JPH03167450A - Discharge emission spectroscopic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、気体の放電空間に被測定物質を導大して被
測定物質からの放電発光を分光検出することによって被
測定物質の存在量を測定する放電発光分光装置に関し、
特に、電場と磁場が交差した空間で回転する電子電流を
生じさせ、これによって被測定物質の放電励起を増加さ
せる形式(以下、交差電磁界形という。)の放電発光分
光装評に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention measures the amount of a substance to be measured by introducing the substance into a gas discharge space and spectroscopically detecting the discharge light emitted from the substance to be measured. Regarding the discharge emission spectrometer,
In particular, the present invention relates to a type of discharge emission spectroscopy (hereinafter referred to as crossed electromagnetic field type) that generates a rotating electron current in a space where an electric field and a magnetic field intersect, thereby increasing the discharge excitation of a substance to be measured.
[従来の技術]
この挿の放電発光分光装置は、目下開発途上にあり、例
えば次の文献に詳しく述べられている。[Prior Art] This type of discharge emission spectrometer is currently under development, and is described in detail in, for example, the following literature.
真空、31 [5] (1988) 、酒井ら、「冷陰
極放電誘起発光分光法による分子線の検出」、9. 4
32−435
このような交差電磁界形は、もともと感度は高いが、精
度が低い欠点がある。Vacuum, 31 [5] (1988), Sakai et al., “Detection of molecular beams by cold cathode discharge induced emission spectroscopy”, 9. 4
32-435 Such a crossed electromagnetic field type originally has high sensitivity, but has the drawback of low accuracy.
[発明が解決しようとする課題1
この種の放電発光分光装置は、交差電磁界形の放電電離
真空計と同様な原理で動作する。そこで、まずこの放電
電離真空計の動作を説明する。この放電電離真空計は圧
力とイオン電流(放電電流ともいう)との関係が完全に
は比例せず、また、理論面が明解でないことから、精度
が低いとされている。本発明者の考えでは、従来の放電
電離真空計は、イオン電流は測定しているが、このイオ
ン電流を作るもとになる回転電子電流(熱陰極電離真空
計の陽極電流に相当する)については測定していないた
めに、精度が低いと推測される。すなわち、回転電子電
流とイオン電流との比に基づいて圧力測定をおこなって
いないために、信頼性が乏しいと思われる。[Problem to be Solved by the Invention 1] This type of discharge emission spectrometer operates on the same principle as a crossed electromagnetic field type discharge ionization vacuum gauge. First, the operation of this discharge ionization vacuum gauge will be explained. This discharge ionization vacuum gauge is said to have low accuracy because the relationship between pressure and ion current (also called discharge current) is not completely proportional, and the theory is not clear. The present inventor believes that conventional discharge ionization vacuum gauges measure ion current, but the rotating electron current (corresponding to the anode current of hot cathode ionization vacuum gauges) that is the source of this ion current is measured. It is assumed that the accuracy is low because it was not measured. In other words, the pressure is not measured based on the ratio of the rotating electron current to the ion current, so it seems that the reliability is poor.
ところで、以下の文献には、上述の回転電子電流の測定
についての記載が見られる。By the way, the following literature describes the measurement of the above-mentioned rotating electron current.
Journal of Applled Phys1c
s. 33 [6] (1982)(米国) . W.
Knauer.
「低圧におけるペニング放電のメカニズム」1). 2
093−2099
この文献では、回転電子電流を間接的に測定できるよう
に、ペニング放電管の周囲にセンサコイルを巻いている
。そして、ペニング放電を断続的にオン・オフすること
によって、回転電子電流を断続させ、この断続によって
センサコイルに誘起する電流を測定している。この誘起
電流の値から回転電子電流を求めている。Journal of Applied Phys1c
s. 33 [6] (1982) (USA). W.
Knauer. "Mechanism of Penning discharge at low pressure" 1). 2
093-2099 In this document, a sensor coil is wound around the Penning discharge tube so that the rotating electron current can be measured indirectly. Then, by intermittently turning on and off the Penning discharge, the rotating electron current is intermittent, and the current induced in the sensor coil due to this intermittent interruption is measured. The rotating electron current is determined from the value of this induced current.
本発明者は、この文献をヒントにして、交差電磁界形の
放電電離真空計の改良を試みて回転電子電流を定常的に
測定できるようにし、さらに、これと放電発光の分光強
度との比を求めることによって、放電空間にある被測定
物質を高い精度で定量測定できる放電発光分光装置を開
発した。Taking this literature as a hint, the present inventor attempted to improve the crossed electromagnetic field type discharge ionization vacuum gauge to make it possible to constantly measure the rotating electron current, and also found that the ratio between this and the spectral intensity of the discharge emission was By determining this, we have developed a discharge emission spectrometer that can quantitatively measure the substance to be measured in the discharge space with high accuracy.
したがって、この発明の目的は、交差電磁界形の放電電
離真空計の特徴である高い感度を維持しつつ、回転電子
電流を11111定することによって、このタイプの放
電発光分光装置の高精度化を図ることにある。Therefore, the purpose of this invention is to improve the precision of this type of discharge emission spectrometer by regulating the rotating electron current at 11111 while maintaining the high sensitivity that is a feature of the crossed electromagnetic field type discharge ionization vacuum gauge. It's about trying.
