特表 2024-544370 質量分析器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-29

(54)【発明の名称】質量分析器

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/06 20060101AFI20241122BHJP

   H01J 49/04 20060101ALI20241122BHJP

   H01J 49/10 20060101ALI20241122BHJP

   H01J 49/26 20060101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

H01J49/06 500

H01J49/06 700

H01J49/04 500

H01J49/10 500

H01J49/26

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024532242

(86)(22)【出願日】2022-12-01

(85)【翻訳文提出日】2024-05-29

(86)【国際出願番号】 KR2022019404

(87)【国際公開番号】W WO2023101485

(87)【国際公開日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】10-2021-0171069

(32)【優先日】2021-12-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522261075

【氏名又は名称】ヨンインエース カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カン，ソン ウォン

(72)【発明者】

【氏名】イ，フン

(72)【発明者】

【氏名】ジョン，ユン ジン

(72)【発明者】

【氏名】ウ，ジュ

(72)【発明者】

【氏名】イ，ヒョン－サン

(72)【発明者】

【氏名】イ，ジングン

(57)【要約】

【課題】分析対象イオンの透過率が高く、分解能及び測定正確度が改善された質量分析器を提供する。
【解決手段】本発明による質量分析器は、試料導入部、前記試料導入部と連結され、前記試料導入部から導入された試料をイオン化させるように構成されるイオン化部、イオン化部に隣接する抽出レンズ構造体、及び抽出レンズ構造体から抽出されたイオンビームをガイディングするように構成される第１及び第２ガイディングレンズを含むイオンレンズ部、及びイオンビームを検出するように構成される検出部を含み、抽出レンズ構造体の中心軸は第１方向に延長される第１軸であり、第１ガイディングレンズの中心軸は第１軸と第１距離を有して離隔される第２軸であり、第２ガイディングレンズの中心軸は第２軸と第２距離を有して離隔される第３軸であることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料導入部と、
前記試料導入部と連結され、前記試料導入部から導入された試料をイオン化させるように構成されるイオン化部と、
前記イオン化部に隣接する抽出レンズ構造体及び前記抽出レンズ構造体から抽出されたイオンビームをガイディングするように構成される第１及び第２ガイディングレンズを含むイオンレンズ部と、
前記イオンビームを検出するように構成される検出部と、を含み、
前記抽出レンズ構造体の中心軸は、第１方向に延長される第１軸であり、
前記第１ガイディングレンズの中心軸は、前記第１軸と第１距離を有して離隔される第２軸であり、
前記第２ガイディングレンズの中心軸は、前記第２軸と第２距離を有して離隔される第３軸であることを特徴とする質量分析器。

【請求項2】

前記第１ガイディングレンズの内部空間は、
前記第１ガイディングレンズの前面開口から前記第１方向に延長される第１空間と、
前記第１空間から前記第１方向に対して傾いた方向に延長される第２空間と、
前記第２空間から前記第１ガイディングレンズの背面開口に向かって前記第１方向に延長される第３空間を含むことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項3】

前記第１空間の中心軸は、前記第１軸と一致し、
前記第２空間の中心軸は、前記第１軸に対して勾配を有し、前記第２軸と交差し、
前記第３空間の中心軸は、前記第３軸と一致することを特徴とする請求項２に記載の質量分析器。

【請求項4】

前記第１ガイディングレンズは、均一な開口幅を有する複数のイオンレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項5】

前記第１ガイディングレンズは、前記抽出レンズ構造体と前記第２ガイディングレンズとの間の第１部分，及び前記第１部分と前記第２ガイディングレンズとの間で前記第１部分と一体に連結される第２部分を含み、
前記第１部分は、中空の柱形状をその中心軸を含む平面で切断したものと同一の形状を有し、
前記第２部分は、中空の柱形状を有し、
前記第２軸は、前記第２部分の内部空間の中心軸として定義されることを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項6】

前記第１部分の下部は、前記抽出レンズ構造体と前記第２部分との間の開き空間に向かって開かれることを特徴とする請求項５に記載の質量分析器。

【請求項7】

前記第２部分は、前記第２ガイディングレンズと接触することを特徴とする請求項５に記載の質量分析器。

【請求項8】

前記第２ガイディングレンズは、貫通ホールを有する板形状を有し、
前記第３軸は、前記貫通ホールの中心軸として定義されることを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項9】

前記第１距離及び前記第２距離の各々は、１ｍｍ乃至３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項10】

前記第２距離は、前記第１距離より小さいことを特徴とする請求項９に記載の質量分析器。

【請求項11】

前記イオン化部及び前記イオンレンズ部の間のインターフェイス部と、
前記イオンレンズ部及び前記検出部の間の質量分離部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項12】

前記抽出レンズ構造体は、前記インターフェイス部に隣接する第１抽出レンズ、及び前記第１抽出レンズと前記第１ガイディングレンズとの間の第２抽出レンズを含み、
前記第１及び第２抽出レンズの各々は、中空のコーン形状を有することを特徴とする請求項１１に記載の質量分析器。

