台湾专利TW201303956A 具有在帶電粒子源及帶電粒子分析器之間的二階帶電粒子偏向鏡片且該帶電粒子源及該帶電粒子分析器二者均對該偏向鏡片之中央軸偏移之用於氣體分析的質譜測定器

专利PDF首页>>台湾专利

专利附录

专利说明

权利要求

类似技术

同族专利

引用文献

法律状态

优先权

专利摘要:
提供裝置、方法及系統以抑制自一帶電粒子源至一分析器之一檢視線，且用於改變一分析器之一輸出頻譜的一基線偏移。導引一帶電粒子供應源穿過一偏向鏡片之一中空本體，該偏向鏡片係相對於一帶電粒子源及一分析器而定位。沿穿過一偏向鏡片之一較佳流徑的一流徑准許將離子自該源傳遞至偵測器，同時抑制自該偵測器至該源之一檢視線在平行於該偏向鏡片之中央縱向軸之一方向上。
公开号:TW201303956A
申请号:TW101119996
申请日:2012-06-04
公开日:2013-01-16
发明作者:Philip Neil Shaw；Jonathan Hugh Batey
申请人:Mks Instr Inc；
IPC主号:H01J49-00

专利说明:
具有在帶電粒子源及帶電粒子分析器之間的二階帶電粒子偏向鏡片且該帶電粒子源及該帶電粒子分析器二者均對該偏向鏡片之中央軸偏移之用於氣體分析的質譜測定器
本描述大體上係關於在待量測之氣體為真空環境內之殘餘氣體或已將氣體自較高壓力取樣至真空腔室中之情況下使用質譜測定器的氣體分析。本描述亦描述用於質譜測定系統中以導引帶電粒子束之帶電粒子光學器件。
帶電粒子分析包括藉由將帶電粒子(例如，離子)與物質分離及分析經分離之帶電粒子來識別物質之化學構成。質譜測定器為一類型之帶電粒子分析，且大體上指代對粒子質量之值之量測，或藉由使用頻譜資料量測其他物理量進行的對粒子質量之值的隱含式判定。質譜測定器涉及判定經離子化分子或組份之質荷比。當已知經離子化粒子之電荷時，可自質荷值之頻譜判定粒子的質量值。
用於執行質譜測定器之系統通常稱為質譜儀。質譜儀系統大體上包括離子源、質量過濾器或分離器，及偵測器(例如，法拉第收集器或電子倍增器)。舉例而言，可藉由離子源中之電子衝擊使分子或組份之樣本離子化以產生帶電粒子。離子源之類型包括(例如)電子衝擊、電噴霧、微波、質子轉移反應、電漿及/或化學離子化反應。藉由質量分析器將具有不同質量值之帶電粒子分離成質譜，例如，藉由將電場或磁場受控地施加至過濾器或分離器中之帶電粒子來將具有不同質量值之帶電粒子分離成質譜。過濾器之參數及性質可判定或選擇待透射之帶電粒子集合。舉例而言，過濾器之性質可為使得僅具有特定質量範圍之粒子橫越過濾器而至分析器之性質。偵測器收集帶電粒子，並與控制器通信以產生質譜。可顯示、檢視及/或記錄質譜。頻譜中之質量值的相對豐度用以判定樣本之組合物(或得出關於樣本之結論)及樣本之分子或組份的質量值或標識。
四偶極質譜儀為如下類型之質譜儀：包括四偶極質量過濾器以基於帶電粒子之質荷比而分離帶電粒子。四偶極質譜儀通常係針對已知帶電粒子及入埠帶電粒子之已知角度接收(angular acceptance)而設計。對於具有固體或液體樣本物質之高強度帶電粒子源而言，可藉由離子源產生諸如可見光或x射線光子之非吾人所樂見光子及不穩定中性分子。此等非吾人所樂見光子及中性分子可在輸出頻譜中產生或導致誤差(例如，雜訊)。詳言之，當偵測器具有至離子源之檢視線時，非吾人所樂見雜訊可由此等非吾人所樂見光子產生。
藉由防止離子源與偵測器之間或分析器與偵測器之間的檢視線而減小信號誤差之當前嘗試涉及(例如)相對於源或分析器離軸地安裝偵測器，將擋板或光子光闌(例如，貝塞爾盒)插入於偵測器與源或分析器之間，及/或使用第二過濾器來濾除非吾人所樂見光子。此等當前系統通常需要較大四偶極幾何形狀(例如，9 mm或更大之桿直徑)。另外，此等嘗試通常涉及額外場產生元件或偏向結構以提供橫切離子束之方向的電場，以使離子束離軸地轉向。額外場產生元件可能不利地影響離子透射及/或需要特別調諧之能量，從而導致誤差之可能性。場產生元件亦可能不利地影響至偵測器中之離子流，從而導致離子在並非經準直或並未與偵測器結構對準之路徑上進入偵測器中。此未對準導致傳遞至偵測器中之離子的減小之偵測。一些射束轉向系統以高電壓操作，此情形可增大成本及風險。許多現有質譜儀系統以通常高達0.1 Pa之相對較粗略之真空壓力操作。因此，在此等系統中，歸因於發生電弧之風險及/或一般操作安全考慮而需要避免使用高電壓。
當四偶極質譜儀用於殘餘氣體分析(RGA)或自較高壓力取樣至真空腔室中之氣體的分析時，通常在廣泛範圍之壓力上進行量測，且原生氣體物質可改變。對於RGA而言，較小四偶極幾何形狀(例如，6 mm或更小)通常與自帶電粒子源至四偶極過濾器或鏡片之帶電粒子流的檢視線一起使用。藉由自帶電粒子源至四偶極過濾器之帶電粒子流的檢視線，輸出頻譜之基線信號可隨著物質及/或壓力之改變而改變。因此，輸出頻譜之基線可使真實輸出頻譜混淆。
為了克服此等缺陷，提議一種離子流向結構，該離子流向結構有利地利用離子源與帶電粒子分析器之間的圓柱形幾何形狀。該流向結構包括一圓柱形本體，可將一電荷施加至該圓柱形本體從而在該圓柱形本體內建立一電場。該圓柱形本體界定穿過其之一中央軸。該流向結構包括在該圓柱形本體之一末端處之一入口孔隙，該入口孔隙用於接收一入射離子束(例如，來自一離子源)；及在該圓柱形本體之另一末端處之一出口孔隙，該離子束穿過該出口孔隙離開該結構(例如，至該帶電粒子分析器)。該入口孔隙及該出口孔隙兩者自該圓柱形本體之該中央軸移位。換言之，該入口孔隙(與該離子源相關聯)及該出口孔隙(與該帶電粒子分析器相關聯)皆不與該圓柱形本體之該中央軸同軸。以此方式，消除了該離子源與該帶電粒子分析器兩者之間的平行於該中央軸之一檢視線。在一帶電粒子分析器(諸如，一質譜儀)之真空環境中，「離軸地」定位兩個孔隙導致基線信號偏移之實質減小(例如，在質譜中)。可將基線信號偏移之該減小歸因於防止中性物質(例如，光子及/或介穩態原子或分子)及/或高能帶電粒子自該帶電粒子或該離子源傳遞至該帶電粒子分析器及/或偵測器。另外，一圓柱形幾何形狀之該使用利用一圓柱形對稱電場之固有性質，且允許該流向結構以較低電壓操作，藉此改良安全性並減小電擊風險。
雖然本文中描述為適用於離子化粒子束，但以下情形對於熟習此項技術者將為顯而易見的：概念亦應用於其他類型之帶電粒子。另外，雖然本文中所描述之一說明性實施例涉及一圓柱形本體，但以下情形對於熟習此項技術者將為顯而易見的：假定該入口孔隙及該出口孔隙並不與此等中空本體之一中央軸對準或不與此等中空本體之一中央軸同軸，則亦可使用具有不同幾何形狀之中空本體。
需要一種質譜儀系統，該質譜儀系統消除非吾人所樂見雜訊及/或非吾人所樂見背景效果，在一多重壓力、多種物質之環境中操作，且使一輸出頻譜之一基線偏移最小化。亦需要一種離子過濾器或鏡片，該離子過濾器或鏡片可抑制一帶電粒子源與一帶電粒子分析器之間的帶電粒子流之一檢視線，同時亦需要以相對較低電壓操作且具有相對於入射離子之能量的所要調諧性質。該圓柱形幾何形狀可用以使離開該流向結構之離子高效地聚焦於該偵測器或該分析器上，從而導致一更強健之質譜。亦需要一種質譜儀系統，該質譜儀系統可防止一帶電粒子流區之一入口與一出口之間的離子流之一檢視線。
本文中所描述之該等技術提供用於防止中性粒子、光子、能量不同於(例如，高於或低於)待分析之該等粒子的帶電粒子及非吾人所樂見質子自一帶電粒子源(例如，離子源)傳遞至一帶電粒子分析器或一偵測器。此外，該等技術亦允許量測及質譜中之基線假影以及電子激勵之脫附峰值的減小。
當混淆一離子源與一帶電粒子分析器之間的一檢視線時，減小基線偏移。達成一混淆之檢視線的一方式為相對於一流動區離軸地定位該離子源與該帶電粒子分析器。揭示用以進行以下操作之多種方式：離軸地定位該源及該帶電粒子分析器，同時仍達成用於產生一強健質譜的一足夠信號。一流向總成防止/抑制自該源至該帶電粒子分析器之一檢視線，其中允許該離子源中之組合物及/或壓力變化，該情形導致基線偏移減小的一實現。
在一態樣中，存在一種帶電粒子鏡片總成。該帶電粒子總成包括一中空本體，該中空本體界定一第一末端、一第二末端及一第一軸，該第一軸沿該中空本體之一中央線自該第一末端延伸至該第二末端。該帶電粒子鏡片亦包括一第一電極總成，該第一電極總成相對於該中空本體之該第一末端而定位，且界定用於接收一入射帶電粒子束之與該第一軸隔開的一第一孔隙。該帶電粒子總成亦包括一第二電極總成，該第二電極總成相對於該中空本體之該第二末端而定位，且界定用於將帶電粒子傳遞出該鏡片總成之與該第一軸隔開的一第二孔隙。該中空本體經組態以在施加一電位時，導引一帶電粒子供應源自該第一孔隙朝向該第二孔隙入射從而離開該總成。
一些實施方案包括與該第一軸隔開一距離之該第一孔隙，該距離實質上等於該第二孔隙與該第一軸隔開的一距離(例如，該第一孔隙及該第二孔隙距該第一軸等距)。在一些實施例中，該第一孔隙及該第二孔隙關於該第一軸對置地定位(例如，使得該第一孔隙與該第二孔隙之間的距離為任一孔隙距該第一軸之該距離的兩倍)。該中空本體在正交於該第一軸的一平面內可具有一圓形截面。在一些實施例中，該中空本體為圓柱形。該中空本體可界定一幾何形狀，該幾何形狀在垂直於該第一軸之一第一平面內及在實質上正交於該第一平面之一第二平面內具有鏡像對稱性。
