(57)【要約】【課題】プラズマディスプレイパネルや蛍光灯などの放電ランプ等のように、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材が放出する元素や分子などの中性粒子を分析することが可能な分析方法および分析装置を実現することを目的とする。【解決手段】試料５に対し、荷電粒子発生装置３により発生させた荷電粒子の照射を行った後に、加熱手段７による加熱を行い、その加熱の際に試料５から放出される中性粒子を質量分析装置４によって分析するように分析装置１を構成する。これにより、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材が放出する元素や分子などの中性粒子を分析することが可能な分析方法および分析装置を実現することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を設置する試料設置手段と試料を加熱する試料加熱手段とを内部に有する真空容器と、荷電粒子を発生する荷電粒子発生装置と、質量分析装置とを有し、真空容器内の試料設置台に設置した試料に対し、荷電粒子発生装置により発生させた荷電粒子の照射を行った後に、加熱手段による加熱を行い、その加熱の際に試料から放出される中性粒子を質量分析装置によって分析することを特徴とする分析方法。
【請求項２】
試料を設置する試料設置手段と試料を加熱する試料加熱手段とを内部に有する真空容器と、荷電粒子を発生する荷電粒子発生装置と、質量分析装置とを有し、真空容器内の試料設置台に設置した試料に対し、加熱手段による第一の加熱を行った後に荷電粒子発生装置により発生させた荷電粒子の照射を行い、その後、加熱手段による第二の加熱を行い、第二の加熱の際に試料から放出される中性粒子を質量分析装置によって分析することを特徴とする分析方法。
【請求項３】
第一の加熱が、試料表面に物理吸着している中性粒子を離脱させる温度で行われる請求項２に記載の分析方法。
【請求項４】
試料に電圧を印加する電圧印加手段を有し、荷電粒子発生装置により発生させた荷電粒子の照射を行なう際に、試料に電圧を印加し且つその電圧値を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の分析方法。
【請求項５】
荷電粒子が、電子、イオンの中から選ばれる少なくとも１つである請求項１に記載の分析方法。
【請求項６】
試料を設置する試料設置手段と試料を加熱する試料加熱手段とを内部に有する真空容器と、荷電粒子を発生させ前記試料に照射する荷電粒子発生装置と、前記試料から放出される中性粒子の質量分析を行う質量分析装置とを有する分析装置。
【請求項７】
前記試料に電圧を印加し且つその電圧値を変化させる電圧印加手段を有する請求項６に記載の分析装置。
【請求項８】
荷電粒子が、電子、イオンの中から選ばれる少なくとも１つである請求項６に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマディスプレイパネルや放電ランプなどを構成する部材において、動作時に電子やイオンなどの荷電粒子が照射される部材から、どの様な分子が析出するのかを解析する分析方法および分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
部材に吸着している分子や加熱による部材の分解で放出する分子を分析する手法として、これまで用いられているのは昇温脱離ガス質量分析法（以下、ＴＤＳと略記する）である。この手法は、試料を真空中にて加熱し、試料から放出されるガスの元素や分子などの中性粒子を四重極質量分析計で検出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＤＳの場合、加熱によって試料から脱離する中性粒子を分析する際、ＴＤＳの分析装置からの制約により、通常、加熱温度が室温〜１０００℃程度に制限されるため、この加熱温度よりもより高い温度となるようなエネルギが試料に与えられたときに脱離する中性粒子についての情報を得ることができない。例えば、プラズマディスプレイパネルは、パネル内に放電を発生させ、励起されたＸｅ原子から発生する紫外線によって蛍光体を発光させるものであり、これを構成する部材としては、低融点ガラス誘電体、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）保護層、蛍光体、リブ、ガラス基板、金属電極、透明電極などがある。したがって、プラズマディスプレイパネルを動作させている時には、パネル内部の部材はイオンや電子などの荷電粒子の衝突および紫外線に曝露されることとなるため、実動作時に、これらの高エネルギー照射によってパネルを構成している部材が放出する中性粒子は、荷電粒子の衝突あるいは紫外線照射の際に与えられるエネルギが、ＴＤＳの加熱によって与えるエネルギに比べて余りにも大きいので、ＴＤＳで分析しても正確に知ることはできない。
