(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子分析器の基線オフセットを変更するための方法において、
荷電粒子源内の圧力又はガス組成の少なくとも１つを変更する工程と、
荷電粒子源から第１の端部及び第２の端部を画定する中空体のフロー領域の中への粒子フローをフロー領域の第１の端部に隣接する第１のサイトにおいて受け取る工程と、
受け取った前記粒子フローを、前記第１のサイトから、フロー経路に沿ってフロー領域の前記第２の端部の第２のサイトの方へ導く工程であって、前記第１のサイト及び第２のサイトは、前記中空体の中心線に沿ってフロー領域の前記第１の端部から前記第２の端部へ延びる軸から離間配置され、及び、前記第２のサイトは、前記第１の端部から第２の端部に延びる見通し線が第２のサイトと交差しないように、配置され、および、前記中空体は前記軸に沿った長手方向の長さを前記第１の端部及び第２の端部の直径のうちの少なくとも一方で除算して求められるアスペクト比が１．３〜１．６にある、受け取った前記粒子フローを前記第１のサイトからフロー経路に沿ってフロー領域の前記第２の端部に隣接する第２のサイトの方へ導く工程と、
収集された荷電粒子に基づいてスペクトルを生成する工程とを備える、方法。
【請求項２】
前記荷電粒子源は、荷電粒子分析器の入口開口部に一致する位置からフロー領域を通る見通し線に沿っては視認されない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フロー経路はフロー領域の第１の端部から第２の端部に延びる軸を横断する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記中心線に沿った前記軸を有する前記中空体に電位を与える工程であって、前記電位は、前記第１のサイトに入射する荷電粒子を、前記中心線を横断して前記中空体を貫通し前記第２のサイトに導く電磁場を与える、中空体に電位を与える工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記中空体の第１の端部に対して第１の電極アセンブリを配置する工程であって、前記第１の電極アセンブリは、荷電粒子の入射ビームを受け取るための、前記第１の端部から前記第２の端部へ延びる軸から離間配置された第１の開口部を画定する、第１の電極アセ
ンブリを配置する工程と、
中空体の第２の端部に対して第２の電極アセンブリを配置する工程であって、前記第２の電極アセンブリは、荷電粒子をレンズアセンブリから外に通過させるための、前記第１の端部から前記第２の端部へ延びる軸から離間配置された第２の開口部を画定する、第２の電極アセンブリを配置する工程とをさらに備え、
前記中空体は、電位が印加された場合に、第１の開口部から入射する荷電粒子の供給を、アセンブリを出るための第２の開口部の方へ導くべく形成されている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記中空体に第１の電圧を印加する工程と、
前記第１の電極アセンブリ、又は前記第２の電極アセンブリのうちの少なくとも一方に第２の電圧を印加する工程とをさらに備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
荷電粒子エネルギに基づいて、荷電粒子を前記フロー領域から外に選択的に導く工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記フロー粒子を前記フロー領域を貫通するように導く工程は、前記フロー領域の前記第２のサイトの方への、粒子における中性種のフローを妨害することを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
荷電粒子源と荷電粒子分析器への入力部との間の見通し線に沿って荷電粒子フローが通ることを阻止するための方法において、
中空体に所定の電圧を印加する工程であって、前記中空体は第１の端部、第２の端部、及び、前記中空体の中心線に沿って前記第１の端部から前記第２の端部に延びる第１の軸を画定し、前記中空体は前記第１の軸に沿った長手方向の長さを前記第１の端部及び第２の端部の直径のうちの少なくとも一方で除算して求められるアスペクト比が１．３〜１．６にあり、前記所定の電圧は、所望のフロー経路に沿って中空体を通る荷電粒子フローを、第１の軸から離間配置された入射開口部から、第１の軸から離間配置され、且つ第１の軸を中心に映し出された出口開口部へ導くために、前記中空体内に電磁場を確立する、中空体に所定の電圧を印加する工程と、
前記中空体の第１の端部に相対して配置された第１の電極アセンブリに第１の電極電圧を印加する工程と、
前記中空体の第２の端部に相対して配置された第２の電極アセンブリに第２の電極電圧を印加する工程とを備える、方法。
【請求項１０】
１つ又は複数の異なる真空環境に設定した領域によって、前記荷電粒子源を前記荷電粒子分析器から分離する工程をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記荷電粒子源及び前記荷電粒子分析器を真空環境内に配置する工程をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
システムを通る荷電粒子の透過を最適化するために、前記第１の電極の電圧及び前記第２の電極の電圧を調整する工程をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
中空体に印加される前記所定の電圧をボルトで表した数値は、前記荷電粒子フローの平均エネルギを電子ボルトで表した数値にほぼ等しい、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
荷電粒子レンズアセンブリにおいて、
第１の端部、第２の端部、及び、中空体の中心線に沿って前記第１の端部から前記第２の端部へ延びる第１の軸を画定する中空体であって、前記中空体は前記軸に沿った長手方
向の長さを前記第１の端部及び第２の端部の直径のうちの少なくとも一方で除算して求められるアスペクト比が１．３〜１．６にある中空体と、
中空体の前記第１の端部に相対して配置された第１の電極アセンブリであって、荷電粒子の入射ビームを受け取るための、前記第１の軸から離間配置された第１の開口部を画定する第１の電極アセンブリと、
中空体の前記第２の端部に相対して配置された第２の電極アセンブリであって、荷電粒子をレンズアセンブリから外に通過させるための、前記第１の軸から離間配置された第２の開口部を画定する第２の電極アセンブリとを備え、
