KR20210062680A - 질량 분석기 및 질량 분석법에 의한 가스 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질량 분석법에 의해 가스(2)를 분석하기 위한 질량 분석기(1)에 관한 것으로, 질량 분석기(1) 외부의 공정 영역(4)으로부터 이온화 영역(11) 안으로 분석하고자 하는 가스(2)를 펄스 공급하기 위한 제어 가능한 유입구 시스템(6)과, 분석하고자 하는 가스(2)를 이온화 영역(11) 내에서 이온화하기 위한 이온화 장치(14)와, 이온화 영역(11)으로부터 이온 이송 영역(20)을 통하여 분석 영역(25) 안으로 이온화된 가스(2a)를 이송하기 위한 이온 이송 장치(21)와, 분석 영역(25) 내에서 이온화된 가스(2a)를 감지하기 위한 분석기(26)를 포함한다. 본 발명은 또한 가스(2)를 질량 분석법적으로 분석하기 위한 관련된 방법에 관한 것이다.
Description
본 출원은 2018년 9월 27일자 독일 특허 출원 DE 10 2018 216 623.4호를 우선권 주장하며, 그것의 개시내용 전문은 본원에서 참고로 원용된다.
본 발명은 질량 분석법에 의해 가스를 분석하기 위한 질량 분석기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 질량 분석기를 이용하여, 특히 전술한 질량 분석기를 이용하여 가스의 질량 분석법 분석을 하기 위한 방법에 관한 것이다.
반도체의 에칭(건식 식각)은, 부식성이 강한 가스를 사용하는 화학적으로 복잡한 공정이다. 이러한 공정을 최적화할 수 있도록 하기 위하여, 에칭 공정을 관찰하고 따라서 발생하는 반응에 대한 결론을 도출할 수 있는 분석 방법, 특히 실시간 방법이 모색된다. 표준 공정으로부터의 이동(drift) 또는 편차와 관련하여 각각의 진행 중인 공정을 검사하는 것이 보다 유리하다. 에칭된 재료에서의 변화, 그런즉, 반응 생성물에서의 변화를 통해 에칭 공정의 종료점에 언제 도달하는지 여부를 식별하는 것 또한 큰 관심사이다. 코팅 공정의 경우에도 유사한 문제들이 제기된다.
국제 공개 WO2013/104583 A2호로부터, 기판의 표면 처리(코팅 또는 에칭 처리)를 위한 장치가 알려졌고, 이 장치는, 기판의 표면 처리를 위한 챔버 내에 배치되는, 잔류 가스 분위기의 가스 성분을 이온화하기 위한 이온화 장치는 물론 이온 트랩을 갖춘 공정 가스 분석기를 갖는다. 공정 가스 분석기는, 감지하고자 하는 가스 성분의 펄스 공급을 위한 제어 가능한 유입구를 가질 수 있다. 이온화 장치는 제어 가능한 유입구의 상류에 위치해 있다. 이온화된 가스 성분들은, 가능한 진공관과 함께, 예를 들어 이온 렌즈의 형상인 공급 장치를 통하여 공정 가스 분석기 또는 이온 트랩에 공급될 수 있다.
공정 화학에서는, 가성의, 부식성이 강한 가스들이 마찬가지로 자주 사용되거나 생성되고, 이 가스들은 제품 제조시 또는 품질 관리 과정에서 측정되어야 한다. 국제 공개 WO2013/104583 A2호에 개시된 것과 같은, 펄스 유입구를 갖는 질량 분석기는, 긴 수명과 높은 감도가 동시에 요구되는, 이러한 부식성 가스 혼합물의 분석에 유리하다. 펄스 가스 유입구는 다양한 유형의 분석기/감지기 또는 질량 분석기 - 펄스 방식으로 그리고 연속적으로 양자로 작동됨, 예를 들어, FT(푸리에 변환) 질량 분석기, 특히, 예를 들어 선형 이온 트랩(LIT), 3D 사중극자 이온 트랩(QIT), 오비트랩(Orbitraps) 등과 같은 FT-IT(이온 트랩) 질량 분석기뿐만 아니라, 사중극자 질량 분석기, 삼중 사중극자 질량 분석기, 비행시간(Time-of-Flight, TOF) 질량 분석기, 주사(scanning) 이온 트랩 질량 분석기 - 와 결합할 수 있다.
부식성 가스의 분석에 있어서, 이온화된 가스가 감지되는 분석기에의 손상을 최소화하기 위하여, 공정으로부터 분석기로의 가스 흐름은 가능한 적어야 한다.
이에 반하여, 우수한 감도를 달성하기 위하여 분석기 안으로 가능한 많은 가스를 반입하는 것은 누군가가 소망하는 요구 사항이다. 이것은, 분석기의 감지 한계를 넘기 위하여, 최소한의 분석물 이온 - 이것은 결국 중성 가스 성분으로부터 생성됨 - 이 필요하기 때문이다.
분석기의 부식을 방지하기 위하여, 분석기의 영역 내의 또는 분석 영역 내의 압력을 가능한 낮게 유지하려고 시도한다. 이것은 일반적으로 질량 분석기 안으로의 가스 흐름을 크게 감소시켜 소량의 가스가 허용 가능한 시간 내에 분석기의 심각한 저하를 야기할 수 없게 함으로써 달성된다. 이로 인하여, 이온화는 보다 높은 압력에서의 이온화 영역 내에서 이뤄지고, 감지용 이온은 보다 낮은 압력이 우세(prevail)한 분석 영역 안으로 이송되어, 이온화 영역에서의 이온화 및 분석 영역에서의 감지가 공간적으로 분리될 수 있다.
분석하고자 하는 가스가 분석기 또는 분석 영역에서 직접 이온화되기 때문에 이온화 영역 및 분석 영역 사이에 공간적 분리가 없는 경우에도, 공정 압력과 비교하여 압력을 감소시키는 것이, 특히 공정 압력이 비교적 높다면, 의미가 있다. 여기에서의 공정 압력은, 분석하고자 하는 가스를 포함하고 질량 분석기 외부에 위치하는 공정 영역 또는 수용 용기 내의 압력을 의미한다.
국제 공개 WO2014/118122 A2호로부터, 검출기, 예를 들면 이온 트랩 - 이온화 장치, 예를 들면 플라즈마 이온화 장치에 의해 생성되는 이온화 가스의 이온 및/또는 준안정(metastable) 입자 및 가스 혼합물이 여기에 공급됨 - 내에서 직접 조사하고자 하는 가스 혼합물을 이온화하는 관행이 알려져 있다.
국제 공개 WO 2015/003819 A1호는 마찬가지로, 가스 혼합물의 질량 분석법 조사를 위한 이온 트랩과 이온 트랩 내에서 조사하고자 하는 가스를 이온화하도록 설계된 이온화 장치를 갖춘 질량 분석기를 개시하고 있다. 질량 분석기는 이온 트랩으로의 조사하고자 하는 가스 혼합물의 펄스 공급을 위한 제어 가능한 유입구를 가질 수 있다. 질량 분석기는 또한, 이온 트랩에 공급되기 전에 조사하고자 하는 가스 혼합물의 가스 압력을 감소시키기 위하여, 직렬로 연결될 수 있는 적어도 한 개, 예를 들어, 두 개, 세 개 또는 그 이상의 모듈식 압력단을 갖춘 감압 유닛을 가질 수 있다.
공정 압력에서의 조사하고자 하는 가스의 흡입을 위한 유입구 개구부를 갖춘 진공 하우징과, 작동 압력에서의 질량 분석법에 의한 가스의 분석을 위한 분석 챔버를 갖춘 감압 장치는 DE 10 2014 226 038 A1호로부터 알려지게 되었다. 진공 하우징은, 모듈 방식으로 서로 연결될 수 있는, 감압 공간을 갖춘 복수의 진공 부품을 갖는다. 분석 챔버 안으로 조사하고자 하는 가스의 펄스 공급을 위한 변조기가 유입구 개구부 영역 내에 배치될 수 있다. 조사하고자 하는 가스의 이온화를 위해, 이온화 장치는 분석 챔버에 배치될 수 있고 및/또는 분석 챔버 내에 배치된 분석기에 연결될 수 있다.
분석기 내에서 조사하고자 하는 가스의 이온화가 일어나는, 위에서 추가로 설명된 질량 분석기의 경우, 예를 들어 급속-전환하는, 제어 가능한 밸브 - 이를 통하여 조사하고자 하는 가스가 분석기 안으로 공급됨 - 를 사용함으로써 달성될 수 있는, 압력의 급격한 변화가 일어나는 경우 - 그 결과, 압력은 이온화 동안 잠시만 높음 - 에 유리하다.
이 경우, 밸브를 개방 및 폐쇄함에 의해 제어된 방식으로 가스가 주입될 수 있다.
예를 들어, 사중극자 질량 분석기, 삼중 사중극자 질량 분석기, 비행시간(TOF) 질량 분석기, 예를 들어, 직교 가속(oa) TOF 질량 분석기 등과 같은 빠른 측정 시간을 갖는 많은 다른 매우 민감한 질량 분석기는, 가스를 연속적으로 흡입하여 작동하는 경우에만 최대의 효율로 동작한다. 물론, 부식성 가스 환경에서도 후자의 질량 분석기를 이용하려는 시도가 행해져 왔지만, 그들의 이온 소스가 부식성 가스에 의해 매우 빠르게 손상되고 사용할 수 없게 되었음이 밝혀져 왔다.
국제 공개 WO 2016/096457 A1호는, 이온화하고자 하는 가스의 처리를 위한 챔버가 이온화하고자 하는 가스를 위한 1차 유입구와 2차 유입구 사이에 배치되는, 이온화 장치를 갖춘 질량 분석기를 개시하고 있다. 이온화하고자 하는 가스의 압력 감소는 그 챔버 내에서 발생할 수 있다. 이로 인하여, 챔버는 차동적으로 또는 밸브를 통하여 (펄스 방식으로) 펌핑될 수 있다. 이온화하고자 하는 가스를 이온화 장치에 공급하기에 적합한 조성물로 전환하기 위하여, 외부 가스 억제, 입자 여과 및/또는 입자 처리가 챔버 내에서 수행될 수도 있다. 열적 디커플링 또한 챔버 내에서 발생할 수 있고, 따라서, 챔버에서부터 이어지는 2차 유입구의 주변 환경으로부터 유입되는 가스의 온도가 최대 작동 온도를 초과하지 않는다. 열적 디커플링은 단열, 수동 냉각, 능동 냉각 등에 의해 영향을 받을 수 있다.
요약하면, 가스를 펄스 흡입하는 기존의 질량 분석기는 부식성 가스에 대하여 긴 수명을 제공하지만, 적당한 속도(10 Hz까지의 반복률)와 (ppbV [용적비로 10억 분의 1] 단위의) 감도만 갖는다. 가스를 연속적으로 주입하는 기존의 질량 분석기는 일반적으로 높은 속도(최대 10kHz의 반복율)와 (pptV 보다 작은 단위의) 감도를 갖지만, 부식성 환경에서의 수명은 짧다.
본 발명의 목적은, 한편으로는 뛰어난 감도를 가능하게 하고 다른 한편으로는 부식 환경에서의 긴 수명을 가능하게 하는 질량 분석기를 제공하는 것이다.
이 문제는, 질량 분석기 외부의 공정 영역으로부터 이온화 영역 안으로 분석하고자 하는 가스를 펄스 공급하기 위한 제어 가능한 유입구 시스템, 이온화 영역 내에서 분석하고자 하는 가스를 이온화하기 위한 이온화 장치, 이온화 영역으로부터 이온 이송 영역을 통하여 분석 영역 안으로 이온화된 가스를 이송하기 위한 이온 이송 장치, 및 (질량 분석법에 의해 이온화된 가스를 분석하기 위한 것뿐만 아니라) 분석 영역 내에서 이온화된 가스를 감지하기 위한 분석기를 포함하는 질량 분석기에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 질량 분석기의 경우, 펄스 샘플링이 수행된다. 즉, 분석하고자 하는 가스가 질량 분석기 외부의 공정 영역으로부터 펄스 방식으로 추출된다.
공정 영역은 예를 들어 공정 챔버의 내부 공간 내에 위치할 수 있고, 공정 챔버 내에서 예를 들어, 에칭 공정, 코팅 공정, 공정 챔버의 세정이 수행된다.
