JPH07272671A - Method and device for gas analysis - Google Patents

Method and device for gas analysis

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Publication number
JPH07272671A
JPH07272671A JP6059341A JP5934194A JPH07272671A JP H07272671 A JPH07272671 A JP H07272671A JP 6059341 A JP6059341 A JP 6059341A JP 5934194 A JP5934194 A JP 5934194A JP H07272671 A JPH07272671 A JP H07272671A
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JP
Japan
Prior art keywords
gas
vacuum chamber
ion source
vacuum
ions
Prior art date
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Pending
Application number
JP6059341A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Yagishita
浩二 柳下
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to JP6059341A priority Critical patent/JPH07272671A/en
Publication of JPH07272671A publication Critical patent/JPH07272671A/en
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Abstract

PURPOSE:To enhance the sensing sensitivity and measure a small quantity of impurities simply by installing an ion source and a quadripolar tube individually to an envelope, and separating the two by a bulkhead. CONSTITUTION:A gas analyzing device is structured so that a bulkhead means 6 having an orifice is installed inside of an envelope 5 to partition the inside into two vacuum chambers. The first vacuum chamber 25 is fitted to an ion source 1 while the second vacuum chamber 26 is equipped with a quadripolar tube 2 and an electron multiplier tube 3. When a pressure difference is generated between the two chambers 25, 26, ions produced by the ion source 1 move to the second chamber 26. The ions having passed the tube 2 are sensed by the sensing part of the multiplier tube 3, and the composition of impurity gas contained by the gas existing in a chamber 8 is analyzed. According to this constitution, the second vacuum chamber 26 will not be contaminated with the gas to be measured, and the quadripolar tube 2 is prevented from adsorption of the gas to be measured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、四重極質量分析計を
用いたガス分析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas analyzer using a quadrupole mass spectrometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、スパッタや蒸着等によって薄膜
を作製するためには、被成膜対象の基板を真空雰囲気下
におくことが必要となるが、できあがる薄膜の品質に
は、真空雰囲気の到達真空度が影響を与えるばかりでな
く、その中の残留気体の組成が大きく影響を与えること
が知られている。
2. Description of the Related Art Generally, in order to form a thin film by sputtering, vapor deposition, etc., it is necessary to place a substrate to be film-formed in a vacuum atmosphere. It is known that not only the degree of vacuum has an influence, but also the composition of the residual gas in it has a great influence.

【0003】このような残留気体の組成を分析するため
に、従来より、ガス分析装置が用いられており、そのな
かでも四重極質量分析装置を使用したものは、保守、取
扱いが便利であり、測定精度も高いため、研究分野から
生産分野まで広汎に用いられている。
In order to analyze the composition of such residual gas, a gas analyzer has been conventionally used. Among them, the one using a quadrupole mass spectrometer is convenient for maintenance and handling. Because of its high measurement accuracy, it is widely used from research fields to production fields.

【0004】四重極質量分析計を用いたガス分析装置に
ついて、従来技術によるものを第2図に示す。
FIG. 2 shows a conventional gas analyzer using a quadrupole mass spectrometer.

【0005】ガス分析装置110は、イオン源101、
四重極管102、検出装置である電子増倍管103を有
する四重極質量分析管を備えており、該四重極質量分析
管はベースフランジ104にマウントされ、エンベロー
プ105に収納されている。該エンベロープ105はタ
ーボ分子ポンプ109に接続され、内部の気体が排気さ
れて高真空に到達し得るように構成されている。
The gas analyzer 110 comprises an ion source 101,
A quadrupole mass analysis tube having a quadrupole tube 102 and an electron multiplier tube 103 as a detection device is provided, and the quadrupole mass analysis tube is mounted on a base flange 104 and housed in an envelope 105. . The envelope 105 is connected to a turbo molecular pump 109 so that the gas inside can be exhausted to reach a high vacuum.

【0006】前記エンベロープ105は、ストップバル
ブ107を介して、スパッタ装置や蒸着装置等の測定対
象となる装置の真空容器108に接続されており、前記
ターボ分子ポンプ109で前記エンベロープ105内が
所望の真空雰囲気におかれた後、前記ストップバルブ1
07が開けられて、前記真空容器108内のガスが前記
エンベロープ105内に導入され、前記イオン源101
で電離されて、イオンとなって前記四重極管102内に
導かれ、該四重極管102に印加される直流電圧と、交
流電圧の周波数に応じた質量のイオンのみが前記電子増
倍管103に到達してその分圧を測定し得るように構成
されている。
The envelope 105 is connected via a stop valve 107 to a vacuum container 108 of a device to be measured such as a sputtering device or a vapor deposition device, and the inside of the envelope 105 is desired by the turbo molecular pump 109. After being placed in a vacuum atmosphere, the stop valve 1
07 is opened, the gas in the vacuum container 108 is introduced into the envelope 105, and the ion source 101
Is ionized into ions to be introduced into the quadrupole tube 102, and only the DC voltage applied to the quadrupole tube 102 and the ions having a mass corresponding to the frequency of the AC voltage are multiplied by the electron multiplier. It is arranged so that it can reach the tube 103 and measure its partial pressure.

【0007】ところで、一般に、四重極質量分析管は、
それがおかれる雰囲気中のガスの圧力が 1×10-2
a 以下であるような、高真空雰囲気の状態下にないと
正常に動作することができない。特に前記四重極管10
2の内部の平均自由行程が短いと、該四重極管102を
通過中の前記イオンが他のガスと衝突して消滅してしま
うので、分圧を正確に測定することができなくなってし
まう。このため、一般には 1×10-3Pa 以下の圧力
の高真空状態で測定することが望ましいと言われてい
る。
Generally, a quadrupole mass spectrometer tube is
The gas pressure in the atmosphere in which it is placed is 1 × 10 -2 P
If it is not in a high vacuum atmosphere such as a or less, it cannot operate normally. In particular, the quadrupole tube 10
If the mean free path in 2 is short, the ions passing through the quadrupole tube 102 collide with other gases and disappear, so that the partial pressure cannot be accurately measured. . For this reason, it is generally said that it is desirable to measure in a high vacuum state at a pressure of 1 × 10 −3 Pa or less.

【0008】一方、ガスの分析を行いたい真空装置のう
ちには、例えばスパッタリング装置等、チャンバー内の
真空度が 10-1Pa 程度の中真空以上の状態で動作す
るものも多い。このような場合、スパッタガスをそのま
ま前記エンベロープ5内に導入したのでは前記四重極質
量分析管を動作させることができない 従って、従来技術のガス分析装置110では、前記スト
ップバルブ107と前記エンベロープ105の間にオリ
フィス装置106を設け、該オリフィス装置106に設
けた¢1mm程度のオリフィスを介して前記チャンバー1
08内のガスを前記エンベロープ105内に導入するよ
うに構成し、前記チャンバー108と前記エンベロープ
105との圧力差を確保して、前記エンベロープ105
内が所定の真空度を保つようにしてある。
On the other hand, among vacuum devices for which gas analysis is desired, there are many devices such as a sputtering device which operate in a state where the degree of vacuum inside the chamber is about 10 -1 Pa or higher. In such a case, the quadrupole mass spectrometer cannot be operated by directly introducing the sputter gas into the envelope 5. Therefore, in the conventional gas analyzer 110, the stop valve 107 and the envelope 105 are not provided. An orifice device 106 is provided between the chamber 1 and the chamber 1 through the orifice of about 1 mm provided in the orifice device 106.
08 is configured to introduce the gas in the envelope 105 to secure the pressure difference between the chamber 108 and the envelope 105,
The inside is kept at a predetermined degree of vacuum.