前記中空体は、電位が印加された場合に、前記第１の開口部から入射する荷電粒子の供給を、アセンブリを出るための第２の開口部の方へ導くように形成されている、荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の開口部は、前記第２の開口部が前記第１の軸から離間される距離にほぼ等しい距離をもって、前記第１の軸から離間配置されている、請求項１４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項１６】
前記第１の開口部及び第２の開口部は、前記第１の軸に対して反対側に配置される、請求項１５に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項１７】
前記中空体は前記第１の軸に直交する平面において円形断面を有する、請求項１４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項１８】
前記中空体は円筒形をなす、請求項１４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項１９】
前記中空体は前記第１の軸に直角な第１の平面、及び該第１の平面にほぼ直交する第２の平面において、鏡面対称性を有する形状を画定する、請求項１４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項２０】
第１の電極アセンブリは、前記第１の軸にほぼ平行、かつ、前記第１の開口部のほぼ中心にある第２の軸を画定する第１の電極を有し、
前記第２の電極アセンブリは、前記第１の軸にほぼ平行、かつ、前記第２の開口部のほぼ中心にある第３の軸を画定する第２の電極を有する、請求項１４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項２１】
前記第１の電極に入射する荷電粒子ビームは、（ａ）前記第２の軸の少なくとも一部に沿って第１の電極を貫通し、（ｂ）前記第１の軸の一部を横断して前記中空体を貫通し、かつ（ｃ）前記第３の軸の少なくとも一部に沿って前記第２の電極を貫通して、移動する、請求項２０に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項２２】
前記第１及び第２の電極は接地電位のスクリーンを含んでなる、請求項１４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項２３】
第１及び第２の電極は、遮蔽格子又は開口板を含んでなる、請求項１４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項２４】
前記第１の電極は、前記第２の軸と同心の円形開口部を有し、前記第２の電極は、前記第３の軸と同心の円形開口部を有する、請求項１４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項２５】
電位を印加するための手段をさらに備える、請求項１４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項２６】
前記電位を印加するための手段は電源又は導電性材料を含んでなる、請求項２５に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項２７】
前記印加される電位をボルトで表した数値は、供給された荷電粒子の平均エネルギを電子ボルトで表した数値にほぼ等しい、請求項１４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項２８】
可変圧力又はガス組成を有する荷電粒子供給部へのインターフェースと、
前記荷電粒子供給部と連通する粒子フロー指向構造であって、（ａ）第１の端部及び第２の端部、並びに中空体の中心線に沿って前記第１の端部から第２の端部へ延びる第１の軸を画定する中空体であって、前記中空体は前記軸に沿った長手方向の長さを前記第１の端部及び第２の端部の直径のうちの少なくとも一方で除算して求められるアスペクト比が１．３〜１．６にある中空体と、（ｂ）前記中空体の前記第１の端部に相対して配置された第１の電極アセンブリ、及び荷電粒子の入射供給を受け取るための、前記第１の軸から離間配置された第１の開口部と、（ｃ）中空体の前記第２の端部に相対して配置された第２の電極アセンブリ、及び前記第１の軸から離間配置された第２の開口部とを備え、前記中空体は、電位が印加された場合に、前記第１の電極アセンブリから入射する荷電粒子の供給を前記第２の電極アセンブリの方へ導くように構成される、前記荷電粒子フロー方向構造と、
前記粒子フロー指向構造と連通し、かつ前記粒子フロー指向構造を出る荷電粒子フローを受け取るように第２の電極アセンブリに相対して配置されている、荷電粒子分析器モジュールとを備える、システム。
【請求項２９】
前記荷電粒子分析器モジュールは、前記粒子フロー指向構造と流体連通、電気通信、又は流体連通及び電気通信の両方を行う、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記荷電粒子分析器モジュールは、前記第２の電極アセンブリの少なくとも一部を含んでなる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
可変圧力又はガス組成を有する荷電粒子供給部とインターフェースするための手段と、
第１の電極アセンブリにおけるインターフェースするための手段から受け取った粒子フローを、中空体を通るフロー経路に沿う第１の開口部を介して、第２の開口部が画成されている第２の電極アセンブリの方へ導くための粒子フロー指向手段であって、前記第１の開口部及び第２の開口部は、前記中空体の中心線に沿って、中空体の前記第１の端部から前記第２の端部へ延びる軸から離間配置され、前記中空体は前記軸に沿った長手方向の長さを前記第１の端部及び第２の端部の直径のうちの少なくとも一方で除算して求められるアスペクト比が１．３〜１．６にあり、前記フロー経路は、中空体に印加された電位によって少なくとも部分的に画定される、粒子フロー指向手段と、
前記粒子フロー指向手段からの荷電粒子フローを収集し分析する荷電粒子分析器手段であって、粒子フロー指向手段と連通する荷電粒子分析器手段とを備える、システム。
【請求項３２】
荷電粒子レンズアセンブリにおいて、
中心領域であって、
第１の外側端部、第１の内側端部、及び中心線に沿って前記第１の外側端部から前記第１の内側端部に延びる第１の軸を画定する第１の中空体であって、前記第１の中空体は前記第１の軸に沿った長手方向の長さを前記第１の外側端部及び第１の内側端部の直径のうちの少なくとも一方で除算して求められるアスペクト比が１．３〜１．６にある、第１の中空体と、