분석하고자 하는 가스를 위한 제어 가능한 유입구 시스템, 그 이후의 이온 이동 및 분석기에서의 가스의 감지 또는 분석은 보통 동기화하여 그리고 주기적으로 수행된다. 제어 가능한 유입구 시스템, 분석기 및 추출 장치(아래 참조)를 동기화하기 위해, 질량 분석기는 일반적으로 질량 분석기의 주기적인 작동을 가능하게 하는 컨트롤러를 갖는다. 유입구 시스템은 각각의 이온화 및 분석 방법에 적합하다. 따라서, 유입구 시스템, 이온화 방법 및 분석 방법은 전체의 질량 분석기 시스템이 된다.
제어 가능한 유입구 시스템은, 유입구 시스템이 적어도 2개의 상태(개방/폐쇄) 사이에서 전환할 수 있다는 의미로 해석된다. 이를 위하여, 유입구 시스템은 예를 들어 급속-전환하는 제어 가능한 밸브를 갖는다. 특히, 밸브는, 예를 들어 약 10μs 에서 1초 이상의 지속 시간에 걸쳐, 개방 또는 폐쇄 상태를 취하도록 설계될 수 있다. 밸브의 개방 기간의 설정 가능성은, 공정에 관련된 데이터 또는 측정 값이 예상될 때 가스를 질량 분석기 안으로 들이는 기회를 제공한다. 예를 들어 에칭 공정의 종료가 식별되어야 한다면, 에칭 공정의 종료점에 도달하게 되는 시점은 이미 사전에 대략 알려져 있다. 따라서, 종료점의 식별을 위한 에칭 공정의 관찰은 제어 가능한 밸브가 개방되는 짧은 순간에만 필요하다.
이러한 방식으로, 질량 분석기에 주입되는 부식성 가스의 양을 크게 줄일 수 있으며, 분석 영역으로의 부식성 가스의 가스 흐름을 최소화할 수 있다.
사용하는 분석기에 따라, 이러한 방식으로 이온 유형의 신호 또는 여러 이온 유형의 신호를 갖는 전체 스펙트럼을 기록할 수 있다. 샘플링 속도 또는 기간이 알려져 있기 때문에, 유용한 신호는 예를 들어 잠금 또는 다중-채널 단일-이온 집계와 같은 기술에 의해 현저하게 증폭될 수 있고, 이로써, 가스의 고감도 감지 또는 분석을 달성할 수 있다. 이온화 영역으로의 펄스 공급을 통해, 질량 분석기는, 특히, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 부식성 가스 성분을 갖는 가스의 분석에도 유리하게 사용될 수 있다.
일 실시예의 경우, 제어 가능한 유입구 시스템은 이온화 영역 안으로 분석하고자 하는 가스를 공급하기 위한 관 모양의, 바람직하게는 온도-제어 가능한, 교체 가능한 및/또는 코팅된 부품을 갖는다. 분석하고자 하는 가스가 관 모양의, 특히 호스-형상의 부품을 통해 이온화 영역으로 공급되는 경우에 유익하다는 것이 입증되었다. 질량 분석기의 다른 부품과 달리, 이러한 부품은, 원칙적으로는, 빠르고 경제적으로 교체될 수 있다. 이를 위하여, 관 모양의 부품은 일반적으로 분리 가능한 방식으로 질량 분석기의 이온화 장치에 연결된다. 필요한 경우, 관 모양의 부품과 함께, 관 모양의 부품에 설치된 제어 가능한 밸브를 교환할 수도 있다. 마찬가지로, 예를 들어 펠티에 소자(Peltier element)의 형태인, 예를 들어 가열 및/또는 냉각 장치에 의해, 관 모양의 부품이 능동적으로 온도-제어될 수 있는 경우에 유익하다는 것이 입증되었다. 이러한 방식으로, 유입구 시스템에서 분석하고자 하는 가스 성분 또는 분석하고자 하는 가스의 응축 또는 분해를 감소시키거나 유도하기 위하여, 모니터링하고자 하는 공정에 따라, 또는 분석물에 따라, 공정 영역에서의 적합한 온도를 설정할 수 있다.
관 모양의 부품의 내부 표면에 코팅을 제공하는 경우에도 동일하게 적용된다. 코팅은 각각의 경우에, 분석하고자하는 가스 또는 가스 성분 또는 모니터링하고자 하는 공정에 의존하는 재료로 형성된다. 여기에서, 코팅 재료는, 분석하고자 하는 가스 또는 대응하는 가스 성분의 중성 분자 또는 원자가, 관 모양의 부품의 내부 표면과의 화학 반응을 일으키지 않고 가능한 멀리 제약을 받지 않고 이온화 영역에 들어가게 할 수 있도록 선택된다. 그러나, 대안으로, 반응이 의도적으로 유도되도록 관 모양의 부품의 내부의 표면 또는 코팅을 설계하는 것 또한 가능하다.
추가 실시예의 경우, 제어 가능한 유입구 시스템은, 분석하고자 하는 가스에 포함되어 있는 적어도 하나의 부식성 가스 성분을 여과하기 위한, 특히 (적어도) 하나의 부식성 가스를 여과하기 위한, 특히 스테인리스 강으로 만들어진 필터 장치, 바람직하게는 주름진 호스의 형상을 갖는 관 모양의 부품을 갖는다. 에칭 공정의 형태인, 모니터링하고자 하는 공정의 경우, 실제 부식성 가스의 양을 결정할 필요가 전혀 없다. 이는, 원칙적으로는, 기지의 농도로 에칭 공정에 의도적으로 공급되기 때문이다. 따라서 질량 분석기에 실제 부식성 가스가 유입되는 것을 방지하거나 줄이는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 예를 들어, 적절한 필터 재료 (흡수기) 형태의 (수동) 필터를 사용할 수 있고, 이 필터 상에 부식성 가스가 흡수되고/되거나 이 필터가 부식성 가스와 반응하여, 부식성 가스가 변환되어 그것의 부식 효과를 잃게된다. 분석하고자 하는 가스를 액체 흐름과 접촉시키고자 하는, 스크러버 형태의 활성 필터를 사용하는 것도 가능하다.
부식성 가스는 기판 등을 에칭하기 위한 에칭 공정에서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다른 목적, 예를 들어, 공정 영역이 형성되는 공정 챔버를 세정하기 위해 사용될 수도 있다.
제어 가능한 유입구의 공급 도관이 스테인리스-강의 주름진 호스로 형성되면, 필터 동작을 이미 달성 할 수 있다. 일반적으로 질량 분석기의 많은 부품이 스테인리스 강으로 구성되기 때문에, 공급 도관 또는 스테인리스-강의 주름진 호스의 스테인리스 강은, 부식성 가스가 질량 분석기의 다른 부품에 접촉하기 전에 부식성 가스와 반응하는 희생 재료의 역할을 할 수 있다. 질량 분석기의 다른 부품과 대조적으로, 스테인리스-강의 주름진 호스는 빠르고 경제적일 수 있다. 스테인레스-강의 주름진 호스는 또한 표면 대 부피 비율이 커서, 소량의 가스가 넓은 표면에 반응할 수 있다.
일 실시예의 경우, 유입구 시스템은 제어 가능한 부품, 특히 제어 가능한 밸브를 가지며, 이는 바람직하게는 이온화 영역 안으로의 분석하고자 하는 가스의 펄스 공급을 위한 제1 스위칭 상태와 이온화 영역 안으로의 운반 가스의 펄스 공급을 위한 제2 스위칭 상태 사이에서 전환될 수 있다. 유입구 시스템은 원칙적으로 여러 가지 부품으로 구성될 수 있다. 예를 들어 밸브로 설계될 수 있는, 전환 가능한 부품 이외에, 유입구 시스템은 일반적으로, 수용 용기로부터 전환 가능한 부품으로의 공급 도관과, 전환 가능한 부품으로부터 이온화 영역으로의 분석하고자 하는 가스의 공급을 위한 추가 공급 도관을 갖는다. 전환 가능한 부품은 또한, 밸브 대신에, 예를 들어 초퍼 형태인 변조기 - 이는 연속 분자 빔으로부터 분자 패킷 형태의 가스 펄스를 생성함 - 일 수 있다.
우선적으로, 제어 가능한 밸브는, 이온화 영역 안으로의 분석하고자 하는 가스의 펄스 공급을 위한 제1 스위칭 상태와 이온화 영역 안으로의 운반 가스의 펄스 공급을 위한 제2 스위칭 상태 사이에서 전환될 수 있는 3-방향 밸브로 설계된다. 이 경우, (빠르게) 전환 가능한 밸브는 3-방향 밸브이다. 이 경우, 유입구 시스템은 제2 스위칭 상태에서 전환 가능한 밸브로 운반 가스를 공급하기 위하여 추가의 공급 도관을 갖는다. 운반 가스는 보통 분석하고자 하는 가스(2)의 펄스 정지 중에, 즉, 분석하고자 하는 가스가 이온화 영역에 공급되지 않을 때마다 이온화 영역에 공급된다. 이러한 방식으로, 사용되는 이온화 장치의 동작점을 일정하게 유지할 수 있다. 더욱이, 운반 가스는 이온화 영역 또는 이온화 챔버에서 확실한 플러싱 효과를 가져올 수 있다. 운반 가스로서, 예를 들어 불활성 가스를 사용할 수 있다.
이온화 장치는 기본적으로 분석물 즉, 이온화하고자 하는 가스를 이온화하기 위한 이온화 챔버, 및 1차 전하 발생체를 포함한다. 1차 전하 발생체는 예를 들어 전자를 생성하기 위한 전자 소스 또는 필라멘트, VUV 방사선 소스, UV 레이저 소스, 또는 이온 및 전기적으로 여기되는 준안정 입자를 생성하기 위한 플라즈마 발생기일 수 있다. 1차 전하 발생기는 이온화 챔버에 직접 연결되어 분석물에 직접 작용하거나, 또는 예를 들어 적어도 하나의 압력단을 통해 이온화 챔버에 간접적으로 연결될 수 있다. 압력단이 있는 경우, 1 차 전하 발생체가 생성하는 것(UVA/UV 방사선, 전자, 이온, 전기적으로 여기된 또는 준안정 입자)을 반응 이온(예를 들어, H3 +)으로 변환하기 위하여, 반응 가스(예를 들어, H2)가 추가될 수 있다.
이러한 반응 이온들은, 그곳에서의 화학적 이온화를 통해 분석물 이온(예를 들어, [M+H]+)을 생성하기 위하여, 이온화 챔버에 공급된다.
일 실시예의 경우, 이온화 장치는 이온화 영역 내에서 분석하고자 하는 가스를 이온화하기 위한 전자 소스, 특히 펄스 방식으로 작동될 수 있는 것을 갖는다. 전자 소스는 보통 필라멘트(글로우 와이어)를 갖고, 이는, 리처드슨(Richardson) 효과를 이용하여 전자 또는 전자 빔을 생성하기 위하여, 예를 들어 2000°C까지의 높은 온도까지 가열된다. 전자 소스는 예를 들어 편향 유닛의 도움으로 펄스 방식으로 작동될 수 있는데, 이는, 각각의 가스 펄스를 최적으로 샘플링하기 위한 것, 즉, 유입구 시스템 및 추출 장치(아래 참조)와 동기화된 전자 빔을 생성하고 전자 빔에 의해 이온화 영역 또는 질량 분석기의 불필요한 부담을 최소화하기 위한 것이다.
더욱 발전된 경우, 전자 소스는, 전자 빔 또는 전자의 출현을 위한 개구부를 갖는 히트 싱크로 둘러싸인다. 필라멘트의 높은 온도는 이온화하고자 하는 가스의 성분의 원치 않는 열분해를 유발할 수 있으며, 이는 히트 싱크에 의해 감소될 수 있다. 히트 싱크는, 필라멘트 부근으로부터 열을 빼내기 위하여, 높은 열전도 계수를 갖는 재료, 예를 들어, 구리, 황동, 알루미늄 또는 스테인리스 강과 같은 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 이상적으로, 히트 싱크는 이온화 영역에 대한 차폐 방식으로 필라멘트를 둘러싸고, 이로써, 높은-에너지 전자가 오로지 개구부를 통해서만 이온화 영역에 도달할 수 있다. 히트 싱크는 내식성을 향상시키기 위해, 예를 들어, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물 등의 추가 층의 적용을 통해서, 표면-처리될 수 있다.
