JPH0836060A - 真空内を流れる電荷量を測定するための方法及び装置，並びにこれを用いた質量スペクトロメータ - Google Patents
真空内を流れる電荷量を測定するための方法及び装置，並びにこれを用いた質量スペクトロメータInfo
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- JPH0836060A JPH0836060A JP7024336A JP2433695A JPH0836060A JP H0836060 A JPH0836060 A JP H0836060A JP 7024336 A JP7024336 A JP 7024336A JP 2433695 A JP2433695 A JP 2433695A JP H0836060 A JPH0836060 A JP H0836060A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
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- G01R19/0061—Measuring currents of particle-beams, currents from electron multipliers, photocurrents, ion currents; Measuring in plasmas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
- H01J41/02—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas
- H01J41/04—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas with ionisation by means of thermionic cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J49/02—Details
- H01J49/025—Detectors specially adapted to particle spectrometers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 真空内を流れる電荷量の測定に関し、大きな
測定領域で荷電粒子の流れを測定すると共に、これを連
続的且つ正確に測定することを目的とする。 【構成】 イオン又は電子ビームＳ内で移送される電荷
を測定するために、カスケード化された捕捉格子１０ａ
乃至１０ｃを設ける。そして、これらによりもたらされ
るガルヴァーニ電流ｉm を測定する。
測定領域で荷電粒子の流れを測定すると共に、これを連
続的且つ正確に測定することを目的とする。 【構成】 イオン又は電子ビームＳ内で移送される電荷
を測定するために、カスケード化された捕捉格子１０ａ
乃至１０ｃを設ける。そして、これらによりもたらされ
るガルヴァーニ電流ｉm を測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の前提部分に
記載の方法，請求項６に前提部分に記載の測定装置，並
びに請求項１３の文言に記載の前述の方法又は測定装置
の使用に関する。
記載の方法，請求項６に前提部分に記載の測定装置，並
びに請求項１３の文言に記載の前述の方法又は測定装置
の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】真空内を流れる電荷量は、それがイオン
によってもたらされるものであれ電子によってもたらさ
れるものであれ、流路内にコレクタを設けることによ
り、少なくとも部分的に捕捉されることが知られてい
る。コレクタは、ガルヴァーニ電流すなわち電子出力流
用の電流回路に接続されて捕捉率によってもたらされる
電流が電位計回路など電流測定装置によって測定され
る。この種のコレクタは、感度を向上させるために二次
電子増倍管の前段にも接続される。
によってもたらされるものであれ電子によってもたらさ
れるものであれ、流路内にコレクタを設けることによ
り、少なくとも部分的に捕捉されることが知られてい
る。コレクタは、ガルヴァーニ電流すなわち電子出力流
用の電流回路に接続されて捕捉率によってもたらされる
電流が電位計回路など電流測定装置によって測定され
る。この種のコレクタは、感度を向上させるために二次
電子増倍管の前段にも接続される。
【０００３】電流測定領域は、コレクタの動的な領域に
よって、あるいは電流測定装置又はそのために設けられ
ている電子装置の変調可能性の動的な領域によって制限
される。実際上、動的な領域は、感度すなわち電子測定
装置の測定領域の切り替えによって増大され、あるい
は、多数のコレクタがそれぞれ異なる測定領域を有する
電子測定装置と接続され、真空内の荷電担体の流れ方向
に関して並列にすなわち並べて配置されることにより増
大される。
よって、あるいは電流測定装置又はそのために設けられ
ている電子装置の変調可能性の動的な領域によって制限
される。実際上、動的な領域は、感度すなわち電子測定
装置の測定領域の切り替えによって増大され、あるい
は、多数のコレクタがそれぞれ異なる測定領域を有する
電子測定装置と接続され、真空内の荷電担体の流れ方向
に関して並列にすなわち並べて配置されることにより増
大される。
【０００４】さらに、ガルヴァーニ電流の測定の際に対
数増幅器を使用することが知られているが、これは低い
電流領域において、すなわち例えばｐＡ領域において
「正確度」の損失を伴い、且つ、例えば１０ｐＡ以下の
ガルヴァーニ電流を検出する場合に測定時定数を大きく
してしまう。上記「正確度」で定義されるのは；米国オ
ハイオ州，４４１３９，クリーブランドのＫｅｉｔｈｌ
ｅｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．のＬｏｗ Ｌ
ｅｖｅｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ第４版によれば、
「認定された基準機構によって確認された基準に対して
絶対的な遡及性をもつ第１の基準の測定と比較される計
器読取り作業の約束事に於ける近似測定」である。
数増幅器を使用することが知られているが、これは低い
電流領域において、すなわち例えばｐＡ領域において
「正確度」の損失を伴い、且つ、例えば１０ｐＡ以下の
ガルヴァーニ電流を検出する場合に測定時定数を大きく
してしまう。上記「正確度」で定義されるのは；米国オ
ハイオ州，４４１３９，クリーブランドのＫｅｉｔｈｌ
ｅｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．のＬｏｗ Ｌ
ｅｖｅｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ第４版によれば、
「認定された基準機構によって確認された基準に対して
絶対的な遡及性をもつ第１の基準の測定と比較される計
器読取り作業の約束事に於ける近似測定」である。
【０００５】従って対数増幅器は、大きな動的領域を生
じるが、実際上、多くの場合、このような測定には適し
ていない。
じるが、実際上、多くの場合、このような測定には適し
ていない。
【０００６】イオンまたは電子ビームのような粒子の流
れ内の、上述の意味で実現されたコレクタの並列位置に
よって、一般に２つの目的が追求される。まず、それに
よって、並列なシステムにそれぞれ異なる感度の流れ選
択電子装置が搭載されることにより、動的な領域を拡大
することができる。他方ではそれによって、並列に設け
られたコレクタ段の元での測定偏差を信号補正の目的に
利用することにより、測定の質を、それがコレクタに関
係するものである限りにおいて、判断することができ
る。すなわち粒子流が等しい場合には表示が等しい。そ
の場合に検定の目的で並列なコレクタ間で粒子ビームが
切り替えられる。
れ内の、上述の意味で実現されたコレクタの並列位置に
よって、一般に２つの目的が追求される。まず、それに
よって、並列なシステムにそれぞれ異なる感度の流れ選
択電子装置が搭載されることにより、動的な領域を拡大
することができる。他方ではそれによって、並列に設け
られたコレクタ段の元での測定偏差を信号補正の目的に
利用することにより、測定の質を、それがコレクタに関
係するものである限りにおいて、判断することができ
る。すなわち粒子流が等しい場合には表示が等しい。そ
の場合に検定の目的で並列なコレクタ間で粒子ビームが
切り替えられる。
【０００７】特にイオン及び／又は電子ビームを測定す
るための、存在している公知のいわゆるファラデーコレ
クタシステム、またはこの種のファラデーコレクタシス
テムと二次電子増倍管、例えばＭＣＰ（マイクロ チャ
ネル プレート），ＣＴ（チャネルトロン），ＳＴ（ス
パイラルトロン）及びディスクリートなダイノード数を
有する電子増倍管との組合せは、並列に駆動されるシス
テムであり、あるいは時間において切り替え可能なタイ
ムシーケンシャルシステムである。
るための、存在している公知のいわゆるファラデーコレ
クタシステム、またはこの種のファラデーコレクタシス
テムと二次電子増倍管、例えばＭＣＰ（マイクロ チャ
ネル プレート），ＣＴ（チャネルトロン），ＳＴ（ス
パイラルトロン）及びディスクリートなダイノード数を
有する電子増倍管との組合せは、並列に駆動されるシス
テムであり、あるいは時間において切り替え可能なタイ
ムシーケンシャルシステムである。
【０００８】コレクタの並列測定システムは、多様に使
用され、例えばフィニガン社（Ｆｉｎｎｉｇａｎ）のＭ
ＡＴ２６１，アルカテル社（Ａｌｃａｔｅｌ）の洩れ検
出器ＡＳＭ１２０，あるいはニュークリア インスツル
メンテーション アンド メソッド フィジカル リサ
ーチ セクションＢ（Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．＆Ｍ
ｅｔｈｏｄｓ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｓ
ｅｃｔｉｏｎ Ｂ）で紹介された装置Ｍ．Ｔ．Ｅｓａ
ｔ，オーストラリア ナショナル ユニバーシティのＡ
６１ｃｍ マルチデテクタ マス スペクトロメータ
（Ｍｕｌｔｉ−ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｍａｓｓ Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｍｅｔｅｒ）で使用される。
用され、例えばフィニガン社（Ｆｉｎｎｉｇａｎ）のＭ
ＡＴ２６１，アルカテル社（Ａｌｃａｔｅｌ）の洩れ検
出器ＡＳＭ１２０，あるいはニュークリア インスツル
メンテーション アンド メソッド フィジカル リサ
ーチ セクションＢ（Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．＆Ｍ
ｅｔｈｏｄｓ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｓ
ｅｃｔｉｏｎ Ｂ）で紹介された装置Ｍ．Ｔ．Ｅｓａ
ｔ，オーストラリア ナショナル ユニバーシティのＡ
６１ｃｍ マルチデテクタ マス スペクトロメータ
（Ｍｕｌｔｉ−ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｍａｓｓ Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｍｅｔｅｒ）で使用される。
【０００９】この種の計器の検定は、公知の基準量を用