【0009】ところで、前記エンベロープ105には、
電離真空系の測定子111が設けられているので、該エ
ンベロープ105内部の圧力を測定することができる。
具体的には、前記ストップバルブ107を閉じた状態で
前記ターボ分子ポンプ109を作動させれば、前記エン
ベロープ105内の真空度は、10-6〜10-5Paの領
域まで到達させることができ、更に該エンベロープ10
5にベーキング等の脱ガス処理を施せば、10-7Pa
の高真空領域まで到達させることができる。
By the way, in the envelope 105,
Since the probe 111 of the ionization vacuum system is provided, the pressure inside the envelope 105 can be measured.
Specifically, if the turbo molecular pump 109 is operated with the stop valve 107 closed, the degree of vacuum in the envelope 105 can reach a range of 10 −6 to 10 −5 Pa. , The envelope 10
If degassing treatment such as baking is applied to 5, 10 -7 Pa
It is possible to reach the high vacuum region of.

【0010】そしてこの状態で、前記ストップバルブ1
07を開けると前記チャンバー108から前記エンベロ
ープ105内にガスが導入されるので、前記エンベロー
プ105内は、10-4〜10-3Pa 程度の圧力を示す
ようになる。
Then, in this state, the stop valve 1
When opening 07, gas is introduced from the chamber 108 into the envelope 105, so that the inside of the envelope 105 exhibits a pressure of about 10 −4 to 10 −3 Pa.

【0011】このストップバルブ107を操作する前
後、即ち、前記ストップバルブ107を閉じた状態での
質量スペクトルと、前記ストップバルブ107を開けた
時の質量スペクトルとを記録しておき、前記ストップバ
ルブ107を開けた状態の質量スペクトルからストップ
バルブ107を閉じた時の質量スペクトルを差し引け
ば、被測定系である前記チャンバー108内部のガスの
質量スペクトルを検出できることとなる。従って、前記
ストップバルブ107を閉じた時の前記四重極質量分析
管の内部の残留ガスが少ない程、即ち、その時の質量ス
ペクトルが小さい程、前記チャンバー108のガスを導
入した際、そのガス内の微量な成分まで検出できること
になる。
Before and after the operation of the stop valve 107, that is, the mass spectrum when the stop valve 107 is closed and the mass spectrum when the stop valve 107 is opened are recorded, and the stop valve 107 is recorded. By subtracting the mass spectrum when the stop valve 107 is closed from the mass spectrum in the open state, the mass spectrum of the gas inside the chamber 108, which is the system to be measured, can be detected. Therefore, the smaller the residual gas inside the quadrupole mass spectrometer tube when the stop valve 107 is closed, that is, the smaller the mass spectrum at that time, the more the gas inside the chamber 108 is introduced when the gas is introduced. It will be possible to detect even trace amounts of components.

【0012】具体的に、前記ストップバルブ107を閉
じた時の到達圧力(全圧)を 1×10-6Pa とし、前記
ストップバルブ107を開け、前記チャンバー108内
のガスを導入した場合の圧力を 1×10-3Pa とし
て、このとき導入したガスの組成の検出限界を説明す
る。
Specifically, the ultimate pressure (total pressure) when the stop valve 107 is closed is set to 1 × 10 -6 Pa, the pressure when the stop valve 107 is opened and the gas in the chamber 108 is introduced. Is 1 × 10 −3 Pa, the detection limit of the composition of the gas introduced at this time will be described.

【0013】このようなガス分析装置110の真空系中
には、前記エンベロープ105の内面や、前記四重極質
量分析管を構成する材料や、あるいは前記イオン源10
1等から放出されるガス等、種々の放出ガスが存在す
る。これら放出ガスの組成としては、主として分圧10
-7Pa台のH2、H2Oと、分圧10-8〜10-7Pa台
の、CH4、CO、CO2等のガスが含まれことが知られ
ている。そして、これら各放出ガスの分圧を合計する
と、前記ストップバルブ107を閉じたバックグラウン
ド状態、即ち、前記ガス分析装置110自体の真空系の
全圧 1×10-6Paの値をほぼ示すこととなる。従っ
て、これら放出ガスがバックグラウンドガスとなり、そ
れら各分圧がこのガス分析装置のバックグランドスペク
トルとなる。
In the vacuum system of such a gas analyzer 110, the inner surface of the envelope 105, the material forming the quadrupole mass spectrometer tube, or the ion source 10 is used.
There are various released gases, such as the gases released from 1 and the like. The composition of these released gases is mainly a partial pressure of 10
-7 and Pa range of H 2, H 2 O, the partial pressure 10 -8 to 10 -7 Pa range, CH 4, CO, it contains a gas such as CO 2 have been known. Then, when the partial pressures of these released gases are summed up, a background state in which the stop valve 107 is closed, that is, a total pressure of the vacuum system of the gas analyzer 110 itself of 1 × 10 −6 Pa is almost shown. Becomes Therefore, these released gases become the background gas, and their partial pressures become the background spectrum of this gas analyzer.

【0014】そして、このようなバックグラウンドスペ
クトルを持った真空系に対して、前記ストップバルブ1
07を開けて前記チャンバー108内のガスを導入した
場合には、該バックグラウンドスペクトルに、該導入ガ
スのスペクトルが重畳されることになる。
For the vacuum system having such a background spectrum, the stop valve 1
When 07 is opened and the gas in the chamber 108 is introduced, the spectrum of the introduced gas is superimposed on the background spectrum.

【0015】ところで一般に、測定装置の検出感度はS
/N比で表すことができるが、ここでは、前記バックグ
ラウンド状態での放出ガスの各成分について注目し、そ
れら各成分についての検出感度を、前記バックグラウン
ドガスの各成分の分圧を分子とし、前記ストップバルブ
7を開けてガスを導入したときの圧力(全圧)を分母とす
る、各成分のS/N比として表すこととする。そして、
前記バックグラウンドガスの各成分についての検出限界
を前記S/N比が1の時とすると、バックグラウンドガ
スの各成分の最小検知分圧は、H2、H2Oは数100p
pm、その他のバックグラウンドガスの成分について
は、数10ppm程度に止どまり、これより小さな分圧
まで検知できないので、膜質管理には十分でないことが
わかる。
Generally, the detection sensitivity of the measuring device is S
/ N ratio, but here, attention is paid to each component of the released gas in the background state, the detection sensitivity for each component, the partial pressure of each component of the background gas as the numerator. The S / N ratio of each component is represented by the denominator of the pressure (total pressure) when the stop valve 7 is opened and gas is introduced. And
Assuming that the detection limit for each component of the background gas is when the S / N ratio is 1, the minimum detection partial pressure of each component of the background gas is H 2 and H 2 O is several 100 p.
It is understood that pm and other background gas components remain at several tens of ppm, and even partial pressures lower than this cannot be detected, so they are not sufficient for film quality control.

【0016】このようなバックグラウンドガスは、前記
イオン源101の付近から発生する量が多いことが知ら
れており、これは、前記イオン源101の備えるフィラ
メントの発生する熱がフィラメントのサポートや配線材
を伝わってその周辺を加熱することに起因すると考えら
れている。一方、前記イオン源101の放出するガス等
に起因するバックグラウンドガスの放出量は、前記エン
ベロープ105を十分に時間をかけてベーキングし、十
分に吸着ガスを放出させた後、冷却して測定すれば、全
圧が 10-7Pa 台の高真空度まで下げることは可能で
ある。
It is known that a large amount of such background gas is generated from the vicinity of the ion source 101. This is because the heat generated by the filament of the ion source 101 is supported by the filament or the wiring. It is thought to be due to the fact that the material is transmitted and the surrounding area is heated. On the other hand, the amount of the background gas released due to the gas released from the ion source 101 can be measured by cooling the envelope 105 after baking the envelope 105 for a sufficient time to release the adsorbed gas sufficiently. For example, it is possible to reduce the total pressure to a high degree of vacuum of the order of 10 −7 Pa.

