JPH09270245A

JPH09270245A - 不純物イオン発生装置及びこれを用いた質量分析装置

Info

Publication number: JPH09270245A
Application number: JP8101912A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Mizogami; 員章溝上
Original assignee: NIPPON A P I KK
Current assignee: NIPPON A P I KK
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】外部に放出される不純物イオン数を増大化す
る。【解決手段】チャンバー４０は、ガス流入口４０ａ、
ガス流出口４０ｂ及び不純物イオン放出用の細孔４１を
有する。ガス流入口４０ａから流入されたガスは、主に
細孔４１付近を通過してガス流出口４０ｂから流出する
が、その一部は細孔４１から流出する。流入したガス
は、筒状電極３４と放電針４４との間で生ずるコロナ放
電により一次イオン化される。この一次イオン化箇所と
細孔４１との間には、筒状電極３４及び電極３８によ
り、コロナ放電動作と独立して、所望の電位勾配が形成
される。一次イオン化に引き続いてイオン分子反応が起
こることにより不純物イオンが発生し、この不純物イオ
ンが細孔４１を介して外部に放出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス中の不純物を
イオン分子反応によりイオン化して当該不純物イオンを
細孔を介して外部に放出する不純物イオン発生装置及び
これを用いた質量分析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造プロセス等に必要な高
純度ガス中の不純物の分析においては、高感度な大気圧
イオン化質量分析装置が用いられるようになっている。

【０００３】この大気圧イオン化質量分析装置では、大
気圧でガス中の不純物をイオン分子反応によりイオン化
して当該不純物イオンを細孔を介して外部に放出する不
純物イオン発生装置（イオン源）が用いられ、該不純物
イオン発生装置から前記細孔を介して放出された不純物
イオンを、真空チャンバー内にある質量分析部へ導入
し、質量分離した後、２次電子増倍管等の増幅検出器で
検出する。このため、この大気圧イオン化質量分析装置
によれば、高感度な不純物分析を行うことができる。そ
して、この装置の安定して測定することができる検出限
界は１ｐｐｔであると言われている。

【０００４】ここで、従来の不純物イオン発生装置及び
これを用いた従来の大気圧イオン化質量分析装置の一例
について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は従来
の不純物イオン発生装置１を示す概略断面図であり、図
３（ｂ）はこの不純物イオン発生装置１を用いた従来の
大気圧イオン化質量分析装置を示す概略断面図である。

【０００５】この従来の不純物イオン発生装置１は、図
３に示すように、ステンレス等からなる第１の部材２
と、端部にフランジ部３ａを有する筒状の絶縁部材３
と、中間部にフランジ４ａを有するステンレス等からな
る第２の部材４と、中央に不純物イオン放出用の細孔５
を有する板状の電極６とを備え、これらの間が金属パッ
キン７によりシールされ、これらにより囲まれて円柱形
状の１つのチャンバー８が形成されている。電極６は、
チャンバー８の壁部を構成している。細孔５が形成され
た電極６の内側は、細孔５周辺も含め平面となってい
る。一方、電極６の外側の細孔５周辺は、外側に向けて
広がるすり鉢状の形状となっている。筒状の絶縁部材３
は、チャンバー８と同軸に配置されている。チャンバー
８は、前記細孔５の他に、ガス流入口８ａ及びガス流出
口８ｂを有している。ガス流入口８ａは、細孔５と軸方
向反対側に位置するように第１の部材２に形成され、第
１の部材２を貫通する通路を介して、第１の部材２に取
り付けたガス導入パイプ９の内部通路と連続している。
ガス流出口８ｂは、筒状の絶縁部材３の側方に位置する
ように第２の部材４に形成され、第２の部材４を貫通す
る通路を介して、第２の部材４に取り付けたガス排出パ
イプ１０の内部通路と連続している。したがって、ガス
導入パイプ９からガス流入口８ａを介してチャンバー８
内に流入したガスは、筒状の絶縁部材３の内部を通過し
て細孔５に向かい、主として、細孔５付近を通過して筒
状の絶縁部材３の外周部分を通りガス流出口８ｂを介し
てガス排出パイプ１０から排出されることになる。この
ようにガスが細孔５付近を通るので、勿論、流入したガ
スの一部は細孔５からも外部に流出する。第１の部材２
には、電極６との間でコロナ放電を発生させる放電針１
１が絶縁材１２を介して取り付けられている。放電針１
１は、その先端が細孔５と対向するとともに筒状の絶縁
部材３及びチャンバー８の中心軸に沿うようにチャンバ
ー８内に配置されている。放電針１１には直流電源１３
により＋３０００Ｖが印加され、電極６は接地されてい
る。第１の部材２及び第２の部材４も接地されている。