前記第１の内側端部に対して配置された第２の内側端部、第２の外側端部、及び前記第２の内側端部から前記第２の外側端部に延び、且つ前記第１の軸と同一の線上にある第
２の軸を画定する第２の中空体であって、前記第２の中空体は前記第２の軸に沿った長手方向の長さを前記第２の外側端部及び第２の内側端部の直径のうちの少なくとも一方で除算して求められるアスペクト比が１．３〜１．６にある、第２の中空体と、
前記第１の中空体の前記第１の内側端部と前記第２の中空体の前記第２の内側端部との間の、且つ前記第１の軸及び前記第２の軸から離間配置された内部開口部と、を含む中心領域と、
前記第１の中空体の前記第１の外側端部に対して配置され、且つ荷電粒子の入射ビームを受け取るための、前記第１の軸から離間配置された第１の開口部を画定する第１の電極アセンブリと、
前記第２の中空体の前記第２の外側端部に対して配置され、且つ荷電粒子を前記荷電粒子レンズアセンブリから外に通過させるための、前記第２の軸から離間配置された第２の開口部を画定する第２の電極アセンブリと、
第１の電位が前記第１の中空体に印加され、且つ第２の電位が前記第２の中空体に印加された場合に、前記第１の開口部から入射する荷電粒子の供給を、前記第１の中空体を通って前記内部開口部の方へ、且つ前記内部開口部から前記荷電粒子レンズアセンブリを出るための前記第２の開口部の方へ導く中心領域とを含んでなる、荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項３３】
前記第２の開口部が前記第１の軸から離間配置される距離にほぼ等しい距離で、前記第１の開口部が、前記第１の軸から離間して配置される、請求項３２に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項３４】
前記内部開口部が、前記第１の開口部及び前記第２の開口部から軸の反対側にある、請求項３３に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項３５】
前記第１の電極アセンブリが、前記第１の軸にほぼ平行で前記第１の開口部のほぼ中心に置かれた第３の軸を画定する第１の電極を含み、
前記第２の電極アセンブリが、前記第１の軸にほぼ平行で前記第２の開口部のほぼ中心に置かれ、且つ前記第３の軸とほぼ同軸の第４の軸を画定する第２の電極をさらに含んでなる、請求項３４に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項３６】
前記第１及び第２の電極が、接地電位のスクリーンを含む、請求項３５に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項３７】
前記第１及び第２の電極アセンブリが、遮蔽格子又は開口板を含む、請求項３５に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項３８】
前記第１の電極が、前記第３の軸と同心の円筒状円形開口部を含み、前記第２の電極が、前記第４の軸と同心の円形開口部を含む、請求項３５に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【請求項３９】
前記第１及び第２の電極アセンブリが、遮蔽格子又は開口板を含む、請求項３２に記載の荷電粒子レンズアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本記載は、一般に、測定されるガスが真空環境内に残っているか又はガスが高圧で真空チャンバの中にサンプリングされた質量分析を用いるガス分析に関する。本記載はまた、荷電粒子ビームを導くために、質量分析システムにおいて用いられる荷電粒子光学系を説明する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子分析は、物質から荷電粒子（例えばイオン）を分離すること及び分離された荷電粒子を分析することによって、物質の化学構造を識別することを含む。質量分析は、一種の荷電粒子分析であり、スペクトルデータを用いて他の物理量を測定することによる、粒子の質量値の測定又は粒子の質量値の暗黙の決定を一般に指す。質量分析は、イオン化された分子又は成分の質量電荷比を決定することを含む。イオン化された粒子の電荷が周知である場合に、粒子の質量値は、質量電荷比のスペクトルから決定することができる。
【０００３】
質量分析を実行するためのシステムは、通常、質量分析計と呼ばれる。質量分析計システムは、一般に、イオン源、質量フィルタ又は分離器、及び検出器（例えば、ファラデーコレクタ又は電子増倍管）を含む。例えば、荷電粒子を生成するために、イオン源における電子衝撃によって分子又は成分のサンプルをイオン化することができる。イオン源の種類は、例えば、電子衝撃、エレクトロスプレー、マイクロ波、陽子移動反応、プラズマ、及び／又は化学イオン化反応を含む。異なる質量値を有する荷電粒子は、質量分析器によって、例えば、フィルタ又は分離器において荷電粒子に電界又は磁界を制御して印加することによって、質量スペクトルに分離される。フィルタのパラメータ及び特性は、透過される荷電粒子セットを決定又は選択することができる。例えば、フィルタの特性は、特定の質量範囲を備えた粒子だけが、分析器へとフィルタを横断するようにすることができる。検出器は、荷電粒子を収集しコントローラと通信して質量スペクトルを生成する。質量スペクトルは、表示、検査、及び／又は記録してもよい。スペクトルにおける比較的多数の質量値は、サンプルの組成、及びサンプルの分子又は成分の質量値若しくは素性を決定する（又はサンプルに関する結論を引き出す）ために用いられる。
【０００４】
四重極質量分析計は、荷電粒子の質量電荷比に基づいて荷電粒子を分離するための四重極質量フィルタを含む質量分析計の種類である。四重極質量分析計は、典型的には、周知の荷電粒子、及び到着荷電粒子の周知の角度アクセプタンス用に設計されている。固体及び液体サンプル種を備えた高強度荷電粒子源に関して、可視光又はＸ線光子などの望ましくない光子及び不安定な中性分子が、イオン源によって発生される可能性がある。これらの望ましくない光子及び中性分子は、出力スペクトルにおいて誤差（例えばノイズ）を生成するか、又は誤差に帰着する可能性がある。特に、検出器が、イオン源への見通し線を有する場合に、望ましくないノイズが、これらの望ましくない光子から生じる可能性がある。
【０００５】