【0017】しかしながら、ベーキング等により高真空
度まで下げたとしても、その後前記ストップバルブ10
7を開け、前記チャンバー108内のガスを前記エンベ
ロープ105内に導入し、測定を行うと、前記四重極質
量分析管や、前記測定子111にガスが吸着してしま
う。特に四重極質量分析管は、前記イオン源101、前
記四重極管102、前記電子増倍管103を有してお
り、大きな表面積を持つのでこれに吸着するガス量は多
い。
However, even if the degree of vacuum is reduced to a high degree by baking or the like, the stop valve 10 is then used.
When 7 is opened and the gas in the chamber 108 is introduced into the envelope 105 and measurement is performed, the gas is adsorbed to the quadrupole mass spectrometer tube or the probe 111. In particular, the quadrupole mass spectrometer tube has the ion source 101, the quadrupole tube 102, and the electron multiplier tube 103, and has a large surface area, so that a large amount of gas is adsorbed to this.

【0018】このような吸着が起こると、その後再び前
記ストップバルブ107を閉じた場合にでも、吸着ガス
の放出により、到達真空度が 10-6Pa 台に悪化して
しまい、ベーキング直後の 10ー7Pa 台には回復しな
い。そしてこの状態で前記チャンバー108のガスを導
入し、再度測定を開始しても、検出感度が低下している
ために精度の悪い測定結果しか得られず、スパッタガス
(アルゴンガス)に含まれる微量な不純物ガスは、ppm
オーダー以下の量を測定できなかった。
When such adsorption occurs, even when the stop valve 107 is closed again thereafter, the ultimate vacuum degree is deteriorated to the order of 10 -6 Pa due to the release of the adsorbed gas, and the ultimate vacuum immediately after baking is 10 ° C. It does not recover to 7 Pa level. Then, even if the gas in the chamber 108 is introduced in this state and the measurement is started again, only the inaccurate measurement result can be obtained because the detection sensitivity is lowered.
Trace amount of impurity gas contained in (argon gas) is ppm
We were unable to measure quantities below the order.

【0019】さらに、前記イオン源101の備えるフィ
ラメントは長時間使用すると断線するため、これを交換
するためのメンテナンスが必要となり、また、該イオン
源101を長時間使用すると電極が汚染するので、内部
洗浄や各種部品の交換等のメンテナンスが必要となる。
かかるメンテナンス作業を行う場合、前記イオン源10
1を分解しなければならず、作業が面倒であった。
Further, since the filament provided in the ion source 101 is broken when it is used for a long time, maintenance is required to replace it, and when the ion source 101 is used for a long time, the electrodes are contaminated. Maintenance such as cleaning and replacement of various parts is required.
When performing such maintenance work, the ion source 10
1 had to be disassembled, and the work was troublesome.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の不利、不便に鑑みて創作されたもので、その目的は
検出感度が高く、ガス導入を繰り返しても検出感度を落
とさず、また、簡単にppmオーダー以下の不純物の測
定が可能であり、更に、メンテナンスが簡単に行えるガ
ス分析装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the disadvantages and inconveniences of the above-mentioned conventional techniques, and its purpose is high detection sensitivity, which does not decrease detection sensitivity even when gas introduction is repeated, and An object of the present invention is to provide a gas analyzer that can easily measure impurities in the ppm order or less and that can be easily maintained.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明装置は、測定対象ガスをイオン
源に導入し、該イオン源で導入されたガスを電離してイ
オンを生成し、前記イオンを四重極管に導入し、その質
量数と電荷に応じて選択的に通過させ、前記四重極管を
通過したイオンを検出装置で検出して前記測定対象ガス
の組成を分析するガス分析装置において、前記イオン源
を第1真空室に配置し、前記四重極管と前記検出装置と
を第2真空室に配置し、前記第1真空室と前記第2真空
室との間をオリフィスを有する隔壁手段で分離し、前記
オリフィスを介して前記第1真空室から前記第2真空室
に前記イオンを導入するように構成したことを特徴と
し、請求項2記載の発明装置は、請求項1記載のガス分
析装置であって、前記第1真空室を一の排気手段である
第1真空ポンプに接続し、前記第2真空室を他の排気手
段である第2真空ポンプに接続したことを特徴とし、請
求項3記載の発明装置は、請求項1又は請求項2記載の
ガス分析装置であって、前記イオン源に脱ガス手段を設
けたことを特徴とし、請求項4記載の発明装置は、請求
項1乃至請求項3記載のガス分析装置であって、前記イ
オン源と前記四重極管とを断熱したことを特徴とし、請
求項5記載の発明装置は、請求項1乃至請求項4記載の
ガス分析装置であって、前記第2真空室に真空計の測定
子を設けたことを特徴とし、請求項5記載の発明装置
は、請求項1乃至請求項5記載のガス分析装置であっ
て、前記イオン源は専用フランジに取付けられ、前記イ
オン源は該専用フランジと共に着脱可能に前記第1真空
室内に取付けられていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention apparatus according to claim 1 introduces a gas to be measured into an ion source and ionizes the gas introduced by the ion source to generate ions. Generated, introduced the ions into the quadrupole tube, selectively pass according to its mass number and charge, the ions that have passed through the quadrupole tube are detected by a detection device and the composition of the gas to be measured. In the gas analyzer for analyzing, the ion source is arranged in a first vacuum chamber, the quadrupole tube and the detector are arranged in a second vacuum chamber, and the first vacuum chamber and the second vacuum chamber are arranged. 3. The invention according to claim 2, wherein the partition wall means having an orifice is used to separate the space between the first and the second vacuum chambers from the first vacuum chamber through the orifice. The apparatus is the gas analyzer according to claim 1, wherein 4. The invention device according to claim 3, wherein the first vacuum chamber is connected to a first vacuum pump which is one exhausting means, and the second vacuum chamber is connected to a second vacuum pump which is another exhausting means. Is the gas analyzer according to claim 1 or 2, wherein the ion source is provided with degassing means, and the invention apparatus according to claim 4 is characterized in that 5. The gas analyzer according to claim 5, wherein the ion source and the quadrupole tube are insulated from each other, and the inventor according to claim 5 is the gas analyzer according to claim 1. A probe of a vacuum gauge is provided in the second vacuum chamber, and the invention apparatus according to claim 5 is the gas analyzer according to any one of claims 1 to 5, wherein the ion source is dedicated. Attached to the flange, the ion source can be detached together with the dedicated flange Characterized in that attached to the serial first vacuum chamber.

