JPH0290451A

JPH0290451A - 四重極質量分析計

Info

Publication number: JPH0290451A
Application number: JP63240890A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nakajima; 靖志中島
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1988-09-28
Publication date: 1990-03-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、四重極質量分析計に係り、特に差動排気を用
いた場合の妨害イオンにより発生するノイズの低減装置
に関するものである。

（従来の技術）従来、このような分野の技術としては、例えば以下に示
すようなものがあった。即ち、この種の分析計は約１０
−’Ｔｏｒｒ以下の圧力でのガスの分圧を測定するよう
にしたもので、電子衝撃によりガス分子をイオン化した
後に、これを四重極電極内に送り、質量分離してイオン
検出器でカウントするようにしている。

第３図はかかる従来の四重極質量分析針の構成図である
。

図中、１はオリフィス、２は四重極電極、３はイオン検
出器、４はターボ分子ポンプ、５はロークリポンプ（真
空ポンプ）、６はフィラメント、７は非イオン化ガス分
子、８はイオン化ガス分子、９は放出ガス分子である。

ところで、この従来の四重極質量分析計においては、１
Ｏ−５Ｔｏｒｒ程度以上の圧力のガスの分圧を測定する
ことは、イオン化のためのフィラメント６の焼損やイオ
ンが四重極電極２を通過する場合の他のガス分子との衝
突、及びイオン検出器３の表面へガスが吸着するといっ
た問題を有することから不可能である。そのような場合
には、第３図に示すように、オリフィス１を用いてガス
取釘込み量を絞り、更にポンプ４．５で排気して、上述
した１Ｏ−５Ｔｏｒｒ程度以下の圧力をつ（す、この雰
囲気中で四重極質量分析計を動作させるようにしている
。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、以上述べた従来の装置においては、以下
に示すような問題がある。

すなわち、特に１０−５Ｔｏｒｒ以上の圧力、例えば半
導体プロセスにおける金属スパッタ等の１Ｏ−２Ｔｏｒ
ｒ程度の圧力での主ガスであるＡｒガス中に残留してい
る不純物ガスの分圧を測定する場合を例にとると、第３
図に示すようになる。

この図において、オリフィス１より取り込んだ非イオン
化ガス分子７やイオン源１０でイオン化されたガス分子
８が、四重極質量分析計を取り付けている真空室の内壁
を叩いて、内壁に吸着されていた０□、ＮＺ＋　１１□
０等のガス分子９を放出させる。

この内壁に吸着されていた前記ガス分子９を永久になく
すことは実質的に不可能であり、被測定ガスを導入した
場合にも再び吸着されてしまう。このため、分析時には
放出されたガスをも測定することになり、これがハック
グラウンドノイズを形成するためにＳ／Ｎ比が低下する
という結果を招くとともに、被測定ガスを減圧して測定
するために実効的な感度も低下してしまう。これらの現
象は、不純物ガスの分圧が小さい場合には特に大きな問
題となる。

本発明は、上記問題点を除去し、Ｓ／Ｎ比や感度の低下
を招くことのない四重極質量分析計を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記問題点を解決するために、四重極質量分
析計において、（ａ）被測定ガスが満たされた真空室内
で電子振動によりガスをイオン化するイオン源と、（ｂ
）ガスを分子流で引き出すことが可能なオリフィスと、
（ｃ）イオンをイオン源からオリフィスを通して引き出
す電極と、（ｄ）加速電極によりイオンを加速する加速
器と、（ｅ）該イオンを非イオン化ガスと分離し、該非
イオン化ガスは真空ポンプで排気する排気手段と、（ｆ
）分離加速されたイオンを偏向して小径のオリフィスを
通過させる偏向手段と、（ｇ）オリフィスより通過した
イオンの速度を低減する減速器と、（ｈ）イオンを質量
分離する四重極電極と、（ｉ）イオン検出器とを設け、
（ｊ）かつ、前記減速器と四重極電極及びイオン検出器
を有する測定室と前記偏向手段を有する分離室とは別個
に真空排気されるようにしたものである。

（作用）本発明によれば、上記したように、四重極質量分析計に
おいて、ガスをイオン化した後に、その流れが分子流と
な名ようなオリフィスを入口と出口に持ち、かつ真空に
排気されている分離室に上記□ガスを導入する。そして
、イオン化したガスを電界によって加速して出口のオリ
フィスから取り出し、同じく電界により四重極質量分析
計に通したエネルギーまで減速して測定する。この時、
分離室Ｃでは、イオン化されなかったガスや分離室Ｃの
内壁から放出されるガスは加速されないので、出口のオ
リフィスから分析計側に送り込まれることはない。従っ
て、ノイズの源となる成分をほぼ完全に分離することが
できる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明の実施例を示す四重極質量分析計の構成
図であり、プロセス室Ａがらの被測定ガスが１Ｏ−２Ｔ
ｏｒｒ程度導入されているイオン化室Ｂ内にイオン源が
設置され、ガスの流れが分子流となるような開口径を持
つ入口側のオリフィス２２を介して分離室Ｃが接続され
、更に、オリフィス２４を介して測定室りが接続されて
いる。

以下に、それら各部の詳細を説明する。

第１図に示すイオン源は、冷陰極放電を用いた電子振動
型イオン源であり、カソード１１とアノード１２間で自
然電離により発生する電子はアノード１２に向かって移
動し、イオンはカソード１１に向かって移動する。この
時、軸方向に配置され、電源１５が接続された励磁コイ
ル１４によって磁界が加えられることにより、電子は螺
締運動を起こし、導入ガスとの衝突を繰り返して多数の
イオンを発生させる。なお、１３はアノード電源である
。