[課題を解決するための手段と作用]
上述の目的を達成するために、この出願の第一発明に係
る発光分光装置は、次の特徴を備えている。まず、この
放電発光分光装置は、陰極と、陽極と、陰極と陽極とで
作られた電場と交差するような磁場を形戊する磁場設定
手段とを備えていて、放電空間にある被測定物質の発光
強度を分光検出することによって被測定物質を定量測定
するものである。さらに、この発明では、特に採用した
新しい要素として、電場と磁場の作用によって生じる回
転電子電流を測定する手段を備えている。この測定手段
によって得られた回転電子電流と分光強度との比を求め
ることによって被測定物質の存在量(濃度)を求めるこ
とができる。[Means and effects for solving the problem] In order to achieve the above-mentioned object, the emission spectrometer according to the first invention of this application has the following features. First, this discharge emission spectrometer is equipped with a cathode, an anode, and a magnetic field setting means that forms a magnetic field that intersects the electric field created by the cathode and the anode, and the device is equipped with a The substance to be measured is quantitatively measured by spectroscopically detecting the luminescence intensity of the substance. Furthermore, as a new element particularly adopted in this invention, a means for measuring rotating electron current generated by the action of an electric field and a magnetic field is provided. By determining the ratio between the rotating electron current and the spectral intensity obtained by this measuring means, the amount (concentration) of the substance to be measured can be determined.
分光検出強度やイオンコレクタ電流に加えて回転電子電
流をも測定する理山は次の通りである。The Rizan that measures rotating electron current in addition to spectroscopic detection intensity and ion collector current is as follows.
気体分子が多ければ多いほど、放電で発する光の量や発
生するイオンが多くなる。しかし、気体分子を発光させ
たり電離させたりする原囚である回転電子電流は常に一
定とは限らず、回転電子電流が変動すれば、同じ圧力、
同じ物質の存在下でも発光量が変化することになる。こ
れに対して、この発明では、回転電子電流と分光検出強
度との比に基づいて定量分析をすることができるので、
分光強度だけに基づいて定量分析を行う従来の場合と比
較して、定量分析の精度は飛跡的に向上する。The more gas molecules there are, the more light the discharge emits and the more ions it generates. However, the rotating electron current, which causes gas molecules to emit light and ionize, is not always constant; if the rotating electron current fluctuates, the same pressure,
Even in the presence of the same substance, the amount of light emitted changes. In contrast, in the present invention, quantitative analysis can be performed based on the ratio of rotating electron current and spectral detection intensity.
Compared to the conventional case where quantitative analysis is performed based only on spectral intensity, the accuracy of quantitative analysis is dramatically improved.
なお、この発明において、「回転電子電流を測定する」
とは、回転電子電流を直接測定することだけでなく、回
転電子電流に依存する物理量を測定することによって回
転電子電流を間接的に測定することも含む。In addition, in this invention, "measuring rotating electron current"
This includes not only the direct measurement of the rotating electron current, but also the indirect measurement of the rotating electron current by measuring a physical quantity that depends on the rotating electron current.
この出願の第二発四に係る放電発光分光装置は、上述の
第一発四の特徴に加えて、回転電子電流を一定に制御し
ている。そして、このときの分光強度を測定することに
よって定量分析を行っている。In addition to the features of the first aspect 4 described above, the discharge emission spectrometer according to the second aspect of this application controls the rotating electron current to a constant value. Quantitative analysis is then performed by measuring the spectral intensity at this time.
たとえば、回転電子電流の測定結果を、陽極電圧にフィ
ーフドバックしたり、あるいは、磁場設定手段としての
電磁石に流す電流にフィードバックしたりして、回転電
子電流を一定に保つことができる。回転電子電流を一定
に保てば、より高梢度の定量分析を行うことができる。For example, the rotating electron current can be kept constant by feeding back the measurement result of the rotating electron current to the anode voltage or to the current flowing through an electromagnet as a magnetic field setting means. If the rotating electron current is kept constant, quantitative analysis with a higher degree of precision can be performed.
この出願の第三発四に係る放電発光分光装置では、直流
分と交流分とからなる電圧を陰極と陽極との間に印加し
ている。従来の放電発光分光装置では、数千ボルトの直
流だけを印加していたが、この第三発明では、これに交
流分を加えている。In the discharge emission spectrometer according to the third aspect of this application, a voltage consisting of a direct current component and an alternating current component is applied between the cathode and the anode. In the conventional discharge emission spectrometer, only a direct current of several thousand volts was applied, but in this third invention, an alternating current is added to this.
交流分を加えたことにより、電極間電圧が周期的に変動
し、これに伴って回転電子電流の大きさも変動する。変
動する回転電子電流は、電磁誘導作用によって検出でき
る。すなわち、交流分を追加することによって、「回転
電子電流を測定する手段」として電磁誘導現象を利用で
きるようになる。By adding the alternating current, the voltage between the electrodes changes periodically, and the magnitude of the rotating electron current also changes accordingly. The fluctuating rotating electron current can be detected by electromagnetic induction effects. That is, by adding an alternating current component, it becomes possible to utilize the electromagnetic induction phenomenon as a "means for measuring rotating electron current."
[実施例] 次に、この発明の実施例を図面を参照して説明する。[Example] Next, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
実施例は次の順序で説明する。Examples will be described in the following order.
