特許 6535250 荷電粒子検出器およびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6535250

(24)【登録日】2019年6月7日

(45)【発行日】2019年6月26日

(54)【発明の名称】荷電粒子検出器およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 43/24 20060101AFI20190617BHJP

【ＦＩ】

   H01J43/24

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-158294(P2015-158294)

(22)【出願日】2015年8月10日

(65)【公開番号】特開2017-37783(P2017-37783A)

(43)【公開日】2017年2月16日

【審査請求日】2018年3月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】林 雅宏

【審査官】 小林 直暉

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０７５６４０４３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開昭５７−１９６４６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ４３／２４

３７／２４４

９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力面と前記入力面に対向する出力面を有し、前記入力面および前記出力面の間の空間内に配置された１またはそれ以上のマイクロチャネルプレートを含むＭＣＰユニットと、
前記ＭＣＰユニットの前記入力面に少なくとも一部が接触した状態で配置された電極であって、前記ＭＣＰユニットの前記入力面を露出させるための開口を有するＭＣＰ入力側電極と、
前記ＭＣＰユニットの前記出力面に少なくとも一部が接触した状態で配置された電極であって、前記ＭＣＰユニットの前記出力面を露出させるための開口を有するとともに前記ＭＣＰ入力側電極よりも高い電位に設定されるよう構成されたＭＣＰ出力側電極と、
前記ＭＣＰユニットの出力面側の空間内に存在する荷電粒子を、負電荷粒子と正電荷粒子に分けてそれぞれを別個に捕獲するマルチ電極構造と、を備え、
前記マルチ電極構造は、
前記ＭＣＰ入力側電極とともに前記ＭＣＰ出力側電極を挟むよう配置された電極であって、前記ＭＣＰ出力側電極よりも高い電位に設定されるよう構成された、前記負電荷粒子を捕獲するための第１電極と、
前記ＭＣＰ入力側電極とともに前記ＭＣＰ出力側電極を挟むよう配置されるとともに前記第１電極に対して電気的に絶縁された電極であって、前記ＭＣＰ出力側電極と前記第１電極との間の電位差よりも前記ＭＣＰ出力側電極と当該電極との間の電位差が大きくなるように前記ＭＣＰ出力側電極よりも低い電位に設定されるよう構成された、前記正電荷粒子を捕獲するための第２電極と、を有することを特徴とする荷電粒子検出器。

【請求項2】

前記第２電極は、前記ＭＣＰ出力側電極とともに前記第１電極を挟むよう配置されたことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子検出器。

【請求項3】

前記第２電極は、前記ＭＣＰ出力側電極と前記第１電極との間の空間に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子検出器。

【請求項4】

前記第１電極および前記第２電極は、前記ＭＣＰユニットの出力面に対して平行な平面上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子検出器。

【請求項5】

前記平面上において、前記第１および第２電極のうち一方は、前記第１および第２電極のうち他方全体を取り囲んだ形状を有することを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子検出器。

【請求項6】

前記第１および第２電極のうち一方は、ファラデーカップ構造を有し、前記第１および第２電極のうち他方は、前記ファラデーカップ構造の内部空間に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子検出器。

【請求項7】

前記第２電極と前記ＭＣＰ入力側電極とを電気的に接続するための電位設定構造を備えたことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の荷電粒子検出器。

【請求項8】

前記ＭＣＰ入力側電極は、前記電位設定構造として、前記ＭＣＰユニット、前記ＭＣＰ出力側電極、および前記第１電極のそれぞれを取り囲んだ状態で当該ＭＣＰ入力側電極から前記第２電極へ向かって伸びた形状を有し、かつ、前記第２電極に直接接触しているフランジ部を有することを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子検出器。

【請求項9】

前記第１電極と前記第２電極の電位が異なるよう、前記第１電極と前記第２電極のそれぞれに異なる値の電圧を印加するための電圧制御回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の荷電粒子検出器。

【請求項10】

請求項１〜９の何れか一項に記載の荷電粒子検出器の制御方法であって、
前記ＭＣＰ出力側電極に印加される電圧よりも高い電圧を第１電極に印加する一方、前記ＭＣＰ出力側電極に印加される電圧よりも低い電圧を第２電極に印加することにより、前記ＭＣＰ出力側電極、前記第１電極、および前記第２電極により形成される電位勾配を、前記第１電極の位置において電位ピークが現れるように調整することを特徴とする制御方法。

【請求項11】

前記ＭＣＰ入力側電極と前記第２電極とに等しい電圧が印加されることにより、前記ＭＣＰ入力側電極と前記第２電極とが同電位に設定されることを特徴とする請求項１０に記載の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のマイクロチャネルプレート（以下、ＭＣＰと記す）で構成されたＭＣＰユニットを含む荷電粒子検出器およびその制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