イオン源と検出器との間、又は分析器と検出器との間の見通し線を防ぐことによって信号誤差を低減する現在の試みは、例えば、イオン源又は分析器に対して検出器を軸外に取り付けること、検出器とイオン源又は分析器との間にバフル及び光子ストップ（例えばベッセル（Ｂｅｓｓｅｌ）ボックス）を挿入すること、及び／又は望ましくない光子をフィルタで除去する第２のフィルタを用いることを含む。これらの現在のシステムは、典型的には、大きな四重極形状（例えば、９ｍｍ以上のロッド径）を必要とする。更に、これらの試みは、典型的には、イオンビームを軸外にそらすために、イオンビームの方向を横断
する電界を供給する追加の電界発生要素又は偏向構造を含む。追加の電界発生要素は、イオン透過に悪影響を及ぼし、且つ／又は特に調整されたエネルギを必要とし、誤差の可能性につながり得る。電界発生要素はまた、検出器へのイオンフローに悪影響を及ぼし、コリメートされないか又は検出構造と整列されない経路でイオンが検出器に入ることに帰着する可能性がある。この不整列は、検出器に入るイオンの検出の低下に帰着する。幾つかのビーム方向転換システムは、高電圧で動作するが、それは、コスト及びリスクを増加させる可能性がある。多くの既存の質量分析計システムは、典型的には０．１Ｐａまでの比較的粗い真空圧で動作する。従って、かかるシステムでは、電気アーク発生のリスク及び／又は一般的な動作安全性の考慮ゆえに高電圧の使用を回避することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
四重極質量分析計が、残留ガス分析（ＲＧＡ）又は高圧で真空チャンバにサンプリングされるガスの分析のために使用される場合に、典型的には、広範囲の圧力にわたって測定値が取られ、主要なガス種が変化する可能性がある。ＲＧＡに関して、小さな四重極形状（例えば６ｍｍ以下）が、典型的には、荷電粒子源から四重極フィルタ又はレンズへの荷電粒子フローの見通し線と共に使用される。荷電粒子源から四重極フィルタへの荷電粒子フローの見通し線を用いると、出力スペクトルの基線信号は、種及び／又は圧力の変化と共に変化する可能性がある。従って、出力スペクトルの基線は、真の出力スペクトルを曖昧にする可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの欠点を克服するために、イオン源と荷電粒子分析器との間の円筒形状を有利に利用するイオンフロー方向構造が提案される。フロー方向構造は、円筒体、即ち、その内部で電界を確立するために電荷を印加できる円筒体を含む。円筒体は、そこを通る中心軸を画定する。フロー方向構造は、（例えばイオン源から）入射イオンビームを受け取るための、円筒体の一端部における入口開口部と、イオンビームが、（例えば荷電粒子分析器へと）構造を出る際に通る、円筒体のもう一方の端部における出口開口部と、を含む。入口開口部及び出口開口部の両方は、円筒体の中心軸から変位される。換言すれば、（イオン源に関連付けられた）入口開口部も（荷電粒子分析器に関連付けられた）出口開口部も、円筒体の中心軸と同軸ではない。このように、イオン源及び荷電粒子分析器の両方の間の、中心軸に平行な見通し線は、解消される。（質量分析計などの）荷電粒子分析器の真空環境において、両方の開口部を軸外に配置することは、（例えば質量スペクトルにおける）基線信号オフセットの実質的低減に帰着する。基線信号オフセットの低減は、中性種（例えば、光子及び／又は準安定原子若しくは分子）並びに／又はエネルギ荷電粒子が、荷電粒子又はイオン源から荷電粒子分析器及び／又は検出器へ通過するのを防ぐ原因とされ得る。更に、円筒形状の使用は、円筒対称電界の固有の特性を利用し、且つフロー方向構造が低電圧で動作できるようにし、それによって、安全性を改善し感電のリスクを低減する。
【０００８】
イオン化された粒子のビームに適用可能であると本明細書で説明されているが、概念が、他のタイプの荷電粒子にもまた適用されることが、当業者には明白であろう。更に、本明細書で説明される例示的な実施形態は円筒体を含むが、入口開口部及び出口開口部が整列もされず、かかる中空体の中心軸と同軸でもないならば、異なる形状の中空体もまた使用可能であることが、当業者には明白であろう。
【０００９】
望ましくないノイズ及び／又は望ましくない背景効果を除去し、多重圧力で及び多重種環境で動作し、且つ出力スペクトルの基線オフセットを最小化する質量分析システムが望ましい。荷電粒子源と荷電粒子分析器との間の荷電粒子フローの見通し線を阻止できるイオンフィルタ又はレンズが望ましく、一方で比較的低電圧における、且つ入射イオンのエ
ネルギに対して望ましい調整特性を伴った動作がまた望ましい。円筒形状は、フロー方向構造を出るイオンを検出器又は分析器上に効率的に合焦させるために使用することができ、より堅固な質量スペクトルに帰着する。荷電粒子フロー領域の入口と出口との間のイオンフローの見通し線を防ぐことができる質量分析計システムがまた望ましい。
【００１０】
本明細書で説明される技術は、中性粒子、光子、分析される粒子とはエネルギが異なる（例えば、より高いか又はより低い）荷電粒子、及び望ましくない陽子が、荷電粒子源（例えばイオン源）から荷電粒子分析器又は検出器へ通過するのを防ぐことに備える。更に、その技術はまた、測定値及び質量スペクトルにおいて、基線アーチファクト及び電子衝撃脱離ピークの低減を可能にする。
【００１１】
基線オフセットは、イオン源と荷電粒子分析器との間の見通し線が曖昧にされた場合に低減される。曖昧された見通し線を達成する一方法は、イオン源及び荷電粒子分析器をフロー領域に対して軸外に配置することである。イオン源及び荷電粒子分析器を軸外に配置し、一方で堅固な質量スペクトルを生成するための十分な信号をやはり達成する様々な方法が開示される。フロー方向アセンブリは、イオン源から、イオン源における組成及び／又は圧力が変化し得る荷電粒子分析器への見通し線を防止／阻止するが、それは、基線オフセット低減の実現を結果としてもたらす。
【００１２】
一態様において、荷電粒子レンズアセンブリが存在する。荷電粒子アセンブリは、第１の端部と、第２の端部と、中空体の中心線に沿って第１の端部から第２の端部へ延びる第１の軸と、を画定する中空体を含む。荷電粒子レンズはまた、中空体の第１の端部に対して配置された第１の電極アセンブリであって、荷電粒子の入射ビームを受け取るための、第１の軸から離間配置された第１の開口部を画定する第１の電極アセンブリを含む。荷電粒子アセンブリはまた、中空体の第２の端部に対して配置された第２の電極アセンブリであって、荷電粒子をレンズアセンブリから外に通過させるための、第１の軸から離間配置された第２の開口部を画定する第２の電極アセンブリを含む。中空体は、電位が印加された場合に、第１の開口部から入射する荷電粒子の供給を、アセンブリを出るための第２の開口部の方へ導くように構成される。