【０００６】この従来の不純物イオン発生装置１によれ
ば、ガス流入口８ａからチャンバー８内に流入したガス
は、放電針１１の先端と電極６との間で生ずるコロナ放
電により放電針１１の先端付近で一次イオン化される。
この一次イオン化では、チャンバー８内に流入したガス
の主成分と不純物のイオン化率がほぼ同じであるため、
不純物イオンの量は少ない。ところが、一次イオン化に
より生じた主成分イオンと一次イオン化によりイオン化
されていない不純物の中性分子との間でイオン分子反応
（二次イオン化）が起き、不純物イオンが増える。

【０００７】チャンバー８内に流入したガスが窒素ガス
である場合、この原理は以下のような反応式で示され
る。

【０００８】

【化１】Ｎ₂→Ｎ⁺，Ｎ₂ ⁺（コロナ放電）・・・（１）

【化２】Ｎ⁺＋２Ｎ₂→Ｎ₃ ⁺＋Ｎ₂ ・・・（２）

【化３】Ｎ₂ ⁺＋２Ｎ₂→Ｎ₄ ⁺＋Ｎ₂ ・・・（３）

【化４】Ｎ₄ ⁺＋Ｏ₂→Ｏ₂ ⁺＋２Ｎ₂ ・・・（４）

【化５】Ｎ₄ ⁺＋ＣＯ₂→ＣＯ₂ ⁺＋２Ｎ₂ ・・・（５）

【化６】Ｎ₄ ⁺＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂Ｏ⁺＋２Ｎ₂ ・・・（６）

【０００９】例えば前記反応式（４），（５），（６）
で示されるように、窒素ガス中の酸素、二酸化炭素、水
等の不純物の大部分の分子はＮ₄ ⁺との電荷交換反応（イ
オン化ポテンシャルの高い物質から低い物質への電荷の
移動）によりイオン化が行われる。

【００１０】なお、チャンバー８内に流入されるガスが
大気圧付近の圧力以上の圧力状態であるので、当該ガス
の平均自由工程が極めて短いことから、主成分イオンと
不純物中性分子との間の衝突回数が多くてイオン分子反
応の機会が多く、不純物が中性分子からイオンとなる量
が多い。

【００１１】そして、前述のようにして発生した不純物
イオンは、放電針１１と電極６との間に形成される電位
勾配とガス流とによって、細孔５から外部に放出され
る。

【００１２】前述した従来の不純物イオン発生装置１を
用いた従来の大気圧イオン化質量分析装置は、図３
（ｂ）に示すように、前記不純物イオン発生装置１の他
に、差動排気室２１及び質量分析室２２を備えている。
差動排気室２１はターボ分子ポンプ等の真空ポンプ２３
により、質量分析室２２はターボ分子ポンプ等の真空ポ
ンプ２４により、それぞれ負圧に引かれるようになって
いる。前記不純物イオン発生装置１は、細孔５から放出
された不純物イオンが差動排気室２１内に供給されるよ
うに配置されている。差動排気室２１と質量分析室２２
との間は、細孔２５ａを有する電極２５により仕切られ
ている。差動排気室２１には、細孔５からの不純物イオ
ンの拡散を防止する静電レンズ２６が配置されている。
質量分析室２２には、四重極マスフィルタ等の質量分析
部２７及び２次電子増倍管等の増幅検出器２８が配置さ
れている。