【請求項13】

前記第１抽出レンズは、その側壁を貫通してその内側壁を露出させる少なくとも１つ以上の側面開口を有することを特徴とする請求項１２に記載の質量分析器。

【請求項14】

前記試料導入部は、
液体状態の試料をエアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）状態に変更するように構成されるネブライザーと、
前記ネブライザーと連結され、温度制御を通じて相対的にサイズが小さいエアロゾルのみが前記イオン化部に移動できるようにエアロゾルの流れを制御するように構成されるスプレーチャンバーを含むことを特徴とする請求項１に記載の質量分析器。

【請求項15】

前記イオン化部は、
前記試料導入部の前記スプレーチャンバーと連結され、最も内側に配置される第１チューブと、
端部が前記イオンレンズ部に向かい、最も外側に配置される第３チューブと、
前記第１チューブ及び前記第３チューブの間に配置される第２チューブと、
前記第３チューブの外部を囲む螺旋形状を有する誘導コイルと、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の質量分析器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は質量分析器に関し、より具体的に第１中心軸を有する抽出レンズ構造体、前記第１中心軸と離隔された第２中心軸を有する第１ガイディングレンズ、及び前記第２中心軸と離隔された第３中心軸を有する第２ガイディングレンズを含む質量分析器に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造現場で工程状態を確認するために様々なイオン又は元素の濃度、分布等を測定及び分析できる方法が要求されている。また、大気及び水質の汚染が加速化されることによって環境現場で汚染程度等を測定及び分析できる方法が要求されている。このような測定及び分析のために質量分析器（ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）が使用される。

【0003】

質量分析器は、質量分析で化学作用剤等を識別又は分析する機器である。このような質量分析器は、物質の質量を質量対電荷の比（ｍａｓｓ－ｔｏ－ｃｈａｒｇｅ ｒａｔｉｏ）で測定して試料の構成成分を分析する。質量分析器内では、様々な方法を使用して試料がイオン化されるが、。イオン化された試料は、電気場及び／又は磁気場を経て加速化される。即ち、イオン化された試料の一部又は全部は、電気場及び／又は磁気場等によって経路が曲がり、。検出器は、イオン化された試料を検出することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、分析対象イオンの透過率（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が高くて、分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）及び測定正確度が改善された質量分析器を提供することにある。本発明が解決しようとする課題は、上記の課題に制限されず、他の課題は以下の記載から該当技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明による質量分析器は、試料導入部、前記試料導入部と連結され、前記試料導入部から導入された試料をイオン化させるように構成されるイオン化部、前記イオン化部に隣接する抽出レンズ構造体及び前記抽出レンズ構造体から抽出されたイオンビームをガイディングするように構成される第１及び第２ガイディングレンズを含むイオンレンズ部、及び前記イオンビームを検出するように構成される検出部を含み、前記抽出レンズ構造体の中心軸は第１方向に延長される第１軸であり、前記第１ガイディングレンズの中心軸は前記第１軸と第１距離を有して離隔される第２軸であり、前記第２ガイディングレンズの中心軸は前記第２軸と第２距離を有して離隔される第３軸であることを特徴とする。

【0006】

前記第１ガイディングレンズの内部空間は前記第１ガイディングレンズの前面開口から前記第１方向に延長される第１空間、前記第１空間から前記第１方向に対して傾いた方向に延長される第２空間、及び前記第２空間から前記第１ガイディングレンズの背面開口に向かって前記第１方向に延長される第３空間を含むことができる。

【0007】

前記第１空間の中心軸は前記第１軸と一致し、前記第２空間の中心軸は前記第１軸に対して勾配を有し、前記第２軸と交差し、前記第３空間の中心軸は前記第３軸と一致することができる。

【0008】

前記第１ガイディングレンズは均一な開口幅を有する複数のイオンレンズを含むことができる。

【0009】

前記第１ガイディングレンズは前記抽出レンズ構造体と前記第２ガイディングレンズとの間の第１部分、及び前記第１部分と前記第２ガイディングレンズとの間で前記第１部分と一体に連結される第２部分を含み、前記第１部分は中空の柱形状をその中心軸を含む平面で切断したような形状を有し、前記第２部分は中空の柱形状を有し、前記第２軸は前記第２部分の内部空間の中心軸として定義されることができる。

【0010】

前記第１部分の下部は前記抽出レンズ構造体と前記第２部分との間の開き空間に向かって開かれることができる。

【0011】

前記第２部分は前記第２ガイディングレンズと接触することができる。

【0012】

前記第２ガイディングレンズは貫通ホールを有する板形状を有し、前記第３軸は前記貫通ホールの中心軸として定義されることができる。

【0013】

前記第１距離及び前記第２距離の各々は１ｍｍ乃至３ｍｍである。

【0014】

前記第２距離は前記第１距離より小さい。

【0015】

前記イオン化部及び前記イオンレンズ部の間のインターフェイス部、及び前記イオンレンズ部及び前記検出部の間の質量分離部をさらに含むことができる。

【0016】

前記抽出レンズ構造体は前記インターフェイス部に隣接する第１抽出レンズ、及び前記第１抽出レンズと前記第１ガイディングレンズとの間の第２抽出レンズを含み、前記第１及び第２抽出レンズの各々は中空のコーン形状を有することができる。