【００１３】
幾つかのインプリメンテーションは、第２の開口部が、第１の軸から離間配置される距離にほぼ等しい距離で、第１の軸から離間配置された第１の開口部を含む（例えば、第１及び第２の開口部は、第１の軸から等距離である）。幾つかの実施形態において、第１の開口部及び第２の開口部は、（例えば、第１及び第２の開口部間の距離が、第１の軸からのどちらかの開口部の距離の２倍であるように）第１の軸に対して反対側に配置される。中空体は、第１の軸に直交する平面において円形断面を有することができる。幾つかの実施形態において、中空体は、円筒形である。中空体は、第１の軸に直角な第１の平面、及び第１の平面にほぼ直交する第２の平面において、鏡面対称性を有する形状を画定することができる。
【００１４】
幾つかの実施形態において、第１の電極アセンブリは、第１の軸にほぼ平行で第１の開口部のほぼ中心に置かれた第２の軸を画定する第１の電極を含む。第２の電極アセンブリは、第１の軸にほぼ平行で第２の開口部のほぼ中心に置かれた第３の軸を画定する第２の電極を含むことができる。第１の電極に入射する荷電粒子ビームが、第２の軸の少なくとも一部に沿い第１の電極を通って移動し、次に第１の軸の一部を横断して中空体を通り、且つ第３の軸の少なくとも一部に沿い第２の電極を通って移動する。
【００１５】
幾つかの実施形態は、接地スクリーンを含む第１及び第２の電極を特徴とする。第１及び第２の電極は、遮蔽格子又は開口板を含むことができる。幾つかの実施形態において、第１の電極は、第２の軸と同心の円形開口部を含み、第２の電極は、第３の軸と同心の円
形開口部を含む。
【００１６】
幾つかの実施形態において、荷電粒子レンズアセンブリは、（例えば、中空体及び／又は電極アセンブリに）電位を印加するための手段を含む。幾つかの実施形態は、電力供給である電位又は導電性材料を適用するための手段を特徴とする。幾つかの実施形態において、印加される電位は、荷電粒子又はイオンの供給の平均エネルギにほぼ等しい。幾つかのインプリメンテーションにおいて、中空体は、第１の端部、第２の端部、又は両方の直径の約１．３〜１．６倍の長さを有する。かかる構成は、部分的には中空体の形状及び入射イオンビームのエネルギゆえに有利な合焦を提供する。
【００１７】
別の態様は、中心領域を含む荷電粒子レンズアセンブリを特徴とする。中心領域は、第１の外側端部と、第１の内側端部と、中心線に沿って第１の外側端部から第１の内側端部に延びる第１の軸と、を画定する第１の中空体を含む。中心領域はまた、第１の内側端部に対して配置された第２の内側端部と、第２の外側端部と、第２の内側端部から第２の外側端部に延びる第２の軸と、を画定する第２の中空体を含む。第２の軸は、第１の軸と整列される。中心領域はまた、第１の中空体の第１の内側端部と第２の中空体の第２の内側端部との間の内部開口部を含む。内部開口部は、第１の軸及び第２の軸から離間配置される。荷電粒子レンズアセンブリはまた、第１の中空体の第１の外側端部に対して配置された第１の電極アセンブリを含む。第１の中空体は、荷電粒子の入射ビームを受け取るための、第１の軸から離間配置された第１の開口部を画定する。荷電粒子レンズアセンブリはまた、第２の中空体の第２の外側端部に対して配置された第２の電極アセンブリであって、荷電粒子をレンズアセンブリから外に通過させるための、第２の軸から離間配置された第２の開口部を画定する第２の電極アセンブリを含む。中心領域は、第１の電位が第１の中空体に印加され、且つ第２の電位が第２の中空体に印加された場合に、第１の開口部から入射する荷電粒子の供給を、第１の中空体を通って内部開口部の方へ、且つ内部開口部から、アセンブリを出るための第２の開口部の方へ導くように構成される。幾つかのインプリメンテーションにおいて、荷電粒子レンズアセンブリは、２ステージ偏向器又はフロー方向構造と呼ばれる。
【００１８】
幾つかのインプリメンテーションは、第２の開口部が第１の軸から離間配置される距離にほぼ等しい距離で第１の軸から離間配置される、第１の中空体の第１の開口部を含む。幾つかのインプリメンテーションは、第１の開口部及び第２の開口部に対して軸の反対側にある内部開口部を含む。
【００１９】
幾つかの実施形態において、第１の電極アセンブリは、第１の軸にほぼ平行で第１の開口部のほぼ中心に置かれた第３の軸を画定する第１の電極を含み、第２の電極アセンブリは、第１の軸にほぼ平行で第２の開口部のほぼ中心に置かれ、第３の軸とほぼ同軸の第４の軸を画定する第２の電極を含む。
【００２０】
幾つかの実施形態において、第１及び第２の電極は、接地スクリーンを含む。第１及び第２の電極アセンブリは、遮蔽格子又は開口板を含むことができる。幾つかの実施形態において、第１の電極は、第３の軸と同心の円筒状円形開口部を含み、第２の電極は、第４の軸と同心の円形開口部を含む。幾つかの実施形態において、第１及び第２の電極は、遮蔽格子又は開口板を含む。
【００２１】
別の態様は、可変圧力又はガス組成を有する荷電粒子の供給部へのインターフェースを含むシステムに関する。システムは、荷電粒子供給部と連通する粒子フロー方向構造を含む。荷電粒子フロー方向構造は、（ａ）中空体、即ち、第１の端部及び第２の端部、並びに中空体の中心線に沿って第１の端部から第２の端部へ延びる第１の軸を画定する中空体と、（ｂ）中空体の第１の端部に対して配置された第１の電極アセンブリ、及び荷電粒子
の入射供給を受け取るための、第１の軸から離間配置された第１の開口部と、（ｃ）中空体の第２の端部に対して配置された第２の電極アセンブリ、及び第１の軸から離間配置された第２の開口部と、を含む。中空体は、電位が印加された場合に、第１の電極アセンブリから入射する荷電粒子の供給を第２の電極アセンブリの方へ導くように構成される。システムはまた、粒子フロー方向構造と連通する、且つ粒子フロー方向構造を出る荷電粒子フローを受け取るように第２の電極アセンブリに対して配置された荷電粒子分析器モジュールを含む。
【００２２】
幾つかの実施形態は、粒子フロー方向構造と流体連通、電気通信、又は流体連通及び電気通信の両方をする荷電粒子分析器モジュールを特徴とする。幾つかの実施形態において、荷電粒子分析器モジュールは、第２の電極アセンブリの少なくとも一部を含む。
【００２３】
更に別の態様は、可変圧力又はガス組成を有する荷電粒子の供給部とインターフェースするための手段を含むシステムを特徴とする。システムはまた、第１の電極アセンブリにおけるインターフェースするための手段から受け取った粒子フローを、中空体を通るフロー経路に沿う第１の開口部を介して、第２の開口部に隣接する第２の電極アセンブリの方へ導くための粒子フロー方向手段を含む。第１の開口部及び第２の開口部は、中空体の中心線に沿って、中空体の第１の端部から第２の端部へ延びる軸から離間配置される。フロー経路は、中空体に印加された電位によって少なくとも部分的に画定される。システムはまた、粒子フロー方向手段からの荷電粒子フローを収集し分析するための、粒子フロー方向手段と連通する荷電粒子分析器手段を含む。