【０００４】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、プラズマディスプレイパネルや蛍光灯などの放電ランプ等のように、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材が放出する元素や分子などの中性粒子を分析することが可能な分析方法および分析装置を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために本発明の分析方法は、試料を設置する試料設置手段と試料を加熱する試料加熱手段とを内部に有する真空容器と、荷電粒子を発生する荷電粒子発生装置と、質量分析装置とを有し、真空容器内の試料設置台に設置した試料に対し、荷電粒子発生装置により発生させた荷電粒子の照射を行った後に、加熱手段による加熱を行い、その加熱の際に試料から放出される中性粒子を質量分析装置によって分析することを特徴とするものである。
【０００６】
また、上記目的を達するために本発明の分析方法は、試料を設置する試料設置手段と試料を加熱する試料加熱手段とを内部に有する真空容器と、荷電粒子を発生する荷電粒子発生装置と、質量分析装置とを有し、真空容器内の試料設置台に設置した試料に対し、加熱手段による第一の加熱を行った後に荷電粒子発生装置により発生させた荷電粒子の照射を行い、その後、加熱手段による第二の加熱を行い、第二の加熱の際に試料から放出される中性粒子を質量分析装置によって分析することを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記目的を達するために本発明の分析装置は、試料を設置する試料設置手段と試料を加熱する試料加熱手段とを内部に有する真空容器と、荷電粒子を発生させ前記試料に照射する荷電粒子発生装置と、前記試料から放出される中性粒子の質量分析を行う質量分析装置とを有するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
すなわち、本発明の請求項１に記載の発明は、試料を設置する試料設置手段と試料を加熱する試料加熱手段とを内部に有する真空容器と、荷電粒子を発生する荷電粒子発生装置と、質量分析装置とを有し、真空容器内の試料設置台に設置した試料に対し、荷電粒子発生装置により発生させた荷電粒子の照射を行った後に、加熱手段による加熱を行い、その加熱の際に試料から放出される中性粒子を質量分析装置によって分析することを特徴とする分析方法である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、試料を設置する試料設置手段と試料を加熱する試料加熱手段とを内部に有する真空容器と、荷電粒子を発生する荷電粒子発生装置と、質量分析装置とを有し、真空容器内の試料設置台に設置した試料に対し、加熱手段による第一の加熱を行った後に荷電粒子発生装置により発生させた荷電粒子の照射を行い、その後、加熱手段による第二の加熱を行い、第二の加熱の際に試料から放出される中性粒子を質量分析装置によって分析することを特徴とする分析方法である。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、第一の加熱が、試料表面に物理吸着している中性粒子を離脱させる温度で行われるものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、試料に電圧を印加する電圧印加手段を有し、荷電粒子発生装置により発生させた荷電粒子の照射を行なう際に、試料に電圧を印加し且つその電圧値を変化させることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、荷電粒子が、電子、イオンの中から選ばれる少なくとも１つである。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、試料を設置する試料設置手段と試料を加熱する試料加熱手段とを内部に有する真空容器と、荷電粒子を発生させ前記試料に照射する荷電粒子発生装置と、前記試料から放出される中性粒子の質量分析を行う質量分析装置とを有する分析装置である。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記試料に電圧を印加し且つその電圧値を変化させる電圧印加手段を有するものである。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、荷電粒子が、電子、イオンの中から選ばれる少なくとも１つである。
