特表 2024-506587 インピーダンス整合同軸導体、導電性接触要素、およびコンパクトな飛行時間型質量分析器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-14

(54)【発明の名称】インピーダンス整合同軸導体、導電性接触要素、およびコンパクトな飛行時間型質量分析器

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/40 20060101AFI20240206BHJP

   H01J 49/00 20060101ALI20240206BHJP

【ＦＩ】

H01J49/40

H01J49/00 130

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023547367

(86)(22)【出願日】2022-01-06

(85)【翻訳文提出日】2023-09-13

(86)【国際出願番号】 IB2022050087

(87)【国際公開番号】W WO2022167871

(87)【国際公開日】2022-08-11

(31)【優先権主張番号】21155560.2

(32)【優先日】2021-02-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522164503

【氏名又は名称】スペーステック テクノロジー アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＳＰＡＣＥＴＥＫ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ａ．Ｇ．

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】ヨスト， ユルク

(72)【発明者】

【氏名】ホーファー， ルーカス

(57)【要約】

少なくとも以下のリスト：イオン源、引き出し領域、ドリフト領域、リフレクトロン、および検出器、から選択される複数の機能部品と、真空チャンバ上に接続するように構成された単一の真空フランジと、複数のプラットフォームと、複数のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つのピラーであって、対応するプラットフォームを、単一の真空フランジまたは複数のプラットフォームのうちの隣接するプラットフォームのいずれかに固定して離間させるように構成された、複数のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つのピラーとを備え、複数のプラットフォームがそれぞれ、複数の機能部品のサブセットを集めてサブアセンブリを得るように構成され、かつサブアセンブリおよび単一の真空フランジが細長いアセンブリを形成するように配置され、プラットフォームがそれぞれ、細長いアセンブリにおける機械的基準を画定する、飛行時間型質量分析器。
【選択図】 図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性の内側導体と、
前記内側導体を実質的に前記内側導体の全長に沿って取り囲むように構成されることにより、前記内側導体から分離される、導電性の外側中空導体と、
前記内側導体と前記外側中空導体との間の分離を維持するために、前記内側導体と前記外側中空導体との間に配置された少なくとも電気絶縁要素と
を備え、前記内側導体と前記外側中空導体との間の空間が真空圧送可能である、
真空環境用のインピーダンス整合同軸導体。

【請求項2】

前記外側中空導体が、前記インピーダンス整合同軸導体の一方の先端部に、真空チャンバの壁の同軸フィードスルーに接続するための手段を備える、
請求項１に記載のインピーダンス整合同軸導体。

【請求項3】

前記外側中空導体が、前記一方の先端部に、内部円筒面と、前記同軸フィードスルーにねじ込むように構成された、前記内部円筒面上のねじ込み可能なねじ山とを備える、請求項２に記載のインピーダンス整合同軸導体。

【請求項4】

第１の導体と第２の導体との間の電気接触を確立するように構成された真空環境用の導電性接触要素であって、
導電性材料から作製された本体と、
細長い導電体の形態の前記第１の導体を内部に受け入れるように構成された、本体の少なくとも貫通孔と、
前記貫通孔に対して略垂直に向けられ、前記本体の外面から前記貫通孔まで延び、ねじを受け入れるように構成された、前記本体の少なくとも第１のねじ孔と、
前記本体の少なくとも第２のねじ孔と
を備える、真空環境用の導電性接触要素。

【請求項5】

前記導電性材料が、ステンレス鋼から作製される、請求項４に記載の真空環境用の導電性接触要素。

【請求項6】

第１の導体と第２の導体との間に電気接触を確立するように構成された真空環境用の導電性接触要素を用意するステップであって、前記導電性接触要素が、
導電性材料から作製された本体と、
細長い導電体の形態の前記第１の導体を内部に受け入れるように構成された、前記本体の少なくとも貫通孔と、
前記貫通孔に対して略垂直に向けられ、前記本体の外面から前記貫通孔まで延び、第１のねじを受け入れるように構成された、前記本体の少なくとも第１のねじ孔と、
前記本体の少なくとも第２のねじ孔と
を備える、用意するステップを含み、
前記第１のねじを前記第１のねじ孔にねじ込んで、前記貫通孔内に突出させることによって、前記第１の導体を前記貫通孔の内でクランプするステップと、
第２のねじを前記第２のねじ孔にねじ込むことによって、前記導電性接触要素を前記第２の導体に取り付けるステップと
をさらに含む、耐真空電気接触のための方法。

【請求項7】

プリント回路基板の表面のトラックとして前記第２の導体を用意するステップと、
前記第２のねじを前記第２のねじ孔にねじ込む前に、前記プリント回路基板の開口部に前記第２のねじを通すステップと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第２の導体をさらなる細長い導電体として用意するステップと、
前記第２のねじを前記第２のねじ孔にねじ込むことによって、前記さらなる細長い導電体を前記導電性接触要素にクランプするステップと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

少なくとも以下のリスト：イオン源、引き出し領域、ドリフト領域、リフレクトロン、および検出器、から選択される複数の機能部品と、
真空チャンバ上に接続するように構成された単一の真空フランジと、
複数のプラットフォームと、
前記複数のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つのピラーであって、対応するプラットフォームを、前記単一の真空フランジまたは前記複数のプラットフォームのうちの隣接するプラットフォームのいずれかに固定して離間させるように構成された、前記複数のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つのピラーと
を備え、前記複数のプラットフォームがそれぞれ、前記複数の機能部品のサブセットを集めてサブアセンブリを得るように構成され、かつ
前記サブアセンブリおよび前記単一の真空フランジが、細長いアセンブリを形成するように配置され、前記プラットフォームがそれぞれ、前記細長いアセンブリにおける機械的基準を画定する、
飛行時間型質量分析器。