イ.第1実施例(熱陰極マグネ
利用)
口.第2実施例(冷陰極マグネ
利用)
ハ.電極の各種の変更例
トロン形放電の
トロン形放電の
ニ.第3実施例(ペニング形放電の利用)ホ.マイクロ
波による回転電子電流の測定へ.プローブによる回転電
子電流の測定イ.第1実施例(熱陰極マグネトロン形放
電の利用)
第2図は、蒸着装置にこの発門の放電発光分光装置を取
り付けて蒸着速度を制御している例を示している。すな
わち、真空容器1の中に加熱ボト2をおいて蒸着材料を
入れ、加熱ボート2をヒータ3によって加熱して蒸着相
料を蒸発させ、基板5の上に薄膜を形成する。真空容器
1の上部には放電発光分光装置のセンサー6を取り付け
、蒸着物質をモニターする。蒸発した材料の一部は矢印
4のように飛行してセンサー6の中に人ってくる。セン
サー6から取り出した光は分析装置100で分光検出し
て、蒸着物質の飛来量を測定し、その測定結果を基板5
での嘆付着速度の制御に利川する。すなわち、分析装置
100の出力信号を信号線8により蒸着電源9にフィー
ドバックし、ヒータ3の温度を制御して蒸着速度を制御
する。stomach. First embodiment (using hot cathode magnet) Mouth. Second embodiment (using cold cathode magnet) c. Examples of various electrode changes Third embodiment (Utilization of Penning type discharge) E. To the measurement of rotating electron current using microwaves. Measurement of rotating electron current using a probe a. First Embodiment (Utilization of Hot Cathode Magnetron Type Discharge) FIG. 2 shows an example in which the discharge emission spectrometer of this invention is attached to a vapor deposition apparatus to control the vapor deposition rate. That is, a heating boat 2 is placed in a vacuum container 1, and a vapor deposition material is put therein, and the heating boat 2 is heated by a heater 3 to evaporate the vapor deposition phase material, thereby forming a thin film on the substrate 5. A sensor 6 of a discharge emission spectrometer is attached to the upper part of the vacuum container 1 to monitor the vapor deposited substance. A part of the evaporated material flies as shown by arrow 4 and enters sensor 6. The light taken out from the sensor 6 is spectrally detected by an analyzer 100 to measure the amount of the deposited material, and the measurement result is sent to the substrate 5.
To control the adhesion speed in Icheon. That is, the output signal of the analyzer 100 is fed back to the evaporation power source 9 through the signal line 8, and the temperature of the heater 3 is controlled to control the evaporation rate.
第1図は、この発明の第1実施例の構成図であり、セン
サー6の部分は縦断面を示してある。第3図は第1図の
■−■線断面図である。FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention, in which a portion of the sensor 6 is shown in a longitudinal section. FIG. 3 is a sectional view taken along the line ■--■ in FIG. 1.
第1図において、陰極10は、熱陰極フィラメント11
とリード線12、13とからなり、リード線13の大部
分は絶縁膜14で被覆されている。In FIG. 1, the cathode 10 includes a hot cathode filament 11
and lead wires 12 and 13, most of which are covered with an insulating film 14.
絶縁膜14は、リード線13の表面から電子が放出する
のを防止したり、リード線が他の部品と接触したりする
のを防止しており、これらに基づく暗電流の発生を防い
でいる。陽極20は、円筒状の陽極電桶21とリード線
22とからなる。この実施例では、陽極電極21の直径
が44mm,長さが48mmである。陽極電極21の中
心には、」二連の熱陰極フィラメント11が配置されて
いる。The insulating film 14 prevents electrons from being emitted from the surface of the lead wire 13 and prevents the lead wire from coming into contact with other parts, thereby preventing the generation of dark current based on these. . The anode 20 includes a cylindrical anode bucket 21 and a lead wire 22. In this example, the anode electrode 21 has a diameter of 44 mm and a length of 48 mm. At the center of the anode electrode 21, two hot cathode filaments 11 are arranged.
イオンコレクタ50は、円板状のイオンコレクタ7ii
梅51とリード線52とからなる。イオンコレクタ電極
51は、陽桶電桶21の軸方向の一端の近傍に、陽極電
極21の軸線と乗直に配置されている。The ion collector 50 is a disk-shaped ion collector 7ii.
It consists of a plum 51 and a lead wire 52. The ion collector electrode 51 is disposed near one end of the positive electrode 21 in the axial direction, perpendicular to the axis of the positive electrode 21 .
以上の熱陰桶フィラメント11と陽梅電極21とイオン
コレクタ電極51は、金属製の容器60の内部に収納さ
れている。容器60は、計測管61と接続フランジ62
とからなる。接続フランジ62は、発光分光測定をすべ
き真空室などに取り付けられる。シールド63は、多数
の孔の開いた金属部品で、イオンコレクタ電極51に対
向して配置されている。このシールド63は、後述する
回転電子の散逸を防ぐもので、負の電位が印加される。The above hot shade tub filament 11, positive plum electrode 21, and ion collector electrode 51 are housed inside a metal container 60. The container 60 includes a measuring tube 61 and a connecting flange 62.
It consists of The connection flange 62 is attached to a vacuum chamber or the like where emission spectrometry is to be performed. The shield 63 is a metal component with many holes, and is placed opposite the ion collector electrode 51 . This shield 63 prevents the dissipation of rotating electrons, which will be described later, and is applied with a negative potential.
多数の孔を開けてあるのは、コンダクタンスの確保と、
分析すべき物質、主として蒸気、の導入を行うためであ
る。The reason for the large number of holes is to ensure conductance,
This is to introduce the substance to be analyzed, mainly steam.
容器60の周囲には磁場設定千段30が配置されている
。磁場設定手段30は、二つの円筒状の永久磁石31と
その間のヨーク32とからなる。A thousand magnetic field setting stages 30 are arranged around the container 60. The magnetic field setting means 30 consists of two cylindrical permanent magnets 31 and a yoke 32 between them.