또 다른 추가의 발전에서, 질량 분석기는 전자 소스가 작동할 때 이온화 장치의 온도-제어 가능한 이온화 공간에서 100°C 미만의 온도를 유지하도록 설계된다. 필라멘트의 높은 온도로 인해, 전자 소스는 전자 뿐만 아니라 열 복사를 생성하고, 이는 위에서 설명한 열분해 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 열 방사는 이온화 챔버로부터 멀리 떨어져 있어야 하고, 이는, 전자 소스의 작동에 의해 영향을 받지 않는, 가능한 먼, 그곳에서 정의된 온도 또는 정의된 온도 범위가 설정될 수 있도록 하기 위함이다.
이것은 예를 들어 위에서 설명한 차폐를 통해 달성될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 전자 소스 또는 필라멘트는 이온화 챔버로부터 또는, 더 정확하게 말하자면, 온도-제어 가능한 이온화 공간으로부터 가능한 멀리 떨어져 위치할 수 있다. 가열 작용을 줄이기 위해, 전자 소스의 비교적 낮은 방출 전류가 설정될 수 있고, 이는 예를 들어 약 1mA 이내이다. 온도-제어 가능한 이온화 공간은 이온화 챔버 또는 이온화 영역 내에 배열되는 컨테이너일 수 있다. 대안으로, 필요한 경우, 전체 이온화 챔버가 온도-제어 가능한 이온화 공간을 형성할 수 있다. 이온화 공간의 온도 제어를 위해, 질량 분석기는 예를 들어 결합된 가열/냉각 장치를 가질 수 있고, 이는 이온화 공간 내에서 주어진 온도 또는 주어진 온도 범위를 유지하기 위한 것이다.
다른 추가 발전의 경우, 전자 소스는 특히 전자 소스의 필라멘트의 자동화된 교환을 위한 교환 장치를 포함하거나, 또는 전자 소스는 질량 분석기에 분리 가능하게 장착된다. 높은 작동 압력의 경우, 필라멘트는 일반적으로 연소되기 쉽다. 이러한 이유로, 교환 장치의 도움으로 필라멘트를 교환할 수 있는 경우에 유리하다.
이러한 이유로, 교환 장치는, 필라멘트를 교체할 때 이온화 영역의 압력이 상승하는 것을 방지하기 위하여, 잠금 시스템을 가질 수 있다. 예를 들어, 이로 인하여, 필라멘트 교체 동안 히트 싱크 또는 실드의 개구부를 폐쇄할 수 있다. 이러한 방식으로, 분석 영역의 압력을 유지할 수 있고, 즉, 필라멘트를 교체할 때 분석 영역의 진공이 깨지지 않는다. 대안으로, 필라멘트가 다 타버리면 전체 전자 소스를 교체 할 수도 있다.
추가 실시예의 경우, 이온화 장치는 이온화 가스의 준안정 입자 및/또는 이온을 생성하기 위한 플라즈마 발생기를 갖는다. 플라즈마 발생기는, 그것이 처음으로 인용된 국제 공개 WO2014/118122 A2호 - 이의 전체 내용이 본원에서 참고로 원용됨 - 의 공보에서 설명된 것과 같이 설계될 수 있다. 더욱이, 그것이 처음으로 인용된 국제 공개 WO2016/096457 A1호 - 이의 전체 내용 또한 마찬가지로 본원에서 참고로 원용됨 - 에서 개시된 바와 같이, 글로우 방전(glow discharge)(DC 플라즈마)의 생성을 위해 이온화 영역 내에 필드 생성기가 배치될 수 있으며, 이로써 이온화 영역이 2차 플라즈마 영역을 형성한다. 이온화 가스의 이온 및/또는 준안정 입자를 통하여, 분석하고자 하는 가스의 화학적 이온화가, 예를 들어 충격 이온화를 통해 및/또는 전하 교환에 의한 이온화를 통해 이뤄질 수 있다. 플라즈마 발생기는 제어 가능한 가스 유입구를 가질 수 있으며, 이는 플라즈마 이온화 장치 안으로 이온화 가스를 펄스 공급하는 역할을 하고, 따라서, 이온화 가스의 이온 및/또는 준안정 입자를 이온화 영역으로 펄스 공급하는 역할을 한다. 제어 가능한 가스 유입구는 전자 소스의 경우에서와 같이 컨트롤러의 도움으로 펄스 유입구 시스템 및 추출 장치(아래 참조)와 동기화될 수 있다.
플라즈마 발생기는, 분석하고자 하는 가스가 이온화를 위해 도입되는 이온화 챔버에 직접 연결될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 플라즈마 발생기와 이온화 챔버 사이에는 반응 가스가 추가되는 반응 공간(압력단)이 형성될 수 있고, 이는 이온화 가스의 이온 및/또는 준안정 입자를 반응 이온으로 변환하기 위한 것이며, 이들은, 화학적 이온화를 통해 분석물 이온을 생성하기 위해 이온화 챔버로 전달된다.
추가 실시예의 경우, 이온화 장치는, 이온화 장치의 이온화 영역으로의 CI 가스(CI = 화학적 이온화)의 연속적인 또는 펄스식 공급을 위한 가스 유입구를 갖는다. 공급은, 유입구 시스템에 관계없이 또는 유입구 시스템과 동기화되어, 컨트롤러에 의해 제어되어 이뤄질 수 있다. CI 가스는 표적 화학적 이온화에 사용될 수 있다. 이 경우, 분석물의 이온화는 전자빔을 통해 직접 이뤄지는 것이 아니고, 그보다는, 먼저 CI 가스가 전자빔에 의해 이온화되고 그 후 전하가 CI 가스로부터 분석물로 전달된다. 따라서, CI 가스를 능숙하게 선택하면, 선택한 CI 가스에 따라 임계값을 사용하여, 반응 단면적이 낮거나 없는 분석물 분자 또는 매트릭스 부품의 이온화를, 표적 방식으로, 억제하거나 배제하는 것이 가능하다(역치 분광법). 예를 들어 이온화 에너지가 높은 매트릭스 가스, 예를 들어, 아르곤 또는 질소를 사용하는 경우, 전하 이송에 적합한 적절한 CI 가스를 선택함으로써, 대량의 매트릭스 이온의 형성을 억제할 수 있으며, 따라서, 특히 FT 이온 트랩이 사용되는 경우, 트랩이 지나치게 많이 채워지는 것을 방지할 수 있다. 상황은 양성자 첨가(protonation)를 위한 반응 이온을 생성하는 반응 가스를 사용하는 것 - 여기에서는, 매트릭스 및 분석물 분자의 양성자 친화성이 결정적임 - 과 유사하다.
예를 들어 아르곤, 메탄, 이소부탄 또는 암모니아가 CI 가스로 사용될 수 있다.
추가 실시예의 경우, 이온 이송 장치는 이온 이송 영역이 형성되는 이온 이송 챔버를 가지며, 이온 이송 챔버는 다이아프램 개구를 통해 이온화 영역에 연결되고, 바람직하게는 추가 다이아프램 개구를 통해 분석 영역에 연결된다. 가장 간단한 경우(예를 들어, 잔류 가스 분석기의 경우), 이온 이송 장치는 다이아프램이다. 보다 복잡한 실시예에서, 이온 이송 장치는 이온 이송 챔버를 가지며, 이는, 예를 들어 이온 퍼널(funnel), 다이아프램, 이온 냉각을 위한 제1 다중극, 추가 다이아프램, 필터 기능을 포함하는 운송 및 냉각을 위한 제2 다중극, 추가의 다이아프램, 이온을 가이드하기 위한 제3 다중극 및 분석기에의 결합을 위한 이온 렌즈를 가질 수 있다. 각각의 경우 다이아프램으로 분리되는, 이러한 모든 압력단은, 이온의 비율에 대한 중성 가스의 비율을 줄이기 위하여, 차동적으로 펌핑될 수 있다. 이러한 방식으로, 즉, 이온 이송 챔버의 차동 펌핑을 통해, 분석 영역의 압력과 이온화 영역의 압력 사이에 압력 차이가 생성될 수 있으며, 이 차이는 약 106 이상의 단위를 갖는다. 개별적인 압력단을 서로로부터 분리하는 다이아프램 개구는 임의로 작을 수 없는데, 그렇지 않으면 충분한 이온이 다이아프램 개구를 통과하지 못하거나, 또는 이온을 아주 심하게 집중시켜야만 하는데, 이는 이온 이송 챔버로부터의 이온의 출현 이후에 불리한 것으로 판명될 것이다.
추가 실시예의 경우, 질량 분석기는, 분석 영역에서 압력을 생성하고 이온화 영역에서 압력을 생성하기 위한 펌프 장치를 가지고 있으며, 펌프 장치는 바람직하게는 분석 영역의 압력에 관계없이 이온화 영역의 압력을 설정하도록 설계된다.
이온화는, 측정시 높은 감도를 얻기 위해, 가능한 높은 압력에서 수행되어야 하는 반면, 분석 영역에서는 낮은 압력이 유리하다. 이온화 영역에서의 압력을 (독립적으로) 설정하는 것이 유리한데, 이는 이온화 영역에서의 최적의 가스 압력이 모니터링하고자 하는 공정에, 예를 들어, 분석물의 농도에, 그리고 각각의 분석물의 이온화 효율에 의존하기 때문이다.
펌프 장치는, 분석 영역의 압력에 관계없이 이온화 영역의 압력이 설정될 수 있도록 하기 위하여, 분석 영역을 펌핑하기 위한 제1 (진공) 펌프와 이온화 영역을 펌핑하기 위한 제2 (진공) 펌프를 가질 수 있다. 대안으로, 펌프 장치는 소위 분할-흐름 펌프, 즉, 분석 영역과 이온화 영역에서 2개의 상이한 가스 압력을 생성하기 위한 2개 이상의 배출구를 갖는 펌프를 가질 수 있다. 2개의 영역에서의 유효 펌프 출력 또는 압력은, 예를 들어 펌프 (펌프 출력)의 선택을 통해 또는 기하학적 구조의 조정을 통해, 설정될 수 있다. 정적 측면에서, 이것은 펌프 단면적(진공 챔버와 펌프 사이의 연결부의 직경)을 조정함에 의해 영향을 받을 수 있다. 동적 조정은, 예를 들어, 제어 밸브를 사용하거나 전도도가 상이한 밸브의 병렬 전환을 통해 가능하다.
추가 실시예의 경우, 이온화 영역의 압력은 분석 영역의 압력보다 크다. 우선적으로, 이온화 영역의 압력은 분석 영역의 압력보다 103 내지 106 사이의 배수만큼 크다. 위에서 설명한 바와 같이, 측정시 높은 감도를 얻기 위하여는, 가능한 높은 압력에서 이온화를 수행하는 것이 유리하다. 이온화 영역의 압력은 예를 들어 1 mbar또는 그 이상일 수 있는 반면, 분석 영역의 압력은 예를 들어 약 10-6 mbar 또는 그 이하일 수 있다.
추가 실시예의 경우, 이온 이송 장치의 이온 이송 영역에서는, 이온화 영역의 압력과 분석 영역의 압력 사이에 있는 압력이 우세하며, 펌프 장치는 이온화 영역의 압력 및 분석 영역의 압력에 관계없이 이온 이송 영역의 압력을 설정하도록 설계된다. 이온 이송 장치 또는 이온 이송 단계는, 이온 렌즈 기능 이외에, 이온화 영역으로부터의 분석 영역의 진공-관련 분리 기능을 추가로 갖는다. 이온 이송 영역은 예를 들어 이온화 영역의 압력과 분석 영역의 압력 사이의 (압력 지수와 관련한) 평균에 대략적으로 해당하는 압력을 가질 수 있다. 예를 들어, 이온화 영역 및 분석 영역의 압력이 위에 명시된 크기를 갖는 경우, 이온 이송 영역의 압력은 약 10-2 mbar 내지 10-4 mbar일 수 있다. 원친적으로, 이온 이송 영역을 추가로 (차동적으로) 펌핑할 필요가 있고; 여기에서도 마찬가지로, 우선적으로, 다단 분할-흐름 펌프가 사용되며, 이는 따라서 예를 들어, 이온화 영역을 위한 적합한 유입구 개구부, 이온 이송 영역을 위한 유입구 개구부 및 분석 영역을 위한 유입구 개구부를 갖는다. 여기에서도, 위에서 설명한대로 바와 같이, 압력이 설정될 수 있다.
추가 실시예의 경우, 질량 분석기는 이온화 영역으로부터 이온 이송 영역 안으로 이온화된 가스를 펄스 추출하기 위한 제어 가능한 추출 장치를 갖는다. 위에서 설명한 바와 같이, 질량 분석기는 일반적으로, 질량 분석기의 주기적인 작동을 가능하게 하기 위하여, 추출 장치를 제어 가능한 유입구 시스템 및 분석기와 동기화하기 위한 컨트롤러를 갖는다.