【請求項10】

前記複数のプラットフォームが、前記単一の真空フランジ上に互いに積み重ねられる、
請求項９に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項11】

少なくとも追加のプラットフォームと、前記追加のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つの追加のピラーとをさらに備え、それによって、前記追加のプラットフォームがそれぞれ、複数の対応する追加のピラーのうちの１つによって前記単一の真空フランジ上に直接取り付けられる、請求項９または１０に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項12】

前記複数のプラットフォームおよび前記追加のプラットフォームのうちの少なくとも１つが第１のレベルプラットフォームとして定義され、
前記飛行時間型質量分析器が、
第１のレベルプラットフォームごとに、少なくとも対応する第２のレベルピラーによって前記第１のレベルプラットフォーム上に取り付けられた少なくとも１つの第２のレベルプラットフォーム
をさらに備える、請求項９～１１のいずれか一項に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項13】

前記単一の真空フランジが開口部を備え、
前記飛行時間型質量分析器が、
前記単一の真空フランジの前記開口部に取り付けられた付属の真空チャンバと、
前記付属の真空チャンバの内部に位置する少なくともさらなる付属のプラットフォームと
をさらに備える、請求項９～１２のいずれか一項に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項14】

前記単一の真空フランジの、前記少なくとも１つのプラットフォームに向かう側に位置し、前記付属の真空チャンバの内部を荷電粒子から保護するように構成された粒子シールド
をさらに備える、請求項１３に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項15】

前記複数のプラットフォームのうちの少なくとも１つを対応する前記少なくとも１つのピラーに固定するように構成された少なくともねじシステム
をさらに備える、請求項９～１４のいずれか一項に記載の飛行時間型質量分析器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体または気体の化学組成を決定するための質量分析計用のコンパクトな飛行時間型質量分析器に関する。

【背景技術】

【0002】

産業用途の多くの分野では、生産設備またはインフラストラクチャのインラインに統合することができるコンパクトな装置を用いて、液体または気体の形態の物質の化学組成を測定する必要がある。例えば、半導体、光学素子、およびディスプレイの製造に使用されるコーティングプロセスは、正確なプロセス制御を必要とし、これは、真空蒸着プロセスで基板に送達されるガスの組成を１秒の何分の１かごとなどの高速で測定することによって達成することができる。

【0003】

質量分析計は、気体または液体の化学組成を決定するために実験室で典型的に使用される高性能機器である。質量分析計は、「イオンのビームが質量／電荷の商に従って分離される機器」である［１］。質量分析計は、機器イオン源の内部で生成された物質の原子または分子の正イオンまたは負イオンを直接測定することによって機能する。次いで、これらのイオンは、マススペクトルを取得する質量分析器に送達され、各原子または分子種は、較正された質量電荷比対強度のスケールで表される各原子または分子種の特性スペクトルによって識別することができる。

【0004】

質量分析計は、一定の時間間隔で物質の化学組成を監視するために使用することができ、したがって、プロセス制御のためのセンサとして使用することができる。質量分析計は、研究室の人間のオペレータによって操作される必要がある機器としても、定義された時間間隔で物質を自動的に分析し、この分析の結果をネットワークを介してコンピュータシステムに提供することができる自律装置機器としても存在する。そのような装置の例には、真空中でガス試料を移送するために小さなピンホールを使用するオリフィス入口質量分析計、および分析されるガスまたは液体試料に対して半透過性である膜を使用する膜入口質量分析計が含まれる。

【0005】

イオンをそれらの質量電荷比によって分離するための様々な方法がある。１つの方法は、特定の質量電荷比を有するイオンのみを通過させて検出器に衝突させる四重極フィルタを使用することである。ある範囲の質量を走査することにより、四重極質量分析計はマススペクトルを生成することができる。これらの機器は非常に高感度であり得るが、スペクトルを生成することを可能にするマススペクトルの走査を、例えば１０秒以上ごとに実行する必要があるため、低速である。さらに、高信号および低信号を測定する能力を必要とする、非常に少量または微量で存在する物質を含む試料の測定において高感度を達成するために、四重極質量分析計は利得スイッチングを使用する必要があり、これは、機器の測定が定量的なままであることを確実にしながら電子機器に実装するのが非常に困難である。さらに、四重極のバーは、所望の性能を達成するために数マイクロメートルのレベルで精密な機械的位置合わせを必要とするため、四重極質量分析計の製造は困難である。