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態について説明するが、本発明の実施の形態はこれに制限されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１による分析装置の概略構成図である。分析装置１は、真空容器２と、荷電粒子発生装置３と、質量分析装置４とを有する。真空容器２は、試料５を設置する試料設置手段６と、試料５を加熱する試料加熱手段７と、荷電粒子発生装置３の、対となった電極３ａと電極３ｂとを内部に備える。また、荷電粒子発生装置３は、真空容器２内の対電極３ａ、３ｂと、電極３ａに接続されたマッチング回路８と高周波電源９（例えば、発振周波数：１ｋＨｚ〜５ＧＨｚ）、および電極３ｂに管１０で結合された、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｎ２などの不活性ガスボンベ１１とを備える。電極３ｂは複数の孔部１２を備えた構造となっており、管１０によって結合された不活性ガスボンベ１１からの不活性ガスを電極３ｂの孔部１２を通じて真空容器２内に導入することができるようになっている。ここで、上記構成においては、必要に応じて電気的な絶縁が得られるように構成すれば良く、例えば、電極３ａと真空容器２とは絶縁され、また電極３ｂは接地電位である。
【００１８】
以上の構成の分析装置１において、真空容器２内に不活性ガスボンベ１１から不活性ガスを電極３ｂを通じてシャワー状に導入し、真空容器２内の圧力を０．１３３Ｐａ〜１３３０Ｐａ（１ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲内に設定し、電極３ａ、３ｂの間に高周波電源９により高周波電圧を印加すると、電極３ａ、３ｂ間の空間には放電が発生しプラズマ１３が形成される。プラズマとは、気体原子もしくは分子が電離し、電子とイオンが等量存在した状態である。従って、このプラズマ１３が試料５と接触することにより、試料５には電子およびイオンなどの荷電粒子が照射される。この際、試料５においては、加熱のエネルギーだけで切れる元素、分子などの結合はもちろんのこと、加熱のエネルギーだけでは切れない結合であっても、照射される荷電粒子によるエネルギーによって切れる程度の元素、分子などの結合は切れた状態となっている。このような試料５の状態は、プラズマディスプレイパネルや、蛍光灯などの放電ランプ等のように、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材での状態と等しいものである。
【００１９】
その後、高周波の印加および不活性ガスの導入を止め、真空容器２内を真空ポンプからなる排気系１４によって高真空（例えば１．３×１０−３Ｐａ以下）に保つ。
【００２０】
次に、試料５をヒーター等の試料加熱手段７で加熱する。すると試料５は温度上昇を始め、温度上昇に応じて、結合の切れた元素、分子などが試料５から離脱する。そしてその離脱した元素、分子などの中性粒子を、例えば、試料５の表面付近に配置したサンプリングチューブ１５によってサンプリングし、例えば四重極質量分析計等の質量分析装置４にて質量数毎にイオン量強度を計測する。
【００２１】
この時、試料５とプラズマ１３とを接触させる時間は、デバイスの検討したい動作経過時間に合わせて設定されれば良く、標準的には１分以上１０時間以内である。
【００２２】
ここで、図２に、試料５として、蛍光体ペーストをガラス基板上にコートして乾燥し、その後、５００℃で焼成したものを用いた場合の分析結果を、質量数と質量分析計のイオン強度との相関を示すグラフとして実線で示す。比較のために、プラズマに接触させずに、他は上記と全く同様とした場合の分析結果を図２に点線で示す。これより、プラズマに接触させることで試料５に荷電粒子を照射した場合は、照射しなかった場合（つまり、従来のＴＤＳによる分析方法と同等の条件となる）に比べ、Ｈ２Ｏ（質量数１８）やＣＯ２（質量数４４）および炭化水素（ＣＨ）系ガスの放出が多くなることが確認できる。このことは、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材が放出する中性粒子の量は、ＴＤＳによる分析で確認できる中性粒子の放出量より多いことを意味し、これは、ＴＤＳでの分析結果から予想される以上に、実際でのプラズマディスプレイパネルや蛍光灯などの放電ランプにおいては中性粒子による影響と考えられる特性の劣化が大きいという事実と一致する。したがって、本実施の形態の分析方法および分析装置によれば、プラズマディスプレイパネルや蛍光灯などの放電ランプ等のように、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材が放出する、元素や分子などの中性粒子を分析することが可能であることがわかる。