보다 발전된 경우, 추출 장치(19)는 펄스 가속을 위한, 그리고 바람직하게는 이온 이송 영역을 향하는 방향으로, 특히 다이아프램 개구를 향하는 방향으로 이온화된 가스를 집중(또는 집중 해제)시키기 위한 전극 배열을 갖는다. 전극 배열은 보통 적어도 2개의 전극, 가능하게는 3 개 또는 그 이상의 전극을 가지며, 그들 사이에 전압이 인가될 수 있고, 이는, 각각, 2개의 전극 사이의 가속 섹션을 따라 이온화하고자 하는 가스를 가속시키고, 가능하다면, 그것을 집중시키거나 집중 해제시키기 위한 것이다. 각각의 경우 전극에는 이온화된 가스가 통과할 수 있는 개구부가 있다. 전극의 개구부의 직경은, 이온화 영역과 이온 이송 영역 사이에서 다이아프램 개구을 향하는 방향으로 또는 이온 이송 영역을 향하는 방향으로 감소할 수 있다. 다이아프램 개구 및 전극의 개구부는 보통 공통의 가시선(직선)을 따라 배열되며, 그 위에 분석기와 이온화 장치의 추가 다이아프램 개구 또한 배열된다.
이온화된 가스의 펄스 가속을 통해, 특히 제어 가능한 유입구 시스템이 개방되어 있는 각각의 측정 시간 간격의 서브-간격 내에서, 이온화된 가스는 이온화 영역으로부터 이온 이송 영역으로 타겟 방식으로 추출될 수 있다. 이를 위하여, 전극에 추가 교류 전압을 적용할 수 있고, 이는 일반적으로 무선 주파수 범위(RF)에 있다. 이를 위해, 전극들은 또한 깔때기-형상의 배열로 직렬로 연결될 수 있다. 응용 분야에 따라서는, 공통의 가시선을 따라 전극을 배열하는 것이 단점이 될 수도 있는데, 중성 입자 및 방사선, 예를 들어 광선(light)이 방해받지 않고 침투할 수 있게 하기 때문이다.
이로 인해 문제가 발생한다면, 가시선을 따라 배치하는 것을 피해야만 한다.
일 실시예에 있어서, 질량 분석기는 제어 가능한 유입구 시스템 및 추출 장치의 동기화된 작동을 위한 컨트롤러를 갖고, 제어 가능한 유입구 시스템이 폐쇄되면 이온화 영역으로부터 어떤 이온화된 가스도 추출되지 않게 한다. 유입구 시스템이 폐쇄되어도, 분석기는 질량 분석기의 백그라운드 신호(노이즈 신호)에 해당하는 질량 스펙트럼 또는 질량 스펙트럼들을 기록할 수 있다. 여기서, 컨트롤러는 동기화된 추출 장치와 함께, 제어 가능한 유입구 시스템, 예를 들어 유입구 시스템의 제어 가능한 밸브를 동기화한다. 이것은 유입구 시스템이 폐쇄된 때에도, 즉, 이온화 장치가 연속적으로 작동될 때에도 이온화 영역 내의 가스의 이온화가 발생하고, 동기화된 제어 가능한 유입구 시스템과 동기화되지 않은 경우에 특히 유리하다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 이온화 장치를 펄스 방식으로 조작하는 것도 마찬가지로 가능하며, 이로써, 제어 가능한 유입구 시스템이 개방된 경우에만 그것이 활성화된다.
일 실시예의 경우, 가스의 질량 분석법 분석을 위해, 분석기는, 유입구 시스템이 개방된 채 적어도 하나의 측정 시간 간격으로 기록되는 질량 스펙트럼을, 유입구 시스템이 폐쇄된 채 적어도 하나의 측정 시간 간격으로 기록되는 질량 스펙트럼과 비교하도록 설계된다. 위에서 설명된 바와 같이, 유입구 시스템이 폐쇄된 채 분석기의 백그라운드 스펙트럼이 기록될 수 있고, 분석하고자 하는 가스의 백그라운드 스펙트럼 및 신호 스펙트럼 양자를 포함하는, 유입구 시스템이 개방된 때의 질량 스펙트럼과 비교될 수 있다.
비교를 통해 신호 대 노이즈 비율을 개선할 수 있다. 비교는 예를 들어 유입구 시스템이 폐쇄된 질량 스펙트럼을 유입구 시스템이 개방된 질량 스펙트럼에서 빼는 것(또는 그 반대)으로 이뤄질 수 있다. 뺄셈 이외에, 질량 스펙트럼을 비교하기 위한 다른 더 복잡한 가능성이 존재하는 것으로 이해된다.
일 실시예의 경우, 분석기는 이온화된 가스의 연속적인 분석을 위해 설계되고, 컨트롤러는, 이온화 영역으로부터의 가스의 추출을 위해, 유입구 시스템이 개방된 채 각각의 측정 시간 간격의 전체 기간 동안 추출 장치를 작동시키킨다. 연속적으로 작동하는 분석기의 경우, 질량 스펙트럼의 기록은 각각의 측정 시간 간격의 전체 기간 동안 지속적으로 수행될 수 있다. 따라서 분석에 있어서 가능한 최대의 감도를 달성하기 위하여, 측정 시간 간격의 전체 기간에 걸쳐서 이온화 영역으로부터 분석 영역으로 이온화된 가스를 전달하는 것이 합리적이다.
보다 발전된 경우, 분석기는 유입구 시스템이 개방된 신호 채널과 유입구 시스템이 폐쇄된 백그라운드 채널 사이에서 전환될 수 있으며, 가스 분석을 위해, 신호 채널의 복수의 측정 시간 간격으로부터 결과 질량 스펙트럼을 형성하고, 백그라운드 채널의 복수의 측정 시간 간격으로부터 결과 질량 스펙트럼을 형성하며, 가스의 질량 분석법 분석을 위해 신호 채널과 백그라운드 채널의 결과 질량 스펙트럼을 서로 비교하도록 설계된다. 연속적으로 작동하는 분석기는 질량 스펙트럼을 지속적으로 기록하거나 또는 감지된 이온화된 가스의 기록된 측정 또는 강도 값을 모은다. 신호 채널과 백그라운드 채널 사이의 전환을 통해, 개방된 또는 폐쇄된 유입구 시스템으로 각각 기록된 질량 스펙트럼 또는 강도 값을 합산하거나 누적할 수 있다.
각각의 결과 질량 스펙트럼을 구성하기 위해, 예를 들어 신호 채널 또는 백그라운드 채널의 각각의 측정 시간 간격의 축적된 강도 값 또는 질량 스펙트럼의 (가능한 가중된) 평균 또는 합계가 만들어질 수 있다. 결과 질량 스펙트럼의 합계 및 비교를 통해, 신호 대 노이즈 비율을 높일 수 있다. 결과 질량 스펙트럼이 형성되는 측정 시간 간격의 수는 사전에 설정할 수 있다. 그 수는, 예를 들어, 결과 질량 스펙트럼이 형성되는 전체 시간 간격 동안 분석하고자 하는 가스의 조성에 변화가 예상되지 않도록, 즉, 분석하고자 하는 공정이 진행되는 시간 척도가 결과 질량 스펙트럼이 형성되는 시간 척도보다 크도록 선택될 수 있다. 주어진 수의 측정 시간 간격의 결과 질량 스펙트럼의 형성을 통해, 분석에서 이동 평균을 실현할 수 있다. 대안으로, 측정 시간 간격의 수를 지정하지 않을 수 있다. 즉, 측정 시작부터 계속 모든 측정 시간 간격의 강도 값이 합산된다.
추가 실시예의 경우, 분석기는 이온화된 가스의 펄스 분석을 위해 설계되고, 컨트롤러는, 이온와 영역으로부터 가스를 추출하기 위해, 유입구 시스템이 개방된 채 측정 시간 간격의 복수의 서브-간격으로 추출 장치를 작동시키도록 설계된다. 분석기가 펄스 방식으로 작동되면, 하나의 동일한 측정 시간 간격으로, 이온화된 가스가 이온화 영역으로부터 여러 번 추출되어 분석기에 공급될 수 있다. 이 경우, 분석기는, 각각의 서브-간격에서 또는, 가능하다면, 추출이 한 번 더 일어나기 전에 이온화 영역으로부터 이온화된 가스가 추출되지 않는 후속의 (추가) 서브-간격에서 [상승하는] 강도 값을 통해서만 통합 또는 합계한다.
이것은, 예를 들어 분석기가 분석하고자 하는 이온화된 가스의 비파괴적 검출을 가능하게 한다면, 이 경우에는, 각각의 서브-간격에서 분석 영역에 공급되는 가스의 양은, 필요한 경우, 여러 번 분석될 수 있기 때문에, 의미가 있다.
추가로 발전된 경우, 분석기는 개방된 유입구 시스템을 사용하여 측정 시간 간격의 복수의 서브-간격으로부터 결과 질량 스펙트럼을 형성하고, 측정 시간 간격 이전 또는 이후에 폐쇄된 유입구 시스템을 사용하여 측정 시간 간격의 복수의 서브-간격으로부터 결과 질량 스펙트럼을 형성하도록, 그리고 질량 분석법 분석을 위해 2개의 결과 질량 스펙트럼을 서로 비교하도록 설계된다.
분석기의 펄스 작동으로 인하여, 백그라운드 채널의 측정 시간 간격이 몇몇의 서브-간격으로 세분화될 수도 있으며, 각각의 경우 백그라운드 채널의 질량 스펙트럼이 기록된다. 백그라운드 채널의 측정 시간 간격의 각각의 서브-간격으로 기록된 질량 스펙트럼 중에서, 서브-간격으로 기록된 질량 스펙트럼의 총 합 또는 평균에 해당하는 결과 질량 스펙트럼이 형성될 수 있다. 개방된 유입구 시스템을 사용하여 측정 시간 간격의 각각의 서브-간격으로 (그리고 가능한 그 이후에 추가적으로) 기록된 질량 스펙트럼에도 동일하게 적용된다. 펄스 방식으로 작동되는 분석기의 경우, 이 예에서는, 각각의 결과 질량 스펙트럼을 형성하기 위해, 여러 측정 시간 간격의 질량 스펙트럼을 통해 합계하거나 평균을 형성하지 않고, 하나의 동일한 측정 시간 간격의 여러 서브-간격을 통한다. 이러한 방식으로 신호 대 노이즈 비율도 마찬가지로 개선될 수 있다.
분석기에서 가스의 질량 분석법 분석은, 위에서 제안한 것과 다른 방식으로 수행될 수도 있음이 이해된다. 질량 스펙트럼의 기록 속도가 측정 시간 간격 동안 질량 스펙트럼을 여러 번 기록하기에 충분하지 않다면, 펄스 방식으로 작동되는 분석기가, 연속 작동되는 분석기와 관련하여 위에서 설명한 방식으로 작동될 수도 있다. 어떤 경우에도, 펄스 방식으로 작동되는 유입구 시스템 또는 펄스식 추출을 통해서, 각 유형의 분석기에 최적화된 신호 대 백그라운드 차별화를 수행할 수 있다.
추가 실시예의 경우, 분석기는, 사중극자 분석기, 삼중 사중극자 분석기, 비행시간(TOF) 분석기, 특히 직교 가속 TOF 분석기, 주사 사중극자 이온 트랩 분석기, 푸리에 변환 이온 트랩 분석기, 즉, FT-IT (이온 트랩) 분석기를 포함하는 그룹에서 선택된다. 원칙적으로, 모든 기존 유형의 질량 분석기는 제어 가능한 유입구 시스템 또는 제어 가능한 이온화 장치/추출 장치에 연결될 수 있다. 각 유형의 분석기는 예를 들어 RF 다극, RF 이온 퍼넬, 정전기 렌즈 시스템 또는 이들 장치의 조합과 같은 각각의 적합한 이온 이송 장치를 통해 이온화 장치에 연결될 수 있다. 여기에서 설명되는 질량 분석기는 모듈식 구성을 가질 수 있다. 즉, 분석기, 이온 이송 장치 및 이온화 장치는 분리 가능한 방식으로 서로 연결될 수 있다.
사중극자 분석기의 경우, 일반적으로 4개의 원통형 막대를 사용하여 사중극자 필드에서 질량 여과를 착수한다. 즉, 특징의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만이 사중극자를 통과하여 하류의 검출기에 도달한다.