【００１３】この従来の大気圧イオン化質量分析装置に
よれば、不純物イオン発生装置１の細孔５から放出され
た不純物イオンは、差動排気室２１を通過して電極２５
の細孔２５ａから質量分析室２２内に導入され、質量分
析部２７により質量分離が行われ、増幅検出器２８によ
り検出される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の大気圧
イオン化質量分析装置は、その検出限界が前述したよう
に１ｐｐｔであり、非常に高感度であった。しかしなが
ら、質量分析装置では、半導体の微細化や薄膜化等に伴
い、更なる高感度化が望まれるようになってきた。質量
分析装置の高感度化のためには、不純物イオン発生装置
から放出される不純物イオン数の増大（不純物イオンの
濃縮化）、増幅検出器の増幅率の向上、不純物イオン発
生装置から増幅検出器までの不純物イオンの到達率の向
上等が考えられる。

【００１５】本発明は、不純物イオンの濃縮化に着目し
てなされたもので、外部に放出される不純物イオン数を
増大化することができる不純物イオン発生装置、並び
に、これを用いて感度の向上を図ることができる質量分
析装置を提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による不純物イオン発生装置
は、ガス流入口、ガス流出口及び不純物イオン放出用の
細孔を有し、前記ガス流入口から流入されたガスを主
に、前記細孔付近を通過させて前記ガス流出口から流出
させるチャンバーと、前記ガスが前記細孔に向かう前記
チャンバー内の箇所において前記ガスを少なくとも一次
イオン化するイオン化手段と、前記イオン化手段による
イオン化動作と独立して、前記箇所付近と前記細孔付近
との間に所望の電位勾配を形成する電位勾配形成手段
と、を備えたものである。

【００１７】前述した図３に示す従来の不純物イオン発
生装置１では、放電針１１及び電極６が、チャンバー８
内のガスをチャンバー８内の所定箇所（放電針１１の先
端付近）において少なくとも一次イオン化するイオン化
手段としての機能、及び、前記所定箇所（放電針１１の
先端付近）と細孔５付近との間に電位勾配を形成する電
位勾配形成手段としての機能の両機能を担う。このた
め、イオン化動作としてのコロナ放電と電位勾配の形成
とが独立しておらず、次のような問題が生ずることが判
明した。すなわち、不純物イオン発生装置１による不純
物イオンの発生量を増大させるべく、一次イオン化され
たイオンの移動速度を低下させて主成分イオンと不純物
中性分子との間の衝突回数を増大させイオン分子反応の
機会を増大させようとして、前記電位勾配を緩慢にさせ
主成分イオンの移動速度を低下させるために放電針１１
の電位を低くすると、コロナ放電による一次イオン化率
が低下してしまい、結局、不純物イオンの発生量を増大
させることができない。逆に、コロナ放電による一次イ
オン化率が高くなるように放電針１１の電位を設定する
と、前記電位勾配が急峻となるために一次イオン化され
た主成分イオンの移動速度が高くなり、イオン分子反応
の機会が少なく、結局、不純物イオンの発生量を増大さ
せることができない。また、イオン分子反応の機会を多
くするべく、放電針１１の先端とイオン放出用の細孔５
（したがって、電極６）との間の間隔を広げると、コロ
ナ放電による一次イオン化率が低下してしまい、結局、
不純物イオンの発生量を増大させることができない。

【００１８】これに対し、前記第１の態様では、電位勾
配形成手段は、イオン化手段によるイオン化動作と独立
して、前記箇所付近と前記細孔付近との間に所望の電位
勾配を形成する。このため、一次イオン化率が高くなる
ようにイオン化手段と設定しつつ、従来に比べて主成分
イオンの移動速度が遅くなるように電位勾配形成手段に
より所望の電位勾配を形成することができる。したがっ
て、前記第１の態様によれば、一次イオン化率の向上と
イオンの移動速度の制御による二次イオン化率の向上の
両立を図ることができ、それにより不純物イオンの発生
量を増大させることができ、ひいては、外部に放出され
る不純物イオンの量を増大させることができる。

【００１９】本発明の第２の態様による不純物イオン発
生装置は、前記第１の態様による不純物イオン発生装置
において、前記細孔が形成された前記チャンバーの壁部
の内側の当該細孔周辺が当該細孔に向かう絞り形状を有
するものである。