いてシーケンシャルに実施され、それについては、例え
ばドイツ特許公開公報第３１ ３９ ９７５号に記載さ
れている。この種の検定にはコレクタシステムは該当せ
ず、その後段に接続された電流測定電子装置のみが該当
する。
いてシーケンシャルに実施され、それについては、例え
ばドイツ特許公開公報第３１ ３９ ９７５号に記載さ
れている。この種の検定にはコレクタシステムは該当せ
ず、その後段に接続された電流測定電子装置のみが該当
する。
【００１０】例えば、次の相互構成（コンステレーショ
ン）、すなわちファラデーコレクタシステム／ファラデ
ーコレクタシステム，ファラデーコレクタシステム／Ｍ
ＣＰ，ファラデーコレクタシステム／ＣＴ，ファラデー
コレクタシステム／二次電子増倍管（ＳＥＶ），ファラ
デーコレクタシステム／ＳＴ，を表示することのできる
タイムシーケンシャルな測定システムは、例えば粒子ビ
ームの切り替えによって時間的にシーケンシャルに駆動
される。
ン）、すなわちファラデーコレクタシステム／ファラデ
ーコレクタシステム，ファラデーコレクタシステム／Ｍ
ＣＰ，ファラデーコレクタシステム／ＣＴ，ファラデー
コレクタシステム／二次電子増倍管（ＳＥＶ），ファラ
デーコレクタシステム／ＳＴ，を表示することのできる
タイムシーケンシャルな測定システムは、例えば粒子ビ
ームの切り替えによって時間的にシーケンシャルに駆動
される。
【００１１】この種のシステム又は方法は、例えばドイ
ツ特許第３７ ２０ １６１号並びにフランス特許出願
第２ ６００ ４１６号に記載されている。
ツ特許第３７ ２０ １６１号並びにフランス特許出願
第２ ６００ ４１６号に記載されている。
【００１２】粒子流内にコレクタを並列に配置すること
の原理的な欠点は、それによって種々の場所で電荷量が
測定されることに見られる。並列に配置されたコレクタ
のある箇所で検出された信号が他の箇所で検出された信
号に比較して変化していることの原因は、必ずしも該当
する測定電子装置の調節ミスによるものではない。その
場合、粒子流の観察される面にわたる流れ密度分布の変
化、又は流れる電荷密度分布の変化の表示もあり得る。
の原理的な欠点は、それによって種々の場所で電荷量が
測定されることに見られる。並列に配置されたコレクタ
のある箇所で検出された信号が他の箇所で検出された信
号に比較して変化していることの原因は、必ずしも該当
する測定電子装置の調節ミスによるものではない。その
場合、粒子流の観察される面にわたる流れ密度分布の変
化、又は流れる電荷密度分布の変化の表示もあり得る。
【００１３】これらの作用は、すべてコレクタ自体の特
性変化と同様に流れ測定電子装置の信号変化をもたら
し、互いに分離することができない。コレクタの並列接
続は、場所の関数としての流れ内の電荷密度分布を測定
するためにもしばしば利用される。これに関しては上述
のニュークリア インスツルメンテーション アンドメ
ソッド フィジカル リサーチ セクションＢ，他の
「Ｓｅｇｍｅｎｔｅｄｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ Ｆａｒａ
ｄａｙ ｃｕｐ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏ
ｆ ｔｉｍｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｒｅｌａｔｉｖｉ
ｓｔｉｃ ｅｌｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｐｒｏｆｉｌｅ
ｓ」Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６２（１２）、
並びにアサノ（Ｋ．Ａｓａｎｏ）他の「ｍｕｌｔｉ−ｆ
ａｒａｄａｙ−ｃｕｐ−ｔｙｐｅ ｂｅａｍ ｐｒｏｆ
ｉｌｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ
ａ ｄｕａｌ−ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆ
ａｃｉｌｉｔｙ」、Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．＆Ｍｅ
ｔｈｏｄｓ Ｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｓｅｃｔ．Ｂを参照す
ることができる。
性変化と同様に流れ測定電子装置の信号変化をもたら
し、互いに分離することができない。コレクタの並列接
続は、場所の関数としての流れ内の電荷密度分布を測定
するためにもしばしば利用される。これに関しては上述
のニュークリア インスツルメンテーション アンドメ
ソッド フィジカル リサーチ セクションＢ，他の
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ｄａｙ ｃｕｐ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏ
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並びにアサノ（Ｋ．Ａｓａｎｏ）他の「ｍｕｌｔｉ−ｆ
ａｒａｄａｙ−ｃｕｐ−ｔｙｐｅ ｂｅａｍ ｐｒｏｆ
ｉｌｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ
ａ ｄｕａｌ−ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆ
ａｃｉｌｉｔｙ」、Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．＆Ｍｅ
ｔｈｏｄｓ Ｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｓｅｃｔ．Ｂを参照す