イオン、電子等の荷電粒子の高感度検出を可能にする検出器として、例えば、一定のゲインを得るためのＭＣＰ等の増倍手段を備えた荷電粒子検出器が知られている。このような荷電粒子検出器は、質量分析装置等の真空チャンバ内に計測器として設置されるのが一般的である。

【0003】

図１（ａ）には、質量分析装置の一例として、残留ガス分析装置（ＲＧＡ：Residual Gas Analyzers）の概略構成が示されている。この残留ガス分析装置１は、図１（ａ）に示されたように、一定の真空度に維持された真空チャンバ内に、イオン源１０、集束レンズ２０、質量分析部３０、計測部１００が配置されている。

【0004】

残留ガス分析装置１において、イオン源１０に導入された残留ガスは、高温のフィラメントから放出された熱電子と衝突することでイオン化する。このようにイオン源１０において生成されたイオンは、複数の電極で構成された集束レンズ２０を通過する際に加速、集束されながら質量分析部３０に導かれる。質量分析部３０は、４本の円柱電極（四重極）に直流電圧および交流電圧を印加することにより質量の異なるイオンを振り分ける。すなわち、質量分析部３０は、４本の円柱電極に印加される電圧を変えることにより、その値に応じた質量電荷比のイオンを選択的に通過させることができる。計測部１００では、上述のように質量分析部３０へ導入されたイオンのうち該質量分析部３０を通過したイオンを信号（イオン電流）として検出する。このイオン電流は残留ガスの量（分圧）に比例している。

【0005】

計測部１００としては、例えば図１（ｂ）に示されたような一定のゲインを得るためのＭＣＰユニット２００を備えた荷電粒子検出器１００Ａが適用可能である。なお、ＭＣＰユニット２００は、入力面２００ａと出力面２００ｂを有し、入力面２００ａと出力面２００ｂとの間の空間に積層された状態で配置された２枚のＭＣＰ２１０、２２０を含む。荷電粒子検出器１００Ａは、このような所望のゲインを得るためのＭＣＰユニット２００と、ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂから放出された電子を取り込むためのアノード電極２４０を備える。なお、ＭＣＰユニット２００の入力面２００ａと出力面２００ｂのそれぞれには、入力面２００ａの電位よりも出力面２００ｂの電位が高くなるよう、電圧制御回路（ブリーダ回路）２３０から異なる値の電圧（それぞれマイナス電圧）が印加される。一方、アノード電極２４０はグランド電位（０Ｖ）に設定されており、該アノード電極２４０に取り込まれたＭＣＰユニット２００からの電子は、電気信号として増幅器２５０に入力される。そして、増幅器２５０により増幅された電気信号（増幅信号）が出力端ＯＵＴから検出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第８，４７１，４４４号

【特許文献2】特開昭５７−１９６４６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

発明者は、従来の荷電粒子検出器について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、質量分析装置の中でもイオン飛行距離が長くなることにより性能が向上する飛行時間計測型質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ）などは、１０^−４Ｐａ（約１０^−６Ｔｏｒｒ）程度の高真空状態での計測が必須である。一方で、真空排気機構の簡略化（製造コストの低減）、イオンの平均自由工程の短縮（装置の小型化）等を目的として、１０^−１Ｐａ（約１０^−３Ｔｏｒｒ）程度の低真空状態での高感度質量分析が可能な荷電粒子検出器の開発要求も高まってきており、特に、１０^−１Ｐａ（約１０^−３Ｔｏｒｒ）程度の低真空環境下においてゲイン１０^５程度の高感度（低ノイズ）のイオン検出が望まれる。

【0008】

しかしながら、真空度が低下するほどチャンバ内の残留ガス分子が増えるため、低真空環境下での質量分析では、この不要な残留ガス分子のイオン化（電子イオン化）に起因したダークノイズの増加が問題となる。具体的には、図１（ｂ）に示されたように、ＭＣＰユニット２００から放出された電子と電極間に存在する残留ガス分子との衝突により、残留ガスイオンが発生してしまうことに起因していると考えられる。なお、この電子イオン化は、７０〜１００ｅＶの電子の衝突によりイオン化効率が最大とることが知られており（ＭＣＰの出力電子エネルギーは８０〜１００ｅＶ）、電子イオン化により生成される残留ガスイオンは、そのほとんどが正イオン（正電荷粒子）である（（元素Ｍ）＋（ｅ⁻）−＞（Ｍ^＋）＋２（ｅ⁻））。