在一些實施例中，該第一電極總成包含一第一電極，該第一電極界定實質上平行於該第一軸且實質上定中心於該第一孔隙上之一第二軸。該第二電極總成可包括一第二電極，該第二電極界定實質上平行於該第一軸且實質上定中心於該第二孔隙上之一第三軸。入射於該第一電極上之一帶電粒子束沿該第二軸之至少一部分行進穿過該第一電極，且接著跨越該第一軸之一部分行進穿過該中空本體，且沿該第三軸之至少一部分行進穿過該第二電極。
一些實施例特徵化包括接地網之該第一電極及該第二電極。該第一電極及該第二電極可包括屏蔽柵極或孔隙板。在一些實施例中，該第一電極包括與該第二軸同心之一圓形孔隙，且該第二電極包括與該第三軸同心之一圓形孔隙。
在一些實施例中，該帶電粒子鏡片總成包括用於施加該電位(例如，至該中空本體及/或該電極總成)之一構件。一些實施例將用於施加該電位之該構件特徵化為一電源供應器或一導電材料。在一些實施例中，該所施加電位實質上等於該帶電粒子或離子供應源的一平均能量。在一些實施方案中，該中空本體具有在該第一末端、該第二末端或該第一末端與該第二末端兩者之一直徑的大約1.3倍與1.6倍之間的一長度。此組態部分歸因於該中空本體之該幾何形狀及該入射離子束之該能量而提供有利聚焦。
另一態樣特徵化一種包括一中央區之帶電粒子鏡片總成。該中央區包括一第一中空本體，該第一中空本體界定一第一外部末端、一第一內部末端及一第一軸，該第一軸沿一中央線自該第一外部末端延伸至該第一內部末端。該中央區亦包括一第二中空本體，該第二中空本體界定相對於該第一內部末端定位之一第二內部末端、一第二外部末端及一第二軸，該第二軸自該第二內部末端延伸至該第二外部末端。該第二軸與該第一軸對準。該中央區亦包括一內部孔隙，該內部孔隙在該第一中空本體之該第一內部末端與該第二中空本體之該第二內部末端之間。該內部孔隙與該第一軸及該第二軸隔開。該帶電粒子鏡片總成亦包括相對於該第一中空本體之該第一外部末端定位的一第一電極總成。該第一中空本體界定用於接收一入射帶電粒子束之與該第一軸隔開的一第一孔隙。該帶電粒子鏡片總成亦包括一第二電極總成，該第二電極總成相對於該第二中空本體之該第二外部末端定位，且界定用於將帶電粒子傳遞出該鏡片總成之與該第二軸隔開的一第二孔隙。該中央區經組態以在將一第一電位施加至該第一中空本體且將一第二電位施加至該第二中空本體時，導引一帶電粒子供應源自該第一孔隙穿過該第一中空本體朝向該內部孔隙入射及自該內部孔隙朝向該第二孔隙入射從而離開該總成。在一些實施方案中，該帶電粒子鏡片總成被稱為一二階偏向或流向結構。
一些實施方案包括該第一中空本體之與該第一軸隔開一距離的該第一孔隙，該距離實質上等於該第二孔隙與該第一軸隔開的該距離。一些實施方案包括在該軸之與該第一孔隙及該第二孔隙對置的一側上之該內部孔隙。
在一些實施例中，該第一電極總成包括一第一電極，該第一電極界定實質上平行於該第一軸且實質上定中心於該第一孔隙上之一第三軸，且該第二電極總成包含一第二電極，該第二電極界定一第四軸，該第四軸實質上平行於該第一軸且實質上定中心於該第二孔隙上並實質上與該第三軸同軸。
在一些實施例中，該第一電極及該第二電極包括接地網。該第一電極總成及該第二電極總成可包括屏蔽柵極或孔隙板。在一些實施例中，該第一電極包括與該第三軸同心之一圓柱形圓形孔隙，且該第二電極包括與該第四軸同心之一圓形孔隙。在一些實施例中，該第一電極及該第二電極包括屏蔽柵極或孔隙板。
另一態樣係關於一種系統，該系統包括至具有一可變壓力或氣體組合物之一帶電粒子供應源的一介面。該系統包括與該帶電粒子供應源連通之一粒子流向結構。該帶電粒子流向結構包括：(a)一中空本體，其界定一第一末端及一第二末端以及一第一軸，該第一軸沿該中空本體之一中央線自該第一末端延伸至該第二末端；(b)一第一電極總成，其相對於該中空本體之該第一末端及用於接收一入射帶電粒子供應源之與該第一軸隔開的一第一孔隙而定位；及(c)一第二電極總成，其相對於該中空本體之該第二末端及與該第一軸隔開的一第二孔隙而定位。該中空本體經組態以在施加一電位時，導引一帶電粒子供應源自該第一電極總成朝向該第二電極總成入射。該系統亦包括一帶電粒子分析器模組，該帶電粒子分析器模組與該粒子流向結構連通且相對於該第二電極總成而定位以接收離開該粒子流向結構之一帶電粒子流。
一些實施例將該帶電粒子分析器模組特徵化為與該粒子流向結構流體連通、與該粒子流向結構電連通，或既與該粒子流向結構流體連通亦與該粒子流向結構電連通。在一些實施例中，該帶電粒子分析器模組包括該第二電極總成之至少一部分。
又一態樣特徵化一種系統，該系統包括用於介接至具有一可變壓力或氣體組合物之一帶電粒子供應源的構件。該系統亦包括一粒子流向構件，其用於導引自用於在一第一電極總成處經由一第一孔隙介接之該構件所接收的一粒子流沿一流徑穿過一中空本體朝向鄰近一第二孔隙之一第二電極總成。該第一孔隙及該第二孔隙與一軸隔開，該軸沿該中空本體之一中央線自該中空本體的一第一末端延伸至一第二末端。該流徑至少部分藉由施加至該中空本體之一電位來界定。該系統亦包括一帶電粒子分析器構件，該帶電粒子分析器構件與該粒子流向構件連通從而收集並分析來自該粒子流向構件之一帶電粒子流。
另一態樣涉及一種改變一帶電粒子分析器之一基線偏移的方法。該方法涉及使一帶電粒子源內之一壓力或一氣體組合物中的至少一者變化。該方法亦涉及在界定一第一末端及一第二末端之一流動區的該第一末端之一第一位點處，接收自該帶電粒子源至該流動區中的一粒子流。該方法亦涉及導引該所接收之粒子流自該第一位點沿一流徑朝向該流動區之該第二末端之一第二位點。該第一位點及該第二位點與一軸隔開，該軸自該流動區之該第一末端延伸至該第二末端。該第二位點經定位，以使得該第一位點處平行於該粒子流之一方向的自該第一末端至該第二末端之一檢視線並不與該第二位點相交。該方法亦涉及基於所收集之帶電粒子而產生一頻譜。
在一些實施例中，該帶電粒子源在與一帶電粒子分析器之一入口孔隙重合且穿過該流動區的一位置處，沿該檢視線為不可見的。在一些實施例中，自該流動區之該第一末端延伸至該第二末端的該軸實質上平行於該檢視線，且該流徑越過該軸。一些實施例將該第二末端特徵化為相對於該第一末端而定位，以使得該軸沿一90度弧延伸。在一些實施方案中，該流動區之該第二末端相對於該第一末端而定位，以使得該軸沿在0度與180度之間的一弧延伸。
一些實施方案涉及將一電位供應至一中空本體，該中空本體具有沿該中空本體之一中央線的一第一軸。該電位提供一電場，該電場導引入射於該第一位點上之帶電粒子跨越該中央線穿過該本體而至該第二位點。
一些實施例涉及相對於該中空本體之該第一末端定位一第一電極總成，及相對於該中空本體之該第二末端定位一第二電極總成。該第一電極總成界定用於接收一入射帶電粒子束之與該第一軸隔開的一第一孔隙，且該第二電極總成界定用於將帶電粒子傳遞出該鏡片總成之與該第一軸隔開的一第二孔隙。該中空本體經組態以在施加一電位時，導引一帶電粒子供應源自該第一孔隙朝向該第二孔隙入射從而離開該總成。
一些實施方案涉及將一第一電壓施加至該中空本體，及將一第二電壓施加至該第一電極總成、該第二電極總成或該第一電極總成與該第二電極總成兩者。該方法可涉及基於帶電粒子能量而選擇性地將帶電粒子導引出該流動區。在一些實施例中，導引該粒子流穿過該流動區包括阻礙朝向該流動區之該第二位點的該等粒子中之一中性物質流。
又一態樣係關於一種抑制一帶電粒子源與至一帶電粒子分析器或偵測器之一輸入之間的一檢視線之方法。該方法涉及將一預定電壓施加至一中空本體，該中空本體界定一第一末端、一第二末端及沿該中空本體之一中央線自該第一末端延伸至該第二末端的一第一軸。該預定電壓在該本體內建立一電場，該電場用於導引一帶電粒子流沿一所要流徑穿過該中空本體，該所要流徑係自與該第一軸隔開之一入射孔隙至與該第一軸隔開且關於該第一軸反射之一出口孔隙。該方法亦涉及將一第一電極電壓施加至相對於該中空本體之該第一末端安置的一第一電極總成，及將一第二電極電壓施加至相對於該中空本體之該第二末端安置的一第二電極總成。
一些實施方案涉及藉由一或多個差動抽汲之區將該帶電粒子源與該帶電粒子分析器分離。在一些實施例中，該方法涉及將該帶電粒子源及該帶電粒子分析器安置於一真空環境內。近真空或低壓力環境亦可能為合適的。
一些實施例特徵化調整該第一電極電壓及該第二電極電壓以使穿過該系統之該帶電粒子透射最佳化。在一些實施例中，施加至該中空本體之該預定電壓實質上等於該帶電粒子流之一平均能量。
在一些實施方案中，該等以上態樣中之任一態樣可包括該等以上敍述之特徵中的任一者(或全部)。
參看以下描述及圖式將更充分地理解此等及其他特徵，該等圖式為說明性的但未必按比例繪製。