ることができる。
【００１４】特に、測定領域選択の理由から切り替えが
必要なタイムシーケンシャルな方法は、急速に変化する
流れの測定には条件つきでしか適していない。というの
は、この測定システムは、切り替えプロセスの間はブラ
インドとなり、かつ部分的に切り替えによってコレクタ
領域におけるイオンないし電子光学系の変更を必要とす
るからである。
必要なタイムシーケンシャルな方法は、急速に変化する
流れの測定には条件つきでしか適していない。というの
は、この測定システムは、切り替えプロセスの間はブラ
インドとなり、かつ部分的に切り替えによってコレクタ
領域におけるイオンないし電子光学系の変更を必要とす
るからである。
【００１５】欧州特許出願第０ １７２ ４７７号から
知られている方法においては、特にイオン光学的に、与
えられた粒子流限界値に達した場合に粒子が制御によっ
てマスクされる。この場合も上述の欠点を有するタイム
シーケンシャルな方法である。
知られている方法においては、特にイオン光学的に、与
えられた粒子流限界値に達した場合に粒子が制御によっ
てマスクされる。この場合も上述の欠点を有するタイム
シーケンシャルな方法である。
【００１６】ホットカソードイオン化マノメータにおい
ては、更にドイツ公開公報第２８３６６７１号から、イ
オンコレクタと格子電極において同時に流れを測定し、
その場合に測定された流れを数学的に組み合わせて、そ
こから圧力ないしはアブソーバを推定することによって
ガスアブソーバの高圧のみを測定することが知られてい
る。
ては、更にドイツ公開公報第２８３６６７１号から、イ
オンコレクタと格子電極において同時に流れを測定し、
その場合に測定された流れを数学的に組み合わせて、そ
こから圧力ないしはアブソーバを推定することによって
ガスアブソーバの高圧のみを測定することが知られてい
る。
【００１７】プロトン促進剤におけるビームプロフィー
ルを検出するためにカスケード化された二次電子エミッ
タ格子を設けることは、ゲトマノフ（Ｖ．Ｎ．Ｇｅｔｍ
ａｎｏｖ）の「Ｓｍａｌｌ ｐｉｃｋｕｐ ｆｏｒ ｃ
ｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｂｅａ
ｍ ｏｆ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｉｃｐ
ｒｏｔｏｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ」（Ｉｎｓｔｒｕ
ｍｅｎｔｓ ａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃ
ｈｎｉｑｕｅｓ，２８巻，第１、１９８５年２月，米
国，ニューヨーク）から知られている。
ルを検出するためにカスケード化された二次電子エミッ
タ格子を設けることは、ゲトマノフ（Ｖ．Ｎ．Ｇｅｔｍ
ａｎｏｖ）の「Ｓｍａｌｌ ｐｉｃｋｕｐ ｆｏｒ ｃ
ｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｂｅａ
ｍ ｏｆ ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｉｃｐ
ｒｏｔｏｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ」（Ｉｎｓｔｒｕ
ｍｅｎｔｓ ａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃ
ｈｎｉｑｕｅｓ，２８巻，第１、１９８５年２月，米
国，ニューヨーク）から知られている。
【００１８】パスティ（Ｓ．Ｐａｓｚｔｉ）他の「Ｃｕ
ｒｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｎ ＭｅＶ
ｅｎｅｒｇｙ ｉｏｎ ｂｅａｍｓ」（Ｎｕｃｌ． Ｉ
ｎｓｔｒｕｍ． ＆ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｐｈｙｓｉｃａ
ｌ Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｂ：Ｂｅａｍ
Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ ａｎｄ ａｔｏｍｓ）Ｂ４７巻，第２、１９９０
年４月１日、アムステルダムからはさらに機械的にチョ
ップされたファラデーを用いてイオンまたは電子ビーム
を測定することが知られている。
ｒｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｎ ＭｅＶ
ｅｎｅｒｇｙ ｉｏｎ ｂｅａｍｓ」（Ｎｕｃｌ． Ｉ
ｎｓｔｒｕｍ． ＆ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｐｈｙｓｉｃａ
ｌ Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｂ：Ｂｅａｍ
Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ ａｎｄ ａｔｏｍｓ）Ｂ４７巻，第２、１９９０
年４月１日、アムステルダムからはさらに機械的にチョ
ップされたファラデーを用いてイオンまたは電子ビーム
を測定することが知られている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の欠点を除去し、「大きな正確度」で荷電粒子の流れを
極めて大きな測定領域で連続的に測定することを可能と
する冒頭で述べた種類の方法又は測定装置を提供するこ
とである。
の欠点を除去し、「大きな正確度」で荷電粒子の流れを
極めて大きな測定領域で連続的に測定することを可能と
する冒頭で述べた種類の方法又は測定装置を提供するこ