【0006】

質量電荷比によってイオンを分離する別の方法は、実質的に同じ運動エネルギーで試料からイオンのグループを加速してイオン光学系に入れ、イオン光学系がイオンのグループを検出器に向けることである。すべてのイオンは実質的に同じ運動エネルギーで始まるが、異なる質量を有するので、検出器への到達時間はイオンの質量電荷比に依存する。したがって、超高速電子機器を使用して検出器へのイオンの到達時間を測定することによって、マススペクトル、したがってこの種の装置の飛行時間型質量分析器または質量分析計の名称を得ることができる。これらの機器は、通常はｋＨｚの繰返し率で動作するため、非常に高感度で高速であり、これは１秒ごとに数千のスペクトルを取得することを意味し、その後、機器の電子機器の内部で合計されて、典型的な四重極質量分析計よりも約１０倍または１００倍速い、例えば０．１秒または１秒ごとにスペクトルを生成する。さらに、飛行時間型質量分析計の全スペクトルは、検出器の同じゲイン設定で取得され、したがって高速であるが定量的かつ高感度の測定が可能になる。しかしながら、これらの機器は、特に機器がコンパクトであり、質量分析器内のイオンの飛行時間が数マイクロ秒程度と短い場合、高性能電子機器を必要とする。さらに、機器の性能は、質量分析器のイオン光学系の設計の詳細に非常に敏感である。結果として、飛行時間型質量分析計は、通常、ハイエンドの実験室でしか見られない大型で高価な機器であり、プロセス制御のために工業製造設備のオンラインでは使用されないため、工業製造設備のインラインでの統合を可能にするにはコンパクトなサイズが重要である。一方で、四重極質量分析計は、四重極質量分析計の欠点にもかかわらず、小さく構築することができ、したがって、産業におけるプロセス制御機器として一般的に使用されている。

【0007】

本発明は、上記の不都合に対処することを目的とする。これにより、本発明は、以前は四重極質量分析計のみが使用されていた産業分野で高速飛行時間型質量分析器の使用を可能にし、したがって産業用途の様々な領域におけるより高速でより敏感なプロセスおよび製品品質制御の新しい可能性を開く。

【発明の概要】

【0008】

第１の態様では、本発明は、導電性の内側導体と、内側導体を実質的に内側導体の全長に沿って取り囲むように構成されることにより、内側導体から分離される、導電性の外側中空導体と、内側導体と外側中空導体との間の分離を維持するために、内側導体と外側中空導体との間に配置された少なくとも電気絶縁要素とを備え、内側導体と外側中空導体との間の空間が真空圧送可能である、真空環境用のインピーダンス整合同軸導体を提供する。

【0009】

好ましい実施形態では、外側中空導体は、インピーダンス整合同軸導体の一方の先端部に、真空チャンバの壁の同軸フィードスルーに接続するための手段を備える。

【0010】

さらに好ましい実施形態では、外側中空導体は、前記一方の先端部に、内部円筒面と、同軸フィードスルーにねじ込むように構成された、内部円筒面上のねじ込み可能なねじ山とを備える。

【0011】

第２の態様では、本発明は、第１の導体と第２の導体との間に電気接触を確立するように構成された、真空環境用の導電性接触要素を提供する。接触要素は、導電性材料から作製された本体と；細長い導電体の形態の第１の導体を内部に受け入れるように構成された、本体の少なくとも貫通孔と；貫通孔に対して略垂直に向けられ、本体の外面から貫通孔まで延びる、ねじを受け入れるように構成された、本体の少なくとも第１のねじ孔と；本体の少なくとも第２のねじ孔とを備える。

【0012】

さらに好ましい実施形態では、導電性材料はステンレス鋼から作製される。

【0013】

第３の態様では、本発明は、第１の導体と第２の導体との間に電気接触を確立するように構成された真空環境用の導電性接触要素を用意するステップを含む、耐真空電気接触のための方法を提供する。接触要素は、導電性材料から作製された本体と；細長い導電体の形態の第１の導体を内部に受け入れるように構成された、本体の少なくとも貫通孔と；貫通孔に対して略垂直に向けられ、本体の外面から貫通孔まで延びる、第１のねじを受け入れるように構成された、本体の少なくとも第１のねじ孔と；本体の少なくとも第２のねじ孔とを備える。本方法は、第１のねじを第１のねじ孔にねじ込んで、貫通孔内に突出させることによって、第１の導体を貫通孔の内部にクランプするステップと；第２のねじを第２のねじ孔にねじ込むことによって、導電性接触要素を第２の導体に取り付けるステップとをさらに含む。

【0014】

さらに好ましい実施形態では、本方法は、プリント回路基板の表面のトラックとして第２の導体を用意するステップと、第２のねじを第２のねじ孔にねじ込む前に、プリント回路基板の開口部に第２のねじを通すステップとをさらに含む。

【0015】

さらに好ましい実施形態では、本方法は、第２の導体をさらなる細長い導電体として用意するステップと、第２のねじを第２のねじ孔にねじ込むことによって、さらなる細長い導電体を導電性接触要素にクランプするステップとをさらに含む。

【0016】

第４の態様では、本発明は、少なくとも以下のリスト：イオン源、引き出し領域、ドリフト領域、リフレクトロン、および検出器、から選択される複数の機能部品と；真空チャンバ上に接続するように構成された単一の真空フランジと；複数のプラットフォームと；複数のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つのピラーであって、対応するプラットフォームを、単一の真空フランジまたは複数のプラットフォームのうちの隣接するプラットフォームのいずれかに固定して離間させるように構成された、複数のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つのピラーとを備え、複数のプラットフォームがそれぞれ、複数の機能部品のサブセットを集めてサブアセンブリを得るように構成され、かつサブアセンブリおよび単一の真空フランジが、細長いアセンブリを形成するように配置され、プラットフォームがそれぞれ、細長いアセンブリにおける機械的基準を画定する、飛行時間型質量分析器を提供する。