本文中描述一種離子流向或鏡片結構，該離子流向或鏡片結構有利地利用離子源與帶電粒子分析器之間的圓柱形或其他對稱幾何形狀。鏡片結構包括圓柱形本體，該圓柱形本體界定穿過其之中央軸。可將電荷施加至圓柱形本體，從而在圓柱形本體內建立電場。鏡片結構包括在圓柱形本體之一末端處的用於接收入射離子束(例如，來自離子源)之入口孔隙，及在圓柱形本體之另一末端處的出口孔隙，離子束穿過該出口空隙離開該結構(例如，至帶電粒子分析器)。入口孔隙及出口孔隙兩者自圓柱形本體之中央軸移位。換言之，入口孔隙(與離子源相關聯)及出口孔隙(與帶電粒子分析器相關聯)皆不與圓柱形本體之中央軸同軸。以此方式，消除了離子源與帶電粒子分析器兩者之間的平行於中央軸之檢視線。在真空環境中，「離軸地」定位兩個孔隙導致自帶電粒子或離子源傳遞至分析器及/或偵測器之非吾人所樂見光子、中性物質及高能離子的實質減小與所得頻譜中之基線信號偏移的伴隨減小。另外，圓柱形幾何形狀之使用利用圓柱形對稱電場之固有性質，且與(例如)美國專利第4,481,415號或第5,495,107號之彼等系統的一些已知系統相比較，允許鏡片結構以較低電壓操作，藉此改良安全性並減小電擊風險。此處之鏡片結構之大小相對較小，且適合於供基於真空或低壓力之離子源使用。
圖1為用於抑制帶電粒子源110與分析器115之間的檢視線105之系統100的例示性方塊圖。除帶電粒子源110及分析器115之外，系統100亦包括第一電極總成120、流動區130及第二電極總成140。第一電極總成120以概念方式展示為定位於帶電粒子源110與流動區130之間。第二電極總成140以概念方式展示為定位於流動區130與分析器115之間。
在一些實施例中，第一電極總成120包括孔隙板、柵極電極及/或接地網。帶電粒子源110可包含第一電極總成120之一部分。舉例而言，可將將帶電粒子導引出帶電粒子源110的帶電粒子源110之出口板電極(未圖示)考慮為用於協作地導引帶電粒子朝向流動區130的第一電極總成120之一部分。在一些實施例中，第二電極總成140包括孔隙板、柵極電極或接地網。分析器115可包含第二電極總成140之一部分。舉例而言，可將導引帶電粒子朝向分析器115的分析器115之入口板電極考慮為第二電極總成140之一部分。
帶電粒子源110經由第一電極總成120將帶電粒子流自出口孔隙145提供或發射至流動區130之第一末端150。導引帶電粒子沿流徑160穿過流動區130至流動區130之第二末端165。帶電粒子經由第二電極總成140離開流動區130。帶電粒子經由入口孔隙170進入分析器115中。如圖1中所展示，帶電粒子沿流徑160自帶電粒子源110流動至分析器115，而不管帶電粒子源110與分析器115之間的檢視線105被混淆。另外，源100之出口孔隙145與分析器115之入口孔隙170之間的檢視線(未圖示)可由於(例如)流動區130以及流動區之第一末端150及第二末端165而混淆。在一些實施例中，帶電粒子流呈離子束形式，且流徑160描繪離子束之特性或理想路徑，例如，在離子束離開源110時經聚焦或準直，在離子束進入分析器115中時穿過流動區130而偏向並經聚焦或準直。
帶電粒子源110內之流動、壓力或組合物在帶電粒子供應期間可變化。舉例而言，當源110內之壓力可自(例如)1 Pa變化至0.0001 Pa時，帶電粒子源110可發射氬離子與具有10 eV正離子之平均能量的物質。在一些實施例中，正離子之平均能量與離子之類型或物質有關。在一些實施例中，正進行量測之帶電粒子流具有在約5 eV至約10 eV之範圍內的平均能量。在一些實施例中，分析器115與電腦、電腦記憶體及/或顯示器通信。
圖2A為用於抑制帶電粒子源210與出口區215之間的檢視線之帶電粒子鏡片總成205的例示性方塊圖200，該檢視線平行於總成205之中空本體220的中央軸250。帶電粒子源210可發射或提供帶電粒子供應源至帶電粒子鏡片總成205。帶電粒子供應源可為離子束、離子噴霧、離子雲、電子束，或此等各者之組合。帶電粒子鏡片總成205包括中空本體220、第一電極總成225及第二電極總成230。
中空本體220包括電位輸入235、第一末端240、第二末端245，及軸250。軸250沿中空本體220之中央線自第一末端240延伸至第二末端245。如所描繪，軸250沿0度弧或路徑行進。如關於圖3A至圖3C進一步論述，軸250可沿在0度與180度之間的弧自第一末端240延伸至第二末端245。
在一些實施例中，中空本體220在正交於軸250之平面(未圖示)中具有圓形截面。此情形在中空本體為球形、圓錐形或圓柱形之實施例中將成立。在一些實施例中，中空本體220為圓柱形，此情形導致具有有利特徵之穿過中空本體220的流徑。在一些實施例中，中空本體220為具有半徑(r)及長度(l)的圓柱形鏡片。在一些實施例中，中空本體220之長度(l)介於第一末端240、第二末端245或第一末端240與第二末端245兩者之直徑(2r)之大小的大約1.3倍與1.6倍之間。具有此範圍內之縱橫比的中空本體220展現所要操作參數，諸如用於在中空本體220內調諧並聚焦離子束的低電壓操作。在一些實施例中，圓柱形鏡片具有純圓柱形對稱性，此情形有利地使離子束偏向並聚焦，而無需用以在總成205內使離子束偏向的額外橫向場產生元件。在一些實施例中，中空本體220在垂直於軸250之第一平面(未圖示)中及在實質上正交於第一平面之第二平面(未圖示)中具有鏡像對稱性。具有此等鏡像對稱性之中空本體220有利地使離子束在中空本體220內聚焦並偏向，從而亦無需用以供應電場以影響偏向的橫向場產生元件。
圖2A之組態允許定位組件以利用物理對稱性及電場對稱性兩者，從而導致鏡片系統之潛在改良或更容易之調諧。
第一電極總成225包括第一孔隙260。第一電極總成225界定實質上平行於軸250且實質上定中心於第一孔隙260上的軸227。第一孔隙260沿y軸自軸250移位距離d1。第一電極總成225沿x軸自中空本體220之第一末端240移位距離d2。
第二電極總成230包括第二孔隙280。第二電極總成230界定平行於軸250且實質上定中心於第二孔隙280上的軸232。第二孔隙280沿y軸自軸250移位距離d3。第二電極總成230沿x軸自中空本體220之第二末端245移位距離d4。
在各種實施例中，第一電極總成225包括第一電極。舉例而言，第一電極可為接地網、屏蔽柵極或孔隙板。如圖2A中所說明，第一電極總成225包括作為電極之孔隙板。圖2E說明第一電極總成225包括柵極電極之實施例。第一孔隙260可包括於第一電極總成225中。第一孔隙260可具有與第二軸227同心之圓形輪廓。第一圓形孔隙260可自軸250移位達第一圓形孔隙260之半徑r _a1。換言之，在一些實施例中，距離d1實質上等於距離r _a1。在一些實施例中，第二電極總成230包括第二電極。第二電極可為接地網、屏蔽柵極或孔隙板。如圖2A中所說明，第二電極總成230包括作為電極之孔隙板。圖2E說明第二電極總成230包括柵極電極之實施例。第二孔隙280可包括於第二電極總成230中。第二孔隙280可具有與第三軸232同心之圓形輪廓。第二圓形孔隙280可自軸250移位達第二圓形孔隙280之半徑r _a2。換言之，在一些實施例中，距離d3實質上等於距離r _a2。另外，孔隙260r _a1之大小可為與孔隙280r _a2相同之大小。
在一些實施例中，第一孔隙260及第二孔隙280定位於距軸250實質上相等之距離處(例如，距離d1實質上等於距離d3)。在一些實施例中，第一孔隙260及第二孔隙280關於軸250對置定位(例如，在x-y平面中關於軸250之鏡像影像)。在一些實施例中，第一電極總成225以小於中空本體220之直徑(2r)的距離d2與第一末端240隔開。在一些實施例中，第二電極總成230以小於中空本體220之直徑(2r)的距離d4與第二末端245隔開。在一些實施例中，第一電極總成225與第一末端240隔開實質上等於第二電極總成230與第二末端245隔開之距離的距離(例如，距離d2實質上等於距離d4)。在例示性實施例中，距離r可為約8 mm，距離d1及d3可為約3 mm，且距離d2及d4可為約1 mm。
在操作中，帶電粒子鏡片總成205在第一電極總成225之第一孔隙260處接收帶電粒子供應源(未圖示)。帶電粒子供應源係接收自帶電粒子源210或接收自使帶電粒子或射束聚焦、準直或調節帶電粒子或射束的中間結構。施加至中空本體220之電位輸入235在中空本體220內建立電場(未圖示)，該電場可將帶電粒子供應源驅動或導引至第二電極總成230之第二孔隙280。第二電極總成230將帶電粒子供應源傳遞出帶電粒子鏡片總成205。調諧該電場或使該電場聚焦，以使得射束沿實質上平行於軸227之方向進入，且沿實質上平行於軸232之方向離開，此情形涉及射束越過軸250。藉由選擇性地施加電場，可導引離子束沿所要流徑(例如，具有圖1之流徑160的一般幾何形狀)自入口孔隙260穿過中空本體220至出口孔隙280。以此方式，可將源210及出口區215各自定位於距軸250一距離處，藉此使源210與出口區215之間的檢視線混淆，同時准許自源210至出口區215之離子流。
在一些實施例中，電位輸入235驅動或導引帶電粒子供應源沿第二軸227之一部分穿過第一電極總成225、跨越軸250之一部分穿過中空本體220，且沿第三軸232之一部分穿過第二電極總成230。在一些實施例中，第一電極總成225及/或第二電極總成230包括電位輸入(未圖示)。在一些實施例中，第一電極總成225及/或第二電極總成230與電能供應源連通。施加至第一電極總成225、第二電極總成230及/或中空本體220的電位可為直流電(或，在一些實施方案中，為交流電)。在一些實施例中，出口區215與分析器、電腦、電腦記憶體及/或顯示器連通。