【0017】

前記第１抽出レンズはその側壁を貫通してその内側壁を露出させる少なくとも１つ以上の側面開口を有することができる。

【0018】

前記試料導入部は液体状態の試料をエアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）状態に変更するように構成されるネブライザー、及び前記ネブライザーと連結され、温度制御を通じて相対的にサイズが小さいエアロゾルのみが前記イオン化部に移動できるようにエアロゾルの流れを制御するように構成されるスプレーチャンバーを含むことができる。

【0019】

前記イオン化部は前記試料導入部の前記スプレーチャンバーと連結され、最も内側に配置される第１チューブ、端部が前記イオンレンズ部に向かい、最も外側に配置される第３チューブ、前記第１チューブ及び前記第３チューブの間に配置される第２チューブ、及び前記第３チューブの外部を囲む螺旋形状を有する誘導コイルを含むことができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明による質量分析器は第１中心軸を有する抽出レンズ構造体、前記第１中心軸と離隔された第２中心軸を有する第１ガイディングレンズ、及び前記第２中心軸と離隔された第３中心軸を有する第２ガイディングレンズを含むイオンレンズ部によって分析対象イオンの透過率を高めることができる。したがって、本発明による質量分析器の分解能及び測定正確度が改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態による質量分析器を説明するための概念図である。

【図2】本発明の実施形態による質量分析器のイオンレンズ部を説明するための拡大図であって、図１のＡ部分に対応する。

【図3】本発明の実施形態による質量分析器のイオンレンズ部をより詳細に説明するための拡大図であって、図２のＢ部分に対応する。

【図4】本発明の一実施形態による質量分析器のイオンレンズ部内でのイオンビームの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図である。

【図5】本発明の一実施形態による質量分析器のイオンレンズ部内でのイオンビームの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図である。

【図6】本発明の他の一実施形態による質量分析器のイオンレンズ部を説明するための拡大図であって、図１のＡ部分に対応する。

【図7】本発明の他の一実施形態による質量分析器のイオンレンズ部内でのイオンビームの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図である。

【図8】本発明の他の一実施形態による質量分析器のイオンレンズ部内でのイオンビームの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明を実施するための最善の形状を示す図面は図２である。本発明の構成及び効果を十分に理解するために、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

【0023】

本発明は以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、様々な形態で具現され、多様な修正及び変更を加えることができる。本実施形態を通じて、本発明の開示を完全にし、通常の知識を有する者が実施できるようにする。添付図面での構成要素は、説明の簡易化のために実際より拡大して示し、各構成要素の比率は誇張されるか、或いは縮小されることがある。本明細書で使用された用語は実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。また、本明細書で使用される用語は、定義されない限り、該当技術分野で通常の知識を有する者に公知の意味として解釈される。

【0024】

本明細書で、単数形は文句で特別に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使用される‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）’及び／又は‘含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）は言及された構成要素、段階、動作、及び／又は素子は１つ以上の他の構成要素、段階、動作、及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。

【0025】

本明細書である層が他の層‘上に’にあると言及される場合に、それは他の層の上面に直接形成されるか、それらの間に第３の層が介在されてもよい。本明細書で第１、第２等の用語が多様な領域、層を記述するために使用されるが、これらの領域、層がこのような用語によって限定されてはならない。

【0026】

これらの用語は、単なる所定領域又は層を他の領域又は層と区別させるために使用されるだけである。したがって、いずれか一実施形態で第１部分として言及された部分が他の実施形態では第２部分として言及されることもある。ここに説明され、例示される実施形態は、その相補的な実施形態も含む。明細書の全体に亘って同一の参照番号で表示された部分は同一の構成要素を示す。

【0027】

以下、図面を参照して、本発明による質量分析器の実施形態を説明する。

【0028】

図１は本発明の実施形態による質量分析器を説明するための概念図である。図１に示すように、本発明による質量分析器は試料導入部１０、イオン化部２０、インターフェイス部３０、イオンレンズ部４０、反応部５０、質量分離部６０、及び検出部７０を含む。本発明による質量分析器は誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）を利用する質量分析器であると図示及び説明されるが、これは単なる例示的なものであり、本発明はこれに制限されなく、本発明による質量分析器は以下では図示及び説明するイオンレンズ部４０を含む様々な方式の質量分析器であってもよい。

【0029】

試料導入部１０はネブライザー１１及びスプレーチャンバー１２を含む。ネブライザー１１は液体状態の試料をエアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）状態に変えてスプレーチャンバー１２の内部に注入する。スプレーチャンバー１２はネブライザー１１と連結される。スプレーチャンバー１２は試料の変動を低減し、後述するイオン化部２０に移動する試料のサイズ及び量を一定にする。具体的に、スプレーチャンバー１２は温度制御を通じて相対的にサイズが大きいエアロゾルを除去し、相対的にサイズが小さいエアロゾルのみがイオン化部２０に移動できるようにエアロゾルの流れを制御する。実施形態によれば、少なくとも１つのガス供給管を通じてネブライザー１１及び／又はスプレーチャンバー１２にキャリヤーガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）が供給される。キャリヤーガスは試料がプラズマＰに導入されるようにする。