【0022】また、請求項7記載の発明方法は、測定対
象ガスをイオン源に導入し、該イオン源で前記ガスを電
離してイオンを生成し、前記イオンを四重極管に導入し
て質量数と電荷に応じて選択的に通過させ、通過した前
記イオンを検出装置で検出して前記測定対象ガスの組成
を分析するガス分析方法において、前記イオン源がおか
れた雰囲気と、前記四重極管と前記検出装置とがおかれ
た雰囲気とを異なる真空ポンプで排気し、前記イオン源
で生成したイオンを前記四重極管に導入して前記測定対
象ガスの組成を分析することを特徴とし、請求項8記載
の発明方法は、測定対象ガスをイオン源に導入し、該イ
オン源で前記ガスを電離してイオンを生成し、前記イオ
ンを四重極管に導入して質量数と電荷に応じて選択的に
通過させ、通過した前記イオンを検出装置で検出して前
記測定対象ガスの組成を分析するガス分析方法におい
て、前記イオン源を第1真空室に配置し、前記四重極管
と前記検出装置を第2真空室に配置し、前記第1真空室
よりも前記第2真空室の真空度が高くなるように前記第
2真空室と前記第2真空室に圧力差を設けると共に、前
記第1真空室から前記第2真空室へ前記イオン源で生成
したイオンを導入して前記測定対象ガスの組成を分析す
ることを特徴とする。
According to the seventh aspect of the present invention, the gas to be measured is introduced into an ion source, the gas is ionized by the ion source to generate ions, and the ions are introduced into a quadrupole tube. In a gas analysis method of selectively passing according to a mass number and an electric charge, detecting the passed ions with a detector to analyze the composition of the gas to be measured, an atmosphere in which the ion source is placed, and The atmosphere in which the quadrupole tube and the detection device are placed is evacuated by different vacuum pumps, and the ions generated by the ion source are introduced into the quadrupole tube to analyze the composition of the gas to be measured. The invention method according to claim 8 is characterized in that a gas to be measured is introduced into an ion source, the gas is ionized by the ion source to generate ions, and the ions are introduced into a quadrupole tube to generate a mass number. And selectively pass according to the charge, pass In the gas analysis method of detecting the ions with a detection device and analyzing the composition of the gas to be measured, the ion source is arranged in a first vacuum chamber, and the quadrupole tube and the detection device are arranged in a second vacuum chamber. The second vacuum chamber and the second vacuum chamber are provided with a pressure difference so that the degree of vacuum of the second vacuum chamber is higher than that of the first vacuum chamber. The composition is characterized in that the ions generated by the ion source are introduced into a vacuum chamber to analyze the composition of the gas to be measured.

【0023】[0023]

【作用】測定対象ガスをイオン源に導入し、導入された
ガスを該イオン源で電離してイオンを生成し、四重極管
に導入すれば、該四重極管に印加される電圧に対応した
質量数と電荷を有するイオンを選択的に通過させること
ができるので、この四重極管を通過したイオンを電子増
倍管等の検出装置で検出すれば、前記測定対象ガスの組
成を分析することができる。
[Function] When the gas to be measured is introduced into the ion source, the introduced gas is ionized by the ion source to generate ions, and the ions are introduced into the quadrupole tube, the voltage applied to the quadrupole tube is changed. Since ions having a corresponding mass number and electric charge can be selectively passed, if the ions passing through the quadrupole tube are detected by a detector such as an electron multiplier, the composition of the gas to be measured will be Can be analyzed.

【0024】このとき、前記イオン源を第1真空室に配
置し、前記四重極管と前記検出装置とを第2真空室に配
置すると共に、前記第1真空室と前記第2真空室との間
をオリフィスを有する隔壁手段で分離しておけば、前記
第1真空室よりも前記第2真空室の真空度が高くなるよ
うに圧力差を設けることができ、この圧力差によって前
記オリフィスを介して前記第1真空室から前記第2真空
室に前記イオンが導入されるので、前記第2真空室が高
濃度ガスで汚染されるようなことはない。
At this time, the ion source is arranged in the first vacuum chamber, the quadrupole tube and the detection device are arranged in the second vacuum chamber, and the first vacuum chamber and the second vacuum chamber are arranged. If the spaces are separated by partition means having an orifice, a pressure difference can be provided so that the degree of vacuum in the second vacuum chamber is higher than that in the first vacuum chamber, and the orifice causes the pressure difference. Since the ions are introduced from the first vacuum chamber to the second vacuum chamber via the above, the second vacuum chamber is not contaminated with the high-concentration gas.

【0025】また、前記第1真空室を一の排気手段であ
る第1真空ポンプに接続し、前記第2真空室を他の排気
手段である第2真空ポンプに接続しておいて、前記第1
真空室に測定対象ガスを導入するようにすれば、前記第
1真空室と前記第2真空室との間に圧力差を設けること
ができ、また、前記第1真空室に導入された測定対象ガ
スである高濃度ガスは、前記第1真空ポンプで排気さ
れ、前記第2真空室に多量に侵入することはない。更
に、イオン源に設けた脱ガス手段により前記イオン源の
吸着ガスを放出させる際にも、放出ガスは前記第1真空
ポンプで排気されるため、前記第2真空室を汚染するこ
とがない。
Further, the first vacuum chamber is connected to a first vacuum pump which is one exhausting means, and the second vacuum chamber is connected to a second vacuum pump which is another exhausting means. 1
If the measurement target gas is introduced into the vacuum chamber, a pressure difference can be provided between the first vacuum chamber and the second vacuum chamber, and the measurement target introduced into the first vacuum chamber. The high-concentration gas, which is a gas, is exhausted by the first vacuum pump and does not enter a large amount into the second vacuum chamber. Further, even when the degassing means provided in the ion source releases the adsorbed gas from the ion source, the released gas is exhausted by the first vacuum pump, so that the second vacuum chamber is not contaminated.

【0026】更に、前記イオン源と前記四重極管とを断
熱しておけば、該イオン源が発生する熱によって前記四
重極管が不必要に加熱されることはないので、測定の際
にも前記四重極管が不要な放出ガスを発生せず、バック
グラウンドノイズの小さい測定を行うことができる。
Furthermore, if the ion source and the quadrupole tube are insulated, the quadrupole tube is not unnecessarily heated by the heat generated by the ion source. In addition, the quadrupole tube does not generate unnecessary emission gas, and measurement with low background noise can be performed.

【0027】そして、前記第2真空室に真空計の測定子
を設けておけば、この測定子に吸着したガスが放出され
ることはないので、よりバックグラウンドノイズの小さ
い測定を行うことができる。
If a gauge head of a vacuum gauge is provided in the second vacuum chamber, the gas adsorbed by the gauge head will not be released, so that measurement with less background noise can be performed. .

【0028】なお、前記イオン源を、第1真空室に着脱
可能に設けられた専用フランジに取付けておけば、前記
イオン源は該専用フランジと共にとりはずすことができ
るので、フィラメント交換や清掃の際のイオン源の取り
外しが容易である。
If the ion source is attached to a dedicated flange detachably attached to the first vacuum chamber, the ion source can be removed together with the dedicated flange. Easy removal of the ion source.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0030】図1は、本発明装置の一実施例である。FIG. 1 shows an embodiment of the device of the present invention.

【0031】10はガス分析装置であり、スパッタリン
グ装置のチャンバー8内に存するアルゴンガス(Ar)等
の測定対象ガスを導入し、電離してイオンを生成するイ
オン源1と、前記イオンが導入され、該イオンをその質
量数と電荷に応じて選択的に通過させる四重極管2と、
前記四重極管2を通過したイオンを検出する検出装置で
ある電子増倍管3を備えており、該電子増倍管3の出力
する信号を図示しない電子回路で増幅・処理して前記測
定対象ガスの組成を分析している。
Reference numeral 10 denotes a gas analyzer, which introduces a gas to be measured such as argon gas (Ar) existing in the chamber 8 of the sputtering apparatus, ionizes it by ionization, and introduces the ions. A quadrupole tube 2 for selectively passing the ions according to their mass number and electric charge,
An electron multiplier 3 which is a detection device for detecting ions passing through the quadrupole tube 2 is provided, and the signal output from the electron multiplier 3 is amplified and processed by an electronic circuit (not shown) to perform the measurement. The composition of the target gas is analyzed.