소위 삼중 사중극자 분석기의 경우, 3개의 사중극자가 차례로 배열된다. 첫 번째 사중극자는 특정 유형의 이온을 선택하기 위한 질량 필터 역할을 한다. 두 번째 사중극자는 이온 조각화를 위한 충돌 챔버 역할을 하고, 세 번째 사중극자는 특정 이온 조각을 선택하기 위한 추가 질량 필터 역할을 한다. 삼중 사중극자 질량 분석기의 추가 실시예에 있어서, 첫 번?? 사중극자는 매우 큰 이온 신호를 필터링하는 역할을 하고, 두 번째 사중극자는 질량 필터 역할을 하며, 세 번째 것은 가능한 손실과 수차(aberration)가 없는 방식으로 이온을 검출기 안으로 전달하는 역할을 한다.
비행시간 분석기의 경우, 이온의 질량 대 전하 비율은, 충격이 없는 공간에서의 비행시간의 측정을 기반으로 결정된다. 이를 위해, 이온은 일반적으로 전기장에서 가속되고 검출기에 의해 비행 경로의 끝에서 감지된다. "직교 가속" TOF 분석기의 경우, 분석기로 들어갈 때 이온의 원래 전파 방향에 수직으로 이온 가속이 발생한다.
전형적인 사중극자 이온 트랩(Paul trap, QIT)의 경우, 분석하고자 하는 가스의 이온은, 일반적으로 2개의 캡 전극과 환형 전극 사이에 형성되는 사중 극자 필드에 저장된다. 이온 트랩에 저장된 이온은 표적 방식으로 이온 트랩으로부터 제거되어 분석 영역에 배치되는 검출기로 공급될 수 있다. 이를 위해, 전극 사이의 RF 또는 DC 전위가, 예를 들어 램프 또는 선형 함수 방식으로, 적절하게 변경(스캐닝)될 수 있다. 여기서, 이온은 축 방향으로 이온 트랩으로부터 제거되어 검출기로 공급될 수 있다.
FT 이온 트랩 분석기의 경우, 차단된 이온을 통해 측정 전극 상에 생성되는 유도 전류가 시간-의존 방식으로 감지되고 증폭된다.
그 후, 이러한 시간-의존성이, 예를 들어 (고속) 푸리에 변환과 같은 주파수 변환을 통해 주파수 공간으로 이전되고, 이온의 공명 주파수의 질량 의존성이 주파수 스펙트럼을 질량 스펙트럼으로 변환하는데 사용된다. 푸리에 변환에 의한 질량 분석법은 원칙적으로 다른 유형의 이온 트랩을 사용하여 보다 빠른 측정을 위해 수행될 수 있으며, 소위 오비트랩과의 조합이 가장 빈번하다. 오비트랩은 Kingdon이 도입한 이온 트랩을 기반으로 한다. 설명된 모든 유형의 분석기는, 원칙적으로는, 펄스식 및 연속식 이온 흐름 양자를 처리할 수 있고; 여기서 각 경우에, 유입구 시스템, 이온화 장치, 이온 이송 장치 및 분석기로 구성된 전체 분석기의 최대 효율은, 연속적으로 작동하는 분석기(사중극자, 삼중 사중극자 분석기)가 지속적으로 개방된 유입구, 이온화 및 이송 단계와 함께 작동하는 경우에만, 그리고 펄스 방식으로 동작하는 분석기(비행시간 분석기, 이온 트랩)가 펄스식 유입구, 이온화 및 이송 단계와 함께 작동하는 경우에만 달성된다는 점에 유의해야한다. 원칙적으로, 전체 시스템의 수행 능력이 크게 저하되는 경우에만 어느 정도 모든 조합이 가능하다.
본 발명은 또한 질량 분광기에 의한, 특히 위에서 설명한 바와 같은 질량 분석기에 의한 가스의 질량 분석법 분석을 위한 방법에 관한 것으로, 다음을 포함한다: 질량 분석기 외부의 공정 영역으로부터 이온화 영역 안으로 분석하고자 하는 가스 를 펄스 공급하는 것, 분석하고자 하는 가스를 이온화 영역 내에서 이온화하는 것, 바람직하게는 이온화 영역으로부터 이온 이송 영역 안으로 이온화된 가스를 펄스 추출하는 것, 이온 이송 영역으로부터 분석 영역 안으로 이온화된 가스를 이송하는 것, 그리고 가스의 질량 분석법 분석 또는 감지된 가스의 질량 분석법 분석의 수행을 위해 분석 영역 내에서 이온화된 가스를 감지하는 것.
질량 분석기와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 공정 영역으로부터의 펄스 가스 샘플링을 통해, 질량 분석기의 부품과 접촉하게 되는 부식성 가스, 예를 들어, 에칭 가스의 양을 줄일 수 있다.
일 변형예의 경우, 방법은 다음을 포함한다: 제어 가능한 유입구 시스템이 폐쇄되면 추출 장치가 이온화 영역으로부 어떠한 이온화된 가스도 추출하지 않도록, 제어 가능한 유입구 시스템 및 추출 장치를 작동하는 것. 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 방식으로, 유입구 시스템이 폐쇄된 채, 질량 분석기의 백그라운드 신호(노이즈 신호)에 해당하는 질량 스펙트럼 또는 여러 질량 스펙트럼을 기록할 수 있다.
다른 변형예의 경우, 가스의 질량 분석법 분석을 위해, 유입구 시스템이 개방된 채 적어도 하나의 측정 시간 간격으로 기록된 적어도 하나의 질량 스펙트럼이, 유입구 시스템이 폐쇄된 채 적어도 하나의 측정 시간 간격으로 기록된 적어도 하나의 질량 스펙트럼과 비교된다. 질량 분석기와 관련하여 위에서 설명한 것처럼, 이러한 방식으로 신호 대 노이즈 비율을 개선할 수 있다. 분석기의 연속식 또는 펄스식 작동에 의존하여, 질량 분석기와 관련하여 위에서 설명한 방식으로 제어 또는 질량 분석법 분석을 수행 할 수 있다.
연속적으로 작동하는 분석기의 경우, 예를 들어, 개방된 유입구 시스템을 사용하여 각각의 측정 시간 간격의 전체 기간에 걸쳐 이온화 영역으로부터 가스를 추출할 수 있다.
분석기는 신호 채널과 백그라운드 채널 사이에서 전환될 수 있으며, 가스의 분석을 위해, 신호 채널의 각 측정 시간 간격 동안 기록된 복수의 질량 스펙트럼으로부터 결과 질량 스펙트럼을 형성할 수 있고, 백그라운드 채널의 각 측정 시간 간격 동안 기록된 복수의 질량 스펙트럼으로부터 결과 질량 스펙트럼을 형성할 수 있으며, 그리고 질량 분석법 분석을 위해 신호 채널과 백그라운드 채널의 2개의 결과 질량 스펙트럼을 서로 비교할 수 있다.
분석기가 이온화된 가스의 펄스 분석을 위해 설계된 경우, 추출 장치는 이온화 영역으로부터 가스를 추출하기 위해, 유입구 시스템이 개방된 채 측정 시간 간격 동안 복수의 서브-간격으로 작동될 수 있다. 개방된 유입구 시스템을 사용하는 측정 시간 간격 내의 복수의 서브-간격으로부터 결과 질량 스펙트럼이 형성될 수 있다. 측정 시간 간격 이전 또는 이후에, 유입구 시스템이 폐쇄된 채 측정 시간 간격의 복수의 서브-간격으로부터, 마찬가지로 결과 질량 스펙트럼이 형성될 수 있다. 2개의 결과 질량 스펙트럼은 질량 분석법 분석을 위해 서로 비교할 수 있다.
본 발명의 추가 특징 및 이점은, 본 발명의 설계예에 대한 다음의 설명에서, 본 발명에 대한 중요성의 세부 사항을 보여주는 도면의 그림을 기초로 하여, 그리고 청구 범위에서 계속된다. 본 발명의 변형예의 경우에 있어서 개별적인 특징은 개별적으로 또는 그들 중 여러 가지의 임의의 조합으로 각각 실현될 수 있다.
설계 사례를 개략도로 보여주며, 아래에서 설명한다.
도 1은 전환 가능한 밸브를 갖춘 제어 가능한 유입구 시스템, 전자 소스와 온도-제어가능한 이온화 공간을 갖춘 이온화 장치, 제어 가능한 추출 장치 및 분석기를 구비하는 질량 분석기의 개략도를 보여준다.
도 2는 플라즈마 이온화 장치를 갖는 이온화 장치를 갖춘, 도 1과 유사한 개략도를 보여준다.
도 3은 펄스 유입구, 추출 장치 및 연속적으로 작동되는 분석기의 작동 시간 경과에 대한 개략도를 보여준다.
도 4는 펄스 방식으로 작동되는 분석기의 경우에서의, 도 3과 유사한 개략도를 보여준다.
도면에 대한 아래의 설명에서, 동일하거나 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 1은 전환 가능한 밸브를 갖춘 제어 가능한 유입구 시스템, 전자 소스와 온도-제어가능한 이온화 공간을 갖춘 이온화 장치, 제어 가능한 추출 장치 및 분석기를 구비하는 질량 분석기의 개략도를 보여준다.
도 2는 플라즈마 이온화 장치를 갖는 이온화 장치를 갖춘, 도 1과 유사한 개략도를 보여준다.
도 3은 펄스 유입구, 추출 장치 및 연속적으로 작동되는 분석기의 작동 시간 경과에 대한 개략도를 보여준다.
도 4는 펄스 방식으로 작동되는 분석기의 경우에서의, 도 3과 유사한 개략도를 보여준다.
도면에 대한 아래의 설명에서, 동일하거나 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
가스(2)의 질량 분석법 분석을 위한 질량 분석기(1)가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 가스(2)는 반응성 부식성 가스 형태인 부식성 가스 성분(3a)과 기판을 에칭할 때 만들어지는 에칭 생성물(3b)을 갖는다. 가스(2)는, 공정 챔버(5)의 내부를 형성하는 질량 분석기(1)의 외부의 공정 영역(4)에 위치하는데, 도1에서 그 일부만을 보여준다. 질량 분석기(1)는 유입구 시스템(6)을 통하여 공정 챔버(5)에 연결된다. 연결은 예를 들어 플랜지를 통해 형성될 수 있다.
에칭 공정에서 생성되는 가스(2) 대신에, 질량 분석기(1)를 이용하여, 코팅 공정, 공정 챔버(5)의 세정 등에서 형성되는 가스(2)도 분석할 수 있다.
유입구 시스템(6)은 제어 가능하다. 즉, 유입구 시스템(6)은 급속-전환 밸브(7) - 이를 통해 유입구 시스템(6)이 개방 또는 폐쇄될 수 있음 - 를 갖는다. 밸브(7)는 컨트롤러(8)의 도움으로 작동될 수 있다. 컨트롤러(8)는, 예를 들어, 유입구 시스템(6) 및 질량 분석기(1)의 다른 기능의 제어가 가능하도록 적절하게 프로그램된 데이터 처리 시스템(하드웨어, 소프트웨어 등)일 수 있다(아래 참조).
질량 분석법에 의한 가스(2)의 분석을 위해서, 원칙적으로는 부식성 가스 성분(3a), 즉, 에칭 가스를 감지할 필요는 없다. 왜냐하면 이것은 기지의 농도로 에칭 공정에 공급되기 때문이다. 부식성 가스 성분(3a)은 부식 작용을 통해 질량 분석기(1)의 구성 부품을 보다 손상시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해, 제어 가능한 유입구 시스템(6)은 부식성 가스 성분(3a)을 여과하기 위한 필터 장치 - 도시되는 실시예의 경우, 관 모양의 부품, 예를 들어, 스테인리스-강의 주름진 호스(9)의 형태로 설계됨 - 를 갖는다. 주름진 호스(9)는 부피에 비해 비교적 큰 표면을 가지며, 따라서, 가스(2)가 큰 표면을 따라 주름진 호스(9)의 재료와 반응할 수 있게 한다.
주름진 호스(9)는, 예를 들어 나사 연결에 의한, 분리 가능한 방식으로 질량 분석기(1)에 연결되고, 따라서, 쉽고 경제적으로 교체될 수 있다. 부식성 가스 성분(3a)의 주름진 호스 재료(9)와의 반응을 통해, 주름진 호스(9)처럼 쉽게 교환할 수 없는 질량 분석기(1)의 후속 부품들은 부식성 가스 성분(3a)의 작용으로부터 보호된다.
따라서 주름진 호스(9)의 재료는 희생 재료의 역할을 한다.
부식성 가스 성분(3a)은 예를 들어 다음의 가스일 수 있다.