【0030】

イオン化部２０は試料導入部１０と連結される。イオン化部２０は、例えばプラズマトーチ（ｐｌａｓｍａ ｔｏｒｃｈ）と指称される。イオン化部２０は第１チューブ２１、第２チューブ２２、第３チューブ２３、及び誘導コイル２６を含む。第１チューブ２１は試料導入部１０のスプレーチャンバー１２と連結されることができ、イオン化部２０の最も内側に配置される。第３チューブ２３はイオン化部２０の最も外側に配置されることができ、第２チューブ２２は第１チューブ２１と第３チューブ２３との間に配置される。

【0031】

第２チューブ２２及び第３チューブ２３は各々第１ガス供給管２４及び第２ガス供給管２５と連結される。第１乃至第３チューブ２１、２２、２３は、各々第１方向Ｄ１に延長される中空の柱形状を有する。第１乃至第３チューブ２１、２２、２３は、第１方向Ｄ１と直交する平面で切断した断面視において、中心軸が互いに一致する同心円形状を有する。第１乃至第３チューブ２１、２２、２３は、例えば石英（Ｑｕａｒｔｚ）、アルミナ（Ａｌｕｍｉｎａ）、プラチナ（Ｐｌａｔｉｎｕｍ）、又はサファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）で形成される。

【0032】

第１チューブ２１を通じて試料及びキャリヤーガスが移動することができ、第１ガス供給管２４及び第２チューブ２２を通じて補助ガス（ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｇａｓ）が移動することができ、第２ガス供給管２５及び第３チューブ２３を通じて冷却ガス（ｃｏｏｌａｎｔ ｇａｓ）が移動する。補助ガスはプラズマＰとの接触によって第１及び第２チューブ２１、２２の端部が破損されることを防止又は最小化する。

【0033】

冷却ガスはプラズマＰとの接触によって第３チューブ２３の内壁が破損されることを防止又は最小化する。キャリヤーガス、補助ガス、及び冷却ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）を含む。誘導コイル２６は、例えば第３チューブ２３の外部を少なくとも２回以上囲む螺旋形状を有する。誘導コイル２６はイオン化部２０の内部に時間的に変化する強い電磁気場を生成する。誘導コイル２６によって生成された電磁気場は内部のガスを放電させてプラズマＰを生成する。高温のプラズマＰは試料導入部１０から導入されたエアロゾル状態の試料をイオン化させる。

【0034】

実施形態によれば、イオン化部２０は誘導コイル２６と連結される高電力のＲＦ電源及び誘導コイル２６と第３チューブ２３の外壁との間の遮蔽板をさらに含む。インターフェイス部３０はイオン化部２０で生成されたプラズマＰからイオン化された試料をイオンビームの形態で抽出する。インターフェイス部３０は第１方向Ｄ１にイオン化部２０と隣接する。インターフェイス部３０はチャンバーＣＨに連結される。インターフェイス部３０はイオン化部２０とチャンバーＣＨとの間に提供される。インターフェイス部３０はイオンビームを抽出するサンプラーコーン（ｓａｍｐｌｅｒ ｃｏｎｅ）及びスキマーコーン（ｓｋｉｍｍｅｒ ｃｏｎｅ）を含む。サンプラーコーン及びスキマーコーンは、例えば第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２への幅が大きくなる中空のコーン形状を有する。

【0035】

チャンバーＣＨの内部にイオンレンズ部４０、反応部５０、質量分離部６０、及び検出部７０が提供される。チャンバーＣＨの内部は真空状態に維持される。イオンレンズ部４０、反応部５０、質量分離部６０、及び検出部７０の中で少なくとも１つ以上は、例えばチャンバーＣＨの内部のサブチャンバー内に提供されることができ、サブチャンバーはチャンバーＣＨの内部と異なる真空状態に維持される。イオンレンズ部４０、反応部５０、質量分離部６０、及び検出部７０は、例えば第１方向Ｄ１に沿って配列されるが、本発明はこれに制限されない。

【0036】

イオンレンズ部４０はインターフェイス部３０と反応部５０との間に提供される。実施形態によれば、イオンレンズ部４０の少なくとも一部はインターフェイス部３０と連結及び／又は重畳される。イオンレンズ部４０は少なくとも１つ以上のレンズを含むことができ、１つ以上のレンズを通じてフォトン、中性粒子等を遮断し、分析対象になるイオン（以下、分析対象イオン）の経路を制御する。以下では図２、図３、及び図６を参照してイオンレンズ部４０の細部構成に対して詳細に説明する。

【0037】

反応部５０はイオンレンズ部４０と質量分離部６０との間に提供される。反応部５０は衝突／反応セル（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ／ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｅｌｌ）と指称される。実施形態によれば、少なくとも１つのガス供給管を通じて反応部５０に衝突／反応ガスが供給される。衝突／反応ガスは反応部５０の内部の様々なイオンと衝突することができ、妨害イオン（例えば、^４０Ａｒ、^４０Ａｒ^１６Ｏ、^３８ＡｒＨ等）を非妨害種に変換させるか、或いは分析対象イオンを異なる質量を有するイオンに変換させる。