【0032】前記四重極管2と前記電子増倍管3はベー
スフランジ4にマウントされ、エンベロープ5に取付け
られている。一方、前記イオン源1はその内部にフィラ
メント21とグリッド22(アノード)とを有しており、
該フィラメント21とグリッド22はフランジ12に取
付けられている。該フランジ12は、着脱自在に前記エ
ンベロープ5に取付けられており、該フランジ12を取
り外せば、前記フィラメント21と前記グリッド22と
を有する前記イオン源1も一緒に取り外せるように構成
されており、交換作業が容易である。
The quadrupole tube 2 and the electron multiplier tube 3 are mounted on a base flange 4 and attached to an envelope 5. On the other hand, the ion source 1 has a filament 21 and a grid 22 (anode) therein,
The filament 21 and the grid 22 are attached to the flange 12. The flange 12 is detachably attached to the envelope 5, and when the flange 12 is removed, the ion source 1 having the filament 21 and the grid 22 is also removed, and the replacement is made. Easy to work.

【0033】このように、従来技術のガス分析装置のイ
オン源が四重極管に直接取付けられ、そのイオン源で発
生した熱が四重極管に伝達されるのに対し、本実施例で
は、前記イオン源1と前記四重極管2は別々に前記エン
ベロープ5に取付けられており、両者は離間して配置さ
れている。従って、前記イオン源1で発生した熱は、前
記四重極管2には伝達されず、前記フィラメント21か
ら前記エンベロープ5に伝達され、表面積の大きな該エ
ンベロープ5で放熱されるので、前記四重極管2や前記
電子増倍管3が不必要に加熱されず、放出ガス量が低下
されている。
As described above, the ion source of the conventional gas analyzer is directly attached to the quadrupole tube, and the heat generated by the ion source is transferred to the quadrupole tube. The ion source 1 and the quadrupole tube 2 are separately attached to the envelope 5, and both of them are arranged separately. Therefore, the heat generated by the ion source 1 is not transferred to the quadrupole tube 2 but transferred from the filament 21 to the envelope 5 and is radiated by the envelope 5 having a large surface area. The cathode 2 and the electron multiplier 3 are not unnecessarily heated, and the amount of released gas is reduced.

【0034】また、前記フィラメント21と前記グリッ
ド22とは、前記フランジ12を前記エンベロープ5か
ら取り外せば、該フランジ12ごと交換することができ
るので、前記フィラメント21が断線した場合の交換時
間が短くて済み、該ガス分析装置10の稼働効率を上げ
ることができる。
Further, since the filament 21 and the grid 22 can be exchanged together with the flange 12 by removing the flange 12 from the envelope 5, the exchange time when the filament 21 is broken is short. As a result, the operating efficiency of the gas analyzer 10 can be improved.

【0035】そして、前記エンベロープ5の内部に、直
径3mmのオリフィスを有する隔壁手段6を設け、第1真
空室25と第2真空室26とに分離すると共に、前記第
1真空室25に前記イオン源1を配置し、前記第2真空
室26に前記四重極管2と電子増倍管3とを配置したの
で、前記第1真空室25と前記第2真空室の間に圧力差
を設けることができ、一定の電界をかけておけば、前記
イオン源1で生成されたイオンは、前記オリフィスを通
って前記第1真空室から前記第2真空室へ移動し、前記
四重極管2を通過したイオンを前記電子倍増管3の検出
部で検出できるように構成した。
Inside the envelope 5, partition means 6 having an orifice with a diameter of 3 mm is provided to separate into a first vacuum chamber 25 and a second vacuum chamber 26, and the ions are stored in the first vacuum chamber 25. Since the source 1 is arranged and the quadrupole tube 2 and the electron multiplier tube 3 are arranged in the second vacuum chamber 26, a pressure difference is provided between the first vacuum chamber 25 and the second vacuum chamber. When a constant electric field is applied, the ions generated in the ion source 1 move from the first vacuum chamber to the second vacuum chamber through the orifice, and the quadrupole tube 2 Ions that have passed through are detected by the detector of the electron multiplier 3.

【0036】この圧力差は、前記第1真空室25と前記
第2真空室26とをそれぞれ異なるコンダクタンスを有
する配管で真空ポンプに接続すれば得ることも可能であ
るが、この実施例では、50L/sの排気速度を持つ2
つのターボ分子ポンプを用意し、それぞれ第1真空ポン
プ9aと第2真空ポンプ9bとして、前記第1真空室25
と前記第2真空室26に接続し、該両真空室の内部ガス
を個別に排気できるように構成した。この構成による
と、前記第1真空室25の真空度が5×10ー2Paのと
きに、前記第2真空室26の真空度は2.5×10ー4
aで保たれおり、2桁以上の圧力差を生じており、この
真空度では前記四重極管2内部の平均自由行程は、イオ
ンが他の気体と衝突しない程度に十分に長いので、内部
ガスがイオンの通過効率を低下させるようなことはな
い。そして、前記四重極管2は、前記イオンのうち、該
四重極管2に印加される交流電圧と直流電圧に対応した
質量数と電荷を持ったものを選択的に通過させるので、
これを前記電子増倍管3で検出して前記チャンバー8内
のスパッタガスに含まれる不純物ガスの組成を分析す
る。
This pressure difference can be obtained by connecting the first vacuum chamber 25 and the second vacuum chamber 26 to a vacuum pump by pipes having different conductances, but in this embodiment, it is 50 L. 2 with a pumping speed of / s
Two turbo molecular pumps are prepared, and the first vacuum chamber 25 and the second vacuum pump 9b are used as the first vacuum chamber 25 and the first vacuum chamber 25, respectively.
Is connected to the second vacuum chamber 26, and the internal gas of both vacuum chambers can be individually exhausted. According to this structure, when the degree of vacuum in the first vacuum chamber 25 is 5 × 10 −2 Pa, the degree of vacuum in the second vacuum chamber 26 is 2.5 × 10 −4 P.
It is maintained at a, and a pressure difference of two digits or more is generated. At this degree of vacuum, the mean free path inside the quadrupole tube 2 is sufficiently long that ions do not collide with other gases. The gas does not reduce the ion passing efficiency. Since the quadrupole tube 2 selectively passes, among the ions, one having a mass number and a charge corresponding to the AC voltage and the DC voltage applied to the quadrupole tube 2,
This is detected by the electron multiplier 3 and the composition of the impurity gas contained in the sputtering gas in the chamber 8 is analyzed.

【0037】また、この構成によれば、前記第1真空室
25に導入された測定対象ガスは前記第1真空ポンプ9
aで排気され、前記第2真空室26には侵入しないの
で、前記第2真空室26が測定対象ガスで汚染された
り、表面積の大きな四重極管2に測定対象ガスが吸着す
るようなことを防止することができる。
Further, according to this structure, the gas to be measured introduced into the first vacuum chamber 25 is the first vacuum pump 9
Since it is exhausted by a and does not enter the second vacuum chamber 26, the second vacuum chamber 26 may be contaminated with the measurement target gas, or the measurement target gas may be adsorbed to the quadrupole tube 2 having a large surface area. Can be prevented.