永久磁石31の作る磁場は、熱陰極フィラメント11と
陽桶電Ffi.21との間の空間27では、陽極電極2
1の軸線方向に向いている。一方、この電梅間空間27
では、電場は陽梅電極21の半径方向に向いている。し
たがって、電場と磁場は電極間空間27で直交している
。この電界と磁界が交差する空間27では放電が起き、
そこにある物質は励起され光を発する。その光は矢印7
の方向に導かれ、導入管25、101、窓102を通っ
て分光器103に入り、分光されたスペクトラムを得る
ことができる。このスペクトラムの各ピークの波長を知
ることにより、発光した物質の材質を知ることができる
。また各ピークの強度を求めることより、発光した物質
の存在量(濃度)を知ることができる。この実施例では
、永久磁石31の作る磁場の強さは、熱陰極フィラメン
ト11のところで2500ガウスになっている。The magnetic field created by the permanent magnet 31 is generated by the hot cathode filament 11 and the Yooke Den Ffi. In the space 27 between the anode electrode 2
1 axis. On the other hand, this Denumema Space 27
In this case, the electric field is oriented in the radial direction of the Yangmei electrode 21. Therefore, the electric field and the magnetic field are orthogonal to each other in the interelectrode space 27. A discharge occurs in the space 27 where this electric field and magnetic field intersect,
The substances there are excited and emit light. That light is arrow 7
The light enters the spectrometer 103 through the introduction tubes 25, 101 and the window 102, and a separated spectrum can be obtained. By knowing the wavelength of each peak in this spectrum, it is possible to know the material of the substance that emitted light. Furthermore, by determining the intensity of each peak, the amount (concentration) of the emitting substance can be determined. In this embodiment, the strength of the magnetic field created by the permanent magnet 31 is 2500 Gauss at the hot cathode filament 11.
ヨーク32の内面と二つの永久磁石とに挾まれた凹所3
3には、センサコイル41が収容されている。センサコ
イル41は、後述する回転電子電流の強度を測定するた
めのもので、2000ターン巻かれている。Recess 3 sandwiched between the inner surface of yoke 32 and two permanent magnets
3 houses a sensor coil 41. The sensor coil 41 is for measuring the intensity of a rotating electron current, which will be described later, and is wound with 2000 turns.
次に、この放電発光分光装置の電気的な構戊を説明する
。Next, the electrical structure of this discharge emission spectrometer will be explained.
陰極10と陽極20の間には、直流電源23と交流電源
24が醒列に接続され、陰極10側が接地されている。A DC power supply 23 and an AC power supply 24 are connected in a row between the cathode 10 and the anode 20, and the cathode 10 side is grounded.
直流電源23の出力電圧は2〜2.5kV程度であり、
交流電源24の出力電圧は振幅(最大ピークと最小ピー
クの差)で100V〜2kV程度である。そして、合計
電圧は、第4図に示すように最大電圧が約3kVで、最
小電圧がOV以」−(好ましくは500V以」二)にな
るようにしている。交流の周波数は特に制限はないが、
10〜1000Hzを用いている。The output voltage of the DC power supply 23 is about 2 to 2.5 kV,
The output voltage of the AC power supply 24 has an amplitude (difference between maximum peak and minimum peak) of approximately 100V to 2kV. As shown in FIG. 4, the total voltage is such that the maximum voltage is about 3 kV and the minimum voltage is OV or more (preferably 500 V or more). There are no particular restrictions on the frequency of alternating current, but
A frequency of 10 to 1000 Hz is used.
陽極20と電源23、24との間には、切替えスイッチ
251があって、他の電源26に切り替えることもでき
るようになっている。たとえば、10−’Torr以上
の高い圧ノノの場合は、他の電源26として低電力低電
圧電源を利用することができる。A changeover switch 251 is provided between the anode 20 and the power sources 23 and 24, so that it is possible to switch to another power source 26. For example, in the case of a high pressure of 10-'Torr or more, a low-power, low-voltage power source can be used as the other power source 26.
陰極10の二つのリード線12、13の間には、フィラ
メント加熱電源15があって、熱陰極フィラメント11
には数ボルトの直流電圧が印加される。Between the two lead wires 12 and 13 of the cathode 10, there is a filament heating power source 15, which heats the hot cathode filament 11.
A DC voltage of several volts is applied to.
イオンコレクタ50には、直流電源54によって、0〜
マイナス100V程度の負の電圧が印加される。The ion collector 50 is powered by a DC power supply 54.
A negative voltage of about -100V is applied.
センサコイル41の二つのリード線は、バンドパスフィ
ルタ43を通過してから互いに接続され,ループを構成
している。このループには電流計42が伸人される。バ
ンドパスフィルタ43は、センサコイル41の出力電流
のうち、陽極に印加する交流の周波数と異なる周波数の
ノイズを除去するためのものである。The two lead wires of the sensor coil 41 are connected to each other after passing through a band pass filter 43 to form a loop. An ammeter 42 is connected to this loop. The bandpass filter 43 is for removing noise of a frequency different from the frequency of the alternating current applied to the anode from the output current of the sensor coil 41.
次に、このセンサー6の動作を説明する。Next, the operation of this sensor 6 will be explained.
陽極電極21と熱陰極フィラメント11との間には、第
4図に示すような陽極電圧を印加する。An anode voltage as shown in FIG. 4 is applied between the anode electrode 21 and the hot cathode filament 11.
陽極電圧の最大値は3kV,最小値は1kVである。印
加電圧の直流分は2kVであり、交流分の振幅も2kV
である。交流分の周波数は300Hzである。イオンコ
レクタ電極51にはマイナス100Vを印加する。熱陰
極フィラメント11の両端には5Vを印加する。シール
ド63はマイナス100Vにしておく。The maximum value of the anode voltage is 3 kV, and the minimum value is 1 kV. The DC component of the applied voltage is 2kV, and the amplitude of the AC component is also 2kV.
It is. The frequency of the alternating current component is 300 Hz. Minus 100V is applied to the ion collector electrode 51. 5V is applied to both ends of the hot cathode filament 11. The shield 63 is set to -100V.