【0009】

図１（ｂ）の電極配置では、ＭＣＰユニット２００の出力側電位よりもアノード電極２４０の電位の方が高く設定されているため、電極間で生成された不要な正イオン（Ｍ^＋）は、直接ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂに向かうか（図１（ｂ）中の矢印Ａで示された経路）、荷電粒子検出器１００Ａの周辺を浮遊したのちＭＣＰユニット２００の入射面２００ａに到達してしまう（図１（ｂ）中の矢印Ｂで示された経路）。このように、荷電粒子検出器１００Ａ内の電極間で生成された不要な正イオンがＭＣＰユニット２００に到達する現象、すなわちイオンフィードバックが発生すると、残留ガス由来の電子がダークノイズとして検出されることになるので、低真空度環境下における荷電粒子の高感度検出が困難になる。

【0010】

なお、上記特許文献１には、迷走イオン遮蔽用のイオンバリア膜を形成することが開示されている。また、上記特許文献２には、ＭＣＰ１２〜１４、２５、３１〜３２と平板ダイノード１９とでアノード２０を挟み込んだ構造が示されている。上記特許文献２のこのような電極配置において、平板ダイノード１９の電位はアノード１９の電位よりも低く設定されているが、ＭＣＰの電位は平板ダイノード１９の電位よりもさらに低く設定されている。このような電極配置によっても、電極間での電子イオン化に起因したイオンフィードバックを回避することは困難である。

【0011】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、低真空環境下における電子イオン化により生成される正電荷粒子の、電子増倍構造（ＭＣＰ）側へのフィードバック現象（イオンフィードバック）を効果的に抑制するため、該正イオン等の正電荷粒子の移動を制限する構造を備えた荷電粒子検出器およびその制御方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本実施形態に係る荷電粒子検出器は、電子増倍機能を実現するためのＭＣＰユニットを備え、１０^−１Ｐａ（＝１０^−３Ｔｏｒｒ）程度の低真空度環境下で、イオン等の荷電粒子の正確な検出を可能にするための構造を備える。すなわち、当該荷電粒子検出器は、ＭＣＰユニットから放出される電子が電極間の残留ガス分子に衝突することにより発生する残留ガスイオン（イオンフィードバックの原因）を効率よく除去するための構造を備える。

【0013】

本実施形態の第１の態様として、当該荷電粒子検出器は、ＭＣＰユニットの出力面側の空間に存在する荷電粒子を、ＭＣＰユニットから放出される二次電子等の負電荷粒子と、電子イオン化により生成される残留ガスイオン等の不要な正電荷粒子とに分けてそれぞれを別個に捕獲するための構造を有する。具体的に、当該荷電粒子検出器は、ＭＣＰユニットと、ＭＣＰ入力側電極と、ＭＣＰ出力側電極と、ＭＣＰユニットの出力面側の空間内に存在する荷電粒子を負電荷粒子と正電荷粒子に分けて、それぞれを別個に捕獲するマルチ電極構造と、を少なくとも備える。ＭＣＰユニットは、入力面と該入力面に対向する出力面を有する。また、ＭＣＰユニットは、入力面および出力面の間の空間内に配置された１またはそれ以上のＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）を含む。ＭＣＰ入力側電極は、ＭＣＰユニットの入力面に少なくとも一部が接触した状態で配置された電極であり、ＭＣＰユニットの入力面を露出させるための開口を有する。ＭＣＰ出力側電極は、ＭＣＰユニットの出力面に少なくとも一部が接触した状態で配置された電極である。また、ＭＣＰ出力側電極は、ＭＣＰユニットの出力面を露出させるための開口を有するとともにＭＣＰ入力側電極よりも高い電位に設定されるよう構成されている。

【0014】

特に、この第１の態様において、マルチ電極構造は、ＭＣＰ入力側電極とともにＭＣＰ出力側電極を挟むよう配置された第１電極と、ＭＣＰ入力側電極とともにＭＣＰ出力側電極を挟むよう配置されるとともに第１電極に対して電気的に絶縁された第２電極と、を有する。第１電極は、ＭＣＰ出力側電極よりも高い電位に設定されるよう構成され、電子などに代表される負電荷粒子を捕獲するための電極として機能する。一方、第２電極は、ＭＣＰ出力側電極よりも低い電位に設定されるよう構成され、電子イオン化により生成された残留ガスイオンなどに代表される不要な正電荷粒子を捕獲するための電極である。

【0015】

上記第１の態様に適用可能な第２の態様として、第２電極は、ＭＣＰ出力側電極とともに第１電極を挟むよう配置されてもよい。上記第１の態様に適用可能な第３の態様として、第２電極は、ＭＣＰ出力側電極と第１電極との間の空間に配置されてもよい。また、上記第１の態様に適用可能な第４の態様として、第１電極および第２電極は、ＭＣＰユニットの出力面に対して平行な平面上に配置されてもよい。上記第４の態様に適用可能な第５の態様として、平面上において、第１および第２電極のうち一方が、第１および第２電極のうち他方全体を取り囲んだ形状を有するのが好ましい。さらに、上記第１の態様に適用可能な第６の態様として、第１および第２電極のうち一方は、ファラデーカップ構造を有し、第１および第２電極のうち他方は、ファラデーカップ構造の内部空間に配置されてもよい。