【００２３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、以下に説明する。
【００２４】
実施の形態２が、実施の形態１に対して特徴的な点は、図３に示すように、試料５が、例えばガラス基板１６上にＩＴＯ，ＳｎＯ２などの透明導電膜もしくはＭｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｎｉなどの金属薄膜からなる電極１７を形成した基板上に載せた状態で、試料設置手段６に設置されており、電極１７には、真空容器２の外部に設けた直流電源１８がスイッチ１９を介して電気的に接続された構成としていることである。ここで、電極１７と直流電源１８とスイッチ１９とが試料５に対する電圧印加手段となる。
【００２５】
そして、実施の形態１と同様にして、対電極３ａ、３ｂ間に放電を起こし、発生したプラズマ１３を試料５に接触させる際、スイッチ１９を閉じることで電極１７に正のバイアス電圧（１００Ｖ〜２００Ｖ）を印加する。このことにより、電子が選択的にプラズマ中より引き出され、試料５表面に衝突するようになる。ここで、正のバイアス電圧値は、検討したいデバイスの使用条件から想定される値に設定すれば良く、標準的には１Ｖ〜１ｋＶの範囲である。また、プラズマの照射時間の設定は、実施の形態１に述べたとおりである。電子の照射量は、電流計２０により試料５とグランドとの間で流れる電流を計測することにより観察することが出来る。このように、荷電粒子として電子を試料５に照射した後、実施の形態１と同様にして、試料５より放出される中性粒子に対して質量分析した結果を図４に実線で示す。点線は、比較のために荷電粒子として電子を試料に照射しなかった場合のデータである。これより、荷電粒子として電子を照射した場合、照射しなかった場合（従来のＴＤＳによる分析方法と同等の場合である）に比べ、Ｈ２Ｏ（質量数１８）やＣＯ２（質量数４４）および炭化水素（ＣＨ）系ガスの放出が多くなることが確認できる。このことは、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材が放出する中性粒子の量は、ＴＤＳによる分析で確認できる中性粒子の放出量より多いことを意味し、これは、ＴＤＳでの分析結果から予想される以上に、実際でのプラズマディスプレイパネルや蛍光灯などの放電ランプにおいては中性粒子による影響と考えられる特性の劣化が大きいという事実と一致する。したがって、本実施の形態の分析方法および分析装置によれば、プラズマディスプレイパネルや蛍光灯などの放電ランプ等のように、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材が放出する、元素や分子などの中性粒子を分析することが可能であることがわかる。
【００２６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、以下に説明する。
【００２７】
実施の形態３が、実施の形態１に対して特徴的な点は、図５に示すように、試料５が、例えばガラス基板１６上にＩＴＯ，ＳｎＯ２などの透明導電膜もしくはＭｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｎｉなどの金属薄膜からなる電極１７を形成した基板上に載せた状態で、試料設置手段６に設置されており、電極１７には、真空容器２の外部に設けた直流電源２１がスイッチ２２を介して電気的に接続された構成としていることである。ここで、電極１７と直流電源２１とスイッチ２２とが試料５に対する電圧印加手段となる。そして、実施の形態１と同様にして、電極３ａ、３ｂ間に放電を起こし、発生したプラズマ１３を試料５に接触させる際、スイッチ２２を閉じて、電極１７に負のバイアス電圧（−１００Ｖ〜−２００Ｖ）を印加する。このことにより、イオンがプラズマ中より選択的に引き出され、試料５表面に衝突する。ここで、負のバイアス電圧値は、検討したいデバイスの使用条件から想定される値に設定すれば良く、標準的には１Ｖ〜１ｋＶの範囲である。照射時間の設定は、実施の形態１に述べたとおりである。イオンの照射量は、電流計２０により試料５とグランドとの間で流れる電流を計測することにより観察することが出来る。このように、荷電粒子としてイオンを試料５に照射した後、実施の形態１と同様にして、試料５より放出される中性粒子に対して質量分析した結果を図６に実線で示す。点線は、比較のために荷電粒子としてイオンを試料に照射しなかった場合のデータである。これより、荷電粒子としてイオンを照射した場合、照射しなかった場合（従来のＴＤＳによる分析方法と同等の場合である）に比べ、Ｈ２Ｏ（質量数１８）やＣＯ２（質量数４４）および炭化水素（ＣＨ）系ガスの放出が多くなることが確認できる。