以上の条件で、このセンサー6を動作させると、まず、
熱陰極フィラメント11.から熱電子が飛び出し、陽極
電極21に向かう。しかし、磁場の作用によって電子の
軌跡は助げられ、第3図に示すような回転運動17を生
じる。これにより、電子は陽極電極21に到達する前に
、きわめて長い距離を回転運動し、その途中で気体分子
に衝突してこれを電離あるいは励起する。このような現
象により電極間空間27には電子密度の高い放電が起こ
る。気体分子の電離によって生じたイオンの多くはイオ
ンコレクタ電極51に集まり、これがイオンコレクタ電
流1cとして電流;153で検出される。このイオンコ
レクタ電流の値は、同程度の大きさの従来のB−Aゲー
ジと比較して1000倍徨度の大きさになる。したがっ
て、微小電流を8−1定しなくて済み、イオンコレクタ
電流を測定するための回路がきわめて安価になる。When this sensor 6 is operated under the above conditions, first,
Hot cathode filament 11. Thermionic electrons fly out and head toward the anode electrode 21. However, the trajectory of the electrons is aided by the action of the magnetic field, resulting in a rotational motion 17 as shown in FIG. As a result, the electrons rotate over an extremely long distance before reaching the anode electrode 21, colliding with gas molecules on the way and ionizing or exciting them. Due to this phenomenon, a discharge with high electron density occurs in the interelectrode space 27. Many of the ions generated by the ionization of gas molecules gather on the ion collector electrode 51, and this is detected by the current 153 as the ion collector current 1c. This value of ion collector current is 1000 times more extensive than a conventional BA gauge of comparable size. Therefore, it is no longer necessary to keep the minute current 8-1 constant, and the circuit for measuring the ion collector current becomes extremely inexpensive.
陽極電圧は第4図に示すように変動しているので、回転
電子電流の強度もこれにつれて変動する。Since the anode voltage varies as shown in FIG. 4, the intensity of the rotating electron current also varies accordingly.
回転電子電流が変動すると、センサコイル41を貫く磁
束密度が変化し、センサコイル41には交流電流が誘起
される。この誘起電流は電流計42で検出される。回転
電子電流の変動割合は、回転電子電流の強度に比例する
ので、誘起電流の大きさを求めることによって回転電子
亀流1rを求めることができる。When the rotating electron current changes, the magnetic flux density passing through the sensor coil 41 changes, and an alternating current is induced in the sensor coil 41. This induced current is detected by an ammeter 42. Since the rate of change in the rotating electron current is proportional to the intensity of the rotating electron current, the rotating electron current 1r can be determined by determining the magnitude of the induced current.
このセンサー6を用いて圧力Pを測定したい場合は次の
ようにして求める。ゲージ球内部の圧力をP1真空計の
感度係数をSとすると、圧力Pは次式で求めることがで
きる。When it is desired to measure the pressure P using this sensor 6, it is determined as follows. When the pressure inside the gauge bulb is P1 and the sensitivity coefficient of the vacuum gauge is S, the pressure P can be determined by the following equation.
P= (1/S) (I c/ I r)材料の
分析を行う場合は、発光スペクトラムを調べることによ
り放電空間にある物質が何であるかを知ることができる
。また、分光強度から、放電空間に存在する物質の濃度
がどれだけかを知ることができる。発光強度は回転電子
亀流1rにほぼ比例して変化するので、発光強度とIr
の比を測定しながら定量分析を行うと精度の高い分析を
行うことができる。P= (1/S) (I c / I r) When analyzing a material, the substance present in the discharge space can be known by examining the emission spectrum. Furthermore, the concentration of the substance present in the discharge space can be determined from the spectral intensity. Since the emission intensity changes approximately in proportion to the rotating electron current 1r, the emission intensity and Ir
If quantitative analysis is performed while measuring the ratio of , highly accurate analysis can be performed.
次に、このセンサー6の別の動作方法を説明する。」二
連の動作方法では、回転電子電流を測定しているだけで
あるが、さらに進んで、回転電子電流を一定に制御する
こともできる。そのためには、いくつかの方法がある。Next, another method of operating this sensor 6 will be explained. In the two operating methods, only the rotating electron current is measured, but it is also possible to go further and control the rotating electron current to a constant value. There are several ways to do this.
第一の方法は、電流計42の出力を直流電源23にフィ
ードバックして、電流=142の出力が一定になるよう
に陽極電圧を変化させる方法である。第二の方法は、電
流計42の出力を熱陰極フィラメント電源54の電圧に
フィードバックする方法である。第三の方法は、永久磁
石31の代わりに電磁石を用いて、電流計42の出力を
、電磁石に流す電流にフィードバックして磁場の強さを
変化させる方法である。The first method is to feed back the output of the ammeter 42 to the DC power supply 23 and change the anode voltage so that the output of current=142 is constant. The second method is to feed back the output of the ammeter 42 to the voltage of the hot cathode filament power supply 54. A third method is to use an electromagnet instead of the permanent magnet 31 and feed back the output of the ammeter 42 to the current flowing through the electromagnet to change the strength of the magnetic field.
このようにして、発光強度およびイオンコレクタ亀流と
、回転電子電流との比を測定するだけでなく、回転電子
電流を一定に制御することで、より高精度の発光定量分
析や圧力測定が可能になる。In this way, it is possible to not only measure the luminescence intensity and the ratio of the ion collector current to the rotating electron current, but also to control the rotating electron current to a constant level, making it possible to perform more accurate quantitative luminescence analysis and pressure measurement. become.
なお、回転電子電流を測定するためには、上述のセンサ
コイル41の代わりに、熱陰極フィラメント11を含む
ループを利川してもよい。すなわち、リード線12、フ
ィラメント11、リード線13からなるループに、電流
計18とバンドパスフィルタ19とを挿入する。このル
ープには、回転電子電流によって誘起される交流電流が
流れるので、この誘起電流を電流計18で測定すること
によって、回転電子電流を求めることができる。Note that in order to measure the rotating electron current, a loop including the hot cathode filament 11 may be used instead of the sensor coil 41 described above. That is, an ammeter 18 and a bandpass filter 19 are inserted into a loop made up of the lead wire 12, the filament 11, and the lead wire 13. Since an alternating current induced by the rotating electron current flows through this loop, the rotating electron current can be determined by measuring this induced current with the ammeter 18.