【0016】

上記第１〜第６の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第７の態様として、当該荷電粒子検出器は、第２電極とＭＣＰ入力側電極とを電気的に接続するための電位設定構造を備えるのが好ましい。この場合、第２電極の電位とＭＣＰ入力側電極の電位は一致するが、第２電極の電位はＭＣＰ入力側電極の電位よりも低くてもよい。なお、第１〜第７の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第８の態様として、ＭＣＰ入力側電極は、フランジ部を備えてもよい。このフランジ部は上述の電位設定構造として機能するとともに、ＭＣＰユニットの他、他の電極を有能する筐体の一部としても機能する。具体的にフランジ部は、ＭＣＰユニット、ＭＣＰ出力側電極、および第１電極のそれぞれを取り囲んだ状態で当該ＭＣＰ入力側電極から第２電極へ向かって伸びた形状を有し、かつ、第２電極に直接接触する。

【0017】

上記第１〜第８の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第９の態様として、当該荷電粒子検出器は、第１電極と第２電極の各電位を個別に設定するための電圧制御回路をさらに備えてもよい。この場合、電圧制御回路は、第１電極と第２電極のそれぞれに異なる値の電圧を印加することにより、これら電極の電位を異ならせることができる。

【0018】

本実施形態に係る制御方法は、上述のような構造を有する荷電粒子検出器、すなわち、上記第１〜第９のうち少なくとも何れかの態様に係る荷電粒子検出器の検出動作を制御する。具体的に当該制御方法では、ＭＣＰ出力側電極に印加される電圧よりも高い電圧が第１電極に印加される。一方、ＭＣＰ出力側電極に印加される電圧よりも低い電圧が第２電極に印加される。このように第１電極と第２電極のそれぞれに対して異なる値の電圧が印加されることにより、ＭＣＰ出力側電極と第２電極との間で規定される空間内において、第１電極の位置がピークとなる電位勾配が形成される。

【0019】

上記制御方法に適用可能な態様として、ＭＣＰ入力側電極と第２電極にはそれぞれ等しい電圧が印加されてもよい。この場合、ＭＣＰ入力側電極と第２電極とが同電位に設定され、当該荷電粒子検出器自体の構造簡素化が可能になる。

【0020】

なお、本発明に係る各実施形態は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、本発明を限定するものと考えるべきではない。

【0021】

また、本発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施形態を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、本発明の範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。

【発明の効果】

【0022】

本実施形態によれば、低真空度環境下の電極間においてＭＣＰユニットからの電子と残留ガス分子とが衝突することにより発生する不要な残留ガスイオン（正電荷粒子）を、信号として取り込むべき電子（負電荷粒子）から効率的に分離し、かつ捕獲することができる。その結果、電極間に位置する電子飛行空間（少なくともＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０、第１電極３００、第２電極４００によりtriode構造が構成された電極間空間）からＭＣＰユニットへのイオンフィードバックが効果的に抑制され得る。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】質量分析装置の一例として残留ガス分析装置の構成および一般的な荷電粒子検出器の構造の一例を示す図である。

【図2】本実施形態に係る荷電粒子検出器の概略構成を説明するための図である。

【図3】本実施形態に係る荷電粒子検出器に適用可能なＭＣＰユニットの概略構成を説明するための図である。

【図4】第１構造を有する本実施形態に係る荷電粒子検出器の組み立て工程を説明するための図である。

【図5】図４に示された組み立て工程を経て得られた荷電粒子検出器を示す斜視図および該荷電粒子検出器の内部構造を示す断面図である。

【図6】本実施形態に係る荷電粒子検出器の制御方法を説明するための図である。

【図7】第２構造を有する本実施形態に係る荷電粒子検出器の要部組み立て工程および要部断面を示す図である。

【図8】第３構造を有する本実施形態に係る荷電粒子検出器の要部組立工程および要部断面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本願発明に係る荷電粒子検出器およびその制御方法の各実施形態を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。また、本実施形態は、これら例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図されている。

【0025】

図２は、本実施形態に係る荷電粒子検出器の概略構成を説明するための図である。また、図３は、本実施形態に係る荷電粒子検出器に適用可能なＭＣＰユニットの概略構成を説明するための図である。