【００２０】前述した図３に示す従来の不純物イオン発
生装置１では、不純物イオン放出用の細孔５形成された
電極６（チャンバー８の壁部）の内側は、細孔５周辺も
含め平面となっている。これに対して、前記第２の態様
では、不純物イオン放出用の細孔が形成されたチャンバ
ーの壁部の内側の当該細孔周辺が当該細孔に向かう絞り
形状を有している。このため、前記第２の態様によれ
ば、チャンバー内で発生した不純物イオンがこの絞り形
状により案内されて細孔から外部に放出し易くなり、不
純物イオンの放出効率が向上し、ひいては、外部に放出
される不純物イオンの量を増大させることができる。

【００２１】本発明の第３の態様による不純物イオン発
生装置は、ガス流入口、ガス流出口及び不純物イオン放
出用の細孔を有し、前記ガス流入口から流入されたガス
を主として前記細孔付近を通過させて前記ガス流出口か
ら流出させる１つのチャンバーと、前記ガスが前記細孔
に向かう前記チャンバー内の箇所において前記ガスを少
なくとも一次イオン化するイオン化手段と、前記箇所と
前記細孔付近との間に電位勾配を形成する電位勾配形成
手段と、を備え、前記細孔が形成された前記チャンバー
の壁部の内側の当該細孔周辺が当該細孔に向かう絞り形
状を有するものである。

【００２２】この第３の態様では、電位勾配形成手段に
よる電位勾配形成とイオン化手段によるイオン化動作と
が必ずしも独立していないので、前記第１の態様のよう
な一次イオン化率の向上と二次イオン化率の向上との両
立による放出不純物イオン量の増大を必ずしも図ること
ができないが、前記第２の態様と同様に、不純物イオン
放出用の細孔が形成されたチャンバーの壁部の内側の当
該細孔周辺が当該細孔に向かう絞り形状を有しているの
で、不純物イオンの放出効率が向上による放出不純物イ
オン量の増大を図ることができる。

【００２３】本発明の第４の態様による不純物イオン発
生装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様による不
純物イオン発生装置において、前記イオン化手段が、コ
ロナ放電を発生させる放電電極手段を有するものであ
る。もっとも、本発明では、前記イオン化手段として、
コバルト６０やニッケル６３のような放射線照射手段や
紫外線のような光照射手段などを用いてもよい。

【００２４】本発明の第５の態様による不純物イオン発
生装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様による不
純物イオン発生装置において、前記放電電極手段が、前
記ガスが前記前記細孔に向かう方向に軸方向が向けられ
た筒状電極と、該筒状電極の中心軸に沿って配置された
中央電極と、を有するものである。

【００２５】前述した図３に示す従来の不純物イオン発
生装置１では、コロナ放電電極手段が放電針１１と細孔
５を有する対向電極６とで構成されていたので、放電針
１１の先端と電極６における細孔５のエッジ部との間で
異常放電を起こし易い欠点がある。また、放電針１１の
軸方向に対して電極６が直交していたので、製造時に放
電針１１の先端と電極６との間隔の調整が困難であり、
その調整に手数を要するとともに安定した放電が困難で
ある欠点があった。

【００２６】これに対し、前記第５の態様では、コロナ
放電電極手段として、筒状電極とその中心軸に沿って配
置された中央電極（この電極は、放電針でもよいし、針
のない線状のものでもよい。）が用いられている。この
ため、放電間隔の調整に際しては、筒状電極の中心軸に
垂直な方向のみを位置調整すればよく、中心軸方向につ
いては位置ずれが生じても放電状態に何ら影響がないの
で、製造時の調整が容易になるとともに安定した放電が
可能となる。また、筒状電極には細孔が形成されていな
いので、異常放電が起きるおそれがない。

【００２７】本発明の第６の態様による不純物イオン発
生装置は、前記第５の態様による不純物イオン発生装置
において、前記筒状電極が前記電位勾配形成手段の一部
として兼用され、前記電位勾配形成手段が前記チャンバ
ーの壁部を形成する電極を更に有し、前記細孔が当該電
極に穿設されたものである。