【0038】また、真空度の測定や測定対象ガスの全圧
を測定するために、電離真空計の測定子11を前記第2
真空室に取付けたので、この測定子11から放出される
ガスがイオン源で電離され、この電離されたガスを検出
してしまい、バックグラウンドノイズが増加することも
もない。なお、前記2つのターボ分子ポンプはそれぞれ
フォアポンプに接続され、真空室内の気体を大気中に放
出するように構成されている。
In order to measure the degree of vacuum and the total pressure of the gas to be measured, the probe 11 of the ionization vacuum gauge is used as the second probe.
Since it is attached to the vacuum chamber, the gas emitted from the probe 11 is ionized by the ion source, the ionized gas is detected, and the background noise does not increase. The two turbo molecular pumps are each connected to a fore pump, and are configured to discharge the gas in the vacuum chamber into the atmosphere.

【0039】更に、この第1真空室25を前記イオン源
1が収納できる程度の大きさに、極力小さく構成してあ
るので、前記第1真空ポンプ9aの排気効率は高まって
容易に超高真空状態におくことができる。また、該第1
真空室25のガス吸着され得る室内表面積が小さいくな
るので、前記チャンバー8内の測定ガスを導入して測定
を行った後であっても、容易に初期の状態に回復できる
等、作業性、応答性の良い測定を行うことができる。
Further, since the first vacuum chamber 25 is constructed to be as small as possible so that the ion source 1 can be housed therein, the exhaust efficiency of the first vacuum pump 9a is increased and the ultrahigh vacuum is easily achieved. Can be put in a state. Also, the first
Since the inner surface area of the vacuum chamber 25 that can be adsorbed by the gas becomes small, workability such as easy recovery to the initial state even after introducing the measurement gas in the chamber 8 and performing measurement, A highly responsive measurement can be performed.

【0040】更に前記イオン源1に、電子衝撃を加えて
吸着ガスを放出させる脱ガス手段を設けておいたので、
前記第1真空ポンプ9aを起動して該脱ガス手段を作動
させれば、該イオン源1に吸着されたガスを脱ガスして
該第1真空室外に排気できるので、測定の際、該イオン
源1からの放出ガス量が小さくなり、バックグラウンド
ノイズの小さな測定を行うことができる。なお、この脱
ガス処理を、前記フランジ12の交換後や、特に精度の
高い測定値が必要なときに行うと、特に有効である。ま
た、前記エンベロープ5には図示しないヒーターを巻回
しておいたので、このヒーターに通電して前記エンベロ
ープ5をベーキングすると共に、前記第1真空ポンプ9
aと前記第2真空ポンプ9bとを動作させれば、前記エン
ベロープ5の内面全体に吸着したガスを放出させ、真空
室外に排気することができるので、一層バックグラウン
ドノイズの小さな測定を行うことができる。
Further, since the ion source 1 is provided with a degassing means for applying an electron impact to release the adsorbed gas,
By activating the first vacuum pump 9a and operating the degassing means, the gas adsorbed by the ion source 1 can be degassed and exhausted to the outside of the first vacuum chamber. The amount of gas released from the source 1 is reduced, and measurement of low background noise can be performed. In addition, it is particularly effective to perform the degassing process after the flange 12 is replaced or when a highly accurate measured value is required. Since a heater (not shown) is wound around the envelope 5, the heater is energized to bake the envelope 5 and the first vacuum pump 9
By operating a and the second vacuum pump 9b, the gas adsorbed on the entire inner surface of the envelope 5 can be released and exhausted to the outside of the vacuum chamber, so that the measurement of the background noise can be further reduced. it can.

【0041】このような脱ガス処理を行えるので、前記
第1真空室25と前記第2真空室26とを、1×10-7
Pa以下の圧力の真空度まで簡単に到達させることがで
きる。しかもこの脱ガス処理を行うと、残留ガスの組成
は、90%以上がH2となり、CH4、H2O、CO、C
2等の膜質に大きな影響を与える残留ガス成分は10-
9Pa台以下の分圧にまで低減する。そして、これがバ
ックグランドガスの組成、及びバックグラウンドガスを
構成する各成分ガスの分圧となる。このようにバックグ
ラウンドガスを構成する各成分ガスの分圧の値が小さい
ので、例えば前記第1真空室に5×10-2Paのガスを
導入した場合には、S/N比1を検出限界としても、前
記バックグラウンドガスを構成する各成分ガスを数百p
pbオーダーまで測定できることになる。
Since such degassing treatment can be performed, the first vacuum chamber 25 and the second vacuum chamber 26 are separated by 1 × 10 −7.
It is possible to easily reach a vacuum degree of a pressure of Pa or less. Moreover, when this degassing treatment is performed, 90% or more of the residual gas composition becomes H 2 , and CH 4 , H 2 O, CO, C
The residual gas component that greatly affects the film quality such as O 2 is 10
Reduce to partial pressures below 9 Pa. Then, this becomes the composition of the background gas and the partial pressure of each component gas that constitutes the background gas. Since the partial pressure value of each component gas that constitutes the background gas is small in this way, for example, when a gas of 5 × 10 -2 Pa is introduced into the first vacuum chamber, an S / N ratio of 1 is detected. Even as a limit, several hundred p of each component gas that constitutes the background gas is used.
It is possible to measure up to pb order.

【0042】上述の脱ガス処理を行った後、前記ヒータ
ーの通電を停止したところ、前記電離真空計の示す圧力
が徐々に低くなるのが観察された。そして、前記電離真
空計の指示が10ー8Pa台の真空度に達したところで、
前記チャンバー8に接続されたストップ弁7を開け、該
チャンバー8内の測定対象ガスを前記第1真空室25に
導入した。このとき、前記チャンバー8を有するスパッ
タリング装置はスパッタプロセスを実行中であり、該チ
ャンバー8内の圧力は10-1Pa程度の中真空状態にあ
った。但し、前記ストップバルブ7のコンダクタンスや
配管のコンダクタンス等の影響と、前記第1真空ポンプ
の排気速度の大きさとのバランスから、前記第1真空室
25内の圧力は 5×10ー2Pa以下であった。このよ
うに前記イオン源1が配置された前記第1真空室25に
直接真空ポンプを設け、その内部の気体を排気するよう
にしたので、図2のように、イオン源の前にオリフィス
装置106を配置する必要がなくなっている。
After the above degassing treatment was performed, when the energization of the heater was stopped, it was observed that the pressure indicated by the ionization vacuum gauge gradually decreased. Then, when the degree of vacuum of the ionization vacuum gauge reaches the level of 10 −8 Pa,
The stop valve 7 connected to the chamber 8 was opened, and the gas to be measured in the chamber 8 was introduced into the first vacuum chamber 25. At this time, the sputtering apparatus having the chamber 8 was executing a sputtering process, and the pressure in the chamber 8 was in a medium vacuum state of about 10 -1 Pa. However, in consideration of the balance between the conductance of the stop valve 7 and the conductance of the pipe, and the size of the exhaust speed of the first vacuum pump, the pressure in the first vacuum chamber 25 is 5 × 10 −2 Pa or less. there were. As described above, since the vacuum pump is directly provided in the first vacuum chamber 25 in which the ion source 1 is arranged to exhaust the gas therein, as shown in FIG. 2, the orifice device 106 is provided in front of the ion source. There is no need to place.

【0043】本発明装置のアルゴンガスに含まれる不純
物ガスの組成を実測した一例を図3に示す。
FIG. 3 shows an example of actual measurement of the composition of the impurity gas contained in the argon gas of the apparatus of the present invention.