【0026】

本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｂは、図１（ａ）に示された残留ガス分析装置１の計測部１００に適用可能である。具体的に、荷電粒子検出器１００Ｂは、図２に示されたように、入力面２００ａと出力面２００ｂを有するＭＣＰユニット２００と、ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂ側の空間内に存在する荷電粒子を、負電荷粒子と正電荷粒子に分けてそれぞれを別個に捕獲するマルチ電極構造と、を少なくとも備える。マルチ電極構造は、後述するＭＣＰ出力側電極とともにtriode構造を構成する第１電極３００と第２電極を、少なくとも含む。第１電極３００は、ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂから放出された電子を電気信号として読み出すための電極（電子に代表される負電荷粒子の捕獲用電極）である。第２電極は、ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂから放出された電子の飛行空間において生成された不要な正イオン（Ｍ^＋）を捕獲するための電極（正イオンに代表される正電荷粒子の捕獲電極）である。また、ＭＣＰユニット２００の入力面２００ａと出力面２００ｂのそれぞれには、入力面２００ａの電位よりも出力面２００ｂの電位が高くなるよう、ブリーダ回路（電圧制御回路）２３０から異なる値の電圧（それぞれマイナス電圧）が印加される。第１電極３００はグランド電位（０Ｖ）に設定されており、該第１電極３００に取り込まれたＭＣＰユニット２００からの電子は、電気信号として増幅器２５０に入力される。そして、増幅器２５０により増幅された電気信号（増幅信号）が出力端ＯＵＴから検出される。一方、第２電極４００は、ＭＣＰユニット２００の入力面２００ａと同電位（出力面２００ｂよりも低い電位）に設定されており、ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂから放出された電子の飛行空間内で電子イオン化により生成された不要な残留ガスイオン（ほとんどが正イオン）は、第２電極４００により捕獲される。そのため、当該荷電粒子検出器１００Ｂでは、イオンフィードバックに起因したダークノイズの発生が効果的に抑制されえる。

【0027】

なお、当該荷電粒子検出器１００Ｂに適用されるＭＣＰユニット２００の構造の一例が図３に示されている。すなわち、図３（ａ）は、ＭＣＰユニット２００の組立工程を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＸ１−Ｘ１線に沿った、ＭＣＰユニット２００の断面図である。

【0028】

図３（ａ）に示されたように、ＭＣＰユニット２００は、入力面２１０ａと出力面２１０ｂを有するＭＣＰ２１０と、入力面２２０ａと出力面２２０ｂを有するＭＣＰ２２０を備える。ＭＣＰ２１０に形成された複数の貫通孔（内壁に二次電子放出面が形成されているチャネル）は、入力面２１０ａに対して所定のバイアス角θだけ傾斜している。同様に、ＭＣＰ２２０に形成された複数の貫通孔（内壁に二次電子放出面が形成されているチャネル）も、入力面２２０ａに対して所定のバイアス角θだけ傾斜している。ここで、バイアス角は、入射荷電粒子が各チャネルの内壁に衝突することなくＭＣＰを通過することを防止するために設けられるチャネルの傾斜角である。

【0029】

上述のような構造を有する２枚のＭＣＰ２１０、２２０は、互いのバイアス角が一致しないように出力面２１０ｂと入力面２２０ａを貼り合わせることにより、積層される。さらに、ＭＣＰ２１０の入力面２１０ａ上には電極２１１が蒸着により形成され、ＭＣＰ２２０の出力面２２０ｂにも電極２２１が蒸着により形成されている。したがって、２枚のＭＣＰ２１０、２２０が貼り合わされた状態で、電極２１１の露出面が当該ＭＣＰユニット２００の入力面２００ａとなり、電極２２１の露出面が当該ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂとなる。ここで、電極２１１は、ＭＣＰ２１０の入力面２１０ａの前面をカバーするのではなく、入力面２１０ａの外周端から０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ露出させて形成されている。電極２２１も同様である。

【0030】

次に、図４および図５を用いて、第１構造を有する本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｃの具体的な構造を説明する。図４は、第１構造を有する本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｃの組み立て工程を説明するための図である。図５（ａ）は、図４に示された組立工程を経て得られた荷電粒子検出器１００Ｃの斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）中のＸ２−Ｘ２線に沿った当該荷電粒子検出器１００Ｃの断面図である。

【0031】

当該荷電粒子検出器１００Ｃの組み立て工程では、ＭＣＰユニット２００から第２電極４００Ａへ向かう方向（ＭＣＰユニット２００の中心軸に沿った方向）に沿って順に、ＭＣＰ入力側電極５１０（以下、ＭＣＰ−Ｉｎ電極と記す）、ＭＣＰユニット２００を収納する貫通孔６１０ａを有する絶縁スペーサ６１０、ＭＣＰ出力側電極５２０（以下、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極と記す）、上側絶縁リング６２０、第１電極３００Ａ（負電荷粒子捕獲用電極）、下側絶縁リング６３０、および、第２電極（正電荷粒子捕獲用電極）４００Ａが配置されている。ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と第２電極４００Ａは、当該荷電粒子検出器１００Ｃの筐体としても機能しており、具体的には、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０の一部を構成するフランジ部と第２電極４００Ａが溶接されている（ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と第２電極４００Ａは同電位に設定される）。このようにＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と第２電極４００Ａにより規定される内部空間内に、絶縁スペーサ６１０、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０、上側絶縁リング６２０、第１電極３００Ａ、および下側絶縁リング６３０が収納される。さらに、第２電極４００Ａを挟んでＭＣＰユニット２００の反対側にはブリーダ回路基板７００が配置され、第２電極４００Ａから伸びた、各電極に所望の電圧を印加するためリードピンを介して、ＭＣＰユニット２００を収納した金属筐体部分（ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と第２電極４００Ａにより構成されている）がブリーダ回路基板７００に固定される。

