JPH08236065A - 質量スペクトロメータリーク検出器のイオンソースの汚染を削減するための手段 - Google Patents

質量スペクトロメータリーク検出器のイオンソースの汚染を削減するための手段

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JPH08236065A
JPH08236065A JP7346245A JP34624595A JPH08236065A JP H08236065 A JPH08236065 A JP H08236065A JP 7346245 A JP7346245 A JP 7346245A JP 34624595 A JP34624595 A JP 34624595A JP H08236065 A JPH08236065 A JP H08236065A
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liner
ion source
mass spectrometer
leak detector
spectrometer leak
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Jr Sidney E Buttrill
シドニー・イー・バットリル・ジュニア
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    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
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    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
    • G01M3/202—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material using mass spectrometer detection systems
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Abstract

(57)【要約】 【課題】質量スペクトロメータに付加的な加熱を与える
ことなく質量スペクトロメータのリーク検出器のイオン
ソース領域の温度を上昇させ，当該リーク検出器イオン
ソースの汚染を減少させる。 【解決手段】質量スペクトロメータリーク検出器におい
て，イオンソース組立体は，真空エンベロープの空洞内
に配置され，空洞内に配置するための手段を有する薄く
取り外し可能なライナにより包囲されている。ライナ配
置手段は，当該ライナと真空エンベロープとの熱接触を
制限し，当該ライナとイオンソースとの熱放射関係によ
り，イオンソース領域の温度は上昇し，イオンソースの
汚染は減少する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は質量スペクトロメー
タ・リーク検出器に関し，特に該質量スペクトロメータ
・リーク検出器に使用されるイオンソースの汚染を減少
させるための手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】質量スペクトロメータリーク検出器は広
範囲での応用に対し有用な周知の技術である。当該リー
ク検出器はトレーサガスを検出するための質量スペクト
ロメータセットと，該質量スペクトロメータの周辺を真
空に維持するため及び該質量スペクトロメータにトレー
サガスを導入するための装置と，制御電圧を与えかつ信
号を検出器かつ表示するための適当なエレクトロニクス
とから成る。典型的に，トレーサガスとしてヘリウムが
使用される。しばしばリーク検出器は，当該リーク検出
器内へのトレーサガスのリーク比に比例する大きさの信
号を生成するように設計される。
【０００３】リーク検出器内で使用される質量スペクト
ロメータは，通常磁気セクタ質量スペクトロメータとし
て知られるものである。この種の質量スペクトロメータ
において，トレーサガス及び真空エンベロープ内の他の
ガスから引き出されたイオンを定電場で加速することに
よりビームが形成される。該イオンビームは，イオンの
質量に依存するイオン偏向を引き起こす静磁場領域を通
過するよう方向付けられる。該電場及び磁場はトレーサ
ガスの特定の一つのイオン質量のみがイオン検出器に達
するように配置される。この種のリーク検出器質量スペ
クトロメータはW. E. Briggsにより米国特許第3,277,29
5号に開示されている。
【０００４】リーク検出器内の質量スペクトロメータに
よる分析のためのイオン生成は，電子流にリーク検出器
真空エンベロープ内のガスを通過させることにより，達
成される。イオン生成手段は通常イオンソースと呼ばれ
る。Briggsは質量スペクトロメータ内で使用される典型
的なイオンソースを詳細に説明している。イオン生成に
要求される電子は，レニウム，イリジウム，またはタン
グステン等の超硬合金のフィラメントに電流を流し，白
熱状態にすることによって得られる。適当な電気的ポテ
ンシャルがイオンソースのさまざまな部分に印加される
ことにより，当該電子は加速されイオン形成が所望され
る領域内に導かれる。この領域は，質量スペクトロメー
タ内の質量分析用に集束ビームを形成されるイオンの抽
出及び視準を容易にするよう設計される。イオンソース
は通常多くのメンテナンスを必要とする質量スペクトロ