메인 그룹 VII: 할로겐(예: F2, Cl2, Br2), 할로겐간(예: FC1, ClF3), 할로알케인(예: CF4), 할로겐화 수소(예: HF, HCl, HBr).
메인 그룹 VI: 할로겐 옥소산(예: HOCl, HClOx), 칼코할라이드(예: SF6).
메인 그룹 V: 옥시할라이드(예: POCl3), 수소화물(PH3, AsH3), 할로겐화물(예: NF3, PCl3).
메인 그룹 IV: 수소화물(예: 실란, SinHm), 할로겐화물(예: SiF4, SiCl4).
메인 그룹 III: 수소화물(예: 보란 BnHm), 할로겐화물(예: BCl3).
주름진 호스(9) 형태의 관 모양의 부품은, 부식성 가스 성분(3a)의 여과 작용 이외에, 실제로 관심있는 가스 성분(3b) - 여기에서는 에칭 생성물의 형태 - 의 분해 또는 응축을 감소시키도록 설계될 수 있다. 이를 위하여, 주름진 호스(9)는 그것의 내부 표면 상에 코팅(9a)을 갖는다. 코팅(9a)의 재료는 분석하고자 하는 가스 성분(3b)에 의존한다. 상이한 유형의 에칭 생성물 또는 상이한 유형의 에칭 공정을 위해, 상이한 유형의 재료를 코팅(9a)에 사용할 수 있다. 각각 적합한 코팅(9a)을 갖는 상이한 유형의 주름진 호스(9)는 예비로 유지될 수 있고, 분석하고자 하는 각각의 가스 성분(3b)에 따라 각각의 적합한 주름진 호스(9)가 질량 분석기(1)에 도입된다. 분석하고자 하는 가스(2) 또는 가스 성분(3b)의 통과에 적합한 온도까지 주름진 호스(9)를 가열하는 가열 요소의 형태인 온도-제어 장치(10)가 주름진 호스(9)에 배치된다.
분석하고자 하는 가스 성분(3b)의 유형과 일치하도록 주름진 호스(9)의 온도를 선택하기 위하여, 온도-제어 장치(10)는 컨트롤러(8)에 연결된다.
도 1에 도시된 실시예의 경우, 전환 가능한 밸브(7)는 3-방향 밸브로 설계된다. 즉, 추가 유입구를 통해 운반 가스(3c)가 공급될 수 있다. 컨트롤러(8)는 제1 스위칭 상태와 제2 스위칭 상태 사이에서 3-방향 밸브(7)를 전환하도록 구성된다. 제1 스위칭 상태에서는, 분석하고자 하는 가스(2)가 이온화 영역(11)으로 공급되는 반면, 제2 스위칭 상태에서는 운반 가스(3c)가 이온화 영역(11)으로 공급된다. 이를 위해, 운반 가스(3c)가 추가 공급 도관을 통해 전환 가능한 밸브(7)로, 그리고 실제로는 분석하고자 하는 가스(2)가 이온화 영역(11)으로 공급되지 않는 펄스 정지 중에 공급된다. 따라서, 이온화 영역(11)에 분석하고자 하는 가스와 운반 가스(3c)가 교대로 공급된다. 이렇게 하여, 사용되는 이온화 장치(아래 참조)의 동작점이 일정하게 유지될 수 있다. 더욱이, 운반 가스(3c)는 이온화 영역(11)에서 확실한 플러싱 작용(positive flushing action)을 생성할 수 있다. 운반 가스(3c)로서, 예를 들어 불활성 가스를 사용할 수 있다.
주름진 호스 형태의 관 모양의 부품(9)을 갖춘 제어 가능한 유입구 시스템(6)을 통해서, 가스(2), 이상적으로는 분석하고자 하는 가스 성분(3b)만이 질량 분석기(1)의 이온화 챔버(12)의 내부를 형성하는 이온화 영역(11) 안으로 들어간다. 주름진 호스(9)는 개략적으로 표시된 온도-제어 가능한 이온화 공간(13)(컨테이너) - 이 공간은 두 면이 개방되어 있으며, 이온화 영역(11)에서 가스(2)를 이온화 하는 이온화 장치(14)의 일부임 - 에서 끝난다. 도 1에 도시된 실시예에서, 이온화 장치(14)는 필라멘트 (글로우 와이어)(15)를 갖춘 전자 소스(14)를 갖는다.
이온화 장치(14)는, 가스(2)를 이온화하기 위해, 필라멘트(15)로부터 나오는 전자 빔(14a)을 간헐적으로 편향 - 그 결과, 필라멘트(15)를 둘러싸는 차폐물(16) 안의 개구(17)를 통과하여 그리고 컨테이너(13) 안으로 지나갈 수 없음 - 시키기 위해, 도면에 도시되지 않은 편향 장치, 예를 들어 전기장을 생성하는 전극 배열을 작동시키기 위해, 컨트롤러(8)와 신호 연결된다. 따라서 전자 소스(14)는 펄스 방식, 즉, 아래에서 보다 자세히 설명되는 바와 같이, 가스(2)의 질량 분석법 분석을 위해 편리한 경우에만 이온화 영역(11) 내로 전자 빔(14a)이 발사되는 방식으로 작동된다.
도시된 실시예에서, 필라멘트(15)의 차폐물(16)은 필라멘트(15) 부근으로부터 열을 빼내기 위해 히트싱크로 설계된다. 즉, 예를 들어 (가능하다면, 각각의 경우 코팅을 갖춘) 구리, 황동, 알루미늄 또는 스테인리스 강과 같이 열전도 계수가 높은 재료로 만들어진다. 히트싱크(16) 또는 차폐물은 또한 필라멘트(15) 부근이 이온화 영역(11)으로부터 분리될 수 있게 한다. 즉, 그것은 오로지 개구(17)를 통해서만 이온화 영역(11)에 연결된다. 히트싱크(16)를 통해, 온도-제어 가능한 이온화 공간(13) 또는 이온화 컨테이너가 전자 소스(14)가 켜진 상태에서도 소망의 온도(T) 또는 소망의 온도 간격으로 유지되는 것을 가능하게 한다. 온도-제어 가능한 이온화 공간(13) 내의 온도(T) 또는 온도 범위는 예를 들어 약 100°C 미만이지만, 보다 높은 온도도 가능하다. 온도 제어를 위해, 이온화 장치(14)는 전형적으로 도시되지 않은 가열 및/또는 냉각 장치를 갖는다.
히트싱크 또는 차폐물(16)은, 필라멘트(15)가 이중 화살표로 표시된 교환 장치(18)의 도움으로, 이상적으로는 자동화된 방식으로 교환되는 경우에 유리하다.
필라멘트(15)의 교환을 위해, 교환 장치(18)는 필라멘트(15)를 교체 위치 - 이 위치에서 필라멘트(15)를 자동화된 방식으로 또는 수동으로 교환할 수 있음 - 로 운반하기 위한 운반 장치를 가질 수 있다. 필라멘트(15)가 교환되는 동안 질량 분석기(1)의 진공 또는 저압을 깨지 않기 위해, 교환 장치(18)는 잠금 장치를 가질 수 있다. 필요한 경우, 다이아프램은 잠금 장치 역할을 할 수 있으며, 이는 히트싱크(16)의 개구(17)를 밀봉하여 히트싱크(16)의 내부가 더이상 이온화 영역(11)에 연결되지 않도록 한다. 대안으로, 필요한 경우, 히트싱크(16)를 포함하는 전체 전자 소스(14)가, 이것이 질량 분석기(1)의 분리 가능한 부품인 경우, 교환될 수 있다.
마찬가지로 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 질량 분석기(1)는 또한, 이온화 영역(11)으로부터 이온 이송 장치(21)의 이온 이송 영역(20) 안으로 이온화된 가스(2a)를 펄스 추출하기위한 제어 가능한 추출 장치(19)를 갖는다. 도시된 실시예에서, 추출 장치(19)는 펄스 가속을 위한, 그리고 가능하다면, 이온 이송 영역(20)을 향하는 방향으로 이온화된 가스(2a)를 집중시키기 위한, 3개의 전극(23a-c)을 갖는 전극 배열을 갖는다. 이온화 영역(11)으로부터 이온 이송 영역(20)으로의 적절히 가속(질량 대 전하 비율에 따라 다름)된 이온화된 가스(2a)를 (펄스 방식으로) 추출하기 위하여, 전극(23a-c)에 소망의 전위를 인가하고 이러한 방식으로 인접한 전극(23a-c) 사이에 소망의 가속 전압을 생성하기 위해, 추출 장치(19) 또는 3개의 전극(23a-c)은 컨트롤러(8)와 신호 연결된다.
이온화된 가스(2a)의 통과를 위해, 전극(23a-c)은 각각 중앙의 다이아프램 개구를 갖는다. 이온 이송 챔버(22)와 이온화 챔버(12) 사이에 형성되는, 챔버 벽의 다이아프램 개구(24) 상에 이온화된 가스(2a)를 집중시키기 위하여, 전극(23a-c)의 각각의 개구의 직경은 이온 이송 영역(20)을 향하는 방향으로 감소한다.
이온 이송 장치(21)는, 이온화된 가스(2a)를 접촉 없이 가능한 멀리 분석기(26)의 분석 영역(25)으로 이송하기 위해, 도시되지 않은 이온 렌즈를 갖는다. 이온 이송 영역(20)은 분석 영역(25)에, 또는 보다 정확하게는 추가 다이아프램 개구(28)를 통해 분석 챔버(27)의 벽에 연결된다. 다이아프램 개구(24), 추가 다이아프램 개구(28) 및 전극(23a-c)의 개구, 또는 보다 정확하게는 그들의 각각의 중간 지점은, 가시선(29) 상에 (즉, 직선으로) 놓인다.
질량 분석기(1)는, 컨트롤러(8)에 의해 서로 독립적으로 작동될 수 있는, 실시예에 도시된 바와 같이, 적어도 2개 또는 3개의 진공 펌프(30a, 30b, 30c)의 형태인 펌프 장치를 포함한다. 대안으로, 펌프 장치는 다단 분할-흐름 펌프로 설계될 수 있다. 이러한 방식으로, 이온화 영역(11)의 압력(pI)은 분석 영역(25)의 압력(pA)에 관계없이 설정될 수 있다. 이는, 특히 이온화 영역(11)의 압력(pI)이 분석하고자 하는 가스(2)에 따라 설정되어야하기 때문에, 질량 분석기(1)에 의해 모니터링되어야 하는 공정에서 유리하다. 도시된 실시예에서, 이온 이송 장치(21)는 마찬가지로 진공 펌프(30c)에 의해 차동적으로 펌핑된다. 이러한 방식에서, 분석 영역(25)의 압력(pA)과 이온화 영역(11)의 압력(pI) 사이에 있는 정압(pT)이 이송 영역(20)에서 형성된다. 따라서, 이온 이송 영역(20)의 중립은 가능한 효율적으로 펌프되어 나오고, 이온화된 가스(2a)는 가능한 적은 손실로 분석 영역(25)으로 이송된다.
분석 영역(25)의 압력(pA)과 이온화 영역(11)의 압력(pI)이 압력 차이가 큰 경우에 유리하다는 것이 입증되었다. 이온화 영역(11)의 압력(pI)은 분석 영역(25)의 압력(pA)보다, 예를 들어 - 선택된 이온화 방법에 따라 - 103 내지 106 사이의 배수만큼 클 수 있다.
이온화 영역(11)의 압력(pI)은 공정 챔버(5) 내의 공정 영역(4)의 압력(pU)보다 102배, 가능하면 103배만큼 작을 수 있다. 예를 들어, 공정 영역(4)의 압력(pU)은 약 1000 mbar일 수 있고, 이온화 영역(11)의 압력(pI)은 약 1 mbar일 수 있으며, 이온 이송 영역(20)의 압력(pT)은 약 10-3 mbar 일 수 있고, 분석 영역(25)의 압력(pA)은 약 10-6mbar 또는 그 이하일 수 있다. 이러한 압력 차이를 유지할 수 있고 압력 단계 사이에 다이아프램 개구 - 예를 들어, 이온화 영역(11)과 이온 이송 챔버(22) 사이에 다이아프램 개구(24), 또는 이온 이송 챔버(22)와 분석 영역(25) 사이에 추가 다이아프램 개구(24) - 를 가능한 크게 만들고 이로써 이온에 대해 가능한 투명하게(transparent) 만들 수 있도록 하기 위하여, 이온 이송 장치(21) 또는 보다 정확하게는 이온 이송 챔버(22)가 대부분의 경우 펌핑된다. 특히, 이온을 가능한 적은 손실로 분석 영역(25)으로 운반하고 중성 입자를 가능한 효율적으로 펌프되어 나오게 하여 그들이 분석 영역(25)에 들어가지 않도록 하기 위하여, 예를 들어 다중극의 형태인 필드 생성기가 이온 이송 챔버(22) 내에 배치될 수 있다.