在離開第二孔隙280後，便在出口區215中接收到帶電粒子。出口區215可為分析器(例如，質量分析器)或偵測器、第二中空本體，或用於處理、導引連通或調節帶電粒子之某一其他結構。舉例而言，出口區215可為二階偏向鏡片之第二階，在該狀況下，孔隙280將為第一階(描繪於圖2A中)與第二階(未圖示)之間的內部孔隙。
雖然可在源210與出口區215之間繪製直線292，但線292並不表示離子束之實際飛行路徑，該等離子在總成205內經受彎曲電場梯度。此外，平行於軸227且在孔隙260內之檢視線(未圖示)並不與出口區215相交或到達出口區215。類似地，平行於軸232且在孔隙280內之檢視線(未圖示)並不到達源或與源相交。半徑r_a1及r_a2(孔隙260、280的)可大於圖2A之示意圖中所暗示之半徑。導引離子流之實際態樣傾向於進一步抑制源210與出口區215之間的任何直接檢視線，且因此總成205可容易經設計，使得穿過孔隙260或280且平行於軸250之檢視線分別並不與出口區215或源210相交。舉例而言，假定r _a1及r _a2分別大約小於距離d1及d3，則平行於軸250且在孔隙260或280內之檢視線將分別不與出口區215或源210相交。
圖2B為帶電粒子鏡片總成205之等角視圖。總成205包括中空本體220及中央軸250。總成205包括界定孔隙260之孔隙板240，及界定孔隙280之第二孔隙板244。總成205包括：圓柱形結構248，其界定與孔隙260同心之軸227；及第二圓柱形結構252，其界定與孔隙280同心之軸232。如所說明，圓柱形結構248關於孔隙260定中心，且圓柱形結構252關於孔隙280定中心，但此情形並非所需的。
圓柱形結構248可鄰近於離子或帶電粒子源(例如，源210)而定位，且用以(例如)將離子束朝向孔隙板240中之孔隙260或在孔隙260上聚焦並導引。圓柱形結構248可被稱為「入射側」或「源側」結構且，在一些實施例中，圓柱形結構248為接地網。圓柱形結構252可鄰近於出口區(例如，出口區215)、偵測器(未圖示)或分析器(未圖示)而定位，且用以(例如)將離子束朝向偵測器或分析器之孔隙(未圖示)或在該孔隙(未圖示)上聚焦並導引。圓柱形結構252可被稱為「出口側」或「偵測器/分析器側」結構且，在一些實施例中，為接地網。中空本體220內之電場將離子束朝向孔隙板244中之孔隙280聚焦並導引，從而透射至圓柱形結構252。
將電壓或電位Vc施加至中空本體220，且將第二電壓或電位Va施加至孔隙板240、孔隙板244或孔隙板240與孔隙板244兩者。在一些實施方案中，施加至孔隙板240之電位Va的值不同於施加至孔隙板244之電位Va的值。
圖2C為圖2B之帶電粒子鏡片總成205的截面圖。圖2C之視圖說明圓柱形結構248、252中之每一者之直徑d _c，該直徑d _c在y方向上大於孔隙260、280的大小。中空本體220之中央軸250夾鉗孔隙260之邊緣260a及孔隙280之邊緣280a，並延伸至源側圓柱形結構248及偵測器側圓柱形結構252中。當入射離子束與軸227對準時，中央軸250並不在入射側圓柱形結構248內與離子束相交(且使偵測器側圓柱形結構252與軸227、離子束及源(未圖示)混淆)。類似地，當離開之離子束與軸232對準時，中央軸250並不在出口側圓柱形結構252內與離子束相交(且使入射側圓柱形結構248與軸232、離子束及出口區或帶電粒子分析器(未圖示)混淆)。
圖2D為以基於電腦模擬之兩個視圖270a至270b說明的穿過圖2B之帶電粒子鏡片總成205的例示性帶電粒子流之示意圖。視圖270a描繪如將呈現於圖2B之y-z平面中的穿過總成205之離子束274的流動。視圖270b描繪如將呈現為投影於圖2B之x-z平面上的穿過總成205之離子束274的流動。視圖270b亦描繪電極結構及例示性電壓等高線(voltage contour)。視圖270b表示由分別沿軸227、250及232之平行於x-z平面的三個截面建構而成的複合截面。視圖270a至270b兩者描繪在施加電位時的中空本體220內之電場線278。電場線278亦反映孔隙板240、244之電位。圖2D描繪在施加至中空本體220之電位為10V且孔隙板240、244之電位為0V時的例示性場線及離子束274之流動。用以產生圖2D之模擬中的離子束274之平均能量為10 eV。
射束274在y-z平面及x-z平面兩者中經聚焦，但在兩個平面中，焦點282延伸超出中空本體220之中點284。可藉由調整施加至電極240及280之電位使焦點282沿z軸移位，(例如)以使出射射束為較不發散的。
如視圖270a中可見，圓柱形結構248、252偏移，且並非關於y軸相對於中空本體220定中心，但圓柱形結構248、252關於x軸相對於中空本體220定中心。圖2D說明在離子束274橫越總成205及中空本體220時強加於離子束274上的偏向動作。
圖3A至圖3C為流徑分別沿0度弧310A、90度弧310B及180度弧310C行進之帶電粒子鏡片總成305A、305B、305C的例示性方塊圖300A、300B、300C。圖3A之中空本體305A包括或界定沿0度弧延伸之軸310A。換言之，軸310A提供穿過中空本體305A之直線路徑。圖3B之中空本體305B包括或界定延伸穿過90度弧之軸310B。換言之，軸310B允許使離子源或離開離子源之離子束軸(未圖示)以相對於偵測器或分析器(或進入至偵測器或分析器之離子束軸)(未圖示)之直角定向。圖3C之中空本體305C包括延伸穿過180度弧之軸310B。軸310C允許離子源或離開離子源之離子束軸(未圖示)平行於偵測器或分析器(或進入至偵測器或分析器之離子束軸)(未圖示)，但自偵測器或分析器移位。
圖4為標繪使用如圖2E中所展示之柵極電極的鏡片總成之例示性調諧電壓對射束位置之曲線圖400。沿垂直軸405標繪調諧電壓值，且沿水平軸410標繪呈中空本體半徑(例如，圖2A中之半徑r)之百分數形式的射束位置。曲線圖400展示四個電位曲線415a至415d，從而表示施加至(例如)圖2B中所說明之類型的四個中空本體(例如，圓柱形鏡片)之電位，每一中空本體具有不同縱橫比(例如，長度/直徑)。分別用以產生每一曲線415a至415d之鏡片之縱橫比的值420a至420d展示於圖例425中。沿垂直軸410之電位(例如，調諧電壓)以帶電粒子供應源中之待分析之物質的平均能量之百分數形式展示。射束位置之沿水平軸410的值以圓柱形鏡片之半徑(例如，中空本體220之半徑r)的百分數形式表示狹窄帶電粒子束自圓柱形鏡片(例如，中空本體220)之中央的位移。舉例而言，曲線415d展示：對於具有1.55縱橫比之圓柱形鏡片(圖例425中之條目420d)而言，可藉由具有帶電粒子供應源之能量之大約98%的施加電位使得以距圓柱形鏡片之中央達圓柱形鏡片之半徑之10%的距離(在曲線415d上表示為點430)入射於圓柱形鏡片上之帶電粒子束沿圓柱形鏡片之入口孔隙與出口孔隙之間的流徑行進。換言之，施加至中空本體之達離子束之平均能量之98%的電位將在中空本體內產生電場，以使自入口孔隙至出口孔隙之透射最佳化。
曲線415b展示：對於具有1.45縱橫比之圓柱形鏡片(圖例425中之條目420b)而言，可藉由具有帶電粒子供應源之平均能量之大約102%的施加電位使得以距圓柱形鏡片之中央達圓柱形鏡片之半徑之1.0%的距離(曲線415b上之點435)入射於圓柱形鏡片上之帶電粒子供應源沿圓柱形鏡片之入口孔隙與出口孔隙之間的流徑行進。
圖5A為包括第二中空本體520之帶電粒子鏡片總成500的例示性方塊圖，第二中空本體520與中空本體220協作地抑制帶電粒子源210與出口區515之間的檢視線(未圖示)，出口區515平行於中空本體220之軸250及/或中空本體520之軸550。在圖5A中，圖2之出口區215包括第二中空本體520及第三電極總成530。在一些實施方案中，圖5之組態被稱為二階偏向(例如，第一階大體指代第一中空本體220，且第二階大體指代第二中空本體520)。
帶電粒子鏡片總成500包括第一中空本體220、第二中空本體520、第一電極總成225、第二電極總成230及第三電極總成530。上文在圖2中大體論述了第一中空本體220、第一電極總成225及第二電極總成230。然而，在圖5A之組態中，第二電極總成230為安置於二階偏向總成500之第一階與第二階之間的中間電極。
中空本體520沿x軸相對於第二電極總成230移位距離d5。中空本體520包括電位輸入535、第一末端540、第二末端545，及第二軸550。第二軸550自第一末端540延伸至第二末端545。第二軸550可在y方向上與軸250對準(例如，沿x軸)，但此情形並非所需的。中空本體520可具有與上文關於圖2A之中空本體220所描述之特徵及尺寸大約相同的特徵及尺寸。