バンドパスフィルタ19の役割は上述のバンドパスフィ
ルタ43と同じである。The role of the bandpass filter 19 is the same as that of the bandpass filter 43 described above.
第1図のセンサー6は、ヌード形にして使用することも
できる。すなわち、容器60を用いずに、被測定容器の
中に陰極、陽極、イオンコレクタ等を直接挿入してもよ
い。The sensor 6 of FIG. 1 can also be used in nude form. That is, the cathode, anode, ion collector, etc. may be directly inserted into the container to be measured without using the container 60.
口.第2実施例(冷陰極マグネトロン形放電の利用)
第5図は、冷陰極マグネトロン形の実施例のうち、主と
してその電極部分だけを示したセンサー6の縦断面図で
ある。この実施例では、」二述の熱陰梅フィラメン1・
の代わりに、冷陰梅棒16を用いている。冷陰極の利点
は、熱陰極と比較して被測定系を乱さないことにある。mouth. Second Embodiment (Utilization of Cold Cathode Magnetron Type Discharge) FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a sensor 6 mainly showing only the electrode portion of the embodiment of the cold cathode magnetron type. In this example, the two-mentioned heat shade plum filament 1.
Instead, Reiinbaibo 16 is used. The advantage of a cold cathode is that it does not disturb the system under test compared to a hot cathode.
すなわち、被測定系の温度−L昇をi/{ <ことがな
く、またガス放出も少ない。ただし、冷陰極は一般的に
言って、熱陰極と比較して放電の安定性が劣り、放電電
流が不安定になりやすい。That is, the temperature of the system to be measured -L does not rise by i/{<<, and gas emission is also small. However, cold cathodes generally have poorer discharge stability than hot cathodes, and the discharge current tends to become unstable.
このような冷陰極マグネトロン形に、この発四を適用す
ると、放電の不安定性に基づく信頼性の欠如が解消でき
る。すなわち、この発四では、発光分光強度やイオンコ
レクタ電流に加えて、電離のちととなる回転電子電流も
測定しているので、発光分光強度と回転電子電流との比
を求めれば、このような変動は相殺できる。したがって
、この発明を利用すれば、冷陰極の利点を保ったまま、
信頼性を向上させることができる。If this method of generation is applied to such a cold cathode magnetron type, the lack of reliability due to instability of discharge can be overcome. In other words, in addition to the spectral emission intensity and the ion collector current, this four-shot system also measures the rotating electron current that results from ionization, so if we calculate the ratio of the spectral emission intensity and the rotating electron current, we can Fluctuations can be offset. Therefore, if this invention is used, the advantages of a cold cathode can be maintained.
Reliability can be improved.
以下、冷陰極マグネトロン形を採用した場合の相違点を
説明する。The differences when a cold cathode magnetron type is adopted will be explained below.
電気的構戊として、第1図と異なるところは、フィラメ
ント電源15が要らないことであり、他端のリード線1
3も不要になる。陽極電圧は1000〜8000Vにす
る。The electrical structure differs from that in Figure 1 in that the filament power supply 15 is not required, and the lead wire 1 at the other end
3 becomes unnecessary. The anode voltage is set to 1000-8000V.
冷陰極の場合は、放電が不安定になり易くて、センサコ
イルに誘起される電流にもいろいろなノイズが重畳され
ている。したがって、第1図に示すバンドパスフィルタ
43は特に重要である。In the case of a cold cathode, discharge tends to become unstable, and various noises are superimposed on the current induced in the sensor coil. Therefore, the bandpass filter 43 shown in FIG. 1 is of particular importance.
第5図には、永久磁石311の隣りにセンサコイル41
1を配置した例が示してあるが、第1図のようなセンサ
フイル41の配置でもよい。もちろん、第1図の熱陰極
形でも、第5図のようなセンサコイル411の配置を選
択できる。結局、センサコイルは、回転電子電流とカッ
プリングできればどこに配置してもよい。In FIG. 5, a sensor coil 41 is placed next to the permanent magnet 311.
1 is shown, however, the sensor film 41 may be arranged as shown in FIG. Of course, even with the hot cathode type shown in FIG. 1, the arrangement of the sensor coil 411 as shown in FIG. 5 can be selected. After all, the sensor coil can be placed anywhere as long as it can be coupled to the rotating electron current.
第5図のセンサを利用して、アルミニウムの蒸着におけ
る発光スペクトラムを測定した例を第6図に示す。この
スペクトラムでは、アルミニウム原子の発光と同定され
た309、396nmのピークがはっきりと認められる
。これに対して、冷陰極材として用いられたステンレス
の中にある鉄原子の発光波長235〜275nmはほと
んど認められなかった。FIG. 6 shows an example in which the emission spectrum during aluminum vapor deposition was measured using the sensor shown in FIG. 5. In this spectrum, peaks at 309 and 396 nm, which are identified as the emission of aluminum atoms, are clearly observed. On the other hand, the emission wavelength of iron atoms in the stainless steel used as the cold cathode material in the range of 235 to 275 nm was hardly observed.
この発光スペクトラムの、例えば309nmの光の強度
を艮時間測定すると、冷陰栴の表面の変化によると思わ
れる強度変化が時間とともに表れる。しかし、この光強
度と回転電子電流1rとの比を求めると、この比の変化
はほとんどなく、この比に基づいた定量測定の精度が極
めて優れていることがわかった。When the intensity of light of, for example, 309 nm in this emission spectrum is measured over time, a change in intensity appears over time, which is thought to be due to a change in the surface of the cold shade. However, when the ratio between this light intensity and the rotating electron current 1r was determined, it was found that there was almost no change in this ratio, and the accuracy of quantitative measurement based on this ratio was extremely excellent.
ハ.電極の各挿の変更例
第1図に示した陰極または陽極は、以下のように変更す
ることができる。C. Example of modification of each electrode insertion The cathode or anode shown in FIG. 1 can be modified as follows.