도 1에 도시된 질량 분석기(1)는, 가스 저장소(33)로부터 이온화 영역(11)으로 또는 보다 정확하게는 온도-제어 가능한 이온화 공간(13)으로 CI 가스(32)의 연속적인 또는 펄스식 공급을 위한 추가 가스 공급부(31)를 갖는다. 가스 저장소(33)는 CI 가스(32)를 제공하기 위한 장치의 예로서, 예를 들어 도관을 통한 공급 또한 가능하다. 추가 가스 공급부(31)는 CI 가스(32)의 유입을 제어하기 위한 추가 밸브(34)를 가지며, 컨트롤러(8)를 통해 제어된다. CI 가스(32)는 온도-제어 가능한 이온화 공간(13)에서의 표적 화학 이온화에 알맞다. 이 경우, 이온화는 전자 빔(14a)을 통해 직접 발생하지 않고, 그보다는, 먼저 CI 가스(32)가 전자 빔(14a)에 의해 이온화되고, 그 후 - 가능하면 시간 오프셋을 갖고 - 전하가 CI 가스(32)로부터 분석하고자 하는 가스 성분(3b)으로 전달된다.
도 2는, 도 1에 도시된 질량 분석기(1)와 같이 설계되고 이온화 장치(14)의 유형에서만 다른 질량 분석기(1)를 도시한다. 이온화 장치(14)는 이온화 가스(37)의 이온(36a) 및/또는 준안정 입자(36b)를 생성하기 위한 플라즈마 이온화 장치(35)를 갖는다. 예를 들어 불활성 기체일 수 있는 이온화 가스(37), 예를 들어 헬륨은, 가스 저장소(38)에 저장되고 제어 가능한 가스 유입구(39)를 통해 플라즈마 이온화 장치(35)에 공급될 수 있다. 충격 이온화를 통해 및/또는 전하 교환 이온화를 통해 분석하고자 하는 가스(2)를 이온화하기 위하여, 이온화 가스(37)의 이온(36a) 및 준안정 입자(36b)는 플라즈마 이온화 장치(35)로부터 출현하여 이온화 영역(11)으로 들어간다. 도 2에 도시된 이온화 장치(14)는 또한, 제어 가능한 가스 유입구(39)가 컨트롤러(8)의 도움으로 개방되거나 폐쇄되는, 펄스 방식으로 작동될 수 있고, 제어 가능한 가스 유입구(39)는 일반적으로, 이온화 영역(11)으로의 이온화하고자 하는 가스(2)의 공급을 위한 유입구 시스템(6) 또한 개방되면, 개방된다.
도 2에 도시된 이온화 장치(14)의 경우, 이온화 가스(37)의 이온(36a) 및 준안정 입자(36b)는, 플라즈마 이온화 장치(31)의 압력과 이온화 공간(13)의 압력 사이에 있는 압력이 우세한 반응 공간(40)으로 이송된다. 반응 가스, 예를 들어 수소는 반응 공간(40)에 공급된다. 반응 공간(40)으로 유입되는 가스와 입구 및 출구 다이아프램의 각각의 직경은 반응 공간(40)의 압력을 만든다.
반응 가스는 충격 이온화 및/또는 전하 교환을 통해 이온화 가스(37)에 의해 반응 이온으로 변환되고, 예를 들어, H3 +로 변환된다. 반응 공간(40)의 출구 다이아프램을 통해서, 이들은 이온화 영역(11) 내의 이온화 공간(13)으로 들어가며, 여기에서 화학적 이온화를 통해 분석물(M)의 분석물 이온, 예를 들어, [M+H]+을 생성한다.
이온화된 가스(2a) 또는 이온화된 가스(2a)의 성분을 감지하는 역할을 하는 분석기(26)는 다양한 방식으로 설계될 수 있다: 예를 들어, 이것은 사중극자 분석기, 삼중 사중극자 분석기, 비행시간(TOF) 분석기, 예를 들어, 직교 가속 TOF 분석기, 주사 사중극자 이온 트랩 분석기, 푸리에 변환 이온 트랩 분석기, 예를 들어 FT-IT(이온 트랩) 분석기 또는 다른 유형의 기존의 분석기일 수 있다.
도 3은 펄스 유입구(6)(도 3 "A", 상단), 추출 장치(19)(도 3의 "B", 중간) 및 연속적으로 작동되는 분석기(26)(도 3의 "C", 하단)의 작동에 대한 시간 경과의 실시예를 도시한다. 여기에서, 분석기(26)는 컨트롤러(8)를 통해 펄스식 유입구 시스템(6) 및 추출 장치(19)와 동기화된다. 도 3의 상단에서 볼 수 있듯이, 제어 가능한 유입구 시스템(6)은, 제1 측정 시간 간격(M1)(기간(ΔtM1)) 동안의 개방된 스위칭 상태(도 3에서 상위 신호 레벨, 상단)와 제2 측정 시간 간격(M2)(기간(ΔtM2)) 동안의 폐쇄된 스위칭 상태(도 3의 하위 신호 레벨, 상단) 사이에서 주기적으로 전환된다. 제1 및 제2 측정 시간 간격(M1, M2)의 기간은 동일하거나 상이하도록 선택될 수 있으며, 측정 시간 간격(M1, M2)의 기간((ΔtM1, ΔtM2)은 일반적으로 마이크로 초 내지 초 단위이다.
추출 장치(19)는 제어 가능한 유입구 시스템(6)과 동기화되어 작동된다. 즉, 각각의 제1 측정 시간 간격(M1)(도 3의 상위 신호 레벨, 중간)의 기간(ΔtT1) 동안에는 마찬가지로 작동되고, 각각의 제2 측정 시간 간격(M2)(도 3의 하위 신호 레벨, 중간)의 기간(ΔtT2) 동안에는 꺼진다. 따라서, 제어 가능한 유입구 시스템(6)이 폐쇄되면, 분석 영역(25)에는 이온화 영역(11)으로부터의 이온화된 가스(2a)가 공급되지 않는다. 대조적으로, 유입구 시스템(6)이 개방되면, 각각의 제1 측정 시간 간격(M1)의 전체 기간(ΔtT1)에 걸쳐서, 이온화된 가스(2a)가 이온화 영역(11)으로부터 취해지거나 추출되어 분석 영역(25)에 공급된다.
도 3의 하단에서 볼 수 있듯이, 분석기(26)는, 제1 측정 시간 간격(M1)을 갖는 제1 측정 채널(K1)(신호 채널)과 제2 측정 시간 간격(M2)을 갖는 제2 측정 채널(K2)(백그라운드 채널) 사이에서, 그리고 실제로는 제어 가능한 유입구(6) 및 추출 장치(19)의 전환과 동시에, 주기적으로 전환된다. 연속적으로 작동하는 분석기(26)의 경우, 결과 질량 스펙트럼(MS1)이 측정 신호로부터 형성되거나, 또는 질량 스펙트럼이 지정된 수의 제1 측정 시간 간격(M1)으로부터 형성된다. 따라서, 결과 질량 스펙트럼(MS1, MS)은, 각각의 측정 시간 간격(M1, M2)에서 연속적으로 기록되는 측정 신호의 합계를 나타낸다. 도시된 실시예에서, 결과 질량 스펙트럼(MS1, MS2)이 각각의 경우에 신호 채널(K1) 및 백그라운드 채널(K2)의 2개의 측정 시간 간격(M1, M2)에서 형성되지만, 합산에 사용되는 측정 시간 간격(M1, M2)의 수는 일반적으로 더 크고, 공정 챔버(5)에서 수행되는 공정의 속도에 따라 설정되는 것으로 이해된다. 가능하다면, 측정 시작부터 모든 측정 시간 간격(M1, M2)에 걸쳐 합산이 이뤄질 수 있다.
결과 질량 스펙트럼(MS1, MS2)을 형성하기 위해, 합산을 대신하여, 각각의 측정 시간 간격(M1, M2)으로 기록된 측정 값으로부터 - 가능한 가중된 - 평균을 형성할 수도 있다.
가스(2)의 질량 분석법 분석을 위해, 신호 채널(K1)에서 기록된 결과 질량 스펙트럼(MS1)은 백그라운드 채널(K2)에서 기록된 결과 질량 스펙트럼(MS2)과 비교되거나, 또는 보다 정확하게는, 배경 소음에 기인하는 백그라운드 채널(K2)에서 기록된 결과 질량 스펙트럼(MS2)을, 신호 채널(K1)에서 기록된 결과 질량 스펙트럼(MS1)에서 뺀다. 신호 채널(K1)에서 기록된 질량 스펙트럼(MS1)은, 분석하고자 하는 가스(2)에 포함된 이온화된 가스 성분의 질량 대 전하 비율에 대응하는 신호 부분과, 단순화를 위해 도 3에서 도시되지 않은 노이즈 부분을 갖는다. 가장 간단한 경우, 비교에 있어서, 질량 대 전하 비율을 개선하기 위하여, 백그라운드 채널(K2)의 질량 스펙트럼(MS2)을 신호 채널(K1)의 질량 스펙트럼(MS1)에서 뺀다. 2개의 질량 스펙트럼(MS1, MS2) 사이의 비교는 단순한 뺄셈에 국한될 필요는 없지만, 적용 가능한 경우, 신호 대 노이즈 비율을 개선하기 위하여, 2개의 질량 스펙트럼(MS1, MS2) 사이의 보다 복잡한 링크가 수행될 수 있는 것으로 이해된다.
도 3과 유사하게, 도 4는 펄스 유입구(6)(도 4의 "A", 상단), 추출 장치(19)(도 4의 "B", 중간) 및 펄스 방식으로 작동되는 분석기(26)(도 4의 "C", 하단)의 작동에 대한 시간 경과를 도시한다. 여기에서, 분석기(26)는 마찬가지로 컨트롤러(8)를 통해 펄스식 유입구 시스템(6) 및 추출 장치(19)와 동기화된다. 도 4의 상단에서 볼 수 있듯이, 제어 가능한 유입구 시스템(6)은 제1 측정 시간 간격(M1)(기간(ΔtM1)) 동안의 개방된 스위칭 상태(도 4에서 상위 신호 레벨, 상단)와 제2 측정 시간 간격(M2)(기간(ΔtM2)) 동안의 폐쇄된 스위칭 상태(도 4의 하위 신호 레벨, 상단) 사이에서 주기적으로 전환된다.
추출 장치(19)는 제어 가능한 유입구 시스템(6)과 동기화되어 작동된다. 즉, 제1 측정 시간 간격(M1)(도 4의 상위 신호 레벨, 중간)의 각각의 제1 서브-간격(T1)의 기간(ΔtT1) 동안에만 활성화되는 반면, 추출 장치(19)는 각각의 제1 측정 시간 간격(M1)의 각각의 제2 서브-간격(T2)의 기간(ΔtT2) 동안에는 비활성화되어, 이온화된 가스(2a)가 이온화 영역(11)으로부터 분석 영역(25)으로 들어갈 수 없게 한다. 각각의 제1 측정 시간 간격(M1)의 제1/제2 서브-간격(T1, T2)의 수는 분석기(26)의 속도에 따라 변할 수 있으며, 예를 들어, 10 또는 그 이상일 수 있다. 도 3에서와 같이, 도 4에서도, 제어 가능한 유입구 시스템(6)이 대응하는 제2 측정 시간 간격(M2) 동안 폐쇄되면, 이온화된 가스(2a)가 분석 영역(25)에 공급되지 않는다.
펄스 작동에서, 분석기(26)는, 이온화된 가스(2)가 분석 영역(25)으로 이송되는 각각의 제1 서브-간격(T1)의 기간(ΔtT1) 동안뿐만 아니라 이어지는 제2 서브-간격(T2)의 기간(ΔtT2) 동안, 각각의 경우에서 질량 스펙트럼을 기록한다. 각각의 서브-간격(T1 ,T2)으로 기록되는 제1 측정 시간 간격(M1)의 질량 스펙트럼으로부터, 합산 또는 평균화를 통해 결과 질량 스펙트럼(MS1)이 형성되고, 이는 도 4에서 왼쪽 하단에 도시된다. 제1의 것에 뒤따르는 제2 측정 시간 간격(M2)의 대응하는 서브-간격(T)의 기간(ΔtT) 동안, 마찬가지로 다수의 질량 스펙트럼 또는 신호 강도가 기록되고, 결과 질량 스펙트럼(MS2)을 형성하기 위하여, 제2 측정 시간 간격(M2)의 서브-간격(T)의 수를 통해 합산 또는 평균화된다.