【００２８】この第６の態様のように、筒状電極をコロ
ナ放電電極手段の一部及び電位勾配形成手段の一部とし
て兼用すると、電極の数が少なくてすみ、構造が簡単で
安価となる。また、この第６の態様では、チャンバーの
壁部を形成し細孔が穿設された電極がイオン化手段とし
ては用いられていないので、一次イオン化の箇所から不
純物イオンの放出用の細孔までの距離を一次イオン化と
無関係に長くすることができ、したがって、イオン分子
反応の機会を多くして不純物イオンの発生量を更に増大
させることができ、外部に放出される不純物イオンの量
を更に増大させることができる。

【００２９】本発明の第７の態様による質量分析装置
は、前記第１乃至第６のいずれかの態様による不純物イ
オン発生装置を備えたものである。前記第１乃至第６の
態様では前述したように従来に比べて不純物イオンの放
出量が増大するので、この第７の態様によれば、従来に
比べて検出感度が向上する。なお、第７の態様では、質
量分析装置は、大気圧イオン化質量分析装置でもよい
し、大気圧ではないがそれより低くて比較的高い圧力や
大気圧より高い圧力でイオン化させる高圧イオン化質量
分析装置であってもよい。

【００３０】なお、前記第１乃至第６の態様による不純
物イオン発生装置は、質量分析装置のみならず、他の種
々の用途にも用いることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態によ
る不純物イオン発生装置３１及びこれを用いた大気圧イ
オン化質量分析装置について、図１を参照して説明す
る。図１（ａ）はこの不純物イオン発生装置３１を示す
概略断面図、図１（ｂ）はこの不純物イオン発生装置３
１を用いた大気圧イオン化質量分析装置を示す概略断面
図である。

【００３２】本実施の形態による不純物イオン発生装置
３１は、図１に示すように、ステンレス等からなる第１
の部材３２と、リング状の第１の絶縁部材３３と、端部
にフランジ部３４ａを有する筒状電極３４と、リング状
の第２の絶縁部材３５と、中間部にフランジ３６ａを有
するステンレス等からなる第２の部材３６と、リング状
の第２の絶縁部材３７と、中央に不純物イオン放出用の
細孔４１を有する板状の電極３８とを備え、これらの間
が金属パッキン３９によりシールされ、これらにより囲
まれて円柱形状の１つのチャンバー４０が形成されてい
る。電極３８は、チャンバー４０の壁部を構成してい
る。細孔４１が形成された電極３８の内側の細孔４１周
辺が当該細孔４１に向かう絞り形状（内側に向けて広が
るすり鉢状の形状）を有している。一方、電極３８の外
側は、細孔４１周辺も含め平面となっている。筒状電極
３４は、チャンバー４０と同軸に配置されている。チャ
ンバー４０は、前記細孔４１の他に、ガス流入口４０ａ
及びガス流出口４０ｂを有している。ガス流入口４０ａ
は、細孔４１と軸方向反対側に位置するように第１の部
材３２に形成され、第１の部材３２を貫通する通路を介
して、第１の部材３２に取り付けたガス導入パイプ４２
の内部通路と連続している。ガス流出口４０ｂは、筒状
電極３４の側方に位置するように第２の部材３６に形成
され、第２の部材３６を貫通する通路を介して、第２の
部材３６に取り付けたガス排出パイプ４３の内部通路と
連続している。したがって、ガス導入パイプ４２からガ
ス流入口４０ａを介してチャンバー４０内に流入したガ
スは、筒状電極３４の内部を通過して細孔４１に向か
い、主として、細孔４１付近を通過して筒状電極３４の
外周部分を通りガス流出口４０ｂを介してガス排出パイ
プ４３から排出されることになる。このようにガスが細
孔４１付近を通るので、勿論、流入したガスの一部は細
孔４１からも外部に流出する。第１の部材３２には、筒
状電極３４との間でコロナ放電を発生させる中央電極と
しての放電針４４が絶縁材４５を介して取り付けられて
いる。放電針１１は、筒状電極３４及びチャンバー４０
の中心軸に沿うようにチャンバー４０内に配置されてい
る。放電針４４には直流電源４６により＋４０００Ｖが
印加され、電極３４には直流電源４７により＋１０００
Ｖが印加され、電極３８には直流電源４８により＋５０
Ｖが印加されている。筒状電極３４及び放電針４４との
間の電位差は、両者の間に生ずるコロナ放電による一次
イオン化効率が高くなるように設定される。また、筒状
電極３４と電極３８との間の電位差は、コロナ放電によ
る一次イオン化の箇所（放電針４４の先端付近）と細孔
４１付近との間に所望の電位勾配（両者の間のイオンの
移動速度を制御して二次イオン化効率が高くなるような
電位勾配）となるように設定される。電極３８の電位自
体は正でも負でもよいし接地されてもよい。なお、第１
の部材３２及び第２の部材３６は接地されている。