【0017】

さらに好ましい実施形態では、プラットフォームは、単一の真空フランジ上に互いに積み重ねられる。

【0018】

さらに好ましい実施形態では、飛行時間型質量分析器は、少なくとも追加のプラットフォームと、追加のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つの追加のピラーとをさらに備え、それによって、追加のプラットフォームがそれぞれ、複数の対応する追加のピラーのうちの前記１つによって単一の真空フランジ上に直接取り付けられる。

【0019】

さらに好ましい実施形態では、複数のプラットフォームおよび追加のプラットフォームのうちの少なくとも１つは、第１のレベルプラットフォームとして定義される。飛行時間型質量分析器は、第１のレベルプラットフォームごとに、少なくとも対応する第２のレベルピラーによって第１のレベルプラットフォーム上に取り付けられた少なくとも１つの第２のレベルプラットフォームをさらに備える。

【0020】

さらに好ましい実施形態では、単一の真空フランジは開口部を備える。飛行時間型質量分析器は、単一の真空フランジの開口部に取り付けられた付属の真空チャンバと；付属の真空チャンバの内側に位置する少なくとも１つのさらなる付属のプラットフォームとをさらに備える。

【0021】

さらに好ましい実施形態では、飛行時間型質量分析器は、単一の真空フランジの、少なくとも１つのプラットフォームに向かう側に位置し、付属の真空チャンバの内部を荷電粒子から保護するように構成された粒子シールドをさらに備える。

【0022】

さらに好ましい実施形態では、飛行時間型質量分析器は、複数のプラットフォームのうちの少なくとも１つを対応する少なくとも１つのピラーに固定するように構成された少なくともねじシステムをさらに備える。

【0023】

本発明は、好ましい実施形態の詳細な説明を通して、図面を参照してよりよく理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1a】単一の真空フランジの真空側に取り付けられた飛行時間型質量分析計の機械的設計を概略的に示す図である。

【図1b】単一の真空フランジの真空側に取り付けられた飛行時間型質量分析計の機械的設計を概略的に示す図であり、複数の第２のレベルプラットフォームが第１のレベルプラットフォームに取り付けられている。

【図1c】単一の真空フランジの真空側に取り付けられた飛行時間型質量分析計の機械的設計を概略的に示す図であり、プラットフォームがそれぞれのピラーに取り付けられている。

【図1d】単一の真空フランジの真空側に取り付けられた飛行時間型分光計の機械的設計の一実施形態を概略的に示す図であり、真空チャンバが単一の真空フランジの開口部に設置されている。

【図1e】本発明の一例による、任意選択の検出器シールドなしの、図１ｄに示すのと同様の機械的設計を示す図である。

【図2】本発明の一例による真空環境用のインピーダンス整合同軸導体を概略的に示す図である。

【図3a】本発明の一例による耐真空電気接触要素を概略的に示す図である。

【図3b】使用例における図３ａの接触要素を示す図である。

【図3bb】接触要素のさらなる例を示す図である。

【図3c】さらなる使用例における図３ｂの接触要素を示す図である。

【図3d】接触要素のさらなる例を示す図である。

【図3e】接触要素のさらなる例を示す図である。

【図3f】接触要素のさらなる例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図面および説明を通して、同様の特徴の同じものを指すために同じ参照符号が使用される。

【0026】

第１の態様では、図１ａを参照すると、本発明は、単一の真空フランジ１０１の真空側に取り付けられた飛行時間型質量分析計の機械的設計を提供する。この機械的設計手法の利点は、質量分析計をプロセス真空チャンバ（図１ａには示されていない）に直接設置してプロセスガスをその場で監視する（ダイブイン装置）ことを可能にすることである。しかしながら、単一フランジ設計はまた、同じ質量分析計を、機器に嵌合する小さな真空チャンバ（図１ａには示されていない）に設置し、合わせて質量分析計をスタンドアロン機器として使用することも可能にする。

【0027】

飛行時間型質量分析器は、典型的には、例えばイオン源、抽出領域、ドリフト領域、リフレクトロン、および検出器などの複数の機能部品からなる。典型的には、これらの機能部品は、細長いアセンブリを形成する。すべての機能部品が、細長いアセンブリの一端によって単一のフランジ１０１に取り付けられているので、細長い分析器アセンブリと単一のフランジ１０１との間の機械的インターフェースは、細長いアセンブリのトルクを吸収するのに十分に強くなければならない。器具の設置および操作は独立した配向でなければならず、器具は例えば振動にさらされるので、機械的構造は、実質的にすべてのイオン光学要素のねじれおよび機械的整列を保証することなく加えられるすべてのそのような力を吸収するのに十分な剛性でなければならない。

【0028】

これらの要件を満たすために、細長い分析器アセンブリはいくつかのサブアセンブリに分割され、その各サブアセンブリはプラットフォーム１０２を形成する。これらのプラットフォーム１０２は、単一のフランジ１０１の方向に下方のプラットフォーム１０２に対して、または単一のフランジ１０１に対して各プラットフォーム１０２を離間させるための少なくとも１つのピラー１０３を使用して、単一のフランジ１０１上に互いに積み重ねられる。

