of the residual gas concentration that can be analyzed can be expanded.
また、試料濃度によってイオン検出方法をマイクロチャネルプレート検出器241とファラデーカップ242の間で自動で切り替えることができるので、残留ガスの濃度を監視して、検出方法を手動で切り替えるという手間を省いて、広い濃度範囲にわたって、試料濃度に適した検出方法で感度よく質量分析をすることができる。 In addition, since the ion detection method can be automatically switched between the microchannel plate detector 241 and the Faraday cup 242 according to the sample concentration, the trouble of monitoring the concentration of the residual gas and manually switching the detection method can be eliminated. Mass spectrometry can be performed with high sensitivity by a detection method suitable for the sample concentration over a wide concentration range.
また、試料濃度に適した検出方法を使用することができるので、マイクロチャネルプレート241Pの寿命が短くなることによるメンテナンスの手間やコストを省くことができる。 In addition, since a detection method suitable for the sample concentration can be used, labor and cost for maintenance due to a shortened life of the microchannel plate 241P can be reduced.
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。 Note that the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、前記粒子通過空間は前記イオン検出面の中心以外に形成されていてもよく、前記粒子通過空間がイオン検出面の外に形成されていても良い。 For example, the particle passage space may be formed other than at the center of the ion detection surface, or the particle passage space may be formed outside the ion detection surface.
前記検出部は、正に帯電したイオンを検出するものに限らず、前記電場形成部材や前記イオン検出面に印加する電圧を正負逆にして、負に帯電したイオンを検出するものとしても良い。 The detection unit is not limited to the one that detects positively charged ions, and may be configured to detect negatively charged ions by inverting the voltage applied to the electric field forming member or the ion detection surface.
前記電場形成部材は、湾曲した短冊状のものに限らず、棒状のものや円柱状のもの等でも良く、湾曲したものに限らず直線的な形状のものでも良い。またその長さや大きさについては、どのようなものでも良い。 The electric field forming member is not limited to a curved strip-shaped member, but may be a rod-shaped member or a column-shaped member. The length and size may be any.
さらに、複数設けられた前記電場形成部材が全て同じ形状である必要はなく、それぞれ違う形状や長さ、大きさのものを複数組み合わせても良い。 Further, the plurality of electric field forming members need not all have the same shape, and a plurality of electric field forming members having different shapes, lengths, and sizes may be combined.
また、前記電場形成部材は2つに限らず、例えば、図7、8及び9に示すように1つでも3つ以上設けられているものでも良く、前記中心軸に対して対称に配置されていなくてもよい。また、これらを配置する間隔は等間隔であっても、等間隔でなくても良い。 Further, the number of the electric field forming members is not limited to two, and for example, one or three or more electric field forming members may be provided as shown in FIGS. 7, 8 and 9, and are arranged symmetrically with respect to the central axis. It is not necessary. The intervals at which these are arranged may or may not be equal.
前記検出器241は、例えば図5に示すように、前記中心軸上に設けられた前記粒子通過空間24Vを避けて設けられた複数のマイクロチャネルプレート検出器241であり、それぞれのマイクロチャネルプレート検出器241に独立して電圧が印加されて、前記回転非対称な電場が形成されるものであっても良い。 The detectors 241 are, for example, as shown in FIG. 5, a plurality of microchannel plate detectors 241 provided on the central axis so as to avoid the particle passage space 24V. The voltage may be independently applied to the container 241 to form the rotationally asymmetric electric field.
前記電場形成部材又は前記検出器に印加された電圧によって形成されるものは、回転非対称な電場であることが好ましいが、回転非対称な磁場であっても良い。 What is formed by the electric field forming member or the voltage applied to the detector is preferably a rotationally asymmetric electric field, but may be a rotationally asymmetric magnetic field.
前記イオン検出面の形状は円形に限らず、矩形やその他の多角形、異形のものであっても良い。 The shape of the ion detection surface is not limited to a circle, but may be a rectangle, another polygon, or an irregular shape.
また、前記検出器はマイクロチャネルプレート検出器に限らず、パイプ型のチャンネル型二次電子倍増管や不連続ダイノードによる二次電子倍増器等でもよい。 The detector is not limited to a microchannel plate detector, but may be a pipe-type channel-type secondary electron multiplier, a secondary electron multiplier using discontinuous dynodes, or the like.
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形が可能である。 In addition, the present invention can be variously modified without departing from the spirit thereof.
四重極型質量分析計・・・QMS
イオン源・・・21
四重極部・・・23
検出器・・・241
中心軸・・・C
粒子通過空間・・・24V
イオン検出面・・・241S
貫通孔・・・241H
電場形成部材・・・24E
ファラデーカップ・・・242
真空チャンバ・・・VC
Quadrupole mass spectrometer QMS
Ion source ・ ・ ・ 21
Quadrupole part ・ ・ ・ 23
Detector ・ ・ ・ 241
Central axis: C
Particle passing space: 24V
Ion detection surface 241S
Through hole ・ ・ ・ 241H
Electric field forming member 24E
Faraday cup 242
Vacuum chamber ・ ・ ・ VC
Claims (6)
前記四重極部の入口と出口とを通る中心軸上に粒子通過空間が形成され、前記粒子通過空間の周囲に検出器が設けられ、前記検出器にイオンが向かうように、前記中心軸に対して回転非対称な電場又は磁場が形成され、
四重極型質量分析計が、前記電場又は前記磁場を形成する複数の電場形成部材をさらに備え、
複数の前記電場形成部材のいずれかに電圧を印加することによって前記電場又は磁場を変更して、検出器のイオン検出面を変更することを特徴とする四重極型質量分析計。 An ion source for ionizing a sample, a quadrupole section in which ions generated by the ion source enter from an inlet, pass through the inside, and exit to an exit, and detection for detecting ions extracted from an exit of the quadrupole section. In a quadrupole mass spectrometer equipped with a
A particle passing space is formed on a central axis passing through the entrance and the exit of the quadrupole portion, a detector is provided around the particle passing space, and ions are directed to the detector. An electric or magnetic field is formed that is rotationally asymmetric with respect to
The quadrupole mass spectrometer further comprises a plurality of electric field forming members for forming the electric field or the magnetic field,
A quadrupole mass spectrometer, wherein the electric field or the magnetic field is changed by applying a voltage to any of the plurality of electric field forming members to change the ion detection surface of the detector.
前記検出器からの出力値に基づいて、イオン検出方法を前記マイクロチャネルプレート検出器と前記ファラデーカップとの間で切り替える切り替え制御部を具備する請求項1記載の四重極型質量分析計。 As the detector, a microchannel plate detector provided with a through-hole forming a particle passing space at the center and a Faraday cup disposed on the central axis,
On the basis of the output value from the detector, quadrupole mass spectrometer according to claim 1, further comprising a switching control unit for switching the ion detection method between the Faraday cup and the microchannel plate detector.
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