【0038】

質量分離部６０は反応部５０と検出部７０との間に提供される。質量分離部６０は、例えば四重極子（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）方式、二重集束磁気セクタ（ｄｏｕｂｌｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｃｔｏｒ）方式、又は飛行時間（ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ）方式を利用することができ、イオンを質量対電荷比（ｍ／ｚ）に応じて分離する。図示されたものと異なり、イオンレンズ部４０と反応部５０との間に、その他の質量分離部６０が追加的に設けられる。

【0039】

検出部７０は質量分離部６０の末端と隣接することができ、質量分離部６０で分離された、分析対象イオンの質量スペクトルを検出する。検出部７０は、例えばチャンネル電子増倍器（ｃｈａｎｎｅｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）、ファラデーカップ（Ｆａｒａｄａｙ ｃｕｐ）、又は離散ダイノード電子増倍器（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｄｙｎｏｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）を利用する。

【0040】

図２は本発明の実施形態による質量分析器のイオンレンズ部を説明するための拡大図であって、図１のＡ部分に対応される。図３は本発明の実施形態による質量分析器のイオンレンズ部をより詳細に説明するための拡大図であって、図２のＢ部分に対応される。

【0041】

図１及び図２に示すように、本発明による質量分析器のイオンレンズ部４０は抽出レンズ構造体ＥＳ、第１ガイディングレンズＧＬ１、及び第２ガイディングレンズＧＬ２を含む。抽出レンズ構造体ＥＳは第１抽出レンズＥＬ１及び第２抽出レンズＥＬ２を含む。第１抽出レンズＥＬ１、第２抽出レンズＥＬ２、第１ガイディングレンズＧＬ１、及び第２ガイディングレンズＧＬ２は第１方向Ｄ１を沿って配列される。この時、抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の数及びガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２の数は単なる例示的なものであり、本発明はこれに制限されない。

【0042】

抽出レンズ構造体ＥＳはインターフェイス部３０に隣接するように配置される。第１抽出レンズＥＬ１はインターフェイス部３０と第２抽出レンズＥＬ２との間に提供されることができ、第２抽出レンズＥＬ２は第１抽出レンズＥＬ１と第１ガイディングレンズＧＬ１との間に提供される。第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の各々は、例えば第１方向Ｄ１に行くほど、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３への幅が大きくなる中空のコーン形状を有する。

【0043】

抽出レンズ構造体ＥＳの中心軸（即ち、第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の各々の中心軸）は、第１方向Ｄ１に延長される第１軸ＡＸ１として定義される。第１抽出レンズＥＬ１の中心軸は、第２抽出レンズＥＬ２の中心軸と一致する。第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の各々は第１軸ＡＸ１を中心に対称的な形状を有する。第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２の各々は、前面及び背面に開口を有する。本明細書で、前面は、イオン化部２０及びインターフェイス部３０に向かう方向（即ち、第１方向Ｄ１の反対方向）の面を意味し、背面は、反応部５０に向かう方向（即ち、第１方向Ｄ１）の面を意味する。前面及び背面は、第１方向Ｄ１と直交し、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３と平行な面である。

【0044】

第１抽出レンズＥＬ１はインターフェイス部３０に向かう第１前面開口１１０、及び第１ガイディングレンズＧＬ１に向かう第１背面開口１３０を有する。第１前面開口１１０の直径は第１背面開口１３０の直径より小さい。実施形態によれば、第１抽出レンズＥＬ１はその側壁を貫通してその内側壁を露出させる少なくとも１つ以上の側面開口を有するが、本発明はこれに制限されない。

【0045】

第２抽出レンズＥＬ２は第１抽出レンズＥＬ１の第１前面開口１１０に向かう第２前面開口２１０、及び第１ガイディングレンズＧＬ１に向かう第２背面開口２３０を有する。第２前面開口２１０の直径は第２背面開口２３０より小さい。第２前面開口２１０の直径は第１背面開口１３０の直径より小さい。

【0046】

第２抽出レンズＥＬ２の少なくとも一部は第１抽出レンズＥＬ１と第２方向Ｄ２に重畳される。いいかえると、第２抽出レンズＥＬ２の少なくとも一部は第１抽出レンズＥＬ１の内部に位置する。第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２に第１電圧印加部が各々連結される。実施形態によれば、第１電圧印加部は第１抽出レンズＥＬ１の第１背面開口１３０及び第２抽出レンズＥＬ２の第２背面開口２３０に各々隣接する。第１電圧印加部の各々に印加された電圧によって第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２はイオン化部２０及びインターフェイス部３０を通過したイオンビームを抽出する。

【0047】

第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２は反応部５０に隣接するように配置される。第１ガイディングレンズＧＬ１は抽出レンズ構造体ＥＳと第２ガイディングレンズＧＬ２との間に提供され、第２ガイディングレンズＧＬ２は第１ガイディングレンズＧＬ１と反応部５０との間に提供される。実施形態によれば、第１ガイディングレンズＧＬ１は抽出レンズ構造体ＥＳの第２抽出レンズＥＬ２と第１方向Ｄ１に互いに離隔される。第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２の各々は前面及び背面に開口を有する。