【００２４】
別の態様は、荷電粒子分析器の基線オフセットを変更する方法を含む。方法は、荷電粒子源内の圧力又はガス組成の少なくとも１つを変更することを含む。方法はまた、粒子フローを、荷電粒子源から、第１の端部及び第２の端部を画定するフロー領域の中へと、フロー領域の第１の端部の第１のサイトにおいて受け取ることを含む。方法はまた、受け取った粒子フローを、第１のサイトから、フロー経路に沿ってフロー領域の第２の端部の第２のサイトの方へ導くことを含む。第１のサイト及び第２のサイトは、フロー領域の第１の端部から第２の端部へ延びる軸から離間配置される。第２のサイトは、第１の端部から第２の端部への、第１のサイトにおいて粒子フローの方向に平行な見通し線が第２のサイトと交差しないように、配置される。方法はまた、収集された荷電粒子に基づいてスペクトルを生成することを含む。
【００２５】
幾つかの実施形態において、荷電粒子源は、荷電粒子分析器の入口開口部に一致する位置における、且つフロー領域を通る見通し線に沿っては、目に見えない。幾つかの実施形態において、フロー領域の第１の端部から第２の端部に延びる軸は、見通し線にほぼ平行であり、フロー経路は、軸を横断する。幾つかの実施形態は、軸が９０度のアークに沿って延びるように、第１の端部に対して配置された第２の端部を特徴とする。幾つかのインプリメンテーションにおいて、フロー領域の第２の端部は、軸が０〜１８０度のアークに沿って延びるように、第１の端部に対して配置される。
【００２６】
幾つかのインプリメンテーションは、中空体、即ち、その中心線に沿って第１の軸を有する中空体に電位を供給することを含む。電位は、第１のサイトに入射する荷電粒子を、中心線を横断して中空体を通り第２のサイトに導く電界を供給する。
【００２７】
幾つかの実施形態は、中空体の第１の端部に対して第１の電極アセンブリを、且つ中空体の第２の端部に対して第２の電極アセンブリを配置することを含む。第１の電極アセンブリは、荷電粒子の入射ビームを受け取るための、第１の軸から離間配置された第１の開口部を画定し、第２の電極アセンブリは、荷電粒子をレンズアセンブリから外に通過させるための、第１の軸から離間配置された第２の開口部を画定する。中空体は、電位が印加
された場合に、第１の開口部から入射する荷電粒子の供給を、アセンブリを出るための第２の開口部の方へ導くように構成される。
【００２８】
幾つかのインプリメンテーションは、中空体に第１の電圧を印加すること、及び第１の電極アセンブリ、第２の電極アセンブリ、又は両方に第２の電圧を印加することを含む。方法は、荷電粒子エネルギに基づいて、荷電粒子をフロー領域から外に選択的に導くことを含むことができる。幾つかの実施形態において、フロー領域を通してフロー粒子を導くことは、フロー領域の第２のサイトの方への、粒子における中性種のフローを妨害することを含む。
【００２９】
更に別の態様は、荷電粒子源と荷電粒子分析器又は検出器への入力部との間の見通し線を阻止する方法に関する。方法は、第１の端部と、第２の端部と、中空体の中心線に沿って第１の端部から第２の端部に延びる第１の軸と、を画定する中空体に所定の電圧を印加することを含む。所定の電圧は、所望のフロー経路に沿って中空体を通る荷電粒子フローを、第１の軸から離間配置された入射開口部から、第１の軸から離間配置され、且つ第１の軸を中心に映し出された出口開口部へ導くために、中空体内に電界を確立する。方法はまた、中空体の第１の端部に対して配置された第１の電極アセンブリに第１の電極電圧を印加すること、及び中空体の第２の端部に対して配置された第２の電極アセンブリに第２の電極電圧を印加することを含む。
【００３０】
幾つかのインプリメンテーションは、１つ又は複数の異なって励起された領域によって、荷電粒子源を荷電粒子分析器から分離することを含む。幾つかの実施形態において、方法は、荷電粒子源及び荷電粒子分析器を真空環境内に配置することを含む。近真空又は低圧環境がまた適切になる可能性がある。
【００３１】
幾つかの実施形態は、システムを通る荷電粒子の透過を最適化するために、第１の電極電圧及び第２の電極電圧を調整することを特徴とする。幾つかの実施形態において、中空体に印加される所定の電圧は、荷電粒子フローの平均エネルギにほぼ等しい。
【００３２】
幾つかのインプリメンテーションにおいて、上記の態様のいずれも、上記で列挙された特徴のいずれか（又は全て）を含むことができる。
これらや他の特徴は、以下の説明及び図面を参照することによって、より完全に理解されるであろうが、図面は、実例であり、必ずしも縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】荷電粒子源と分析器との間の見通し線を阻止するためのシステムの例示的なブロック図。
【図２Ａ】荷電粒子源と分析器との間の見通し線を阻止するための荷電粒子レンズアセンブリの例示的なブロック図。
【図２Ｂ】荷電粒子レンズアセンブリの等角図。
【図２Ｃ】図２Ｂの荷電粒子レンズアセンブリの断面図。
【図２Ｄ】２つの断面図で示された、図２Ｂの荷電粒子レンズアセンブリを通る例示的な荷電粒子フローの概略図。
【図２Ｅ】電極アセンブリの一部として遮蔽格子を含む荷電粒子レンズアセンブリの等角図。
【図３Ａ】０度のアークにそれぞれ沿ってフロー経路が移動する荷電粒子レンズアセンブリ又はフロー領域の例示的なブロック図。
【図３Ｂ】図３Ａの荷電粒子レンズアセンブリの等角図。
【図３Ｃ】図３Ａの荷電粒子レンズアセンブリの断面図。
【図４】例示的な電位対ビーム位置をプロットするグラフ。
【図５Ａ】荷電粒子源と分析器との間の見通し線を阻止するための荷電粒子レンズアセンブリの例示的なブロック図。
【図５Ｂ】２ステージ荷電粒子レンズアセンブリの等角図。
【図５Ｃ】図５Ｂの２ステージ荷電粒子レンズアセンブリの断面図。
【図５Ｄ】２つの断面図で示された、図５Ｂの２ステージアセンブリを通る例示的な荷電粒子フローの概略図。
【図５Ｅ】電極アセンブリの一部として遮蔽格子を含む２ステージ荷電粒子レンズアセンブリの等角図。
【図６】荷電粒子分析器の基線オフセットを変更するための例示的なプロセスの流れ図。
【図７】荷電粒子源と荷電粒子分析器への入力部との間の見通し線を阻止するための例示的なプロセスの流れ図。
【図８】荷電粒子源と分析器との間の見通し線を阻止しないシステムで生成された、窒素、アルゴン、及びヘリウムの３つの種用の質量スペクトルのグラフ。