【００３３】本実施の形態では、放電針４４と電極３８
との間でコロナ放電が生ずるわけではないので、両者の
間隔は、二次イオン化効率を考慮して従来に比べて大き
くされている。

【００３４】なお、本実施の形態では、放電針４４及び
筒状電極３４が、ガス流入口４０ａから流入されたガス
が細孔４１に向かうチャンバー４０内の箇所において当
該ガスを少なくとも一次イオン化するイオン化手段とし
ての、コロナ放電手段を構成している。また、筒状電極
３４及び電極３８が、イオン化手段（本実施の形態で
は、放電針４４及び筒状電極３４）によるイオン化動作
（本実施の形態では、放電動作）と独立して、前記箇所
付近と細孔４１付近との間に所望の電位勾配を形成する
電位勾配形成手段を構成している。なお、筒状電極３４
は、前記イオン化手段及び前記電位勾配形成手段として
兼用されている。

【００３５】本実施の形態による不純物イオン発生装置
３１によれば、ガス流入口４０ａからチャンバー４０内
に流入したガスは、放電針４４の先端と筒状電極３４と
の間で生ずるコロナ放電により放電針４４の先端付近で
一次イオン化される。この一次イオン化では、チャンバ
ー４０内に流入したガスの主成分と不純物のイオン化率
がほぼ同じであるため、不純物イオンの量は少ない。と
ころが、一次イオン化により生じた主成分イオンと一次
イオン化によりイオン化されていない不純物の中性分子
との間でイオン分子反応（二次イオン化）が起き、不純
物イオンが増える。

【００３６】なお、チャンバー４０内に流入されるガス
は大気圧付近の圧力以上の圧力状態であることが好まし
い。この場合、当該ガスの平均自由工程が極めて短いこ
とから、主成分イオンと不純物中性分子との間の衝突回
数が多くてイオン分子反応の機会が多く、イオン分子反
応により不純物が中性分子からイオンとなる量が多くな
る。

【００３７】そして、前述のようにして発生した不純物
イオンは、筒状電極３４と電極３８との間に形成される
電位勾配とガス流とによって、細孔４１から外部に放出
される。

【００３８】本実施の形態による不純物イオン発生装置
１では、前述したように、放電針４４及び筒状電極３４
による放電動作と、一次イオン化箇所（放電針４４の先
端付近）と細孔４１付近との間の電位勾配形成とは、独
立している。したがって、一次イオン化率の向上とイオ
ンの移動速度の制御による二次イオン化率の向上の両立
を図ることができ、それにより不純物イオンの発生量を
増大させることができ、ひいては、細孔４１から外部に
放出される不純物イオンの量を増大させることができ
る。

【００３９】また、本実施の形態では、チャンバー４０
の壁部を形成し細孔４１が穿設された電極３８がコロナ
放電電極手段としては用いられていないので、一次イオ
ン化の箇所から細孔４１までの距離をコロナ放電と無関
係に長くすることができ、したがって、イオン分子反応
の機会を多くして不純物イオンの発生量を増大させるこ
とができ、細孔４１から外部に放出される不純物イオン
の量を増大させることができる。

【００４０】また、本実施の形態では、前述したよう
に、細孔４１が形成された電極３８の内側の細孔４１周
辺が当該細孔４１に向かう絞り形状（内側に向けて広が
るすり鉢状の形状）を有しているので、チャンバー４０
内で発生した不純物イオンがこの絞り形状に案内されて
細孔４１から外部に放出し易くなり、不純物イオンの放
出効率が向上し、ひいては、細孔４１から外部に放出さ
れる不純物イオンの量を増大させることができる。