とである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
特徴部分に記載の方法によって解決される。
特徴部分に記載の方法によって解決される。
【００２１】
【作用】粒子の捕捉が局地的にカスケード化され、これ
により局地的に直列に行われることにより、並列の捕捉
とは異なり、コレクトカスケードにおいて真空内の粒子
の流れに関して同一の面領域が検出されるという利点を
有する。それによってカスケード化された捕捉 又はそ
のために設けられている後段に接続された電流測定回路
を有するコレクタの非常に良好な相互校正が可能とな
る。
により局地的に直列に行われることにより、並列の捕捉
とは異なり、コレクトカスケードにおいて真空内の粒子
の流れに関して同一の面領域が検出されるという利点を
有する。それによってカスケード化された捕捉 又はそ
のために設けられている後段に接続された電流測定回路
を有するコレクタの非常に良好な相互校正が可能とな
る。
【００２２】請求項２の形態によれば、好ましい実施変
形例において、カスケード化された捕捉が粒子の所定の
エネルギ領域に関して選択的に行われる。又、請求項３
の形態によれば、それぞれ相対的な粒子捕捉率が設定さ
れることによって行われる。
形例において、カスケード化された捕捉が粒子の所定の
エネルギ領域に関して選択的に行われる。又、請求項３
の形態によれば、それぞれ相対的な粒子捕捉率が設定さ
れることによって行われる。
【００２３】その場合、更に好ましくは、請求項４の形
態に示すように、選択性がカスケード化されたコレクタ
段に設定可能な静電電位を印加することによってもたら
され、又は調節され、及び／又は所定のコレクタ段にお
ける光学的な透過を設定することによって行われる。そ
の場合、光学的な透過とは、流れて来る粒子が捕捉格子
などのコレクタ装置に出合う隙間対固体の比と考えるも
のとする。
態に示すように、選択性がカスケード化されたコレクタ
段に設定可能な静電電位を印加することによってもたら
され、又は調節され、及び／又は所定のコレクタ段にお
ける光学的な透過を設定することによって行われる。そ
の場合、光学的な透過とは、流れて来る粒子が捕捉格子
などのコレクタ装置に出合う隙間対固体の比と考えるも
のとする。
【００２４】更に、本発明による測定装置は請求項６の
特徴部分に示す特徴を有し、測定装置の好ましい実施例
は請求項７乃至９の特徴を有する。
特徴部分に示す特徴を有し、測定装置の好ましい実施例
は請求項７乃至９の特徴を有する。
【００２５】本発明に係る方法，又は本発明に係る測定
装置は、特に、部分的および全体的な圧力測定装置、例
えば質量スペクトロメータ，またベヤード−アルパート
管（Ｂａｙａｒｄ−ｄ’Ａｌｐｅｒｔ Ｒｏｈｒｅｎ）
に使用される。
装置は、特に、部分的および全体的な圧力測定装置、例
えば質量スペクトロメータ，またベヤード−アルパート
管（Ｂａｙａｒｄ−ｄ’Ａｌｐｅｒｔ Ｒｏｈｒｅｎ）
に使用される。
【００２６】
【実施例】以下、図面を用いながら本発明を順次説明す
る。まず、図４は、電荷を有する粒子の流れ、例えばイ
オンビームＳ内にコレクタ面１ａ、１ｂ及び１ｃを有す
る公知のコレクタを概略的に示している。
る。まず、図４は、電荷を有する粒子の流れ、例えばイ
オンビームＳ内にコレクタ面１ａ、１ｂ及び１ｃを有す
る公知のコレクタを概略的に示している。
【００２７】それぞれのコレクタ面は、一般に基準電位
φ0 と接続された電流路によって形成される測定回路と
接続されている。例えば、再結合または二次電子増倍管
など、荷電粒子が電流分岐路内のコレクタ面１に衝突す
ることによってもたらされるガルヴァーニ電流、または
誘導電流などは電流測定ユニット７ａから７ｃによって
測定される。その場合、できるだけ広い測定範囲を得る
ために、概略的に図示したように異なる測定領域を有す
る電流測定ユニット７が設けられ、その出力が選択的に
測定装置の出力Ａに接続される。
φ0 と接続された電流路によって形成される測定回路と
接続されている。例えば、再結合または二次電子増倍管
など、荷電粒子が電流分岐路内のコレクタ面１に衝突す
ることによってもたらされるガルヴァーニ電流、または
誘導電流などは電流測定ユニット７ａから７ｃによって
測定される。その場合、できるだけ広い測定範囲を得る
ために、概略的に図示したように異なる測定領域を有す
る電流測定ユニット７が設けられ、その出力が選択的に
測定装置の出力Ａに接続される。
【００２８】図から明らかなように、ビームＳ内に設け
られている異なる捕捉面１により、粒子流がビーム断面
積に関して異なる領域で検出される。したがって分離で
きない種々の効果によって電流測定ユニット７の出力信
号に変化がもたらされる可能性がある。これは特に、測
定領域の選択は別にして、粒子流が等しい場合にはユニ
ット７において等しい出力信号が得られるはずである、
ということに基づき電流測定ユニット７の互いの校正を
困難にする。
られている異なる捕捉面１により、粒子流がビーム断面
積に関して異なる領域で検出される。したがって分離で
きない種々の効果によって電流測定ユニット７の出力信
号に変化がもたらされる可能性がある。これは特に、測
定領域の選択は別にして、粒子流が等しい場合にはユニ
ット７において等しい出力信号が得られるはずである、
ということに基づき電流測定ユニット７の互いの校正を
困難にする。
【００２９】図１は、本発明に係る方法を概略的に図示
している。
している。
【００３０】ビームＳの伝播方向ｘに少なくとも２つ、
図１には、例えば３つのコレクタ１０ａから１０ｃが互
いにカスケード状に順次設けられている。伝播方向ｘに
おいて最後のコレクタ１０ｃの前段に接続されたコレク
タ１０ａ及び１０ｂは、それぞれビームＳの記録すべき
粒子に関して与えられたパーセント的な透過Ｔa ，Ｔ b