第三電極總成530包括孔隙580。第三電極總成530界定平行於第二軸550且實質上定中心於孔隙580上的軸523。孔隙580沿y軸自第二軸550移位距離d6。第三電極總成530自第二中空本體520之第二末端545移位距離d7。在一些實施例中，軸523與關於孔隙260定中心之軸227對準。在一些實施例中，第三電極總成530包括電位輸入(未圖示)。
在一些實施例中，距離d2、距離d4、距離d5及第七距離d7相等。在一些實施例中，孔隙260及孔隙580定位於軸250之相同側上(關於y軸)，且孔隙280相較於孔隙260及孔隙580而言定位於軸250之對置側上(再次關於y軸)。在一些實施例中，第三孔隙580以小於第二中空本體520之直徑(2r ₂)的距離d7與第二末端545隔開。
第三電極總成530可包括第三電極。第三電極可為接地網、屏蔽柵極或孔隙板。如(例如)圖5B中所展示，第三電極可包括與軸523同心之圓柱形孔隙。
在操作中，帶電粒子鏡片總成500在第一電極總成225之孔隙260處接收帶電粒子供應源。施加至中空本體220、中空本體520以及電極總成225、230及530的電位協作，以驅動或導引帶電粒子自孔隙260朝向孔隙280並穿過孔隙280、朝向孔隙580並穿過孔隙580且朝向出口區515。穿過總成500之線590描繪自源210至出口區515的概念化流徑，但流徑之實際形狀大體上為平滑的。雖然未描繪，但施加電位產生電場，該等電場之性質大體上藉由電位施加至之特定元件的形狀、幾何形狀及尺寸來判定。接地元件表示0伏特之施加電位。在一些實施例中，出口區515為第三中空本體、帶電粒子分析器，或用於處理、導引連通或調節帶電粒子束之某一其他結構。熟習此項技術者應瞭解，可級聯任何數目個結構，使得帶電粒子供應源在收集、偵測及/或分析之前通過任何數目個階。
在一些實施例中，電位535建立電場，該電場與系統500中之其他地方之電場協作地驅動或導引(或在驅動或導引上協作)帶電粒子供應源590跨越第二軸550之一部分穿過中空本體520且沿軸523之一部分穿過第三電極總成530。
圖5B為二階帶電粒子鏡片總成500之透視圖。總成500包括中空本體220、中央軸250、中空本體520及中央軸550。總成500包括界定孔隙260之孔隙板240、界定孔隙280之第二孔隙板244，及界定孔隙580的第三孔隙板544。圓柱形結構248界定與孔隙260實質上同心之軸227。第二圓柱形結構552界定與孔隙580實質上同心之軸523。如同圖2A，圓柱形結構248在源側上，且圓柱形結構252在偵測器側上。孔隙280界定穿過其之軸232。
在操作期間，在圓柱形結構248中接收離子供應源，且離子供應源大體上與軸227對準地通過孔隙260。離子流行進穿過中空本體且越過中央軸250以大體上與軸232對準地且經由孔隙280離開中空本體220。離子流經由大體上與軸232對準之孔隙280進入第二階及中空本體520中。雖然在中空本體520中，但離子束越過軸550且大體上與軸523對準地離開。離子束通過孔隙580而至圓柱形結構552中從而進一步透射至額外階或透射至偵測器或分析器。
藉由插入電極244，可混淆或抑制自帶電粒子分析器至離子源之直接檢視線，同時准許離子源及帶電粒子分析器兩者在y方向上之相同側上自總成之中央軸250、550偏移。
儘管將系統描繪為包括兩個外部孔隙板240、544，但原則上，在一些實施例中，可省略孔隙板240、544，或藉由接地網或屏蔽柵極替換孔隙板240、544。在此等實施例中，假定孔隙280之大小相對於中央軸250、550而偏移且並不超出中空本體220、520的半徑，則出口區或帶電粒子分析器與離子源之間的檢視線由於插入於第一偏向階與第二偏向階之間的孔隙板230或其他結構而混淆。舉例而言，圖5E為系統500之等角視圖，其中孔隙板240、544及孔隙板230已分別被柵極電極241、545、231替換。
圖5C為圖5B之二階帶電粒子鏡片總成500的截面圖。圓柱形結構248、544中之每一者之直徑d _c(上文關於圖2C所論述)在y方向上大於孔隙260、580的大小。中空本體220之中央軸250夾鉗孔隙之邊緣260a及孔隙280a的邊緣280a。中空本體520之中央軸550夾鉗孔隙280之邊緣280a及孔隙580的邊緣580a。因為中央軸250、550大體對準，所以將呈現為穿過總成500之直線；然而，圓柱形結構248、552在y方向上自中央軸250、550偏移，藉此混淆或抑制自源至偵測器之直接檢視線。另外，在帶電粒子源或偵測器或分析器具有在y方向上小於孔隙260、580之孔隙的實施方案中，將阻斷自源至偵測器或分析器之檢視線。
當入射離子束與軸227對準時，中央軸250並不藉由孔隙板244而在入射側圓柱形結構248內與離子束相交(且使出口側圓柱形結構552與軸227、入射離子束及源(未圖示)混淆)。類似地，當離開之離子束與軸523對準時，中央軸250、550並不藉由孔隙板244而在出口側圓柱形結構552內與離子束相交(且使入射側圓柱形結構248與軸523、離子束及出口區或帶電粒子分析器(未圖示)混淆)。
圖5D為以基於電腦模擬之兩個視圖570a至570b說明的穿過圖5B之二階總成500的例示性帶電粒子流之示意圖。視圖570a描繪如將呈現於圖5B之y-z平面中的穿過總成500之離子束574的流動。視圖570b描繪如將呈現為投影於圖5B之x-z平面上的穿過總成500之離子束574的流動。視圖570b表示由分別沿軸227、250、232、550及523之平行於x-z平面的五個截面建構而成的複合截面。兩個視圖570a至570b描繪在將電位施加至中空本體220、520及孔隙板240、244、544時的中空本體220及中空本體520內的電場線578。圖5D描繪在施加至中空本體220、520之電位為10 V且孔隙板240、244、544之電位為0 V時的例示性場線及離子束574之流動。離子束574之能量為10 eV。
射束574在y-z平面及x-z平面兩者中經聚焦，但在兩個平面中，焦點282延伸超出中空本體220的中點。可藉由調整施加至電極240、244及280之電位使焦點282沿z軸移位，(例如)以使出射射束為較不發散的。
圖6為用於改變帶電粒子分析器之基線偏移之例示性處理程序600的流程圖。使帶電粒子源內之參數變化(例如，圖2之帶電粒子源210)(步驟610)。參數可為(例如)帶電粒子源內之壓力及/或帶電粒子源內之粒子之物質的組合物。在微量物質(trace species)(例如，展現相對於正量測之總壓力的百萬分率或十億分率等級之分壓的所存在之氣體物質)之殘餘氣體分析(「RGA」)期間，主要物質(例如，以正量測之總壓力之相對較高百分數等級之分壓存在的氣體)可自一純氣體改變至另一純氣體，或兩種或兩種以上氣體之混合物，且壓力在單一量測期間可在大於1 Pa至小於1×10^-7 Pa之間變化。作為實例，量測可以作為主要氣體之氦氣、空氣或氫氣開始，且在量測之過程期間改變至氬氣或氮氣。主要氣體改變之其他實例對於熟習此項技術者將為顯而易見的。
自帶電粒子源接收粒子流(步驟620)。如上文在圖2中所描述，在至流動區(例如，中空本體)之第一末端中之第一位點(例如，孔隙)處接收粒子流。
導引粒子流沿流徑朝向流動區之第二末端的第二位點穿過流動區(步驟630)。(例如)如上文在圖2A中所描述，第一位點及第二位點與自流動區之第一末端延伸至第二末端的軸隔開。第二位點經定位，使得在第一位點處之平行於粒子流之方向的檢視線並不與第二位點相交。在一些實施例中，粒子流之源(例如，帶電粒子或離子源)在與帶電粒子分析器(例如，分析器)之入口孔隙重合且穿過流動區之位置處，沿檢視線為不可見的，使得中性粒子及相較於待分析之物質之平均能量而言具有較高能量或較低能量的粒子並不自離子源傳遞至帶電粒子分析器。可藉由施加至構成流動區之結構的電位(或一系列電位或電位之組合)導引粒子流。如上文在圖2A中所描述，藉由所施加電位產生之電場協作以跨越流動區之中央線將流自第一位點導引至第二位點。
當粒子離開流動區時，可藉由分析器或偵測器收集帶電粒子。基於所收集之帶電粒子而產生質譜(步驟640)。在一些實施例中，選擇性地將並不具有所要帶電粒子能量之帶電粒子導引出流動區，使得流動區充當能量過濾器。阻礙或抑制包括於粒子流中之中性物質流朝向流動區之第二位點流動。
圖7為用於抑制帶電粒子源與至帶電粒子分析器之輸入之間的檢視線之例示性處理程序的流程圖700。
當將第一電壓(V1)施加至中空本體(例如，圖2之中空本體220)時，處理程序開始(步驟710)。如關於圖4所論述，可基於待分析之帶電粒子之物質類型及/或中空本體的幾何形狀而預定第一電壓(V1)。第一電壓(V1)與供應至系統之其他元件的電位協作地在中空本體內建立電場。電場導引帶電粒子流沿所要流徑穿過中空本體，該所要流徑係自與中空本體之第一軸隔開之入射孔隙至與第一軸隔開及/或關於第一軸而反射之出口孔隙。
將第二電壓(V2)施加至相對於中空本體之第一末端安置的第一電極總成(例如，如上文在圖2中所描述之第一電極總成225及第一末端240)(步驟720)。第二電壓(V2)與第一電壓V1協作可導引帶電粒子流自帶電粒子源穿過第一電極總成而朝向及/或至中空本體之第一末端或中空本體中。