따라서 제1 측정 시간 간격(M1)은 신호 채널(K1)을 형성하고 제2 측정 시간 간격(M2)은 분석기(26)의 백그라운드 채널(K2)을 형성한다.
도 3과 관련하여 위에서 더 설명된 바와 같이, 제1 측정 시간 간격(M1)의 결과 질량 스펙트럼(MS1) 및 제2 측정 시간 간격(M2)의 결과 질량 스펙트럼(MS2)은, 예를 들어 2개의 결과 질량 스펙트럼(MS1, MS2)을 서로 뺄셈하여, 서로 비교할 수 있다. 이러한 방식으로, 도 4에 도시된 분석기(26)의 펄스 작동의 경우에도, 질량 대 전하 비율이 개선될 수있다. 원칙적으로는, 인접한 제1 및 제2 측정 시간 간격(M1, M2)의 질량 스펙트럼(MS1, MS2)을 서로 비교하는 것이 편리하다. 따라서, 후속하는 제2 측정 시간 간격(M2) 대신에, 비교를 수행하기 위해 각각의 제1 측정 시간 간격(M1)에 선행하는 제2 측정 시간 간격(M2)을 사용하는 것 또한 가능하다.
Claims (26)
- 질량 분석법에 의해 가스(2)를 분석하기 위한 질량 분석기(1)에 있어서,
상기 질량 분석기(1) 외부의 공정 영역(4)으로부터 이온화 영역(11) 안으로, 분석하고자 하는 가스(2)를 펄스 공급하기 위한 제어 가능한 유입구 시스템(6),
상기 이온화 영역(11) 내에서, 분석하고자 하는 상기 가스(2)를 이온화하기 위한 이온화 장치(14),
상기 이온화 영역(11)으로부터 이온 이송 영역(20)을 통하여 분석 영역(25) 안으로, 이온화된 가스(2a)를 이송하기 위한 이온 이송 장치(21), 및
상기 분석 영역(25) 내에서 상기 이온화된 가스(2a)를 감지하기 위한 분석기(26)를 포함하는
질량 분석기. - 제 1 항에 있어서,
상기 유입구 시스템(6)은, 분석하고자 하는 상기 가스(2)를 상기 이온화 영역(11) 안으로 공급하기 위한 관 모양의, 바람직하게는 온도-제어가능한, 교체 가능한 및/또는 코팅된 부품(9)을 갖는
질량 분석기. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유입구 시스템(6)은, 분석하고자 하는 상기 가스(2)에 포함되어 있는 적어도 하나의 부식성 가스 성분을 여과하기 위한, 특히 부식성 가스(3a)를 여과하기 위한, 특히 스테인리스 강으로 만들어진, 바람직하게는 주름진 호스(9)의 형상인 관 모양의 부품인, 여과 장치를 갖는
질량 분석기. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유입구 시스템(6)은, 바람직하게는, 상기 이온화 영역(11) 안으로 분석하고자 하는 상기 가스(2)를 펄스 공급하는 제1 전환 상태와 상기 이온화 영역(11) 안으로 운반 가스(3c)를 펄스 공급하는 제2 전환 상태 사이에서 전환될 수 있는, 제어 가능한 부품, 특히, 제어 가능한 밸브(7)를 갖는
질량 분석기. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온화 장치는, 상기 이온화 영역(11) 내에서, 분석하고자 하는 상기 가스(2)를 이온화하기 위한, 특히, 펄스 방식으로 작동될 수 있는, 전자 소스(14)를 갖는
질량 분석기. - 제 5 항에 있어서,
상기 전자 소스(14)는, 전자 빔(14a)의 출현을 위한 개구(17)를 갖는 히트싱크(16)에 의해 둘러싸이는
질량 분석기. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 질량 분석기(1)는, 상기 전자 소스(14)가 작동될 때, 상기 이온화 장치의 온도-제어가능한 이온화 공간(13) 내에서 100 °C 미만의 온도를 유지하도록 설계되는
질량 분석기. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 소스(14)가, 특히, 상기 전자 소스(14)의 필라멘트(15)의 자동 교환을 위한 교환 장치(18)를 갖거나, 또는
상기 전자 소스(14)가 상기 질량 분석기(1)에 분리 가능하게 장착되는
질량 분석기. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온화 장치는, 이온화 가스(33)의 이온(32a) 및/또는 준안정(metastable) 입자(32b)를 생성하기 위한 플라즈마 이온화 장치(31)를 갖는
질량 분석기. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온화 장치(14)는, 상기 이온화 장치(14)의 이온화 영역(11) 안으로의 CI 가스(32)의 펄스식 또는 연속적 첨가를 위한 가스 공급부(31)를 갖는
질량 분석기. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온 이송 장치(21)는 그 안에 이온 이송 영역(20)이 형성되는 이온 이송 챔버(22)를 가지며,
상기 이온 이송 챔버(22)는 다이아프램 개구(24)를 통해 상기 이온화 영역(11)에 연결되고, 바람직하게는 추가의 다이아프램 개구(28)를 통해 상기 분석 영역(25)에 연결되는
질량 분석기. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분석 영역(25) 내에 압력(pA)을 생성하고 상기 이온화 영역(11) 내에 압력(pI)을 생성하기 위한 펌프 장치(30a, 30b, 30c)를 더 포함하고, 상기 펌프 장치(30a, 30b)는 바람직하게는 상기 분석 영역(25)의 압력(pA)에 관계없이 상기 이온화 영역(11)의 압력(pI)을 설정하도록 설계된
질량 분석기. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온화 영역(11)의 압력(pI)은 상기 분석 영역(25)의 압력(pA)보다, 바람직하게는 103 내지 106 배만큼, 큰
질량 분석기. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온 이송 장치(21)의 이온 이송 영역(20)에서는, 상기 이온화 영역(11)의 압력(pI)과 상기 분석 영역(25)의 압력(pA) 사이에 있는 압력(pT)이 우세(prevail)하며, 상기 펌프 장치(30a, 30b, 30c)는, 바람직하게는, 상기 이온화 영역(11)의 압력(pI) 및 상기 분석 영역(25)의 압력(pA)에 관계없이 상기 이온 이송 영역(20)의 압력(pI)을 설정하도록 설계되는
질량 분석기. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온화 영역(11)으로부터 상기 이온 이송 영역(20) 안으로 상기 이온화된 가스(2a)를 펄스 추출하기 위한 제어 가능한 추출 장치(19)를 더 포함하는
질량 분석기. - 제 15 항에 있어서,
상기 추출 장치(19)는 상기 이온 이송 영역(20)을 향하는 방향으로, 특히 상기 다이아프램 개구(24)를 향하는 방향으로, 상기 이온화된 가스(2a)를 가속하기 위해, 그리고 바람직하게는 집중시키기 위한 전극 배열(23a-c)을 갖는
질량 분석기. - 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 제어 가능한 유입구 시스템(6) 및 상기 추출 장치(19)의 동기 작동을 위한 컨트롤러(8)를 더 포함하며, 상기 유입구 시스템(6)이 폐쇄되면, 상기 추출 장치(19)는 상기 이온화 영역(11)으로부터 어떠한 이온화된 가스(2a)도 추출하지 않도록 하는
질량 분석기. - 제 17 항에 있어서,
상기 가스(2)의 질량 분석기 분석을 위해, 상기 분석기(26)는, 유입구 시스템(6)이 개방된 채 적어도 하나의 측정 시간 간격(M1)으로 기록되는 질량 스펙트럼(MS1)을, 유입구 시스템(6)이 폐쇄된 채 적어도 하나의 측정 시간 간격(M2)으로 기록되는 질량 스펙트럼(MS2)과 비교하도록 설계되는
질량 분석기. - 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 분석기(26)는 상기 이온화된 가스(2a)를 연속 분석하도록 설계되며,
상기 컨트롤러(8)는, 상기 이온화 영역(11)으로부터의 상기 이온화된 가스(2a)의 추출을 위해, 유입구 시스템(6)이 개방된 채 각각의 측정 시간 간격(M1)의 전체 기간(ΔtM1)에 걸쳐 상기 추출 장치(19)를 작동시키는
질량 분석기. - 제 19 항에 있어서,
상기 분석기(26)는, 신호 채널(K1)과 백그라운드 채널(K2) 사이에서 전환 가능하도록, 상기 가스(2)의 분석을 위해 상기 신호 채널(K1)의 다수의 측정 시간 간격(M1)으로부터의 결과 질량 스펙트럼(MS1)을 형성하고 상기 백그라운드 채널(K2)의 다수의 측정 시간 간격(M2)으로부터의 결과 질량 스펙트럼(MS2)을 형성하도록, 그리고 질량 분석법 분석을 위해 상기 신호 채널(K1) 및 상기 백그라운드 채널(K2)의 2개의 결과 질량 스펙트럼(MS1, MS2)을 서로 비교하도록 설계되는
질량 분석기. - 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 분석기(26)는, 상기 이온화된 가스(2a)를 펄스 분석하도록 설계되고,
상기 컨트롤러(8)는, 상기 이온화 영역(11)으로부터의 상기 이온화된 가스(2a)의 추출을 위해, 유입구 시스템(6)이 개방된 채 측정 시간 간격(M1) 동안 복수의 서브-간격(T1)으로 추출 장치(11)를 작동시키도록 설계되는
질량 분석기. - 제 21 항에 있어서,
상기 분석기(26)는, 유입구 시스템(6)이 개방된 채 측정 시간 간격(M1) 내에서 복수의 서브-간격(T1, T2)으로부터의 결과 질량 스펙트럼(MS1)과, 상기 측정 시간 간격(M1) 전이나 후에, 유입구 시스템(6)이 폐쇄된 채 측정 시간 간격(M2)의 복수의 서브-간격(T)으로부터의 결과 질량 스펙트럼(MS2)을 형성하도록, 그리고 질량 분석기 분석을 위해 2개의 결과 질량 스펙트럼(MS1, MS2)을 서로 비교하도록 설계되는
질량 분석기. - 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분석기(26)는, 삼중극자 분석기, 삼중 사중극자 분석기, 비행시간(Time-of-Flight, TOF) 분석기, 특히 직교 가속 TOF 분석기, 주사 사중극자 이온 트랩 분석기 및 푸리에(Fourier) 변환 이온 트랩 분석기를 포함하는 그룹으로부터 선택되는
질량 분석기. - 질량 분석기(1), 특히 제 1 항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 따른 질량 분석기(1)를 이용한, 분석하고자 하는 가스(2)의 질량 분석법 분석을 위한 방법에 있어서,
상기 질량 분석기(1) 외부의 공정 영역(4)으로부터 유입구 시스템(6)을 통하여 이온화 영역(11) 안으로, 분석하고자 하는 가스(2)를 펄스 공급하는 것,
상기 이온화 영역(11) 내에서, 분석하고자 하는 상기 가스(2)를 이온화하는 것,
바람직하게는, 추출 장치(19)를 이용하여 상기 이온화 영역(11)으로부터 이온 이송 영역(20) 안으로 상기 이온화된 가스(2a)를 펄스 추출하는 것,
상기 이온 이송 영역(20)으로부터 분석 영역(25) 안으로 상기 이온화된 가스(2a)를 이송하는 것, 그리고
질량 분석법에 의한 그것의 분석을 위해 상기 분석 영역(25) 내에서 상기 이온화된 가스(2a)를 감지하는 것을 포함하는
방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 유입구 시스템(6)이 폐쇄되면 상기 추출 장치(19)가 상기 이온화 영역(11)으로부터 어떠한 이온화된 가스(2a)도 추출하지 않도록, 상기 제어 가능한 유입구 시스템(6) 및 상기 추출 장치(19)를 작동하는 것을 더 포함하는
방법. - 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,
분석하고자 하는 상기 가스(2)의 질량 분석법 분석을 위해, 유입구 시스템(6)이 개방된 채 적어도 하나의 측정 시간 간격(M1)으로 기록되는 적어도 하나의 질량 스펙트럼(MS1)이, 유입구 시스템(6)이 폐쇄된 채 적어도 하나의 측정 시간 간격(M2)으로 기록되는 적어도 하나의 질량 스펙트럼(MS2)과 비교되는
방법.
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