を有する。図４に示す方法と同様、電流測定ユニット１
７ａ乃至１７ｃが設けられている。電流測定ユニット１
７は、本発明により設けられるコレクタ１０と共にそれ
ぞれ異なる測定領域用に設計されており、かつユニット
１９で示唆するように、表示Ａについて測定領域固有で
支配的になる。
図１には、例えば３つのコレクタ１０ａから１０ｃが互
いにカスケード状に順次設けられている。伝播方向ｘに
おいて最後のコレクタ１０ｃの前段に接続されたコレク
タ１０ａ及び１０ｂは、それぞれビームＳの記録すべき
粒子に関して与えられたパーセント的な透過Ｔa ，Ｔ b
を有する。図４に示す方法と同様、電流測定ユニット１
７ａ乃至１７ｃが設けられている。電流測定ユニット１
７は、本発明により設けられるコレクタ１０と共にそれ
ぞれ異なる測定領域用に設計されており、かつユニット
１９で示唆するように、表示Ａについて測定領域固有で
支配的になる。
【００３１】コレクタ１０ａによって通される（透過さ
れる）粒子流ｉa について次式が得られる。 ｉa ＝ｉtot Ｔa
れる）粒子流ｉa について次式が得られる。 ｉa ＝ｉtot Ｔa
【００３２】捕捉された粒子流に比例する、ユニット１
７ａで測定されるガルヴァーニ電流ｉmaは次のようにな
る。 ｉma＝ｉtot （１−Ｔa ） 同様に透過される電流ｉb について次式が得られ、 ｉb ＝ｉa Ｔb ＝ｉtot Ｔb Ｔa コレクタ１０ｂにおけるガルヴァーニ電流ｉmbについて
は、そこで捕捉された粒子流ｉに従って次の式が得られ
る。 ｉmb＝ｉa （１−Ｔb ）＝ｉtot Ｔa （１−Ｔb ） さらにコレクタ１０ｃで捕捉される電流ｉmcについて次
式が得られる。 ｉmc＝ｉb ＝ｉtot Ｔb Ｔa
７ａで測定されるガルヴァーニ電流ｉmaは次のようにな
る。 ｉma＝ｉtot （１−Ｔa ） 同様に透過される電流ｉb について次式が得られ、 ｉb ＝ｉa Ｔb ＝ｉtot Ｔb Ｔa コレクタ１０ｂにおけるガルヴァーニ電流ｉmbについて
は、そこで捕捉された粒子流ｉに従って次の式が得られ
る。 ｉmb＝ｉa （１−Ｔb ）＝ｉtot Ｔa （１−Ｔb ） さらにコレクタ１０ｃで捕捉される電流ｉmcについて次
式が得られる。 ｉmc＝ｉb ＝ｉtot Ｔb Ｔa
【００３３】例えば、コレクタ１０ａ及び１０ｂについ
て透過係数Ｔをそれぞれ９０％に選択した場合、ガルヴ
ァーニ測定電流について次の式が得られる。 ｉma＝０．１ｉtot ｉmb＝０．０９ｉtot ｉmc＝ｉb ＝０．８１ｉtot
て透過係数Ｔをそれぞれ９０％に選択した場合、ガルヴ
ァーニ測定電流について次の式が得られる。 ｉma＝０．１ｉtot ｉmb＝０．０９ｉtot ｉmc＝ｉb ＝０．８１ｉtot
【００３４】これにより小さい粒子流はｉmcに対応する
コレクタで、それより大きいものは、ｉma又はｉmbに対
応するコレクタで測定される。しかしそれぞれ意図的な
使用に従って他の透過値を選択することができる。
コレクタで、それより大きいものは、ｉma又はｉmbに対
応するコレクタで測定される。しかしそれぞれ意図的な
使用に従って他の透過値を選択することができる。
【００３５】本発明により設けられるカスケード状のコ
レクタによって独自に、粒子流内で段階的に与えられる
電流分配が所定の比率Ｔ／１−Ｔで行われる。
レクタによって独自に、粒子流内で段階的に与えられる
電流分配が所定の比率Ｔ／１−Ｔで行われる。
【００３６】すべてのコレクタにおいてそれぞれ所定の
比率で分割された粒子流が測定されるので、図２に示す
ように、例えばそれぞれ３つの１０組電流デバイスにつ
いて「フルスケール」で設計された電流ユニット１７ａ
乃至１７ｃの出力信号を重畳ユニット２０で重畳し、か
つ重畳ユニット２０の出力信号を３つの１０組デバイス
について１つの表示装置に接続することが容易に可能と
なる。その場合、しきい値選択の簡単なユニット２２と
それに応じた表示装置２３の駆動によって、ユニット２
５で現在表示されている１０組デバイス値がどの１０組
デバイス領域に該当するかを表示することができる。
比率で分割された粒子流が測定されるので、図２に示す
ように、例えばそれぞれ３つの１０組電流デバイスにつ
いて「フルスケール」で設計された電流ユニット１７ａ
乃至１７ｃの出力信号を重畳ユニット２０で重畳し、か
つ重畳ユニット２０の出力信号を３つの１０組デバイス
について１つの表示装置に接続することが容易に可能と
なる。その場合、しきい値選択の簡単なユニット２２と
それに応じた表示装置２３の駆動によって、ユニット２
５で現在表示されている１０組デバイス値がどの１０組
デバイス領域に該当するかを表示することができる。
【００３７】測定領域をさらに著しく拡幅することは、
図１と上述の数値データに基づく最大の率を捕捉するコ
レクタ、例えばコレクタ１０ａの後段に、測定信号を最
適化するための遷移比を決定する所定の機能を有する重
みづけ回路、例えば非線形の電流増幅器、特に対数器が
接続されることによって得られる。それによって遷移領
域における測定信号を同時に重み付けして処理すること
が可能となる。
図１と上述の数値データに基づく最大の率を捕捉するコ
レクタ、例えばコレクタ１０ａの後段に、測定信号を最
適化するための遷移比を決定する所定の機能を有する重
みづけ回路、例えば非線形の電流増幅器、特に対数器が
接続されることによって得られる。それによって遷移領
域における測定信号を同時に重み付けして処理すること
が可能となる。
【００３８】本発明によりカスケード状に設けられたコ
レクタの透過ないし透過係数Ｔは、光学的な透過を設定
することにより与えられ、又は調節され、及び／又は静
電的である。好ましくはコレクタ１０ａ及び１０ｂとし
て、透過に相当する所定の「隙間対バー面積比」、すな
わち所定の光学的透過を有する格子が使用される。
レクタの透過ないし透過係数Ｔは、光学的な透過を設定