【0044】この実測を行ったときは、前記チャンバー
8を10-7Pa台の真空度まで排気した後、図示しない
バリアブルリークバルブを開けて該チャンバー8内に高
純度アルゴンガスを導入して内部圧力を5×10-1Pa
まで高めた。このガス分析装置の前記図示しないヒータ
ーで前記エンベロープ5をベーキングすると共に、前記
第1真空ポンプ9aと前記第2真空ポンプ9bとを作動さ
せて排気し、前記イオン源1を脱ガスした。このとき、
前記測定子11を有する前記電離真空計の指示した真空
度は10-8Pa台であった。
When this measurement was carried out, the chamber 8 was evacuated to a vacuum degree of the order of 10 -7 Pa, a variable leak valve (not shown) was opened, and high-purity argon gas was introduced into the chamber 8 for internal measurement. Pressure is 5 × 10 -1 Pa
Raised to. The envelope 5 was baked with the heater (not shown) of the gas analyzer, and the first vacuum pump 9a and the second vacuum pump 9b were operated to evacuate the ion source 1 to degas it. At this time,
The degree of vacuum indicated by the ionization vacuum gauge having the probe 11 was in the order of 10 −8 Pa.

【0045】この図3に示したグラフの横軸は時間であ
り、目盛の単位は秒である。また、縦軸はイオン電流値
(A)であり、その目盛は対数目盛となっているため、該
縦軸の左側に記載した8〜13の数字はイオン電流値の
指数を表していることとなる。具体的に説明すると、例
えば、数字の8と数字9の間は10-9A、数字の12と
数字の13の間は10-13A台のイオン電流値を示して
いる。そして一般に、測定対象ガスを構成する各成分ガ
スの濃度比は、このイオン電流値の比と比例するため、
図縦軸の右側に記載したように、イオン電流値が分かれ
ばこれを濃度に換算し、測定対象ガスの各成分の組成を
測定することが可能となる。
The horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 is time, and the unit of the scale is seconds. The vertical axis is the ion current value
Since it is (A) and the scale is a logarithmic scale, the numbers 8 to 13 described on the left side of the vertical axis represent the index of the ion current value. More specifically, for example, between the numeral 8 and the numeral 9, 10 −9 A and between the numeral 12 and the numeral 13 are 10 −13 A ion current values. And in general, the concentration ratio of each component gas that constitutes the measurement target gas is proportional to the ratio of this ion current value,
As shown on the right side of the vertical axis in the figure, if the ionic current value is known, it can be converted into the concentration and the composition of each component of the gas to be measured can be measured.

【0046】図3に示したグラフ中の各折線は、それぞ
れ、質量数36(36Ar)、質量数28(CO、又はN
2)、質量数44(CO2)、質量数18(H2O)、質
量数32(O2)、のイオン電流値の経時間変化を示す
ものであり、測定開始の0secから600secまで
は、前記ストップバルブ7を閉じておいたので、このガ
ス分析装置10のバックグランドスペクトルを示してお
り、この間は、CO、又はN2を示す電流値が約2.5
×10-12A検出できるのみで、H2O、O236Ar、
CO2はほとんど検出できておらず、正常な雰囲気が達
成されていることが分かる。
Each broken line in the graph shown in FIG. 3 indicates a mass number of 36 ( 36 Ar) and a mass number of 28 (CO or N, respectively).
2 ), mass number 44 (CO 2 ), mass number 18 (H 2 O), mass number 32 (O 2 ), and shows the change over time in the ion current value. Since the stop valve 7 is closed, the background spectrum of the gas analyzer 10 is shown, and during this period, the current value indicating CO or N 2 is about 2.5.
X 10 -12 A can only be detected, H 2 O, O 2 , 36 Ar,
Almost no CO 2 was detected, indicating that a normal atmosphere was achieved.

【0047】そして、600sec経過した時に前記スト
ップバルブ7を開け、前記チャンバー8から高純度のA
rガスを導入した。この時最も圧力の高いガスは、質量
数40のアルゴンガス(40Ar)である。但し、オーバー
レンジ防止のため、ここではArの同位体のうち36Ar
のイオン電流値を記録しており、1200secまでの間
で5×10-9Aを示している。なお、一般には36Arの
40Arに対する天然存在比は3400ppmであるの
で、ここで記録された36Arも、イオン源に導入された
全ガス量に対してほぼ3400ppmの濃度比に相当す
ることとなる。
When 600 seconds have passed, the stop valve 7 is opened, and the high purity A is removed from the chamber 8.
r gas was introduced. At this time, the gas having the highest pressure is argon gas ( 40 Ar) having a mass number of 40. However, in order to prevent overrange, 36 Ar of the isotopes of Ar is used here.
Is recorded, and shows 5 × 10 −9 A within 1200 seconds. Generally, 36 Ar
Since the natural abundance ratio to 40 Ar is 3400 ppm, 36 Ar recorded here also corresponds to a concentration ratio of approximately 3400 ppm with respect to the total amount of gas introduced into the ion source.

【0048】一方、600secから1200secの間で
は、36ArとともにH2O、COまたはN2、O2、CO2
のイオン電流値も僅かに増加しているので、Arガス中
にこれらのガスが不純物として混在していることがわか
る。このCOまたはN2は約8ppm、CO2は約700
ppb、H2Oは約600ppb、O2は約400ppb
の濃度となり、従来と比べると極微量な不純物ガスの測
定が可能となっているのがわかる。
On the other hand, during 600 seconds to 1200 seconds, H 2 O, CO or N 2 , O 2 , CO 2 together with 36 Ar.
Since the ion current value of 1 is slightly increased, it can be seen that these gases are mixed as impurities in the Ar gas. This CO or N 2 is about 8 ppm, CO 2 is about 700
ppb, H 2 O is about 600 ppb, O 2 is about 400 ppb
It is understood that it becomes possible to measure an extremely small amount of impurity gas as compared with the conventional method.

【0049】更に、1200secで前記ストップバルブ
7を閉じると、以後は速やかに不純物ガスのイオン電流
値が減少してアルゴンガス導入前のバックグランドスペ
クトルに復帰していることがわかり、導入ガス中の不純
物ガスが真空室内に吸着され、これが徐々に放出される
等、以後の測定に悪影響を与えることはないことが分か
る。
Further, when the stop valve 7 was closed at 1200 seconds, it was found that the ion current value of the impurity gas was rapidly decreased and the background spectrum before the introduction of the argon gas was returned to after that. It can be seen that the impurity gas is adsorbed in the vacuum chamber and is gradually released, which does not adversely affect the subsequent measurements.

【0050】なお、上記実施例では、排気ポンプとして
ターボ分子ポンプを用いたが、ターボドラックポンプ、
クライオポンプ、またはイオンポンプ等、超高真空が得
られる各種ポンプを使用することができる。また、前記
チャンバー8の圧力が特に高い場合には、測定ガスを導
入する配管の途中に適当なオリフィスや、ニードルバル
ブ等を取り付けても良い。
Although the turbo molecular pump is used as the exhaust pump in the above embodiment, a turbo drag pump,
It is possible to use various pumps such as a cryopump or an ion pump that can obtain an ultrahigh vacuum. If the pressure in the chamber 8 is particularly high, an appropriate orifice, needle valve or the like may be attached in the middle of the pipe for introducing the measurement gas.

【0051】また、前記隔壁手段6には直径3mmのオリ
フィスを設けたが、このオリフィスは適当な差圧が得ら
れ且つイオン軌道を妨げないものであればよく、従っ
て、口径や形状はこれに限定されるものではない。
Further, although the partition means 6 is provided with an orifice having a diameter of 3 mm, it is sufficient that this orifice has a suitable differential pressure and does not interfere with the ion trajectory. It is not limited.