【0048】

第１ガイディングレンズＧＬ１は第２抽出レンズＥＬ２の第２背面開口２３０に向かう第３前面開口３１０、及び第２ガイディングレンズＧＬ２に向かう第３背面開口３３０を有する。第３前面開口３１０の直径は第３背面開口３３０の直径と実質的に同一である。第３前面開口３１０から第３背面開口３３０につながる第１ガイディングレンズＧＬ１の内部空間の中心軸は第１方向Ｄ１に延長され、第１軸ＡＸ１と第３方向Ｄ３に離隔される第２軸ＡＸ２として定義される。第２軸ＡＸ２と第３前面開口３１０の最高点との間の距離は第２軸ＡＸ２と第３背面開口３３０の最低点との間の距離と同一である。本明細書で、第１ガイディングレンズＧＬ１の中心軸は第１ガイディングレンズＧＬ１の内部空間の中心軸を意味する。第２軸ＡＸ２は第１軸ＡＸ１から第３方向Ｄ３に第１距離ＯＡＤ１くらい離隔される。第１距離ＯＡＤ１は、例えば約１ｍｍ乃至約３ｍｍにできる。

【0049】

第１ガイディングレンズＧＬ１の内部空間は第３前面開口３１０から第１方向Ｄ１に延長される第１空間ＧＬ１Ｐ１、第１空間ＧＬ１Ｐ１から第１方向Ｄ１に対して傾いた方向に延長される第２空間ＧＬ１Ｐ２、及び第２空間ＧＬ１Ｐ２から第３背面開口３３０に向かって第１方向Ｄ１に延長される第３空間ＧＬ１Ｐ３を含む。第１空間ＧＬ１Ｐ１の中心軸Ｐ１ＡＸは第１軸ＡＸ１と一致する。第２空間ＧＬ１Ｐ２の中心軸Ｐ２ＡＸは第１軸ＡＸ１に対して勾配を有する。第２空間ＧＬ１Ｐ２の中心軸Ｐ２ＡＸは第２軸ＡＸ２と交差する。第３空間ＧＬ１Ｐ３の中心軸Ｐ３ＡＸは第２空間ＧＬ１Ｐ２の中心軸Ｐ２ＡＸに対して勾配を有することができ、第１空間ＧＬ１Ｐ１の中心軸Ｐ１ＡＸと平行である。

【0050】

図３に示すように、第１ガイディングレンズＧＬ１は均一な開口幅を有する複数のイオンレンズの集合と同一である。この時、第１空間ＧＬ１Ｐ１の中心軸Ｐ１ＡＸは第１空間ＧＬ１Ｐ１の開口の中心を連結した線であり、第２空間ＧＬ１Ｐ２の中心軸Ｐ２ＡＸは第２空間ＧＬ１Ｐ２の開口の中心を連結した線であり、第３空間ＧＬ１Ｐ３の中心軸Ｐ３ＡＸは第３空間ＧＬ１Ｐ３の開口の中心を連結した線である。複数のイオンレンズの開口は第３前面開口３１０と第３背面開口３３０との間に配列される。この時、第１空間ＧＬ１Ｐ１の中心軸Ｐ１ＡＸ、第２空間ＧＬ１Ｐ２の中心軸Ｐ２ＡＸ、及び第３空間ＧＬ１Ｐ３の中心軸Ｐ３ＡＸで電気場の強さは均一である。

【0051】

再び図１及び図２に示すように、第２ガイディングレンズＧＬ２はその一領域を貫通する貫通ホール４００を有する板形状を有する。板形状を有する第２ガイディングレンズＧＬ２は貫通ホール４００を通じて、第１ガイディングレンズＧＬ１によって経路が曲がる分析対象イオンを損失なしで引き寄せる。貫通ホール４００の中心軸は第３軸ＡＸ３として定義される。本明細書で、第２ガイディングレンズＧＬ２の中心軸は貫通ホール４００の中心軸を意味する。第３軸ＡＸ３は第１ガイディングレンズＧＬ１の第３空間ＧＬ１Ｐ３の中心軸Ｐ３ＡＸと一致する。第３軸ＡＸ３は第１軸ＡＸ１と平行である。第３軸ＡＸ３は第２軸ＡＸ２から第３方向Ｄ３に第２距離ＯＡＤ２くらい離隔される。第２距離ＯＡＤ２は、例えば約１ｍｍ乃至３ｍｍである。実施形態によれば、第２距離ＯＡＤ２は第１距離ＯＡＤ１と異なる。例えば、第２距離ＯＡＤ２は第１距離ＯＡＤ１より小さいが、本発明はこれに制限されない。

【0052】

第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２に第２電圧印加部が各々連結される。第２電圧印加部の各々に印加された電圧によって第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２は第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２を通過したイオンビームの経路を制御する。第２電圧印加部の各々の電圧はイオンのエネルギー別に最適の経路を決定するために調整される。