することにより与えられ、又は調節され、及び／又は静
電的である。好ましくはコレクタ１０ａ及び１０ｂとし
て、透過に相当する所定の「隙間対バー面積比」、すな
わち所定の光学的透過を有する格子が使用される。
【００３９】図３には本発明に係る測定装置の好ましい
実施形態が図示されている。図１に示すコレクタ１０ａ
は、第１の格子によって実現され、図１のコレクタ１０
ｂは第２の格子によって、そしてコレクタ１０ｃは蒸着
された金属、例えば金層によって実現される。金層２７
の支持体とコレクタ格子間のスペースホルダ２８は、絶
縁性の例えばセラミックスペーサリングにより形成され
ている。電流を測定するために図１に示すユニット１７
に設けられている演算増幅器と、上述のようにそれぞれ
９０％で設計された捕捉格子１０ａ及び１０ｂの透過係
数Ｔa，Ｔb を有する電位計回路においては、例えば電
流測定抵抗Ｒi の上述の段階化が得られる。
実施形態が図示されている。図１に示すコレクタ１０ａ
は、第１の格子によって実現され、図１のコレクタ１０
ｂは第２の格子によって、そしてコレクタ１０ｃは蒸着
された金属、例えば金層によって実現される。金層２７
の支持体とコレクタ格子間のスペースホルダ２８は、絶
縁性の例えばセラミックスペーサリングにより形成され
ている。電流を測定するために図１に示すユニット１７
に設けられている演算増幅器と、上述のようにそれぞれ
９０％で設計された捕捉格子１０ａ及び１０ｂの透過係
数Ｔa，Ｔb を有する電位計回路においては、例えば電
流測定抵抗Ｒi の上述の段階化が得られる。
【００４０】コレクタ格子１０ａについて符号３２で破
線で示すように、それぞれのコレクタの透過を次のこと
によって、すなわちコレクタが電圧源によって好ましく
は調節可能な電位に接続され、それによって調節可能な
程度でコレクタ及び特にコレクタ格子において関与する
極性の粒子が捕捉されることによって、変化させること
が容易に可能になる。捕捉格子としては格子平面におい
て互いに回動された２つまたは３つの格子を使用するこ
とも可能である。互いの遮断が最適に小さい場合には、
この組合せを用いて簡単かつ柔軟に所望の透過係数が実
現され、または回動が調節可能である場合には前記透過
係数を調節することができる。
線で示すように、それぞれのコレクタの透過を次のこと
によって、すなわちコレクタが電圧源によって好ましく
は調節可能な電位に接続され、それによって調節可能な
程度でコレクタ及び特にコレクタ格子において関与する
極性の粒子が捕捉されることによって、変化させること
が容易に可能になる。捕捉格子としては格子平面におい
て互いに回動された２つまたは３つの格子を使用するこ
とも可能である。互いの遮断が最適に小さい場合には、
この組合せを用いて簡単かつ柔軟に所望の透過係数が実
現され、または回動が調節可能である場合には前記透過
係数を調節することができる。
【００４１】この種の装置によれば、イオン流または電
子流を９つおよびそれより多い１０組デバイスを介して
連続的に測定することが容易に可能となる。さらにま
た、設けられている電流測定ユニットを互いに校正する
ことが容易に可能となる。というのはコレクタ電流は、
図４に示す公知の装置とは異なり、粒子ビーム内の電流
密度分布に無関係であって、かつコレクタの透過比が与
えられているからである。例えば１０％の小さい透過を
設定することによって、例えば段階づけられた減衰を行
うことができる。
子流を９つおよびそれより多い１０組デバイスを介して
連続的に測定することが容易に可能となる。さらにま
た、設けられている電流測定ユニットを互いに校正する
ことが容易に可能となる。というのはコレクタ電流は、
図４に示す公知の装置とは異なり、粒子ビーム内の電流
密度分布に無関係であって、かつコレクタの透過比が与
えられているからである。例えば１０％の小さい透過を
設定することによって、例えば段階づけられた減衰を行
うことができる。
【００４２】粒子流を同時に測定する、図２に示す本発
明による測定装置の実施例においては、良好な信号処理
のために、好ましくは領域ＦＳは重ねて形成され、さら
に好ましくは重なり合った領域において重み付けされた
重畳が行われる。
明による測定装置の実施例においては、良好な信号処理
のために、好ましくは領域ＦＳは重ねて形成され、さら
に好ましくは重なり合った領域において重み付けされた
重畳が行われる。
【００４３】捕捉格子の格子ワイヤとしてさらに好まし
くはタングステンワイヤが使用され得る。
くはタングステンワイヤが使用され得る。
【図１】本発明に係る測定装置の原理を示すブロック図
である。
である。
【図２】電流測定ユニットを共通の表示器に結合できる
ことを概略的に示したブロック図である。
ことを概略的に示したブロック図である。
【図３】測定装置の好ましい実施形態を示すブロック図
である。
である。
【図４】並列段に対して設けられた異なる測定領域の電
流測定ユニットを有する公知の並列コレクタを概略的に
示したブロック図である。
流測定ユニットを有する公知の並列コレクタを概略的に
示したブロック図である。
１０…コレクタ １７…電流測定ユニット １９，２０…重畳ユニット ２２…しきい値選択ユニット ２３…表示装置 ２５…表示ユニット ２７…金層 ２８…スペースホルダ ３２…透過調節器
Claims (13)
- 【請求項１】 単位時間当り真空体積領域を所定方向
（ｘ）に貫流する電荷量を測定するための方法であっ
て、電荷を移送する粒子がガルヴァーニ電流用の測定回
路と接続されたコレクタ装置（１，１０）によって捕捉
され、捕捉によってもたらされるガルヴァーニ電流が回
路（７，１７）において測定されるものにおいて、 粒子の捕捉が前記方向（ｘ）に同時かつカスケード化さ
れて行われることを特徴とする単位時間当り真空体積領