將第三電壓(V3)施加至相對於中空本體之第二末端(例如，圖2之第二末端245)安置的第二電極總成(步驟730)。第三電壓(V3)與第一電壓(V1)協作可導引帶電粒子流穿過第二電極總成而至分析器或偵測器中。
實務上，調整V1、V2及V3之值以使所要或所需離子的輸貫量最佳化。可使用帶電粒子模擬電腦程式來計算或近似V1、V2及V3之值，且典型電壓為：(例如)對於V1而言-60伏特，對於V2而言+3伏特，且對於V3而言-60伏特。在操作中，藉由系統之元件的幾何形狀來判定電壓值。在初始或模擬執行之後，可用實驗方法調諧該等值以使輸貫量及效能最佳化。
帶電粒子源及帶電粒子分析器可安置於真空環境、近真空環境或低壓力環境內。在一些實施例中，帶電粒子源與帶電粒子分析器藉由一或多個差動抽汲之區而分離。
圖8為藉由並不抑制源與分析器之間的檢視線之系統產生的分別針對氮氣物質、氬氣物質及氦氣物質之三個質譜805a至805c的曲線圖800。在離子源內之恆定壓力下觀測氮氣、氬氣及氦氣之質譜805a至805c。將質譜805a至805c表示為在曲線圖810上藉由沿垂直軸815的最大氣體峰值之百萬分率對沿水平軸820之質量(以原子質量單位(amu)為單位)標繪之曲線。每一曲線可包括基線部分及一或多個峰值(例如，質量峰值)兩者。舉例而言，氬氣之頻譜805b包括基線部分825及一或多個峰值部分830。業者可判定或手動建立沿垂直軸的質量之「零」值835(在圖8中描繪為5.5 amu)。對於氬氣頻譜805b而言，基線部分825在10 amu之質量處的值相對於在5.5 amu之任意零點處量測之信號為大約-0.2 ppm。氬氣之頻譜805b之基線部分825沿彎曲部分840減低，直至大約85 amu之質量(在該點處，頻譜805b之基線部分825達到穩定)為止。當質量濃度為大約-1.2 ppm時，頻譜805b達到穩定。因為氬氣之頻譜805b之基線部分825在約0.2 ppm與-1.2 ppm之間變化，同時質量在0 amu與85 amu之間變化，所以輸出信號之基線部分825呈現為失真的。氦氣之頻譜805c之基線部分845在0.1 ppm與-0.15 ppm之間變化，且氮氣之頻譜805a之基線部分850在0.1 ppm與大約-0.1 ppm之間變化。基線部分825、845、850之此偏移可由於信號雜訊而減小輸出頻譜的準確度。另外，氬氣之頻譜805b之基線部分在ppm值上分別不同於氦氣頻譜805c及氮氣頻譜805a之基線部分845、850，從而意謂使用僅一種氣體之基線正規化並不能準確地表示不同氣體的真實基線。不同基線在非頻繁之重新正規化之情況下將引入誤差(在一些狀況下，為實質誤差)於微量氣體分析中。頻繁之重新正規化時常導致不便利性及延遲。
圖9為如本文中所描述藉由抑制或混淆離子源與帶電粒子分析器之間的檢視線之系統產生的分別針對氮氣物質、氬氣物質及氦氣物質之質譜905a至905c的曲線圖900。在離子源內之恆定壓力下觀測質譜905a至905c。將質譜905a至905c表示為在曲線圖910上藉由沿垂直軸915的最大氣體峰值之百萬分率對沿水平軸920之質量(以原子質量單位(amu)為單位)標繪的曲線。在圖9中，每一頻譜905a至905c之基線部分925變化小於0.01 ppm，且跨越質量範圍以約0.0 ppm定中心。如圖9中可見，抑制源與帶電粒子分析器之間的檢視線使信號之基線部分925的變化最小化，且已消除圖8之彎曲部分840或實質上使彎曲部分840最小化。另外，不同於圖8之基線部分825、845、850的值，每一頻譜905a至905c之基線部分大約相等。所得頻譜905a至905c提供用於分析之更強健輸出信號，該等輸出信號較不易受到來自非吾人所樂見光子、中性粒子或非所需物質之偵測的雜訊影響。
雖然已參考特定實施例特別地展示並描述了本發明，但熟習此項技術者應理解，在不偏離如藉由附加申請專利範圍界定的本發明之精神及範疇的情況下，可對其中之形式及細節作出各種改變。
100‧‧‧系統
105‧‧‧檢視線
110‧‧‧帶電粒子源
115‧‧‧分析器
120‧‧‧第一電極總成
130‧‧‧流動區
140‧‧‧第二電極總成
145‧‧‧出口孔隙
150‧‧‧流動區之第一末端
160‧‧‧流徑
165‧‧‧流動區之第二末端
170‧‧‧入口孔隙
200‧‧‧例示性方塊圖
205‧‧‧帶電粒子鏡片總成
210‧‧‧帶電粒子源
215‧‧‧出口區
220‧‧‧中空本體
225‧‧‧第一電極總成
227‧‧‧第二軸
230‧‧‧第二電極總成/孔隙板
231‧‧‧柵極電極
232‧‧‧第三軸
235‧‧‧電位輸入
240‧‧‧第一末端/孔隙板
241‧‧‧柵極電極
244‧‧‧第二孔隙板
245‧‧‧第二末端
248‧‧‧圓柱形結構
250‧‧‧中央軸
252‧‧‧第二圓柱形結構
260‧‧‧第一孔隙
260a‧‧‧孔隙之邊緣
270a‧‧‧視圖
270b‧‧‧視圖
274‧‧‧離子束
278‧‧‧電場線
280‧‧‧第二孔隙
280a‧‧‧孔隙之邊緣
282‧‧‧焦點
284‧‧‧中點
292‧‧‧直線
300A‧‧‧例示性方塊圖
300B‧‧‧例示性方塊圖
300C‧‧‧例示性方塊圖
305A‧‧‧帶電粒子鏡片總成/中空本體
305B‧‧‧帶電粒子鏡片總成/中空本體
305C‧‧‧帶電粒子鏡片總成/中空本體
310A‧‧‧0度弧/軸
310B‧‧‧90度弧/軸
310C‧‧‧180度弧/軸
400‧‧‧曲線圖
405‧‧‧垂直軸
410‧‧‧水平軸
415a‧‧‧電位曲線
415b‧‧‧電位曲線
415c‧‧‧電位曲線
415d‧‧‧電位曲線
420a‧‧‧縱橫比值
420b‧‧‧縱橫比值
420c‧‧‧縱橫比值
420d‧‧‧縱橫比值
425‧‧‧圖例
430‧‧‧點
435‧‧‧點
500‧‧‧帶電粒子鏡片總成
515‧‧‧出口區
520‧‧‧第二中空本體
523‧‧‧軸
530‧‧‧第三電極總成
535‧‧‧電位輸入
540‧‧‧第一末端
544‧‧‧第三孔隙板
545‧‧‧第二末端/柵極電極
550‧‧‧軸
552‧‧‧第二圓柱形結構
570a‧‧‧視圖
570b‧‧‧視圖
574‧‧‧離子束
578‧‧‧電場線
580‧‧‧孔隙
580a‧‧‧孔隙之邊緣
590‧‧‧線/帶電粒子供應源
600‧‧‧用於改變帶電粒子分析器之基線偏移之例示性處理程序
700‧‧‧用於抑制帶電粒子源與至帶電粒子分析器之輸入之間的檢視線之例示性處理程序的流程圖
800‧‧‧曲線圖
805a‧‧‧質譜
805b‧‧‧質譜
805c‧‧‧質譜
810‧‧‧曲線圖
815‧‧‧垂直軸
820‧‧‧水平軸
825‧‧‧基線部分
830‧‧‧峰值部分
835‧‧‧質量之「零」值
840‧‧‧彎曲部分
845‧‧‧基線部分
850‧‧‧基線部分
900‧‧‧曲線圖
905a‧‧‧質譜
905b‧‧‧質譜
905c‧‧‧質譜
910‧‧‧曲線圖
915‧‧‧垂直軸
920‧‧‧水平軸
925‧‧‧基線部分
d1‧‧‧距離
d2‧‧‧距離
d3‧‧‧距離
d4‧‧‧距離
d5‧‧‧距離
d6‧‧‧距離
d7‧‧‧距離
d _c‧‧‧直徑
l‧‧‧長度
r‧‧‧半徑
r ₂‧‧‧半徑
r _a1‧‧‧半徑/距離
r _a2‧‧‧半徑/距離
Va‧‧‧第二電壓/電位
Vc‧‧‧電壓/電位
圖1為用於抑制帶電粒子源與分析器之間的檢視線之系統的例示性方塊圖。
圖2A為用於抑制源與分析器之間的檢視線之帶電粒子鏡片總成的例示性方塊圖。
圖2B為帶電粒子鏡片總成之等角視圖。
圖2C為圖2B之帶電粒子鏡片總成的截面圖。
圖2D為以兩個截面圖說明的穿過圖2B之帶電粒子鏡片總成的例示性帶電粒子流之示意圖。
圖2E為包括作為電極總成之部分之屏蔽柵極的帶電粒子鏡片總成之等角視圖。
圖3A至圖3C為流徑分別沿0度弧、90度弧及180度弧行進之帶電粒子鏡片總成或流動區的例示性方塊圖。
圖4為標繪例示性電位對射束位置之曲線圖。
圖5A為用於抑制源與分析器之間的檢視線之帶電粒子鏡片總成的例示性方塊圖。
圖5B為二階帶電粒子鏡片總成之等角視圖。
圖5C為圖5B之二階帶電粒子鏡片總成的截面圖。
圖5D為以兩個截面圖說明的穿過圖5B之二階總成的例示性帶電粒子流之示意圖。
圖5E為包括作為電極總成之部分之屏蔽柵極的二階帶電粒子鏡片總成之等角視圖。
圖6為用於改變帶電粒子分析器之基線偏移之例示性處理程序的流程圖。
圖7為用於抑制帶電粒子源與至帶電粒子分析器之輸入之間的檢視線之例示性處理程序的流程圖。
圖8為藉由並不抑制源與分析器之間的檢視線之系統產生的氮氣、氬氣及氦氣三種物質之質譜的曲線圖。
圖9為藉由抑制源與分析器之間的檢視線之系統產生的氮氣、氬氣及氦氣三種物質之質譜的曲線圖。
100‧‧‧系統
105‧‧‧檢視線
110‧‧‧帶電粒子源
115‧‧‧分析器
120‧‧‧第一電極總成
130‧‧‧流動區
140‧‧‧第二電極總成
145‧‧‧出口孔隙
150‧‧‧流動區之第一末端
160‧‧‧流徑
165‧‧‧流動區之第二末端
170‧‧‧入口孔隙