【図９】荷電粒子源と分析器との間の見通し線を阻止するシステムで生成された、窒素、アルゴン、及びヘリウムの３つの種用の質量スペクトルのグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本明細書で説明されるのは、イオン源と荷電粒子分析器との間の円筒状又は他の対称形状を有利に利用するイオンフロー方向又はレンズ構造である。レンズ構造は、円筒体、即ちそれを通る中心軸を画定する円筒体を含む。円筒体内に電界を確立するために、電荷を円筒体に印加することができる。レンズ構造は、（例えばイオン源からの）入射イオンビームを受け取るための、円筒体の一端部の入口開口部、及び（例えば荷電粒子分析器へと）イオンビームが構造を出る際に通る円筒体のもう一方の端部の出口開口部を含む。入口及び出口開口部の両方は、円筒体の中心軸から変位される。換言すれば、（イオン源に関連付けられた）入口開口部も（荷電粒子分析器に関連付けられた）出口開口部も、円筒体の中心軸と同軸ではない。このように、イオン源及び荷電粒子分析器の両方の間の、中心軸に平行な見通し線は、解消される。真空環境において、両方の開口部を軸外に配置することは、結果としてのスペクトルにおける基線信号オフセットの付随的な低減と共に、荷電粒子又はイオン源から分析器及び／又は検出器へ通過する望ましくない光子、中性種、及びエネルギイオンの実質的な低減に帰着する。更に、円筒形状の使用は、円筒状対称電界の固有の特性を利用し、且つ幾つかの周知のシステム、例えば米国特許第４，４８１，４１５号明細書又は第５，４９５，１０７号明細書のシステムより低電圧でレンズ構造が動作できるようにし、それによって安全性を改善し、感電のリスクを低減する。ここでのレンズ構造は、サイズが比較的小さく、真空に基づいたイオン源又は低圧イオン源と共に使用するのに適している。
【００３５】
図１は、荷電粒子源１１０と分析器１１５との間の見通し線１０５を阻止するためのシステム１００の例示的なブロック図である。荷電粒子源１１０及び分析器１１５に加えて、システム１００は、第１の電極アセンブリ１２０、フロー領域１３０、及び第２の電極アセンブリ１４０を含む。第１の電極アセンブリ１２０は、概念的には、荷電粒子源１１０とフロー領域１３０との間に配置されるように示されている。第２の電極アセンブリ１４０は、概念的には、フロー領域１３０と分析器１１５との間に配置されるように示されている。
【００３６】
幾つかの実施形態において、第１の電極アセンブリ１２０は、開口板、格子電極、及び／又は接地スクリーンを含む。荷電粒子源１１０は、第１の電極アセンブリ１２０の一部を含むことができる。例えば、荷電粒子を荷電粒子源１１０から外に導く荷電粒子源１１０の出口平板電極（図示せず）は、荷電粒子をフロー領域１３０の方へ協働的に導くための第１の電極アセンブリ１２０の一部と考えることが可能である。幾つかの実施形態にお
いて、第２の電極アセンブリ１４０は、開口板、格子電極、又は接地スクリーンを含む。分析器１１５は、第２の電極アセンブリ１４０の一部を含むことができる。例えば、荷電粒子を分析器１１５の方へ導く分析器１１５の入口平板電極は、第２の電極アセンブリ１４０の一部と考えることが可能である。
【００３７】
荷電粒子源１１０は、第１の電極アセンブリ１２０を介して、出口開口部１４５からフロー領域１３０の第１の端部１５０の中に荷電粒子フローを供給又は放射する。荷電粒子は、フロー経路１６０に沿ってフロー領域１３０を通り、フロー領域１３０の第２の端部１６５に導かれる。荷電粒子は、第２の電極アセンブリ１４０を介して、フロー領域１３０を出る。荷電粒子は、入口開口部１７０を介して、分析器１１５に入る。図１に示されているように、荷電粒子源１１０と分析器１１５との間の見通し線１０５が曖昧にされているにもかかわらず、荷電粒子は、フロー経路１６０に沿って荷電粒子源１１０から分析器１１５に流れる。更に、荷電粒子源１１０の出口開口部１４５と分析器１１５の入口開口部１７０との間の見通し線（図示せず）は、例えば、フロー領域１３０、並びにフロー領域の第１の端部１５０及び第２の端部１６５によって曖昧にすることができる。幾つかの実施形態において、荷電粒子フローは、イオンビームの形態をしており、フロー経路１６０は、例えば、イオンビームが、荷電粒子源１１０を出るとき合焦又はコリメートされ、フロー領域１３０を介して偏向され、且つそれが分析器１１５に入るときに合焦又はコリメートされるイオンビーム用の特徴的又は理想的な経路を示す。
【００３８】
荷電粒子源１１０内のフロー、圧力、又は組成は、荷電粒子の供給中に変化し得る。例えば、荷電粒子源１１０は、荷電粒子源１１０内の圧力が、例えば１Ｐａから０．０００１Ｐａに変化し得る場合に、１０ｅＶ陽イオンの平均エネルギを有する種のアルゴンイオンを放射する可能性がある。幾つかの実施形態において、陽イオンの平均エネルギは、イオンのタイプ又は種に関係する。幾つかの実施形態において、測定される荷電粒子フローは、約５ｅＶ〜約１０ｅＶで変化する平均エネルギを有する。幾つかの実施形態において、分析器１１５は、コンピュータ、コンピュータメモリ、及び／又はディスプレイと通信する。
【００３９】
図２Ａは、荷電粒子源２１０と、荷電粒子レンズアセンブリ２０５の中空体２２０の中心軸２５０に平行な出口領域２１５との間の見通し線を阻止するための、荷電粒子レンズアセンブリ２０５の例示的なブロック図２００である。荷電粒子源２１０は、荷電粒子の供給を荷電粒子レンズアセンブリ２０５に放射又は提供することができる。荷電粒子の供給は、イオンビーム、イオンスプレー、イオン雲、電子ビーム、又はこれらの組み合わせとすることができる。荷電粒子レンズアセンブリ２０５は、中空体２２０、第１の電極アセンブリ２２５、及び第２の電極アセンブリ２３０を含む。
【００４０】
中空体２２０は、電位入力部２３５、第１の端部２４０、第２の端部２４５、及び軸２５０を含む。軸２５０は、中空体２２０の中心線に沿って、第１の端部２４０から第２の端部２４５に延びる。図示されているように、軸２５０は、０度のアーク又は経路に沿って移動する。軸２５０は、図３Ａ〜３Ｃに関連して更に説明されるように、０〜１８０度のアークに沿って、第１の端部２４０から第２の端部２４５に延びることができる。
【００４１】
幾つかの実施形態において、中空体２２０は、軸２５０と直交する平面（図示せず）において円形断面を有する。これは、中空体が球、円錐、又は円筒である実施形態において真であろう。幾つかの実施形態において、中空体２２０は円筒であり、これは、有利な特徴を有して中空体２２０を通るフロー経路に帰着する。幾つかの実施形態において、中空体２２０は、半径（ｒ）及び長さ（ｌ）を備えた円筒レンズである。幾つかの実施形態において、中空体２２０の長さ（ｌ）は、第１の端部２４０、第２の端部２４５、又は両方の直径（２ｒ）のサイズの約１．３〜１．６倍である。この範囲のアスペクト比を備えた