メータリーク検出器の一部である。
【０００５】動作中，質量スペクトロメータリーク検出
器は，テスト中に装置またはコンポーネントから真空エ
ンクロージャへ入るトレーサガスの量を計測する。他の
蒸気もまた真空エンクロージャに入り，イオンソースも
同様にテスト装置，リーク検出器の真空ポンプ，または
他のソースのいずれかから入る。これらの無関係の蒸気
はイオンソース内で，白熱フィラメントの効果によっ
て，イオン化電子の行為によって，及びイオンソース内
のすべてのガス及び蒸気から形成されるイオンとの相互
作用によって，分解を強いられる。分解生成物のそれ自
身及び他の非分解蒸気との反応は，イオンソース表面及
び真空エンクロージャ周辺上にデポジットを生成する。
イオンソースのコンポーネントの表面及びイオンソース
周辺の真空エンベロープの表面に吸着したイオン及び電
子の衝突が，これらの表面上へのデポジットを形成させ
る。これらのデポジットが十分に厚くなると，イオン及
び電子の衝突から電荷を獲得し始める。これらの電荷は
トレーサガスからの所望のイオンの動作に影響を与え，
かつリーク検出器の感度を減少させる。
【０００６】リーク検出器質量スペクトロメータのイオ
ンソース領域は，イオンが質量分析機に入射する際に通
過するところの視準アパーチャとともに与えられる。こ
のアパーチャは，不正な軌道を有するイオンが質量スペ
クトロメータに入射するのを防止し，検出器で不所望の
ノイズに寄与するのを防止するべく働く。アパーチャを
制限するこのイオンビーム周辺領域は，金属表面の高強
度のイオン衝突のため，特に汚染されやすい。
【０００７】質量スペクトロメータのリーク検出器のイ
オンソースがメンテナンスが必要な程に汚染されるに至
ったとき，通常は時間及び労働力の節約のためにイオン
ソース組立体全体を新品または改造ユニットに交換す
る。しかし，質量スペクトロメータを分解し，イオンソ
ースをとりまく真空エンベロープの内側部分をきれいに
することが必要である。完全に動作するまでリーク検出
器を復帰させるのに１時間またはそれ以上の時間がかか
る。イオンソース交換の頻度を減少させ，かつリーク検
出器を動作状態に復帰するまでの時間を減少させること
が所望される。周知のとおり，質量スペクトロメータの
表面上のデポジットの形成は，吸着された蒸気量を減少
させるべく表面を加熱することにより減少する。イオン
ソース真空エンクロージャ内または周囲に独立のヒータ
を与えることで，所望の加熱を与えるような，さまざま
なアプローチが為された。Briggsが説明したようなリー
ク検出器質量スペクトロメータにおいては，全真空エン
クロージャは単体金属から製造されており，イオンソー
スを加熱すれば，質量スペクトロメータのリーク検出器
部分もまた不可避的に加熱される。上昇温度はノイズの
振幅及び質量スペクトロメータリーク検出器の検出器ス
テージで通常使用されるエレクトロメータ回路のドリフ
トを増加させるため，イオンソースへの付加的加熱をも
たらすようなアプローチはこの場合制限される。
【０００８】米国特許第3,155,826号の"Mass Spectrome
ter Leak Detector Including a Novel Repeller-Heate
r Assembly"には，ヒータがイオンソースのコンポーネ
ントの一つに組み込まれるようなアプローチが記載され
ている。該反射電極は，イオンソースのチャンバの汚染
を最小化するために約７００°Ｆに加熱される。
【０００９】米国特許第4,816,685号には，電子生成用
の円形フィラメント及び該フィラメントを完全に包囲す
る円形リングを有する質量スペクトロメータのイオンソ
ースが記載されている。このリングは不所望の第２イオ
ン放出を抑制するべく該フィラメントに電気的に接続さ
れ，また当該リングはフィラメントからの熱を吸収す
る。リングに吸収された熱は，これらのコンポーネント
の汚染を減少させるため，イオンソースの他のコンポー
ネントと電気的に絶縁された取付具を通じて伝導され
る。
【００１０】米国特許第3,723,729号は，質量スペクト
ロメータ真空エンクロージャを開くことなく非常にすば
やく交換可能なイオンソースを開示することによって，
質量スペクトロメータのイオンソース汚染の問題を指摘
した。開示されるイオンソースは必要に応じて加熱さ
れ，冷却される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は，質量
スペクトロメータに付加的な加熱を与えることなく質量
スペクトロメータのリーク検出器のイオンソース領域の
温度を上昇させるための手段を与えることである。
【００１２】本発明の他の目的は，リーク検出器イオン
ソースの汚染を減少させることである。
【００１３】本発明の他の目的は，質量スペクトロメー
タのリーク検出器のメンテナンス時間を減少させること
である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的及び利
点は，イオンソース真空エンクロージャ用の薄く取り外
し可能なライナを与えることにより達成される。該ライ
ナは真空エンクロージャ内の空洞と同様の形状である
が，すべての寸法においてそれよりほんの少し小さい。
好適に，イオンビーム制限アパーチャは，適正なサイ
ズ，形状及びライナ内の位置を有する開口である。当該
ライナは，それがイオンソース真空エンクロージャ内部
の所望の位置から移動できない場合にも，限定された箇
所の最少領域のみで真空エンクロージャと接触している