【００４１】また、本実施の形態では、コロナ放電電極
手段として筒状電極３４及び放電針４４が用いられてい
るので、放電間隔の調整に際しては、筒状電極３４の中
心軸に垂直な方向のみを位置調整すればよく、中心軸方
向については位置ずれが生じても放電状態に何ら影響が
ないので、製造時の調整が容易になるとともに安定した
放電が可能となる。また、筒状電極４４には細孔４１が
形成されていないので、異常放電が起きるおそれがな
い。

【００４２】さらに、本実施の形態では、筒状電極３４
がコロナ放電電極手段の一部及び電位勾配形成手段の一
部として兼用されているので、電極の数が少なくてす
み、構造が簡単で安価となる。

【００４３】次に、図３（ａ）に示す不純物イオン発生
装置３１を用いた大気圧イオン化質量分析装置につい
て、図３（ｂ）を参照して説明する。

【００４４】この大気圧イオン化質量分析装置は、前記
不純物イオン発生装置３１の他に、差動排気室５１及び
質量分析室５２を備えている。差動排気室５１はターボ
分子ポンプ等の真空ポンプ５３により、質量分析室５２
はターボ分子ポンプ等の真空ポンプ５４により、それぞ
れ負圧に引かれるようになっている。前記不純物イオン
発生装置３１は、細孔４１から放出された不純物イオン
が差動排気室５１内に供給されるように配置されてい
る。差動排気室５１と質量分析室５２との間は、細孔５
５ａを有する電極５５により仕切られている。差動排気
室５１には、細孔５からの不純物イオンの拡散を防止す
る静電レンズ５６が配置されている。質量分析室５２に
は、四重極マスフィルタ等の質量分析部５７及び２次電
子増倍管等の増幅検出器５８が配置されている。

【００４５】この大気圧イオン化質量分析装置によれ
ば、不純物イオン発生装置１の細孔５から放出された不
純物イオンは、差動排気室５１を通過して電極５５の細
孔５５ａから質量分析室５２内に導入され、質量分析部
５７により質量分離が行われ、増幅検出器５８により検
出される。

【００４６】この大気圧イオン化質量分析装置では、前
記不純物イオン発生装置３１が用いられており、従来に
比べて細孔４１からの不純物イオンの放出量が増大する
ので、従来に比べて検出感度が向上する。

【００４７】なお、細孔４１と細孔２５ａとの間隔が十
分に狭ければ、静電レンズ２６を除去してもよい。ま
た、真空ポンプ２４の能力が十分に高ければ、差動排気
室５１及び真空ポンプを取り除き、不純物イオン発生装
置３１の細孔４１から放出される不純物イオンが質量分
析室５２内に直接供給されるようにしてもよい。

【００４８】以上本発明の一実施の形態について説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではな
い。

【００４９】例えば、本発明では、前記不純物イオン発
生装置３１を図２に示すように変形してもよい。図２
は、本発明の変形例を示す図であり、図２（ａ）は第１
の変形例による不純物イオン発生装置を示す要部概略断
面図、図２（ｂ）は第２の変形例による不純物イオン発
生装置を示す要部概略断面図である。なお、図２におい
て、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号
を付し、その説明は省略する。

【００５０】図２（ａ）に示す例では、筒状電極２が、
その細孔４１側の端部に絞り形状を有している。すなわ
ち、筒状電極２の細孔４１側の端部の内周に、電極材料
からなる断面三角形状のリング部材２ａが接合されてい
る。この場合には、電極２の端部のこの絞り形状によっ
てイオンが細孔４１に向けて案内される等により、二次
イオン化効率と不純物イオンの放出効率が上がり、細孔
４１から放出される不純物イオンの量が更に増大する。