【0029】

ピラー１０３が単一の真空フランジ１０１に固定される場合、ピラー１０３は、単一の真空フランジ１０１にねじ込まれるねじ山（図１ａ～図１ｄには示されていないねじ山）を有することができる。単一の真空フランジ１０１の側とは反対側のピラー１０３の端部において、典型的には金属体であり得るプラットフォーム１０２は、一方では配置のために数ミリメートルだけピラー上を摺動することができる形状にミリングされ、プラットフォーム１０２の表面はプラットフォーム１０２の角度を画定する。プラットフォーム１０２は、最も上部のプラットフォームである場合、必要に応じて１つまたは複数のねじ（図１ａ～図１ｄには示されていないねじ）によって固定されてもよく、または場合に応じて、１つのさらなるピラー１０３もしくは一組のピラー１０３によってさらに固定されてもよい。

【0030】

プラットフォーム１０２はまた、その上に部品を取り付けるために使用されるプリント回路基板ＰＣＢであってもよい。

【0031】

ピラー１０３の材料選択は、一方では、用途において許容される材料によって、すなわち真空環境におけるガス放出を低減するために、他方ではねじ山の焼き付きのような機械的問題によって駆動される。

【0032】

ここで、好ましい実施形態を示す図１ｃを参照すると、各プラットフォーム１０２は、それらのすべてを互いに積み重ねる代わりに、単一のフランジ１０１に直接取り付けられたそのそれぞれの少なくとも１つのピラー１０３上に取り付けられる。

【0033】

さらに好ましい実施形態では、この実施形態の一例を示す図１ｂを参照すると、例えば、少なくとも２つの第２のレベルプラットフォーム１０２ａが、第１のレベルプラットフォームとして動作するプラットフォーム１０２上に取り付けられる。個々のサブアセンブリ（図１ｂには示されていない）を定位置に保持する機能に加えて、第２のレベルプラットフォーム１０２ａおよびそれらの第１のレベルプラットフォーム１０２はそれぞれ、取り付けられた部品（図１ｂには示されていない部品）のための機械的基準として機能し、これは、機械的設計全体を通じて、プラットフォームがプラットフォームの機械的基準をそれぞれ伝播することを意味する。これにより、いくつかのイオン光学素子の複雑な機械的サブアセンブリを精密に配置することが可能になり、たとえ機械的サブアセンブリが異なるプラットフォームに取り付けられていても、互いに相対的に位置合わせすることが可能になる。

【0034】

さらに、複数のプラットフォーム１０２／１０２、１０２ａを有する設計手法を使用することにより、サブアセンブリを予め組み立てることができるという利点が提供され、これにより製造が簡素化される。

【0035】

開示された機械的設計は、真空フランジ１０１の内面上にプラットフォーム１０２を積み重ねることに限定されない。

【0036】

図１ｄに示すように、単一の真空フランジ１０１内で操作される開口部１０８は、単一のフランジ１０１上に小さな真空チャンバ１０４を取り付ける可能性を開き、したがって「フランジオンフランジ設計」を得ることができ、これにより、単一の真空フランジ１０１の内面１０７の下のレベルに位置するさらなるプラットフォーム１０５を形成することが可能になる。「小さい」とは、小さな真空チャンバ１０４のベース領域が単一の真空フランジ１０１のベース領域よりも小さいことを指す。小さな真空チャンバ１０４は、単一の真空フランジ１０１、すなわち主フランジ上で、必ずしも中心ではない必要な位置に配置されるのに十分に小さい。小さな真空チャンバ１０４の周囲の空間は、フィードスルー（図１ｄには示されていない）を配置するために使用することができる。また、小さな真空チャンバ１０４上にフィードスルーがあってもよい（図１ｄには示されていない）。単一の真空フランジ１０１の内面１０７の下のレベルに１つまたは複数のプラットフォーム１０５を追加し、１つまたは複数のプラットフォーム１０５を使用して機械部品を１つまたは複数のプラットフォーム１０５に取り付けることにより、機械部品を小さな真空チャンバ１０４の床に直接取り付ける代わりに、例えばフィードスルー上の電気的接続を統合するためにプラットフォームの下に小さな容積を有する可能性が開かれ、それにより残りの部分とは独立して組み立てることができるサブアセンブリを形成することが可能になる。そのような構成は、典型的には、飛行時間型分析器の検出器（図１ｄには示されていない検出器および飛行時間型分析器）を設置するために使用され得る。好ましくは、検出器はイオン検出器であってもよい。これは、真空チャンバ内に存在する荷電粒子から保護するための任意選択の検出器シールド１０６の提供を簡素化する固有の利点を提供する。検出器シールド１０６は、検出器の寿命を延ばし、粒子ノイズの低減によって検出器信号の信号対ノイズ比を改善するために不可欠であり得、そして、より信頼性の高い機器動作をもたらす。特にコンパクトな飛行時間型質量分析計を設計するためには、そのような設計の詳細が高性能にとって重要である。好ましくは、側面の検出器シールド１０６は、単一の真空フランジ１０１および単一の真空フランジ１０１の真上のプラットフォーム１０２にねじ止めされた屈曲板金から作製される。この構成では、単一の真空フランジ１０１に続く最初のプラットフォームであるプラットフォーム１０２は、ノミナルイオン飛行経路を開くために必要な切り欠きを除いて、シールドとしても機能する。

【0037】

さらに、検出器を単一の真空フランジ１０１に取り付けられた個々の部品を構成する小さな真空チャンバ１０４のさらなるプラットフォーム１０５に設置することは、検出器が機器の消耗部品であるため、交換のための容易なアクセス可能性という利点を提供する。言い換えれば、残りの機械的構成を変更することなく、小さな真空チャンバ１０４を取り外し、再び取り付けることができる。