という構造を有する。白熱フィラメント及び／又は付加
的ヒータによって放射された多くの熱は，ライナにより
獲得される。該ライナの遮熱(thermal isolation)のた
め，放射熱により高温（１００℃〜２００℃）まで加熱
される。該ライナの高温が当該ライナ及びイオンソース
領域の汚染を減少させる。もしイオンビーム制限アパー
チャは該ライナに組み込まれていれば，アパーチャ周辺
領域の汚染はより高い温度により減少される。最後にイ
オンソース交換が必要なとき，いままで真空装置エンク
ロージャ上に付着されていた汚染は，いまやライナ上に
存在し，それごとイオンソースとともに捨てるかまたは
交換可能である。
【００１５】本発明の上記目的及び利点は，以下の発明
の実施の形態及び図面において，より詳細に説明され
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１及び２において，リーク検出
器質量スペクトロメータの空洞17を有する真空エンベロ
ープ10がアルミニウムのような金属の固体ブロックから
製造される。イオンソース組立体11は，多重ピン管ヘッ
ダ18上に載置され，エラストマＯリング（図示せず）に
より真空エンベロープ10にシールされかつ保持プレート
14により適所に保持される。このような構成の典型的な
イオンソースは，典型的なリーク検出器質量スペクトロ
メータとともに米国特許第3,277,295号により詳細に記
載されている。図２において，イオンソースは２つの独
立なフィラメント16を有する略示図で表され，それらの
いずれかが電流により加熱されたとき電子を放出する。
電子は２つの電極，すなわち反射電極19及びイオンチャ
ンバボックス14により形成されたボックス内に入射す
る。白熱フィラメント16のいずれかからの電子は，電気
的バイアス電圧及び／または周知の手段により引き出さ
れた磁場により制御された経路に沿って，イオンソース
ボックス内に入射する。
【００１７】底面プレート13内のビーム制限アパーチャ
20とともに本発明のイオンソースライナ12が，空洞17内
に収納される。イオンソース組立体11はライナ12内に収
納される。該ライナは好適には薄い導体または半導体材
料により製造される。例えば，ライナは厚さ0.006イン
チのステンレススチールのシートから連続的に製造され
てきた。該ライナ及び真空エンクロージャを分離するギ
ャップは，約0.5mmのオーダである。ライナ及び真空エ
ンベロープの間の全接触領域は，ライナの全表面積の約
１％以下である。
【００１８】一つの好適実施例において，イオンビーム
制限アパーチャを含むプレートはライナ12の端部に設け
らるか，またはライナの一体部分である。ライナ12及び
イオンビーム制限アパーチャを有する底面プレートはと
もに取り付けられるか，直立カップと同様な形状の単体
として結合される。本発明に従って，部品の詳細な構成
とは無関係に，ライナ12及び／または底面プレート13
は，ライナ12及び／または底面プレートと，質量スペク
トロメータ真空エンベロープ10との間の熱伝導を制限す
る機械的手段によって定位置に保持される。
【００１９】図３(A)〜(C)は，真空エンベロープとの熱
接触を制限しながら，本発明のライナを配置するための
機械的手段の実施例を示したものである。図３(A)にお
いて，複数の外への突起部及びライナが形成される材料
シートの内側を押圧したディンプルにより，ライナと真
空エンベロープとの間の接触がライナ表面の非常に小さ
な部分でのみ許される。図３(B)において，外側に突き
出たしわまたはライナの周囲に巻き付いた細い一本のワ
イヤにより，小さい領域でのみ接触可能となる。図３
(C)において，ライナの薄いシート材料から単純にカッ
トされ形成された小さいタブが，円筒形真空エンベロー
プとの少ない接触点においてライナを支持する。
【００２０】本発明のイオンソース真空エンベロープラ
イナは円筒形イオンソース真空エンベロープに関して説
明されてきたが，ライナまたは真空エンベロープのいず
れの形状とは無関係に，真空エンベロープ内部でイオン
ソースを包囲するあらゆる形状のライナが本発明の思想
に含まれる。
【００２１】発明は，イオンソース真空エンベロープと
接触することにより支持されるライナに関して説明され
てきたが，イオンソースの周囲にライナを配置する他の
支持手段もまた，本発明の思想の範囲内にある。したが
って，本発明は図示された実施例に限定されるものでは
なく，さまざまな態様が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，イオンソース及び本発明に従うイオン
ソースハウジングライナを含む質量スペクトロメータエ
ンベロープの部分の分解図である。
【図２】図２は，本発明に従う真空エンベロープ内部の
イオンソース組立体の断面図である。
【図３】図３(A)から(C)は，本発明によるライナとイオ
ンソースの真空エンベロープの間の熱接触を防止するた
めの手段の３つの実施例である。
【符号の説明】
10 真空エンベロープ 11 イオンソース組立体 12 ライナ 13 底面プレート 14 保持プレート 17 空洞 18 多重ピン管ヘッダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０１Ｎ 27/62 Ｇ０１Ｎ 27/62 Ｂ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 質量スペクトロメータのリーク検出器で