このことは、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材が放出する中性粒子の量は、ＴＤＳによる分析で確認できる中性粒子の放出量より多いことを意味し、これは、ＴＤＳでの分析結果から予想される以上に、実際でのプラズマディスプレイパネルや蛍光灯などの放電ランプにおいては中性粒子による影響と考えられる特性の劣化が大きいという事実と一致する。したがって、本実施の形態の分析方法および分析装置によれば、プラズマディスプレイパネルや蛍光灯などの放電ランプ等のように、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材が放出する、元素や分子などの中性粒子を分析することが可能であることがわかる。
【００２８】
以上で述べた実施の形態２および３では、一定電圧の直流電圧を印加する例を示したが、検討したいデバイスの動作状況において、想定される荷電粒子の入射エネルギに分布が有る場合、想定されるエネルギ範囲内に対応するよう直流電圧を時間的に変化させてもよい。この場合、直流電源１８、２１の代わりに三角波やランプ波、半波整流波などの波形発生器を使用すればよい。また、電子もイオンも共に或る入射エネルギの範囲で試料５に入射させたい場合は、直流電源１８、２１の代わりに交流電源を使用しても良い。
【００２９】
また、以上で述べた実施の形態１から３において、例えば、荷電粒子照射により試料５から離脱する中性粒子のみを測定する必要がある場合には、試料５に物理吸着した中性粒子ガスを測定前に離脱させるための第一の加熱を行った後に、実施の形態１と同様に荷電粒子照射を行い、その後に、試料５を加熱する第二の加熱を行って試料５から放出される中性粒子に対して質量分析を行えば良い。ここで第一の加熱の温度は、試料５表面に物理吸着している中性粒子を離脱させる温度とすれば良い。
【００３０】
また、荷電粒子照射時の試料５の温度を、デバイスの動作時の温度となるように設定するれば、より実動作に近い条件で測定が可能となり好ましい。
【００３１】
また、実施の形態１から３においては、荷電粒子発生装置３での電極３ａ、３ｂとして平行平板を使用した例を図示したが、特にこれに限るものではなく、誘導コイルや磁場と共振器を使った電子サイクロトロン共鳴によるプラズマ生成装置を使用しても良い。但し、この時は、プラズマを発生させる為のガスは、電極３ｂからシャワー状に導入するのでは無く、別系統で真空容器２内に導入する必要がある。
【００３２】
また、分析装置の構成の他の例として、例えば図７、図８に示すように真空容器２を石英ガラスや耐熱ガラスで構成し、電極３ａ、３ｂもしくは誘導コイル３ｃを真空容器２の外に設けてもよい。このようにすることにより、プラズマ発生時に電極３ａ、３ｂやコイル３ｃを構成する部材の材料が試料５への汚染を無くすことが出来る。但し、この時も、プラズマを発生させる為のガスは、電極からシャワー状に導入するのでは無く、別系統の導入系２３で真空容器２内に導入する必要がある。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、プラズマディスプレイパネルや蛍光灯などの放電ランプ等のように、実動作時に荷電粒子や紫外線に曝露される構成部材が放出する元素や分子などの中性粒子を分析することが可能な分析方法および分析装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１による分析装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１による分析装置による分析結果である、質量数と質量分析計のイオン強度との相関を示す図
【図３】本発明の実施形態２による分析装置の概略構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態２による分析装置による分析結果である、質量数と質量分析計のイオン強度との相関を示す図
【図５】本発明の実施形態３による分析装置の概略構成を示す図
【図６】本発明の実施の形態３による分析装置による分析結果である、質量数と質量分析計のイオン強度との相関を示す図
【図７】本発明の他の実施形態による分析装置の概略構成を示す図
【図８】同じく、本発明の他の実施形態による分析装置の概略構成を示す図
【符号の説明】
１　分析装置
２　真空容器
３　荷電粒子発生装置
４　質量分析装置
５　試料
６　試料設置手段
７　試料加熱手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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