权利要求:
Claims (8)
[1] 一種帶電粒子鏡片總成，其包含：一中央區，該中央區包含：一第一中空本體，其界定一第一外部末端、一第一內部末端及一第一軸，該第一軸沿一中央線自該第一外部末端延伸至該第一內部末端；一第二中空本體，其界定相對於該第一內部末端定位之一第二內部末端、一第二外部末端及一第二軸，該第二軸自該第二內部末端延伸至該第二外部末端並與該第一軸對準；及一內部孔隙，其在該第一中空本體之該第一內部末端與該第二中空本體之該第二內部末端之間並與該第一軸及該第二軸隔開；一第一電極總成，其相對於該第一中空本體之該第一外部末端定位，且界定用於接收一入射帶電粒子束之與該第一軸隔開的一第一孔隙；及一第二電極總成，其相對於該第二中空本體之該第二外部末端定位，且界定用於將帶電粒子傳遞出該鏡片總成之與該第二軸隔開的一第二孔隙，該中央區經組態以在將一第一電位施加至該第一中空本體且將一第二電位施加至該第二中空本體時，導引一帶電粒子供應源自該第一孔隙穿過該第一中空本體朝向該內部孔隙入射及自該內部孔隙朝向該第二孔隙入射從而離開該總成。
[2] 如請求項1之帶電粒子鏡片總成，其中該第一孔隙與該第一軸隔開一距離，該距離實質上等於該第二孔隙與該第一軸隔開的距離。
[3] 如請求項2之帶電粒子鏡片總成，其中該內部孔隙在該軸之與該第一孔隙及該第二孔隙對置的側上。
[4] 如請求項1之帶電粒子鏡片總成，其進一步包含：其中該第一電極總成包含一第一電極，該第一電極界定實質上平行於該第一軸且實質上定中心於該第一孔隙上之一第三軸；且其中該第二電極總成包含一第二電極，該第二電極界定一第四軸，該第四軸實質上平行於該第一軸且實質上定中心於該第二孔隙上並實質上與該第三軸同軸。
[5] 如請求項4之帶電粒子鏡片總成，其中該第一電極及該第二電極包含接地網。
[6] 如請求項4之帶電粒子鏡片總成，其中該第一電極及該第二電極包含屏蔽柵極或孔隙板。
[7] 如請求項4之帶電粒子鏡片總成，其中該第一電極包括與該第三軸同心之一圓柱形狀圓形孔隙，且該第二電極包括與該第四軸同心之一圓形孔隙。
[8] 如請求項1之帶電粒子鏡片總成，其中該第一電極總成及該第二電極總成包含屏蔽柵極或孔隙板。