【0032】

具体的に、ＭＣＰユニット２００は、ディスク形状を有する絶縁スペーサ６１０の貫通孔６１０ａ内に収納された状態で、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０に挟まれる。その際、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０は、ＭＣＰユニット２００の入力面２００ａ上に形成された電極２１１に電気的に接続され、同様に、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０は、ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂ上に形成された電極２２１に電気的に接続される。

【0033】

なお、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０は、ＭＣＰユニット２００の入力面２００ａを露出させるための開口５１０ａと、ＭＣＰユニット２００とともに他の電極を収納する筐体の一部を構成するフランジ部を有する。ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０のフランジ部は、ＭＣＰユニット２００とともに他の電極を取り囲んだ状態で、ＭＣＰユニット２００から第２電極４００Ａへ向かって伸びた形状を有し、その端部は第２電極４００Ａに溶接される。以上のように本実施形態では、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と第２電極４００Ａが、ＭＣＰユニット２００と他の電極を収納する筐体を構成している。また、この構成において、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０のフランジ部は電位設定構造（給電部）として機能するため、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と第２電極４００Ａとが同電位に設定される。一方、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０は、ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂを露出させるための開口５２０ａと、当該ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０を所定電位に設定するための給電ピン５２０ｂを有する。

【0034】

第１電極３００Ａは、主に、ＭＣＰユニット２００から放出された二次電子を捕獲する負電荷粒子捕獲用電極（信号読み出し電極）であり、貫通孔３００Ａａが設けられたディスク形状を有する。また、第１電極３００Ａは、当該第１電極３００Ａを所定電位に設定するための給電ピン３００Ａｂを有するとともに、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０の給電ピン５２０ｂを接触することなく貫通させるための連絡孔３００Ａｃも有する。このような構造を有する第１電極３００Ａは、貫通孔３００Ａａとほぼ等しい直径の開口６２０ａが設けられた上側絶縁リング６２０と、同様に貫通孔３００Ａａとほぼ等しい直径の開口６３０ａが設けられた下側絶縁リング６３０により挟まれる。なお、上側絶縁リング６２０は、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０と第１電極３００Ａを電気的に分離するための絶縁スペーサとして機能し、下側絶縁リング６３０は、第１電極３００Ａと第２電極４００Ａを電気的に分離するための絶縁スペーサとして機能する。また、第１電極３００Ａの貫通孔３００Ａａの開口端にはメッシュ状または格子状の金属製ワイヤ電極部が配置されてもよい。

【0035】

第２電極４００Ａは、ＭＣＰユニット２００から放出された二次電子の飛行空間内での電子イオン化により生成される不要な残留ガスイオン（Ｍ^＋）を捕獲するための正電荷粒子捕獲用電極である。少なくともＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０、第１電極３００Ａ、第２電極４００Ａによりtriode構造が構成された電極空間内では、第２電極４００Ａが最も低い電位に設定されるため、この電極空間内で生成された不要な正電荷粒子は必然的に第２電極４００Ａへ向かうことになる。したがって、この第２電極４００Ａの存在により、生成された残留ガスイオンがＭＣＰユニット２００側へ移動していく現象、すなわちイオンフィードバックの発生が効果的に抑制され得る。具体的に、第２電極４００Ａは、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０の電位よりも低い電位に設定されるよう所定の電圧が印加される給電ピン４００Ａａを備える。さらに、第２電極４００Ａには、第１電極３００Ａの給電ピン３００Ａｂを接触することなく貫通させるための連絡孔４００Ａｂと、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０の給電ピン５２０ｂを接触することなく貫通させるための連絡孔４００Ａｃがそれぞれ設けられている。当該第２電極４００Ａの外周端は、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０のフランジ部に電気的に接続されているため、給電ピン４００Ａａを介して第２電極４００Ａに所定電圧が印加されることにより、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と第２電極４００Ａは同電位に設定される。なお、第２電極４００Ａの電位は、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０の電位よりも低ければ、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０の電位よりも高く設定されてもよく、また、低く設定されてもよい。