【0038】

図１ｅは、図１ｄに示す装置の好ましい実施形態を示すが、任意選択の検出器シールド１０６は含まない。

【0039】

第２の態様では、本発明は、真空環境用のインピーダンス整合同軸導体２００を提供し、その一例が図２に示されている。インピーダンス整合同軸導体２００は、導電性、例えば金属の内側導体２０１と、同じく導電性材料から作製された外側中空導体２０２とを備える。２つの導体２０１および２０２は、電気的に絶縁されている少なくとも１つ、典型的には２つの要素２０３によって分離され、すなわち互いに絶縁され、互いに同心に、すなわち実質的に同軸に配置される。電気絶縁要素２０３は、例えば、セラミックから作製することができる。内側導体２０１の外径および外側中空導体２０２の内径は、誘電材料の材料特性も考慮に入れながら、インピーダンス整合高周波システムに整合するように設計され、システムは、電気絶縁要素２０３、および内側導体２０１と外側導体２０２とを分離する残りの空間２０４、例えば真空を含む。しかしながら、内側導体２０１および外側導体２０２を定位置に保持する絶縁要素２０３は、例えば低ガス放出に関する要件を満たすために、内側導体２０１と外側導体２０２との間の残りの空間２０４とは別の材料、すなわち誘電材料から作製されてもよい。異なる誘電材料間の遷移は、インピーダンス整合同軸導体２００に不完全性を形成する。前記絶縁体および導電部の対応部分の使用される形状および数は、不完全性を最小限にまで低減して、完全にインピーダンス整合されたシステムのように実質的に機能する導体を達成するように設計される。これは、同軸導体の波インピーダンスＺ_Ｌの式に従って、内側導体２０１および外側導体２０２の均質な誘電材料を用いて各セグメントの適切な寸法を個別に設計することによって達成される［２］。

【数1】

ここで、Ｚ_０は自由空間（真空）のインピーダンス、ε_ｒは内側導体２０１と外側導体２０２との間の誘電材料の比誘電率、Ｄは外側導体２０２の内径、ｄは内側導体２０１の外径である。一方の誘電材料から他方の誘電材料への移行（例えば、２０３から２０４）によって引き起こされる不完全性は、同軸導体の機械的寸法の（例えば、線形）内挿によって最適化され、不完全性を最小限に抑え、完全にインピーダンス整合されたシステムのように実質的に機能する同軸導体を共に生成する。

【0040】

好ましい実施形態では、インピーダンス整合同軸導体２００のアセンブリは、同軸フィードスルー２０５のねじ付き端子に外側中空導体２０２をねじ込み、同軸フィードスルー２０５の内側端子２０７のばね接点２０６上に内側導体２０１をクランプすることによって、高周波信号を真空環境の外部から真空環境に誘導する同軸フィードスルー２０５に直接取り付けることができる。本発明は、ねじ付きインターフェースによって外側中空導体２０２を取り付け、ばね接点によって内側導体２０１を取り付けることによって接触させることに限定されない。例えば、外側導体をフィードスルーにクランプするなどの他の方法も可能である。同軸フィードスルー２０５は、例えば単一の真空フランジ１０１内に溶接することによって、例えば単一の真空フランジ１０１内で動作することができる。

【0041】

インピーダンス整合同軸導体２００の使用は、限定されるものではないが、真空環境、すなわち、使用が許容される材料が、例えば低ガス放出および／または化学的適合性に関する厳しい要件のために非常に制限される過酷な環境で特に有用である。そのような要件は、使用される材料を、例えば、導電要素のためのステンレス鋼、アルミニウム、および金、ならびに、例えば、絶縁要素のためのセラミック（例えば、酸化アルミニウム）に限定することができる。

【0042】

第３の態様において、本発明は、汎用的で耐真空の電気接触のための方法を可能にする導電性接触要素３００を提供する。

【0043】

導電性接触要素３００の例示的な実施形態を図３ａに示す。導電性接触要素３００は、例えば、金属から作製することができる。電気接点を確立する導電性接触要素３００は、好ましい実施形態ではブラケットまたは電気端子として実現することができる本体３１２を備える。本体３１２は、少なくとも１つの導体（図３ａには示されていない導体）を貫通孔３０１を通して付着させるために使用される少なくとも１つの貫通孔３０１と、接触要素３００の外側から貫通孔３０１まで貫通孔３０１に対して実質的に９０度配向され、ねじ３０３を適用して導体３０７を導電性接触要素３００にクランプするための、図３ｂに示すように構成された追加のねじ孔３０２とを備える。

【0044】

導電性接触要素３００の少なくとも１つの追加のねじ孔３０４は、追加のねじ３０６を機械的本体３０５の固定孔（またはスリット）３１１を通して付着させ、追加のねじ３０６をクランプすることによって導電性接触要素３００を機械的本体３０５に固定することによって、機械的本体３０５に取り付けるために使用される。典型的には、機械的本体３０５は、少なくとも局所的に導体であり、例えば、導電部は、機械的本体３０５の表面上のプリント回路基板（ＰＣＢ）のトラックであってもよい。