この後、イオンとイオン化してないガス分子は共にオリ
フィス２２を経て、ターボ分子ポンプ２９とロータリー
ポンプ３０により排気されている分離室Ｃに流入する。

ここで、分離室Ｃ内の圧力を１Ｏ−５Ｔｏｒｒ以下にし
、かつオリフィス２２を通るガスの流れが分子流となる
ようにするには、オリフィス２２の径をＩＩＩＩＩ１１
φ以下とする。

更に、電源１７により引き出し電極１６にカソード１１
より低い電位を与えてイオンを引き出し、電源１９に接
続された加速器１８で５００ｅＶに加速する。この時に
オリフィス２２を通る非イオン化ガスは分子流であるの
で、イオンの軸方向にジェットのように吹き出すことは
なく、また、引き出し電極１６や加速器１８で運動エネ
ルギーを与えられることもないので、ターボ分子ポンプ
２９で容易に排気される。

また、この分離室Ｃ内ではイオン化は全く行われないた
め、内壁その他に吸着されているガスがあっても、オリ
フィス２４を通して測定室りに送り込まれることはほと
んどない。

上記加速されたイオンは、静電偏向レンズ用電源２１が
接続される静電形偏向レンズ２０に送り込まれ、図に示
すように曲げられて、オリフィス２４を通って測定室り
に入る。この時、イオン化学Ｂ内のイオン源で発生した
イオンの持つエネルギーはある幅を持っているので、そ
のまま加速して四重極電極で分離しても明確なマスピー
クは得られない。そこで、第２図に示すように、静電形
偏向レンズ２０の変位ｄｓは、ｄｓ−（Ｖ　・４２　・Ｌ）　／　２　ｄ　（Ｖａ＋Ｖ
ｉ）ｖａ：イオンの加速電圧ｖｉ：イオンが持っていたエネルギーの関係から、イオンの質量によらず決定される。

ここで、静電形偏向レンズ２０の長さｌを２ｃｍ、間隔
ｄをＩｃｍ、オリフィス２４までの距離を５ｃｍ。

オリフィス２４の径を１ｍｍとして、上記静電形偏向レ
ンズ２０の極板間に１００Ｖを印加すると、上記変位ｄ
ｓは１　ｃｒｎとなり、Ｖｉが計算上非常に大きな値と
なるため、この程度でも十分にイオンのエネルギーを揃
えることができる。

その後、オリフィス２４を経て測定室りに入ったイオン
は、電源２６により電位が与えられた減速器２５によっ
て四重極電極２７に適したエネルギーまで減速される。

ここで、該四重極電極２７とイオン入射軸との整合をと
ってお（ことは言うまでもなく、これによってフォーカ
ス電極等は不要になる。

以上の過程を経てイオンを四重極電極２７で分離し、イ
オン検出器２８でプロセス室Ａ内のガス分圧を測定する
。ここで測定室りへ流入するイオンのほとんどは測定さ
れるためのものであるので、非常に高い真空度が維持で
きる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明によれば、イオン
源として電子振動形を用い、１０−”Ｔｏｒｒ台の圧力
下でガスをイオン化するようにしたので、イオン化する
ガス量を飛躍的に増加させることができる。

更に、イオンと非イオンとを分離するに当たり、オリフ
ィスの開口径を分子流を形成できるようにして、非イオ
ン化ガスの流入を制限し、かつ、イオンのみを加速して
、非イオン化ガスと分離しながら、更にオリフィスから
次に設けた測定用の真空室に送り込むようにしたので、
測定時のＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。また、イ
オンと非イオンの分離時には、電界偏向をかけることに
よりイオンのエネルギーを揃えるようにしたので、イオ
ン検出時のスペクトルのすそ引きや四重極電極で、イオ
ンが質量分離されないで通過してしまうことを防ぐこと
ができる。

従って、従来のものに比べて感度が高く、かつＳ／Ｎ比
の良い四重極質量分析計を提供することができる。

更に、被測定ガスが満たされた真空室内でイオン化し、
加速しながら四重極電極に送り込むので、従来のように
壁面にガスが吸着されたりすることによるメモリ効果が
なくなり、時間応答性の良い測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す四重極質量分析計の構成
図、第２図は本発明の静電形偏向装置の構成図、第３図
は従来の四重極質量分析針の構成図である。１１・・・カソード、１２・・・アノード、１４・・・
励磁コイル、１６・・・引き出し電極、１８・・・加速
器、２０・・・静電形偏向レンズ、２１・・・静電偏向
レンズ用電源、２２．２４・・・オリフィス、２５・・
・減速器、２６・・・減速器用電源、２７・・・四重極
電極、２８・・・イオン検出器、２９・・・ターボ分子
ポンプ、３０・・・ロータリーポンプ。特許出願人　沖電気工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】（ａ）被測定ガスが満たされた真空室内で電子振動によ
りガスをイオン化するイオン源と、（ｂ）ガスを分子流で引き出すことが可能なオリフィス
と、（ｃ）イオンをイオン源からオリフィスを通して引き出
す電極と、（ｄ）加速電極によりイオンを加速する加速器と、（ｅ）該イオンを非イオン化ガスと分離し、該非イオン
化ガスは真空ポンプで排気する排気手段と、（ｆ）分離加速されたイオンを偏向して小径のオリフィ
スを通過させる偏向手段と、（ｇ）オリフィスより通過したイオンの速度を低減する
減速器と、（ｈ）イオンを質量分離する四重極電極と、（ｉ）イオン検出器とを設け、（ｊ）かつ、前記減速器と、四重極電極及びイオン検出
器を有する測定室と、前記偏向手段を有する分離室とは
別個に真空排気されるようにしたことを特徴とする四重
極質量分析計。