    あって，空洞を含む真空エンベロープと，イオンビーム
    生成用に前記空洞内に配置されたイオンソースと，前記
    イオンビーム用の出口スリットを有する底面プレート
    と，から成り，前記イオンソースを実質的に包囲し，前
    記真空エンベロープの前記空洞内にしっかりと保持され
    たライナを含む，ことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の質量スペクトロメータ
    リーク検出器であって，一体部分を形成するべく前記ラ
    イナが前記底面プレートに機械的に取り付けられてい
    る，ところの装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の質量スペクトロメータ
    リーク検出器であって，前記ライナは前記底面プレート
    に支持されている，ところの装置。
  4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の質量スペクト
    ロメータリーク検出器であって，前記ライナは半導体材
    料から成る，ところの装置。
  5. 【請求項５】 請求項２または３に記載の質量スペクト
    ロメータリーク検出器であって，前記ライナは導体材料
    から成る，ところの装置。
  6. 【請求項６】 質量スペクトロメータのリーク検出器で
    あって，真空エンベロープと，前記真空エンベロープ内
    に配置され，電子のソースを有するイオンソースと，集
    束電極及びイオンビーム用の出口スリットを有するイオ
    ン化チャンバと，から成り，前記イオンソースをシール
    ドするための手段であって，円筒壁及び該円筒壁に取り
    付けられた底面プレートから成り，前記真空エンクロー
    ジャ内にスライド可能に配置されかつ実質的に前記イオ
    ンソースを包囲するところの手段を含む，ことを特徴と
    する装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の質量スペクトロメータ
    リーク検出器であって，前記イオンソースをシールドす
    るための前記手段は，ライナであり，該ライナは前記イ
    オンソースと熱放射関係にある，ところの装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の質量スペクトロメータ
    リーク検出器であって，前記ライナは約0.5mmのギャッ
    プにより前記真空エンクロージャから分離されている，
    ところの装置。
  9. 【請求項９】 請求項７に記載の質量スペクトロメータ
    リーク検出器であって，さらに熱接触を制限するべく，
    前記ライナを前記真空エンクロージャ内に配置するため
    の手段と，から成るところの装置。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の質量スペクトロメー
    タリーク検出器であって，前記ライナを配置するための
    手段が，前記ライナの前記壁の内側を押圧された複数の
    ディンプルから成り，前記ディンプルは前記真空エンク
    ロージャへ向かって外へ突き出ている，ところの装置。
  11. 【請求項１１】 請求項９に記載の質量スペクトロメー
    タリーク検出器であって，前記ライナを配置するための
    前記手段は，前記ライナの前記壁内の少なくとも一つの
    しわから成り，前記しわは前記真空エンベロープに向か
    って外側に突き出ている，ところの装置。
  12. 【請求項１２】 請求項９に記載の質量スペクトロメー
    タリーク検出器であって，前記ライナを配置するための
    手段は，前記ラインと前記真空エンクロージャとの接触
    を最小化するための前記ライナの側壁上に形成された複
    数の鋭いタブから成る，ところの装置。
  13. 【請求項１３】 質量スペクトロメータであって，取り
    外し可能のイオンソース組立体を含む真空エンベロープ
    と，イオンソースにより生成されたイオンの分析のため
    の手段と，質量分析に続いてイオンを検出するための手
    段と，から成り，前記真空エンベロープのためのライナ
    であって，前記ライナが実質的に前記イオンソース組立
    体を包囲する，ところのライナを含む，ことを特徴とす
    る装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の質量スペクトロメ
    ータであって，前記ライナはステンレススチールの薄板
    から形成されている，ところの装置。
JP7346245A 1994-12-16 1995-12-13 質量スペクトロメータリーク検出器のイオンソースの汚染を削減するための手段 Pending JPH08236065A (ja)

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US357905 1994-12-16
US08/357,905 US5506412A (en) 1994-12-16 1994-12-16 Means for reducing the contamination of mass spectrometer leak detection ion sources

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