【0045】

貫通孔３０１および追加のねじ孔３０４の配向は、図３ａに示すような平行な構成に限定されない。平行な構成は、例えば、図３ｂに示すように、機械的本体に垂直な導体３０７に接触することを可能にする。一方、２つの孔３０１および３０４を互いに対して実質的に９０度に配向することにより、機械的本体に実質的に平行な導体３０７に接触することが可能になる。２つの孔３０１と３０４との間の任意の他の角度も、任意の配向で導体３０７を取り付けることが可能である。

【0046】

接触要素３００の好ましい実施形態が図３ｆおよび図３ｂｂに示されており、本体３０５に取り付けられたときにねじ３０６の頭部の下に封入された容積の通気を助けるために、ねじ孔３０４の少なくとも一方の先端部の周りに接触要素３００の凹部としてチャネル３１３が追加される。

【0047】

単一の導体３０７を機械的本体３０５またはさらなる機械的本体３０９に接続するために使用される、図３ｂおよび図３ｃ（図３ｃの以下の説明を参照）に示されるのと同じ概念はまた、複数の孔３０１／３０２または３０４のそれぞれに複数の端子を接触要素３１２の本体に導入することによって、２つ以上の導体３０７を機械的本体３０５またはさらなる機械的本体３０９に接触させるために使用することもできる。図３ｄおよび図３ｅはそれぞれ、図３ｂまたは図３ｃに示す概念に従って２つの導体３０７に接触するための導電性接触要素３００の例示的な実装形態を示す。図３ｄの複数の端子孔３０１／３０２または図３ｅの複数の孔３０４は、例に示すように平行に配向されることに限定されない。接触導体３０７が異なる方向から到達することを可能にするために、端子孔３０１／３０２または３０４の個々の配向を有することも可能である。

【0048】

導電性接触要素３００は、これに限定されないが、例えばはんだ付けなどの標準的な方法を使用せずに真空中で電気接点を確立するのに特に有用である。導電性接触要素３００は、耐真空であり、いくつかの真空用途における非常に厳しい要件に適合する。これは、接触要素３００ならびにねじ３０３および３０６が、例えばステンレス鋼のような低ガス放出材料から作製されることを意味する。接触要素３００およびねじ３０３および３０６が同じ材料から作製される場合、接触要素３００またはねじ３０３および３０６の少なくとも一方は、ねじの焼き付きを回避するために、例えば金でコーティングすることができる。さらに、各ねじ山および孔は、耐真空設計を達成するために通気されなければならず、これは、すべての孔３０１、３０２および３０４が貫通孔として形成され、かつねじ孔３０４の少なくとも本体３０５と接触する側においてねじ孔３０４の周囲で接触要素の凹部として動作するチャネル３１３が、ねじ３０６の頭部の下の容積の通気を助けるので、接触要素３００によって満たされる。記載された電気端子の典型的な用途は、真空中の（セラミック）プリント回路基板（ＰＣＢ）へのコンタクトワイヤである。

【0049】

ここで図３ｃを参照すると、記載された導電性接触要素３００はまた、貫通孔３０１をさらなる機械的本体３０９のピン３０８上に摺動させ、実質的に９０度に配向されたねじ３０３を使用して導電性接触要素３００をさらなる機械的本体３０９上に固定することによって、上述のとは逆に使用することもできる。次いで、例えば追加のねじ３０６のねじ頭の下にある導電体３０７を要素３００にクランプすることによって、導電体３０７が要素３００の他端でねじ孔３０４に接触する。この接続の信頼性は、少なくとも１つのワッシャ３１０を使用して導電体３０７をクランプするか、または好ましくは２つのワッシャ３１０の間で導電体３０７をクランプすることによって改善することができる。

【0050】

参考文献
［１］ＵＰＡＣ．Ｃｏｍｐｅｎｄｉｕｍ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ，２ｎｄ ｅｄ．（ｔｈｅ ”Ｇｏｌｄ Ｂｏｏｋ”）．Ｃｏｍｐｉｌｅｄ ｂｙ Ａ．Ｄ．ＭｃＮａｕｇｈｔ ａｎｄ Ａ．Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ．Ｂｌａｃｋｗｅｌｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｏｘｆｏｒｄ（１９９７）．ＸＭＬ ｏｎ－ｌｉｎｅ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｖｅｒｓｉｏｎ：ｈｔｔｐ：／／ｇｏｌｄｂｏｏｋ．ｉｕｐａｃ．ｏｒｇ（２００６－）ｃｒｅａｔｅｄ ｂｙ Ｍ．Ｎｉｃ，Ｊ．Ｊｉｒａｔ，Ｂ．Ｋｏｓａｔａ；ｕｐｄａｔｅｓ ｃｏｍｐｉｌｅｄ ｂｙ Ａ．Ｊｅｎｋｉｎｓ．ＩＳＢＮ ０－９６７８５５０－９－８．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１３５１／ｇｏｌｄｂｏｏｋ．
［２］Ａ．Ｋｕｃｈｌｅｒ．Ｈｏｃｈｓｐａｎｎｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，２．Ａｕｆｌａｇｅ，２００５．ＩＳＢＮ ９７８－３－５４０－７８４１３－５．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１００７／９７８－３－５４０－７８４１３－５．

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3BB】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【手続補正書】