【0036】

ブリーダ回路基板７００は、ディスク形状を有するガラスエポキシ基板であって、上述のように構成された検出器筐体の支持部として機能するとともに、各電極へ所望の電圧を供給するためのブリーダ回路（分圧回路）２３０が搭載されている。具体的に、ブリーダ回路基板７００は、第１電極３００の給電ピン３００ｂが差し込まれる金属ソケット７１０ａ、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と電気的に接続されている第２電極４００の給電ピン４００ａが差し込まれる金属ソケット７１０ｂ、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５１０の給電ピン５２０ｂが差し込まれる金属ソケット７１０ｃを保持している。また、これら金属ソケット７１０ａ〜７１０ｃは、ブリーダ回路基板７００の表面に形成されたプリント配線７２０によりブリーダ回路２３０に電気的に接続されている。なお、各電極の給電ピン３００ｂ、４００ａ、５２０ｂとブリーダ回路２３０とがプリント配線７２０を介して電気的に接続される構造であれば、ソケット７１０ａ〜７１０ｃは金属以外の材料で構成されてもよい。

【0037】

なお、上述の第１構造では、第１電極３００ＡがＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０と第２電極４００Ａの間に配置されているが、第２電極４００ＡがＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０と第１電極３００Ａの間に配置されてもよい。また、上述の第２電極４００Ａが検出器筐体の一部を構成する場合、その中央に貫通孔を設け、かつ、該貫通孔の開口端を塞ぐように配置されたメッシュ状または格子状のワイヤ電極部が配置されてもよい。この構成により、当該荷電粒子検出器１００Ｃが設置される真空チャンバ内圧力と、検出器筐体内の圧力を一致させことが可能になる。

【0038】

次に、本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｂの制御方法を、図６を用いて説明する。なお、図６（ａ）は、本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｂの構成を示す図であり、図６（ｂ）は、本実施形態に係制御方法により設定される荷電粒子検出器１００Ｂの電位勾配を示す図である。

【0039】

図６（ａ）に示された荷電粒子検出器１００Ｂの構造は、図２に示された構造と同じである。すなわち、当該荷電粒子検出器１００Ｂは、図６（ａ）に示されたように、入力面２００ａと出力面２００ｂを有するＭＣＰユニット２００と、負電荷粒子捕獲用電極としての第１電極３００と、正電荷粒子捕獲用電極としての第２電極４００と、を備える。また、ＭＣＰユニット２００の入力面２００ａと出力面２００ｂのそれぞれには、入力面２００ａの電位よりも出力面２００ｂの電位が高くなるよう、ブリーダ回路２３０から異なる値の電圧が印加される。第１電極３００はグランド電位（０Ｖ）に設定されており、該第１電極３００に取り込まれたＭＣＰユニット２００からの電子は、電気信号として増幅器２５０に入力される。そして、増幅器２５０により増幅された電気信号（増幅信号）が出力端ＯＵＴから検出される。一方、第２電極４００は、ＭＣＰユニット２００の入力面２００ａと同電位（出力面２００ｂよりも低い電位）に設定される。

【0040】

この荷電粒子検出器１００Ｂにおける具体的な電位勾配は、１０^５程度の高ゲインを得る場合、図６（ｂ）のように設定される。すなわち、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０は−１５００Ｖ、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０は−１００Ｖ、第１電極３００はグランド電位（０Ｖ）、第２電極４００は、−１００Ｖよりも低い電位に設定される。なお、図６（ｂ）において、第２電極４００の最低電位はＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と同じ−１５００Ｖであるが、第２電極４００は、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０の電位より低い電位に設定されてもよい。また、第１電極３００と第２電極４００の位置が逆になった電極配置であっても、第１電極３００はＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０の電位よりも高い電位に設定され、第２電極４００はＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０の電位よりも低い電位に設定される。さらに、図６（ａ）に示された電位勾配は、１０^５程度の高ゲインを得る例であるが、１０^３程度の低ゲインを得る場合、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０の電位は、−１０００Ｖ程度に設定されればよい。

【0041】

次に、第２構造を有する本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｄの構造について図７を用いて説明する。なお、図７（ａ）は、第２構造を有する本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｄの要部組み立て工程を示す図であり、図７（ｂ）は、第２構造を有する荷電粒子検出器１００Ｄの要部断面を示す図である。

【0042】

第２構造を有する荷電粒子検出器１００Ｄの組立工程は、図４に示された組み立て工程（上述の第１構造を有する荷電粒子検出器１００Ｃの組立工程）のうち破線で囲まれた領域Ｓの工程に替え、図７（ａ）に示された破線領域Ｓ１の工程を備える。破線領域Ｓ１の工程以外の工程は図４に示された組み立て工程と同じであるため、以下、破線領域Ｓ１の工程（第１電極３００Ｂと第２電極４００Ｂの組み立て工程）のみを説明する。