第7図は、ヘアピン形の熱陰極フィラメント111を示
す。ただし、この陰極を用いた場合は、第1図の電流計
18を利用した回転電子電流の測定はできない。フィラ
メント111を含むループでは、これを貫く磁束の変化
割合が極めて小さくなるからである。FIG. 7 shows a hot cathode filament 111 in the form of a hairpin. However, when this cathode is used, the rotating electron current cannot be measured using the ammeter 18 shown in FIG. This is because the rate of change in the magnetic flux passing through the loop including the filament 111 is extremely small.
第8図は、スリット28を形成した円筒状の陽極電極2
11を示す。この陽極電極は、リード線を第7図に示す
ようにループにすることによって、1ターンコイルの働
きをさせることができる。すなわち、回転電子電流によ
ってこの1ターンコイルに交流電流が誘起され、これを
電流計29で測定することによって回転電子電流を測定
しようとするものである。FIG. 8 shows a cylindrical anode electrode 2 with a slit 28 formed therein.
11 is shown. This anode electrode can be made to function as a one-turn coil by looping the lead wire as shown in FIG. That is, an alternating current is induced in this one-turn coil by the rotating electron current, and the rotating electron current is measured by measuring this with an ammeter 29.
第9図は、角形の陽極電極212を示し、これも1ター
ンコイルとして利用できる。FIG. 9 shows a rectangular anode electrode 212, which can also be used as a one-turn coil.
第10図は、エンドプレート付き冷陰極マグネトロン形
の陰極構造を示す。冷陰極棒16には円板状のエンドプ
レート161、162が固定されていて、これらが陽極
電極21の両端部近傍に配置される。片側のエンドプレ
ート161には第1図のシールド63と同様に多数の孔
をあけておく。FIG. 10 shows a cold cathode magnetron type cathode structure with end plates. Disc-shaped end plates 161 and 162 are fixed to the cold cathode rod 16, and these are arranged near both ends of the anode electrode 21. A large number of holes are made in the end plate 161 on one side, similar to the shield 63 in FIG.
第11図は、逆マグネトロン形の電極構造を示す。すな
わち、円筒状の陰極電極163の中心に陽極棒213が
配置される。図示の例では、放電空間以外への電子の拡
散を防ぐために、陰極電極163の両端にエンドプレー
ト164、165を設けてある。エンドプレート165
にも多数の孔をあけておく。FIG. 11 shows an inverted magnetron type electrode structure. That is, the anode rod 213 is arranged at the center of the cylindrical cathode electrode 163. In the illustrated example, end plates 164 and 165 are provided at both ends of the cathode electrode 163 in order to prevent electrons from diffusing outside the discharge space. End plate 165
Make many holes in the hole.
二.第3実施例(ペニング形放電の利用)第12図は、
ペニング形放電にこの発明を適用したものである。円筒
状の陽極電極21の両端部近傍には、円板状の一対の陰
tf!電極166、167が配置されている。陰極電極
167には多数の孔をあけておく。陽極と陰極との間に
印加する電圧や、回転電子電流の測定方法については、
基本的には第1図の実施例と同じである。two. The third embodiment (utilization of Penning type discharge) Figure 12 shows the following:
This invention is applied to Penning type discharge. Near both ends of the cylindrical anode electrode 21 are a pair of disc-shaped negatives tf! Electrodes 166 and 167 are arranged. A large number of holes are made in the cathode electrode 167. For information on the voltage applied between the anode and cathode and how to measure the rotating electron current,
This embodiment is basically the same as the embodiment shown in FIG.
ホ.マイクロ波による回転電子電流の測定第13図と第
14図は、回転電子電流を4{リ定する別の手段として
、マイクロ波を検出する例を示す。これらの図では、冷
陰極形の例を示すが、熱陰極の場合でも同様に利用でき
る。Ho. Measurement of rotating electron current using microwaves FIGS. 13 and 14 show an example of detecting microwaves as another means for determining the rotating electron current. Although these figures show examples of a cold cathode type, a hot cathode type can also be used.
第13図では、陽極電極21の一端の近傍に、マイクロ
波引出し電極70を配置している。マイクロ波引出し電
極70は、カップリングルーブ71と伝送線路72とか
らなる。発生するマイクロ波の強度は回転電子電流に依
Hするので、このマイクロ波の強度を検出することによ
って、回転電子電流を測定することができる。In FIG. 13, a microwave extraction electrode 70 is placed near one end of the anode electrode 21. In FIG. The microwave extraction electrode 70 consists of a coupling lube 71 and a transmission line 72. Since the intensity of the generated microwaves depends on the rotating electron current, the rotating electron current can be measured by detecting the intensity of the microwaves.
第14図では陽梅電極21にキャビティ214を設けて
、その内部にカップリングループ71を配置している。In FIG. 14, a cavity 214 is provided in the Yomei electrode 21, and a coupling loop 71 is arranged inside the cavity 214.
へ.プローブによる回転電子電流の測定第15図は、回
転電子電流を測定する別の手段として、ブローブ90を
利用する例を示す。陽極電極21には小さな開口216
が形成されていて、そこからブローブ電極91が放電空
間に押入される。プローブ電極91は、放電空間以外の
ところでは絶縁被r!193で覆われ、リード線92に
よって外部の計器に接続される。このブローブ90の電
流、電位等を測定することによって回転電子亀流を測定
できる。ブローブ90の取り付け位置は、必要に応じて
図示以外の位置にすることもできる。fart. Measurement of rotating electron current using a probe FIG. 15 shows an example in which a probe 90 is used as another means for measuring the rotating electron current. There is a small opening 216 in the anode electrode 21.
is formed, from which the probe electrode 91 is pushed into the discharge space. The probe electrode 91 is insulated in areas other than the discharge space. 193 and connected to an external instrument by a lead wire 92. By measuring the current, potential, etc. of this probe 90, the rotating electron current can be measured. The attachment position of the probe 90 can also be a position other than that shown in the drawings, if necessary.