【0053】

具体的に、第１及び第２抽出レンズＥＬ１、ＥＬ２を通過したイオンビームの中で、電荷を有するイオンは第２電圧印加部の各々に印加された電圧によって経路が曲がって第２ガイディングレンズＧＬ２の貫通ホール４００を通じて反応部５０に向かうことができ、直進性を有するフォトン、中性粒子等は第１軸ＡＸ１に沿って第１方向Ｄ１に進行して第２ガイディングレンズＧＬ２の背面開口を通過できず遮断される。本発明による質量分析器の第１及び第２ガイディングレンズＧＬ１、ＧＬ２はフォトン、中性粒子、準安定イオン（ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ ｉｏｎ）等を遮断し、分析対象イオンの経路を制御する。したがって、本発明による質量分析器の測定正確度が改善される。

【0054】

図４及び図５は本発明の一実施形態による質量分析器のイオンレンズ部内でのイオンビームの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図である。より具体的に、図４は第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３と平行な平面で切断した断面を示すシミュレーション図であり、図５は第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２と平行な平面で切断した断面を示すシミュレーション図である。この時、空間電荷効果による電流は約２μＡであり、分析対象イオンを含むイオンビームＩＢは約４０ａｍｕ（ａｔｏｍｉｃ ｍａｓｓ ｕｎｉｔ）乃至約２３８ａｍｕの質量範囲を有するように設定された。

【0055】

図４及び図５でイオンレンズＥＬ１、ＥＬ２、ＧＬ１、ＧＬ２を通過するイオンの透過率を測定するために後段に検出器Ｄを配置したが、本発明による質量分析器はこれに制限されず、イオンレンズＥＬ１、ＥＬ２、ＧＬ１、ＧＬ２と検出器Ｄとの間には、反応部５０（図１参照）及び質量分離部６０（図１参照）が設けられる。

【0056】

図４及び図５に示すように、シミュレーション上でイオンビームＩＢは１００％の透過率で検出器Ｄに到達する。いいかえると、第１軸ＡＸ１を中心軸にする抽出レンズ構造体ＥＳ、第１軸ＡＸ１と離隔される第２軸ＡＸ２を中心軸にする第１ガイディングレンズＧＬ１、及び第２軸ＡＸ２と離隔される第３軸ＡＸ３を中心軸にする第２ガイディングレンズＧＬ２によって、イオンビームＩＢは完全に検出器Ｄに向かって進行する。第２ガイディングレンズＧＬ２の前段で、イオンビームＩＢの第３方向Ｄ３への幅は第２ガイディングレンズＧＬ２の貫通ホール４００（図２参照）の第３方向Ｄ３への幅より小さいか、或いは同一であり、イオンビームＩＢの第２方向Ｄ２への幅は第２ガイディングレンズＧＬ２の貫通ホール４００（図２参照）の第２方向Ｄ２への幅より小さいか、或いは同一である。

【0057】

本発明による質量分析器は分析対象イオンの透過率を高めることによって、分解能及び測定正確度を改善する。図６は本発明の他の一実施形態による質量分析器のイオンレンズ部を説明するための拡大図であって、図１のＡ部分に対応される。以下では、説明の簡易化のために図２及び図３を参照して説明したことは省略し、相違点に対して詳細に説明する。

【0058】

図１及び図６に示すように、第１ガイディングレンズＧＬ１は、例えば第２抽出レンズＥＬ２と第２ガイディングレンズＧＬ２との間に設けられる第１部分ＧＬ１ａ、及び第２部分ＧＬ１ｂと一体に連結され、第１部分ＧＬ１ａと第２ガイディングレンズＧＬ２との間に設けられる第２部分ＧＬ１ｂを含む。第２部分ＧＬ１ｂは第１部分ＧＬ１ａの背面に連結されて互いに一体をなす。第１部分ＧＬ１ａは第２抽出レンズＥＬ２と第１方向Ｄ１に互いに離隔される。第２部分ＧＬ１ｂは第２ガイディングレンズＧＬ２と接触する。

【0059】

第１部分ＧＬ１ａは中空の柱形状をその中心軸を含む平面で切断したような形状を有する。第２部分ＧＬ１ｂは中空の柱形状（例えば、中空の円柱形状）を有する。第１部分ＧＬ１ａの下部は第２抽出レンズＥＬ２と第２部分ＧＬ１ｂとの間の開き空間に向かって開かれることでき、第１部分ＧＬ１ａの上部は外部から遮断される。本明細書で、下部は第３方向Ｄ３の反対方向に向かう部分を意味し、上部は第３方向Ｄ３に向かう部分を意味する。第２抽出レンズＥＬ２と第２部分ＧＬ１ｂとの間に空き空間が設けられることによって、分析対象イオンの経路が安定化される。