【提出日】2023-10-04

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも以下のリスト：イオン源、引き出し領域、ドリフト領域、リフレクトロン、および検出器、から選択される複数の機能部品と、
真空チャンバ上に接続するように構成された単一の真空フランジと、
複数のプラットフォームと、
前記複数のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つのピラーであって、対応するプラットフォームを、前記単一の真空フランジまたは前記複数のプラットフォームのうちの隣接するプラットフォームのいずれかに固定して離間させるように構成された、前記複数のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つのピラーと
を備え、前記複数のプラットフォームがそれぞれ、前記複数の機能部品のサブセットを集めてサブアセンブリを得るように構成され、かつ
前記サブアセンブリおよび前記単一の真空フランジが、細長いアセンブリを形成するように配置され、前記プラットフォームがそれぞれ、前記細長いアセンブリにおける機械的基準を画定する、
飛行時間型質量分析器。

【請求項2】

前記複数のプラットフォームが、前記単一の真空フランジ上に互いに積み重ねられる、
請求項１に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項3】

少なくとも追加のプラットフォームと、前記追加のプラットフォームのそれぞれのための少なくとも１つの追加のピラーとをさらに備え、それによって、前記追加のプラットフォームがそれぞれ、複数の対応する追加のピラーのうちの１つによって前記単一の真空フランジ上に直接取り付けられる、請求項１または２に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項4】

前記複数のプラットフォームおよび前記追加のプラットフォームのうちの少なくとも１つが第１のレベルプラットフォームとして定義され、
前記飛行時間型質量分析器が、
第１のレベルプラットフォームごとに、少なくとも対応する第２のレベルピラーによって前記第１のレベルプラットフォーム上に取り付けられた少なくとも１つの第２のレベルプラットフォーム
をさらに備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項5】

前記単一の真空フランジが開口部を備え、
前記飛行時間型質量分析器が、
前記単一の真空フランジの前記開口部に取り付けられた付属の真空チャンバと、
前記付属の真空チャンバの内部に位置する少なくともさらなる付属のプラットフォームと
をさらに備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項6】

前記単一の真空フランジの、前記少なくとも１つのプラットフォームに向かう側に位置し、前記付属の真空チャンバの内部を荷電粒子から保護するように構成された粒子シールド
をさらに備える、請求項５に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項7】

前記複数のプラットフォームのうちの少なくとも１つを対応する前記少なくとも１つのピラーに固定するように構成された少なくともねじシステム
をさらに備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の飛行時間型質量分析器。

【請求項8】

導電性の内側導体と、
前記内側導体を実質的に前記内側導体の全長に沿って取り囲むように構成されることにより、前記内側導体から分離される、導電性の外側中空導体と、
前記内側導体と前記外側中空導体との間の分離を維持するために、前記内側導体と前記外側中空導体との間に配置された少なくとも電気絶縁要素と
を備え、前記内側導体と前記外側中空導体との間の空間が真空圧送可能である、
真空環境用のインピーダンス整合同軸導体。

【請求項9】

前記外側中空導体が、前記インピーダンス整合同軸導体の一方の先端部に、真空チャンバの壁の同軸フィードスルーに接続するための手段を備える、
請求項８に記載のインピーダンス整合同軸導体。

【請求項10】

前記外側中空導体が、前記一方の先端部に、内部円筒面と、前記同軸フィードスルーにねじ込むように構成された、前記内部円筒面上のねじ込み可能なねじ山とを備える、請求項９に記載のインピーダンス整合同軸導体。

【請求項11】

第１の導体と第２の導体との間の電気接触を確立するように構成された真空環境用の導電性接触要素であって、
導電性材料から作製された本体と、
細長い導電体の形態の前記第１の導体を内部に受け入れるように構成された、本体の少なくとも貫通孔と、
前記貫通孔に対して略垂直に向けられ、前記本体の外面から前記貫通孔まで延び、ねじを受け入れるように構成された、前記本体の少なくとも第１のねじ孔と、
前記本体の少なくとも第２のねじ孔と
を備える、真空環境用の導電性接触要素。

【請求項12】

前記導電性材料が、ステンレス鋼から作製される、請求項１１に記載の真空環境用の導電性接触要素。

【請求項13】

第１の導体と第２の導体との間に電気接触を確立するように構成された真空環境用の導電性接触要素を用意するステップであって、前記導電性接触要素が、
導電性材料から作製された本体と、
細長い導電体の形態の前記第１の導体を内部に受け入れるように構成された、前記本体の少なくとも貫通孔と、
前記貫通孔に対して略垂直に向けられ、前記本体の外面から前記貫通孔まで延び、第１のねじを受け入れるように構成された、前記本体の少なくとも第１のねじ孔と、
前記本体の少なくとも第２のねじ孔と
を備える、用意するステップを含み、
前記第１のねじを前記第１のねじ孔にねじ込んで、前記貫通孔内に突出させることによって、前記第１の導体を前記貫通孔の内でクランプするステップと、
第２のねじを前記第２のねじ孔にねじ込むことによって、前記導電性接触要素を前記第２の導体に取り付けるステップと
をさらに含む、耐真空電気接触のための方法。

【請求項14】

プリント回路基板の表面のトラックとして前記第２の導体を用意するステップと、
前記第２のねじを前記第２のねじ孔にねじ込む前に、前記プリント回路基板の開口部に前記第２のねじを通すステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第２の導体をさらなる細長い導電体として用意するステップと、
前記第２のねじを前記第２のねじ孔にねじ込むことによって、前記さらなる細長い導電体を前記導電性接触要素にクランプするステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【国際調査報告】