【００５１】また、図２（ｂ）に示す例では、図２
（ａ）の例と同様に、筒状電極２の細孔４１側の端部の
内周に、電極材料からなる断面三角形状のリング部材２
ｂが接合されている。ただし、前記リング部材２ａでは
図中右側の面が筒状電極２の軸方向と直交しているのに
対し、リング部材２ｂでは図中左右両側の面が共に傾斜
している。もっとも、いずれの場合も実質的に等価であ
る。また、図２（ｂ）に示す例では、電極３８における
細孔４２付近の断面形状が山形とされ、電極３８におけ
る細孔４１周辺が、内側に向けて広がるすり鉢状の形状
をしているのみならず、外側に向けて広がるすり鉢状の
形状をしている。

【００５２】また、前述した各実施の形態においては、
一次イオン化を放電針を使用したコロナ放電により行っ
ているが、沿面放電によるコロナ放電でイオン化しても
よい。また、コロナ放電によらず、コバルト６０やニッ
ケル６３のような放射線、あるいは紫外線のような光を
照射して一次イオン化させてもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による不純
物イオン発生装置によれば、外部に放出される不純物イ
オン数を増大化することができる。

【００５４】また、本発明による質量分析装置によれ
ば、従来に比べて感度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す図であり、図１
（ａ）は本発明の一実施の形態による不純物イオン発生
装置を示す概略断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す
不純物イオン発生装置を用いた大気圧イオン化質量分析
装置を示す概略断面図である。

【図２】本発明の変形例を示す図であり、図２（ａ）は
第１の変形例による不純物イオン発生装置を示す要部概
略断面図、図２（ｂ）は第２の変形例による不純物イオ
ン発生装置を示す要部概略断面図である。

【図３】従来例を示す図であり、図３（ａ）は従来の不
純物イオン発生装置１を示す概略断面図、図３（ｂ）は
この不純物イオン発生装置１を用いた従来の大気圧イオ
ン化質量分析装置を示す概略断面図である。

【符号の説明】

３１不純物イオン発生装置３４筒状電極３８電極４０チャンバー４１細孔４４放電針５１差動排気室５２質量分析室５３，５４真空ポンプ５６静電レンズ５７質量分析部５８増幅検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス流入口、ガス流出口及び不純物イオ
ン放出用の細孔を有し、前記ガス流入口から流入された
ガスを主に、前記細孔付近を通過させて前記ガス流出口
から流出させるチャンバーと、前記ガスが前記細孔に向かう前記チャンバー内の箇所に
おいて前記ガスを少なくとも一次イオン化するイオン化
手段と、前記イオン化手段によるイオン化動作と独立して、前記
箇所付近と前記細孔付近との間に所望の電位勾配を形成
する電位勾配形成手段と、を備えたことを特徴とする不純物イオン発生装置。
【請求項２】前記細孔が形成された前記チャンバーの
壁部の内側の当該細孔周辺が当該細孔に向かう絞り形状
を有することを特徴とする請求項１記載の不純物イオン
発生装置。
【請求項３】ガス流入口、ガス流出口及び不純物イオ
ン放出用の細孔を有し、前記ガス流入口から流入された
ガスを主として前記細孔付近を通過させて前記ガス流出
口から流出させる１つのチャンバーと、前記ガスが前記細孔に向かう前記チャンバー内の箇所に
おいて前記ガスを少なくとも一次イオン化するイオン化
手段と、前記箇所と前記細孔付近との間に電位勾配を形成する電
位勾配形成手段と、を備え、前記細孔が形成された前記チャンバーの壁部の内側の当
該細孔周辺が当該細孔に向かう絞り形状を有することを
特徴とする不純物イオン発生装置。
【請求項４】前記イオン化手段が、コロナ放電を発生
させる放電電極手段を有することを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載の不純物イオン発生装置。
【請求項５】前記放電電極手段が、前記ガスが前記前
記細孔に向かう方向に軸方向が向けられた筒状電極と、
該筒状電極の中心軸に沿って配置された中央電極と、を
有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載の不純物イオン発生装置。
【請求項６】前記筒状電極が前記電位勾配形成手段の
一部として兼用され、前記電位勾配形成手段が前記チャ
ンバーの壁部を形成する電極を更に有し、前記細孔が当
該電極に穿設されたことを特徴とする請求項５記載の不
純物イオン発生装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載の不純
物イオン発生装置を備えたことを特徴とする質量分析装
置。