Введение
Анализатор остаточных газов (RGA) — это небольшой и обычно прочный масс-спектрометр, предназначенный для управления технологическими процессами и контроля загрязнений в вакуумных системах. При реализации в виде четырехполюсного масс-анализатора существуют две конструкции, использующие открытый (OIS) или закрытый (CIS) источник ионов. Анализаторы RGA применяются в высоко-вакуумных установках, таких как исследовательские камеры, комплексы для изучения поверхностей, ускорители, сканирующие микроскопы и т.д. В большинстве случаев RGA используются для контроля качества вакуума и лёгкого обнаружения даже незначительных следов примесей в газовой среде низкого давления. Эти примеси могут измеряться до уровней Торр, с чувствительностью менее ppm при отсутствии фоновых помех. RGA также применяются как высокочувствительные детекторы утечек непосредственно в системе, обычно с использованием гелия, изопропилового спирта или других трассировочных газов. При откачке вакуумных систем до давления ниже Торр, проверка герметичности вакуумных уплотнений и качества вакуума – обнаружение утечек воздуха, виртуальных утечек и других загрязнений на низких уровнях – может быть выполнена до начала процесса.
Закрытый источник ионов
При применении, требующем измерения давления между и Torr, проблема влияния окружающих и технологических газов может быть значительно снижена за счет замены конфигурации OIS системой отбора проб CIS. Такой ионизатор располагается над четырехполюсным масс-фильтром и состоит из короткой газонепроницаемой трубки с двумя отверстиями – для входа электронов и выхода ионов. Ионы формируются вблизи единственной пластины извлечения и покидают ионизатор. Электрически изолированные кольца из оксида алюминия герметизируют трубку и смещенные электроды от остальной части четырехполюсного масс-спектрометра. Ионы образуются в результате ионизации электронами непосредственно при рабочем давлении. Подобная конструкция ранее применялась в приборах газовой хроматографии-масс-спектрометрии, а затем была адаптирована для квадропольных газоанализаторов. Большинство коммерчески доступных систем CIS работают в диапазоне между и Torr и обеспечивают обнаруживаемость на уровне ppm во всем массовом диапазоне при рабочем давлении между и Torr. Верхний предел определяется уменьшением средней длины свободного пробега для ион-нейтральных столкновений, которые происходят при более высоких давлениях и приводят к рассеянию ионов и снижению чувствительности. Анод CIS можно рассматривать как трубку с высокой пропускной способностью, напрямую соединенную с технологической камерой. Давление в зоне ионизации практически идентично давлению в остальной части камеры. Таким образом, ионизатор CIS генерирует ионы посредством ионизации электронами непосредственно при рабочем давлении, в то время как остальная часть масс-анализатора поддерживается в высоком вакууме. Такой прямой отбор проб обеспечивает высокую чувствительность и быстрое время отклика.