【0052】更に、前記第1真空室25の圧力を正確に
測定したい場合は、該第1真空室25に電離真空計等の
全圧計を取り付けておいてもよい。但し、全圧計が放出
ガスを発生するような場合は注意が必要である。
Further, if it is desired to accurately measure the pressure in the first vacuum chamber 25, a total pressure gauge such as an ionization vacuum gauge may be attached to the first vacuum chamber 25. However, care must be taken when the total pressure gauge generates the released gas.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、不純物ガスの吸着が少
ないので、バックグラウンドノイズの小さい測定を行う
ことができ、測定対象ガスに含まれる微量のガスの組成
のを検出できる。
According to the present invention, since the impurity gas is less adsorbed, the background noise can be measured with a small amount, and the composition of a trace amount of gas contained in the gas to be measured can be detected.

【0054】また、初期状態への回復も容易であり、応
答性の良い測定を行うことができる。
Further, the initial state can be easily restored, and the measurement with good responsiveness can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例を示す図FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】 従来のガス分析装置を示す図FIG. 2 is a diagram showing a conventional gas analyzer.

【図3】 アルゴンガスに含まれる不純物ガスの組成を
実測した一例
FIG. 3 An example of actually measuring the composition of an impurity gas contained in argon gas

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……イオン源 2……四重極管 3…
…検出装置 4……ベースフランジ 5……エンベロープ
6……隔壁手段 7……ストップバルブ 8……チャンバー 9a……第1真空ポンプ 9b……第2真空ポンプ 11……電離真空計の測定子 12……フランジ 21……フィラメント 22……グリッド 25……第1真空室 26……第2真空室
1 ... Ion source 2 ... Quadrupole tube 3 ...
… Detection device 4 …… Base flange 5 …… Envelope
6 ... Partition means 7 ... Stop valve 8 ... Chamber 9a ... First vacuum pump 9b ... Second vacuum pump 11 ... Ionization gauge gauge 12 ... Flange 21 ... Filament 22 ... Grid 25 ...... First vacuum chamber 26 …… Second vacuum chamber

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】測定対象ガスをイオン源に導入し、 該イオン源で導入されたガスを電離してイオンを生成
し、 前記イオンを四重極管に導入し、その質量数と電荷に応
じて選択的に通過させ、 前記四重極管を通過したイオンを検出装置で検出して前
記測定対象ガスの組成を分析するガス分析装置におい
て、 前記イオン源を第1真空室に配置し、 前記四重極管と前記検出装置とを第2真空室に配置し、 前記第1真空室と前記第2真空室との間をオリフィスを
有する隔壁手段で分離し、 前記オリフィスを介して前記第1真空室から前記第2真
空室に前記イオンを導入するように構成したことを特徴
とするガス分析装置。
1. A gas to be measured is introduced into an ion source, the gas introduced by the ion source is ionized to generate ions, and the ions are introduced into a quadrupole tube, and the ions are responsive to the mass number and charge thereof. In the gas analyzer that detects the ions that have passed through the quadrupole tube with a detector and analyzes the composition of the gas to be measured, the ion source is arranged in a first vacuum chamber, and The quadrupole tube and the detection device are arranged in a second vacuum chamber, the first vacuum chamber and the second vacuum chamber are separated by a partition means having an orifice, and the first vacuum chamber is separated via the orifice. A gas analyzer configured to introduce the ions from a vacuum chamber into the second vacuum chamber.
【請求項2】前記第1真空室を一の排気手段である第1
真空ポンプに接続し、前記第2真空室を他の排気手段で
ある第2真空ポンプに接続したことを特徴とする請求項
1記載のガス分析装置。
2. A first evacuation means for the first vacuum chamber
The gas analyzer according to claim 1, wherein the gas analyzer is connected to a vacuum pump, and the second vacuum chamber is connected to a second vacuum pump which is another evacuation unit.
【請求項3】前記イオン源に脱ガス手段を設けたことを
特徴とする請求項1又は請求項2記載のガス分析装置。
3. The gas analyzer according to claim 1, wherein the ion source is provided with degassing means.
【請求項4】前記イオン源と前記四重極管とを断熱した
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3記載のガス分析
装置。
4. The gas analyzer according to claim 1, wherein the ion source and the quadrupole tube are thermally insulated.
【請求項5】前記第2真空室に真空計の測定子を設けた
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4記載のガス分析
装置。
5. The gas analyzer according to claim 1, wherein a probe of a vacuum gauge is provided in the second vacuum chamber.
【請求項6】前記イオン源は専用フランジに取付けら
れ、前記イオン源は該専用フランジと共に着脱可能に前
記第1真空室内に取付けられていることを特徴とする請
求項1乃至請求項5記載のガス分析装置。
6. The ion source is attached to a dedicated flange, and the ion source is detachably attached to the first vacuum chamber together with the dedicated flange. Gas analyzer.
【請求項7】測定対象ガスをイオン源に導入し、 該イオン源で前記ガスを電離してイオンを生成し、 前記イオンを四重極管に導入して質量数と電荷に応じて
選択的に通過させ、 通過した前記イオンを検出装置で検出して前記測定対象
ガスの組成を分析するガス分析方法において、 前記イオン源がおかれた雰囲気と、前記四重極管と前記
検出装置とがおかれた雰囲気とを異なる真空ポンプで排
気し、 前記イオン源で生成したイオンを前記四重極管に導入し
て前記測定対象ガスの組成を分析することを特徴とする
ガス分析方法。
7. A gas to be measured is introduced into an ion source, the gas is ionized by the ion source to generate ions, and the ions are introduced into a quadrupole tube and selectively selected according to mass number and charge. In the gas analysis method of analyzing the composition of the gas to be measured by detecting the passed ions with a detection device, the atmosphere in which the ion source is placed, the quadrupole tube and the detection device are A gas analysis method, comprising: evacuating a placed atmosphere with a vacuum pump different from the placed atmosphere, introducing ions generated by the ion source into the quadrupole tube, and analyzing the composition of the measurement target gas.
【請求項8】測定対象ガスをイオン源に導入し、 該イオン源で前記ガスを電離してイオンを生成し、 前記イオンを四重極管に導入して質量数と電荷に応じて
選択的に通過させ、 通過した前記イオンを検出装置で検出して前記測定対象
ガスの組成を分析するガス分析方法において、 前記イオン源を第1真空室に配置し、前記四重極管と前
記検出装置を第2真空室に配置し、 前記第1真空室よりも前記第2真空室の真空度が高くな
るように前記第2真空室と前記第2真空室に圧力差を設
けると共に、 前記第1真空室から前記第2真空室へ前記イオン源で生
成したイオンを導入して前記測定対象ガスの組成を分析
することを特徴とするガス分析方法。
8. A gas to be measured is introduced into an ion source, the gas is ionized by the ion source to generate ions, and the ions are introduced into a quadrupole tube and selectively selected according to mass number and charge. In the first vacuum chamber, wherein the ion source is arranged in a first vacuum chamber, and the quadrupole tube and the detection device are used. Is provided in the second vacuum chamber, a pressure difference is provided between the second vacuum chamber and the second vacuum chamber so that the degree of vacuum of the second vacuum chamber is higher than that of the first vacuum chamber, and the first vacuum chamber is provided. A gas analysis method, comprising introducing ions generated by the ion source from a vacuum chamber into the second vacuum chamber and analyzing the composition of the gas to be measured.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998036440A1 (en) * 1997-02-14 1998-08-20 Cato Brede A method for element-selective detection, a micro plasma mass spectrometer for use in the method and a plasma ion source, together with applications thereof
KR100599037B1 (en) * 2004-08-04 2006-07-12 삼성전자주식회사 Ion source and ion implanter having the same
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CN109580759A (en) * 2017-09-28 2019-04-05 成都飞机工业(集团)有限责任公司 A kind of quadrupole mass spectrometer

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