なお、以上の二稲類の回転電子電流測定手段、すなわち
、マイクロ波、ブローブのいずれかを用いる場合は、第
1図に示す交流電源24は必ずしも必要ない。回転電子
電流を変動させる必要がないからである。Incidentally, when using either of the two types of rotating electron current measuring means described above, that is, a microwave or a probe, the AC power supply 24 shown in FIG. 1 is not necessarily required. This is because there is no need to vary the rotating electron current.
各図に示したそれぞれの実施例、電極構造、回転電子電
流測定手段は、特に不都合がない限り、互いに組み合わ
せて用いることができる。The respective embodiments, electrode structures, and rotating electron current measuring means shown in each figure can be used in combination with each other unless there is any particular disadvantage.
[発叩の効果]
この出廟の第一発明に係る放電発光分光装置は、交差電
磁界形の放電において回転電子電流を測定して、これと
分光強度との比を求めることによって、被測定物質の定
量分析を行っている。したがって、次の効果がある。交
差電磁界形の従来の放電発光分光装置は、感度は高いが
、分光強度だけを測定しているので測定精度に難点があ
ったが、この発明では、分光強度と回転電子電流との比
を用いているので、高い感度を維持しつつ測定精度が格
段に向上する。[Effect of striking] The discharge emission spectrometer according to the first invention of Chumyo measures the rotating electron current in a crossed electromagnetic field type discharge, and calculates the ratio of this to the spectral intensity, thereby detecting the Performs quantitative analysis of substances. Therefore, the following effects are achieved. Conventional discharge emission spectrometers using crossed electromagnetic fields have high sensitivity, but they measure only the spectral intensity, which has a drawback in measurement accuracy.In this invention, however, the ratio of the spectral intensity to the rotating electron current has been improved. As a result, measurement accuracy is significantly improved while maintaining high sensitivity.
この出願の第二発明に係る放電発光分光装置は、第一発
明の特徴に加えて、回転電子電流を一定に制御している
ので、測定精度の向上がより期待できる。In addition to the features of the first invention, the discharge emission spectrometer according to the second invention of this application controls the rotating electron current to a constant value, so it can be expected to further improve measurement accuracy.
この出願の第三発明に係る放電発光分光装置は、第一発
明の特徴に加えて、直流分と交流分とからなる電圧を陰
極と陽極との間に印加している。したがって、回転電子
電流が周期的に変動し、電磁誘導現象を利用してこの回
転電子電流を測定できる。In addition to the features of the first invention, the discharge emission spectrometer according to the third invention of this application applies a voltage consisting of a DC component and an AC component between the cathode and the anode. Therefore, the rotating electron current fluctuates periodically, and this rotating electron current can be measured using the electromagnetic induction phenomenon.
第1図は第1実施例の構成図、
第2図はこの発明を蒸着速度モニターとして使用した蒸
着システムの構成図、
第3図は第1図の■−■線断面図、
第4図は第1実施例の陽極電圧を示すグラフ、第5図は
第2実施例の要部断面図、
第6図は発光スペクトラムの一例を示す図、第7図から
第11図までは陰極または陽極の各挿の変更例を示す説
明図、
第12図は第3実施例の要部断面図、
第13図と第14図はマイクロ波検出手段の説明図、
第15図はブローブの説四図である。
10・・・陰極
20・・・陽極
23・・・直流電源
24・・・交流電源
30・・・磁場設定手段
40・・・回転電子電流測定手段
103・・・分光器Fig. 1 is a block diagram of the first embodiment, Fig. 2 is a block diagram of a vapor deposition system using this invention as a vapor deposition rate monitor, Fig. 3 is a sectional view taken along the line ■-■ of Fig. 1, and Fig. 4 is A graph showing the anode voltage of the first embodiment, Fig. 5 is a sectional view of the main part of the second embodiment, Fig. 6 is a diagram showing an example of the emission spectrum, and Figs. Figure 12 is a cross-sectional view of the main part of the third embodiment. Figures 13 and 14 are illustrations of the microwave detection means. Figure 15 is a fourth diagram of the probe. be. 10... Cathode 20... Anode 23... DC power supply 24... AC power supply 30... Magnetic field setting means 40... Rotating electron current measuring means 103... Spectrometer
Claims (3)
交差するような磁場を形成する磁場設定手段とを備えて
いて、放電空間にある被測定物質の発光強度を分光検出
することによって被測定物質を定量測定する放電発光分
光装置において、前記電場と前記磁場の作用によって生
じる回転電子電流を測定する手段を有することを特徴と
する放電発光分光装置。(1) It is equipped with a cathode, an anode, and a magnetic field setting means for forming a magnetic field that intersects the electric field created by the cathode and anode, and spectrally detects the emission intensity of the substance to be measured in the discharge space. What is claimed is: 1. A discharge light emission spectrometer for quantitatively measuring a substance to be measured, the discharge light emission spectrometer comprising means for measuring a rotating electron current generated by the action of the electric field and the magnetic field.
する請求項1記載の放電発光分光装置。(2) The discharge emission spectrometer according to claim 1, wherein the rotating electron current is controlled to be constant.
間に印加することを特徴とする請求項1記載の放電発光
分光装置。(3) The discharge emission spectrometer according to claim 1, wherein a voltage consisting of a DC component and an AC component is applied between the cathode and the anode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30642589A JPH03167450A (en) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | Discharge emission spectroscopic apparatus |
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JP30642589A JPH03167450A (en) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | Discharge emission spectroscopic apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH03167450A true JPH03167450A (en) | 1991-07-19 |
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- 1989-11-28 JP JP30642589A patent/JPH03167450A/en active Pending
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