【0043】

図７（ａ）に示されたように、当該荷電粒子検出器１００Ｄの組立工程において、用意される第１電極３００Ｂは、所定の直径を有するディスク形状を有し、その裏面には給電ピン３００Ｂａが取り付けられている。また、第２電極４００Ｂもディスク形状を有する。第２電極４００Ｂには、第１電極３００Ｂが配置される開口４００Ｂａが形成されるとともに、その裏面に給電ピン４００Ｂｂが取り付けられている。ディスク上の第２電極４００Ｂの内径は、第１電極３００Ｂの直径よりも大きい。これら第１電極３００Ｂおよび第２電極４００Ｂが、ディスク形状の絶縁基板６４０の同一面上に配置される。なお、絶縁基板６４０には、第２電極４００Ｂの給電ピン４００Ｂｂを貫通させるための連絡孔６４０ａ、第１電極３００Ｂの給電ピン３００Ｂａを貫通させるための連絡孔６４０ｂ、およびＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０の給電ピン５２０ｂを貫通させるための連絡孔６４０ｃが設けられている。以上の工程を経て図７（ｂ）に示された断面構造が得られる。なお、第１電極３００Ｂと第２電極４００Ｂの配置は、逆であってもよい。

【0044】

次に、第３構造を有する本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｅの構造について図８を用いて説明する。なお、図８（ａ）は、第３構造を有する本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｅの要部組み立て工程を示す図であり、図８（ｂ）は、第３構造を有する荷電粒子検出器１００Ｅの要部断面を示す図である。

【0045】

第３構造を有する荷電粒子検出器１００Ｅの組立工程は、図４に示された組み立て工程（上述の第１構造を有する荷電粒子検出器１００Ｃの組立工程）のうち破線で囲まれた領域Ｓの工程に替え、図８（ａ）に示された破線領域Ｓ２の工程を備える。破線領域Ｓ２の工程以外の工程は図４に示された組み立て工程と同じであるため、以下、破線領域Ｓ２の工程（第１電極３００Ｃと第２電極４００Ｃの組み立て工程）のみを説明する。

【0046】

図８（ａ）に示されたように、当該荷電粒子検出器１００Ｅの組立工程において、用意される第１電極３００Ｃは、所定の直径を有するディスク形状を有し、その裏面には給電ピン３００Ｃａが取り付けられている。また、第２電極４００Ｄは、開口４１０ａを有するリング部材４１０と、ディスク部材４２０により構成されたファラデーカップ構造を有する。なお、リング部材４１０の開口４１０ａは、第１電極３００Ｃの直径よりも大きい内径を有する。また、ディスク部材４２０には、その裏面に給電ピン４２０ａが取り付けられており、さらに、ディスク部材４２０には、第１電極３００Ｃの給電ピン３００Ｃａが貫通した状態で該第１電極３００Ｃを支持する絶縁スペーサ３１０の一部を貫通させる連絡孔４２０ｂ、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０の給電ピン５２０ｂを接触することなく貫通させる連絡孔４２０ｃが設けられている。リング部材４１０およびディスク部材４２０で構成された、ファラデーカップ構造の第２電極４００Ｃは、絶縁スペーサ３１０を解して第１電極３００Ｃを支持した状態で、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０のフランジ部に固定されることにより、検出器筐体の一部を構成する。以上の工程を経て図８（ｂ）に示された断面構造が得られる。なお、第１電極３００Ｃと第２電極４００Ｃの構造および配置は、逆であってもよい。すなわち、第１電極３００Ｃがファラデーカップ構造を有し、第２電極４００Ｃが、ファラデーカップ構造の内部空間に配置さてもよい。

【0047】

本実施形態に係る制御方法では、少なくともＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０、第１電極３００、第２電極４００によりtriode構造が構成された電極間空間において、上述のように、負電荷粒子捕獲用電極である第１電極３００が最も高い電位に設定され、かつ、正電荷粒子捕獲用電極である第２電極４００が最も低い電位に設定される。このような電極空間内では、主にＭＣＰユニットから放出される電子などの負電荷粒子は、最も高い電位に設定された電極へ向かう一方、電極間における電子イオン化により生成される不要な残留ガスイオンなどの正電荷粒子は最も低い電位に設定された電極へ向かう。したがって、本実施形態に係る制御方法によれば、信号として取り出される電子と不要な残留ガスイオンとの分離が可能になるとともに、イオンフィードバックの原因となる該不要な残留ガスイオン（正イオン）の捕獲が可能になる。

【0048】

以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0049】

１…残留ガス分析装置（質量分析装置）、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ…荷電粒子検出器、２００…ＭＣＰユニット、２３０…ブリーダ回路（電圧制御回路）、５１０…ＭＣＰ−Ｉｎ電極（ＭＣＰ入力側電極）、５２０…ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極（ＭＣＰ出力側電極）、３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ…第１電極（負電荷粒子捕獲用電極）、４００、４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ…第２電極（正電荷粒子捕獲用電極）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】