域を貫流する電荷量を測定するための方法。 - 【請求項２】 前記方向（ｘ）に見て、捕捉が粒子の所
定のエネルギ領域に関して選択的にカスケード化されて
行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 捕捉が貫流する粒子の全体量に対して所
定の粒子捕捉率でカスケード化されて行われることを特
徴とする請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】 カスケード化された捕捉が、粒子の光学
的な透過設定，及び捕捉段階における静電電位設定の少
なくともいずれかにより行われる請求項１乃至３のいず
れか１項に記載の方法。 - 【請求項５】 ガルヴァーニ電流が捕捉カスケードに対
応するガルバーニ部分電流に基づいて測定される請求項
１乃至４のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項６】 粒子流が同時に測定され、且つ重み付け
されて処理される請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 ガルヴァーニ電流回路に接続されている
コレクタ装置を真空内に備えている単位時間当り真空体
積領域を所定方向（ｘ）に貫流する電荷量を測定するた
めの測定装置において、 コレクタ装置に前記方向（ｘ）にカスケード化されて配
置され、かつ同時に測定されるコレクタ（１０ａ乃至１
０ｃ）が設けられていることを特徴とする単位時間当り
真空体積領域を所定方向（ｘ）に貫流する電荷量を測定
するための測定装置。 - 【請求項８】 コレクタの少なくとも一部分が格子によ
って形成されている請求項７に記載の測定装置。 - 【請求項９】 コレクタが調節可能な電圧源に接続され
ており、それによってコレクタの静電電位が設定又は調
節される請求項７又は８に記載の測定装置。 - 【請求項１０】 コレクタが異なる電流領域用の電流回
路と接続されており、電流回路の出力信号が重畳ユニッ
ト（２０）において重畳される請求項７乃至９のいずれ
か１項に記載の測定装置。 - 【請求項１１】 少なくとも１つのコレクタには格子平
面が互いに回動又は調節可能に回動することができる少
なくとも２つの格子が設けられている請求項８に記載の
測定装置。 - 【請求項１２】 電流領域が重なっている請求項１０に
記載の測定装置。 - 【請求項１３】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載
の測定方法、又は請求項７乃至１２までのいずれか１項
に記載の測定装置を使用する質量スペクトロメータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH41794 | 1994-02-11 | ||
| CH00417/94-2 | 1994-02-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0836060A true JPH0836060A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=4186563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7024336A Pending JPH0836060A (ja) | 1994-02-11 | 1995-02-13 | 真空内を流れる電荷量を測定するための方法及び装置，並びにこれを用いた質量スペクトロメータ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5644220A (ja) |
| JP (1) | JPH0836060A (ja) |
| DE (1) | DE19502439B4 (ja) |
| FR (1) | FR2716264B1 (ja) |
Families Citing this family (19)
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| DE69921900T2 (de) * | 1998-01-23 | 2005-03-17 | Micromass Uk Ltd. | Flugzeitmassenspektrometer und doppelverstärkungsdetektor dafür |
| GB9920711D0 (en) | 1999-09-03 | 1999-11-03 | Hd Technologies Limited | High dynamic range mass spectrometer |
| TW464947B (en) | 1999-11-29 | 2001-11-21 | Ushio Electric Inc | Measuring apparatus of electron beam quantity and processing apparatus of electron beam irradiation |
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| GB2381373B (en) | 2001-05-29 | 2005-03-23 | Thermo Masslab Ltd | Time of flight mass spectrometer and multiple detector therefor |
| JP2003035735A (ja) * | 2001-07-24 | 2003-02-07 | Toshiba Corp | 帯電量の測定方法、荷電ビームの変位量測定方法、帯電量の測定装置および荷電ビームの変位量測定装置 |
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