【0060】

第１ガイディングレンズＧＬ１の第２部分ＧＬ１ｂの内部空間の中心軸は第１方向Ｄ１に延長され、第１軸ＡＸ１と第３方向Ｄ３に離隔される第２軸ＡＸ２として定義される。第１ガイディングレンズＧＬ１の第１部分ＧＬ１ａは第２軸ＡＸ２と第３方向Ｄ３に離隔されるが、これは単なる例示的なものであり、本発明はこれに制限されなく、第１部分ＧＬ１ａは第２軸ＡＸ２より下に延長されることもできる。本明細書で、第１ガイディングレンズＧＬ１の中心軸は第１ガイディングレンズＧＬ１の第２部分ＧＬ１ｂの内部空間の中心軸を意味する。第２軸ＡＸ２は第１軸ＡＸ１から第３方向Ｄ３に第１距離ＯＡＤ１くらい離隔される。第２軸ＡＸ２は第２ガイディングレンズＧＬ２の貫通ホール４００の中心軸である第３軸ＡＸ３から第３方向Ｄ３に第２距離ＯＡＤ２くらい離隔される。第１距離ＯＡＤ１及び第２距離ＯＡＤ２の各々は、例えば約１ｍｍ乃至約３ｍｍである。

【0061】

図７及び図８は本発明の他の一実施形態による質量分析器のイオンレンズ部内でのイオンビームの経路及び透過率を説明するためのシミュレーション図である。図７は第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３と平行な平面で切断した断面を示すシミュレーション図であり、図８は第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２と平行な平面で切断した断面を示すシミュレーション図である。この時、空間電荷効果による電流は約２μＡであり、分析対象イオンを含むイオンビームＩＢは約４０ａｍｕ（ａｔｏｍｉｃ ｍａｓｓ ｕｎｉｔ）乃至約２３８ａｍｕの質量範囲を有するように設定された。

【0062】

図７及び図８でイオンレンズＥＬ１、ＥＬ２、ＧＬ１、ＧＬ２を通過するイオンの透過率を測定するために後段に検出器Ｄを配置したことを説明したが、本発明による質量分析器はこれに制限されなく、イオンレンズＥＬ１、ＥＬ２、ＧＬ１、ＧＬ２と検出器Ｄとの間には反応部５０（図１参照）及び質量分離部６０（図１参照）が設けられる。

【0063】

図７及び図８に示すように、シミュレーション上でイオンビームＩＢは約８２．５％の透過率で検出器Ｄに到達する。いいかえると、第１軸ＡＸ１を中心軸とする抽出レンズ構造体ＥＳ、第１軸ＡＸ１と離隔される第２軸ＡＸ２を中心軸とする第１ガイディングレンズＧＬ１、及び第２軸ＡＸ２と離隔される第３軸ＡＸ３を中心軸とする第２ガイディングレンズＧＬ２によって、イオンビームＩＢは高い透過率で検出器Ｄに向かって進行する。第２ガイディングレンズＧＬ２の前段で、イオンビームＩＢの第３方向Ｄ３への幅は第２ガイディングレンズＧＬ２の貫通ホール４００（図２参照）の第３方向Ｄ３への幅より小さいか、或いは同一であり、イオンビームＩＢの第２方向Ｄ２への幅は第２ガイディングレンズＧＬ２の貫通ホール４００（図２参照）の第２方向Ｄ２への幅より小さいか、或いは同一である。本発明による質量分析器は分析対象イオンの透過率を高めることによって、分解能及び測定正確度を改善できる。

【0064】

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、技術的思想や必須の特徴を変更せずに、他の具体的な実施形態を構築できる。したがって、上記の実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的ではない。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明の質量分析器は、第１中心軸を有する抽出レンズ構造体、前記第１中心軸と離隔された第２中心軸を有する第１ガイディングレンズ、及び前記第２中心軸と離隔された第３中心軸を有する第２ガイディングレンズを含む質量分析器として利用可能である。

【符号の説明】

【0066】

１０ 試料導入部
１１ ネブライザー
１２ スプレーチャンバー
２０ イオン化部
２１ 第１チューブ
２２ 第２チューブ
２３ 第３チューブ
２４ 第１ガス供給管
２５ 第２ガス供給管
２６ 誘導コイル
３０ インターフェイス部
４０ イオンレンズ部
５０ 反応部
６０ 質量分離部
７０ 検出部
１１０ 第１前面開口
１３０ 第１背面開口
２１０ 第２前面開口
２３０ 第２背面開口
３１０ 第３前面開口
３３０ 第３背面開口
４００ 貫通ホール
ＡＸ１ 第１軸
ＡＸ２ 第２軸
ＡＸ３ 第３軸
ＣＨ チャンバー
Ｄ 検出器
ＥＳ 抽出レンズ構造体
ＥＬ１ イオンレンズ、第１抽出レンズ
ＥＬ２ イオンレンズ、第２抽出レンズ
ＧＬ１ 第１ガイディングレンズ
ＧＬ１ａ 第１部分
ＧＬ１ｂ 第２部分
ＧＬ１Ｐ１ 第１空間
ＧＬ１Ｐ２ 第２空間
ＧＬ１Ｐ３ 第３空間
ＧＬ２ 第２ガイディングレンズ
ＩＢ イオンビーム
ＯＡＤ１ 第１距離
ＯＡＤ２ 第２距離
Ｐ プラズマ
Ｐ１ＡＸ 第１空間の中心軸
Ｐ２ＡＸ 第２空間の中心軸
Ｐ３ＡＸ 第３空間の中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】