类似技术:

公开号 | 公开日 | 专利标题

EP2681755B1|2017-06-07|Electrostatic lenses and systems including the same

TWI530984B|2016-04-21|具有在帶電粒子源及帶電粒子分析器之間的一階帶電粒子偏向鏡片且該帶電粒子源及該帶電粒子分析器二者均對該偏向鏡片之中央軸偏移之用於氣體分析的質譜測定器

WO2015173911A1|2015-11-19|イオン輸送装置及び該装置を用いた質量分析装置

US20200144045A1|2020-05-07|Double bend ion guides and devices using them

TWI530982B|2016-04-21|具有用於抑制帶電粒子源與帶電粒子分析器之間的檢視線及致能帶電粒子分析器之基線改變之結構來用於氣體分析之質譜測定法

US20100288919A1|2010-11-18|Radio Frequency lens for introducing ions into a quadrupole mass analyzer

US9048078B2|2015-06-02|Mass spectrometry

Mandal et al.2011|Simulation study and analysis of a compact einzel lens-deflector for low energy ion beam

TWI530983B|2016-04-21|帶電粒子鏡片總成

US9159543B2|2015-10-13|Ion deflector for a mass spectrometer

Smolanoff et al.1995|Use of a quadrupole mass filter for high energy resolution ion beam production

US20210013017A1|2021-01-14|Mass Spectrometer

同族专利:

公开号 | 公开日

WO2012170169A2|2012-12-13|

KR101887169B1|2018-09-10|

WO2012170169A3|2013-03-28|

EP2718960A2|2014-04-16|

JP2014516200A|2014-07-07|

JP5760146B2|2015-08-05|

US8796638B2|2014-08-05|

EP2718960B1|2020-04-22|

TWI530983B|2016-04-21|

US20120313004A1|2012-12-13|

KR20140051217A|2014-04-30|

引用文献:

公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

US2331189A|1940-10-30|1943-10-05|Westinghouse Electric & Mfg Co|Mass spectrometer|

US2537025A|1946-04-15|1951-01-09|Cons Eng Corp|Mass spectrometer|

US3678333A|1970-06-15|1972-07-18|American Optical Corp|Field emission electron gun utilizing means for protecting the field emission tip from high voltage discharges|

US3939344A|1974-12-23|1976-02-17|Minnesota Mining And Manufacturing Company|Prefilter-ionizer apparatus for use with quadrupole type secondary-ion mass spectrometers|

US4146787A|1977-02-17|1979-03-27|Extranuclear Laboratories, Inc.|Methods and apparatus for energy analysis and energy filtering of secondary ions and electrons|

US4481415A|1982-10-27|1984-11-06|Shimadzu Corporation|Quadrupole mass spectrometer|

CA1245778A|1985-10-24|1988-11-29|John B. French|Mass analyzer system with reduced drift|

EP0237259A3|1986-03-07|1989-04-05|Finnigan Corporation|Mass spectrometer|

GB8901975D0|1989-01-30|1989-03-22|Vg Instr Group|Plasma mass spectrometer|

GB9110960D0|1991-05-21|1991-07-10|Logicflit Limited|Mass spectrometer|

GB9204524D0|1992-03-03|1992-04-15|Fisons Plc|Mass spectrometer|

US5663560A|1993-09-20|1997-09-02|Hitachi, Ltd.|Method and apparatus for mass analysis of solution sample|

JP3367719B2|1993-09-20|2003-01-20|株式会社日立製作所|質量分析計および静電レンズ|

US6005245A|1993-09-20|1999-12-21|Hitachi, Ltd.|Method and apparatus for ionizing a sample under atmospheric pressure and selectively introducing ions into a mass analysis region|

US5495107A|1994-04-06|1996-02-27|Thermo Jarrell Ash Corporation|Analysis|

JP2817625B2|1994-06-16|1998-10-30|株式会社島津製作所|プラズマ質量分析装置|

US5672868A|1996-02-16|1997-09-30|Varian Associates, Inc.|Mass spectrometer system and method for transporting and analyzing ions|

JP3424431B2|1996-03-29|2003-07-07|株式会社日立製作所|質量分析装置|

CA2317085C|2000-08-30|2009-12-15|Mds Inc.|Device and method for preventing ion source gases from entering reaction/collision cells in mass spectrometry|

JP3840417B2|2002-02-20|2006-11-01|株式会社日立ハイテクノロジーズ|質量分析装置|

US6891157B2|2002-05-31|2005-05-10|Micromass Uk Limited|Mass spectrometer|

JP2004071470A|2002-08-08|2004-03-04|Yokogawa Analytical Systems Inc|大気圧プラズマイオン化源質量分析装置|

US6867414B2|2002-09-24|2005-03-15|Ciphergen Biosystems, Inc.|Electric sector time-of-flight mass spectrometer with adjustable ion optical elements|

US7521673B2|2005-08-24|2009-04-21|Rahem, S.A.|Wide range, very high resolution differential mobility analyzer |

US7791042B2|2006-11-17|2010-09-07|Thermo Finnigan Llc|Method and apparatus for selectively performing chemical ionization or electron ionization|

US7741600B2|2006-11-17|2010-06-22|Thermo Finnigan Llc|Apparatus and method for providing ions to a mass analyzer|

JP5469823B2|2008-04-25|2014-04-16|アジレント・テクノロジーズ・インク|プラズマイオン源質量分析装置|

GB2467548B|2009-02-04|2013-02-27|Nu Instr Ltd|Detection arrangements in mass spectrometers|

US8921803B2|2011-03-04|2014-12-30|Perkinelmer Health Sciences, Inc.|Electrostatic lenses and systems including the same|

US8450681B2|2011-06-08|2013-05-28|Mks Instruments, Inc.|Mass spectrometry for gas analysis in which both a charged particle source and a charged particle analyzer are offset from an axis of a deflector lens, resulting in reduced baseline signal offsets|

法律状态:

优先权:

申请号 | 申请日 | 专利标题

US13/155,894|US8796638B2|2011-06-08|2011-06-08|Mass spectrometry for a gas analysis with a two-stage charged particle deflector lens between a charged particle source and a charged particle analyzer both offset from a central axis of the deflector lens|

[返回顶部]