中空体２２０は、中空体２２０内のイオンビームを調整及び合焦するための低電圧動作などの望ましい動作パラメータを示す。幾つかの実施形態において、円筒レンズは、純粋な円筒対称性を有し、これは、アセンブリ２０５内でイオンビームを偏向する追加の横電界発生要素の必要性なしに、イオンビームを有利に偏向し合焦させる。幾つかの実施形態において、中空体２２０は、軸２５０に垂直な第１の平面（図示せず）及び第１の平面にほぼ直交する第２の平面（図示せず）において鏡面対称性を有する。これらの鏡面対称性を備えた中空体２２０は、再び、偏向に影響を及ぼす電界を供給する横電界発生要素の必要性なしに、中空体２２０内のイオンビームを有利に合焦させ偏向する。
【００４２】
図２Ａの構成は、物理的対称性及び電界対称性の両方を利用するコンポーネントの位置決めを可能にし、レンズ系の潜在的に改善された、又はより容易な調整に帰着する。
第１の電極アセンブリ２２５は、第１の開口部２６０を含む。第１の電極アセンブリ２２５は、軸２５０にほぼ平行な、第１の開口部２６０のほぼ中心に置かれた軸２２７を画定する。第１の開口部２６０は、ｙ軸に沿って軸２５０から距離ｄ１だけ変位される。第１の電極アセンブリ２２５は、Ｘ軸に沿って、中空体２２０の第１の端部２４０から距離ｄ２だけ変位される。
【００４３】
第２の電極アセンブリ２３０は、第２の開口部２８０を含む。第２の電極アセンブリ２３０は、軸２５０に平行な、第２の開口部２８０のほぼ中心に置かれた軸２３２を画定する。第２の開口部２８０は、ｙ軸に沿って軸２５０から距離ｄ３だけ変位される。第２の電極アセンブリ２３０は、ｘ軸に沿って、中空体２２０の第２の端部２４５から距離ｄ４だけ変位される。
【００４４】
様々な実施形態において、第１の電極アセンブリ２２５は、第１の電極を含む。例えば、第１の電極は、接地スクリーン、遮蔽格子、又は開口板とすることができる。図２Ａに示されているように、第１の電極アセンブリ２２５は、電極として開口板を含む。図２Ｅは、第１の電極アセンブリ２２５が格子電極を含む実施形態を示す。第１の開口部２６０を第１の電極アセンブリ２２５に含むことができる。第１の開口部２６０は、第２の軸２２７と同心の円形プロファイルを有することができる。第１の円形開口部２６０は、第１の円形開口部２６０の半径ｒａ１だけ軸２５０から変位させることができる。換言すれば、幾つかの実施形態において、距離ｄ１は、距離ｒａ１にほぼ等しい。幾つかの実施形態において、第２の電極アセンブリ２３０は、第２の電極を含む。第２の電極は、接地スクリーン、遮蔽格子、又は開口板とすることができる。図２Ａに示されているように、第２の電極アセンブリ２３０は、電極として開口板を含む。図２Ｅは、第２の電極アセンブリ２３０が格子電極を含む実施形態を示す。第２の開口部２８０を第２の電極アセンブリ２３０に含むことができる。第２の開口部２８０は、第３の軸２３２と同心の円形プロファイルを有することができる。第２の円形開口部２８０は、第２の円形開口部２８０の半径ｒａ２だけ軸２５０から変位させることができる。換言すれば、距離ｄ３は、幾つかの実施形態において、距離ｒａ２にほぼ等しい。更に、開口部２６０のサイズｒａ１は、開口部２８０と同じサイズｒａ２とすることができる。
【００４５】
幾つかの実施形態において、第１の開口部２６０及び第２の開口部２８０は、軸２５０からほぼ等しい距離（例えば、距離ｄ１は、距離ｄ３にほぼ等しい）に配置される。幾つかの実施形態において、第１の開口部２６０及び第２の開口部２８０は、軸２５０に対して反対側に配置される（例えば、ｘ−ｙ平面において軸２５０を中心にしたミラー画像である）。幾つかの実施形態において、第１の電極アセンブリ２２５は、中空体２２０の直径（２ｒ）より小さい距離ｄ２で、第１の端部２４０から離間配置される。幾つかの実施形態において、第２の電極アセンブリ２３０は、中空体２２０の直径（２ｒ）より小さい距離ｄ４で、第２の端部２４５から離間配置される。幾つかの実施形態において、第１の電極アセンブリ２２５は、第２の電極アセンブリ２３０が、第２の端部２４５から離間配
置される距離にほぼ等しい距離で、第１の端部２４０から離間配置される（例えば、距離ｄ２は、距離ｄ４にほぼ等しい）。例示的な実施形態において、距離ｒは、約８ｍｍとすることができ、距離ｄ１及びｄ３は、約３ｍｍとすることができ、距離ｄ２及びｄ４は、約１ｍｍとすることができる。
【００４６】
動作において、荷電粒子レンズアセンブリ２０５は、第１の電極アセンブリ２２５の第１の開口部２６０において荷電粒子の供給（図示せず）を受ける。荷電粒子の供給は、荷電粒子源２１０から、又は荷電粒子若しくはビームを合焦、コリメート、若しくは調整する中間構造から受け取られる。中空体２２０に印加された電位入力２３５は、第２の電極アセンブリ２３０の第２の開口部２８０に荷電粒子の供給を駆動するか又は導くことができる中空体２２０内の電界（図示せず）を確立する。第２の電極アセンブリ２３０は、荷電粒子の供給を荷電粒子レンズアセンブリ２０５から外に通過させる。電界は、ビームが、軸２２７にほぼ平行な方向に沿って入り、且つ軸２３２にほぼ平行な方向に沿って出るように調整又は合焦されるが、これは、ビームが、軸２５０を横断することを含む。電界の選択的な印加によって、イオンビームは、入口開口部２６０から、所望のフロー経路（例えば、図１のフロー経路１６０の大体の形状を有する）に沿って中空体２２０を通り、出口開口部２８０へと導くことができる。このように、荷電粒子源２１０及び出口領域２１５を、それぞれ、軸２５０から離れて配置し、それによって、荷電粒子源２１０と出口領域２１５との間の見通し線を曖昧にし、一方で荷電粒子源２１０から出口領域２１５へのイオンフローを可能にすることができる。
【００４７】
幾つかの実施形態において、電位入力２３５は、第２の軸２２７の一部に沿って第１の電極アセンブリ２２５を通り、軸２５０の一部を横断して中空体２２０を通り、且つ第３の軸２３２の一部に沿って第２の電極アセンブリ２３０を通り、荷電粒子の供給を駆動するか又は導く。幾つかの実施形態において、第１の電極アセンブリ２２５及び／又は第２の電極アセンブリ２３０は、電位入力部（図示せず）を含む。幾つかの実施形態において、第１の電極アセンブリ２２５及び／又は第２の電極アセンブリ２３０は、電気エネルギ供給源と連通している。第１の電極アセンブリ２２５、第２の電極アセンブリ２３０、及び／又は中空体２２０に印加される電位は、直流（又は幾つかのインプリメンテーションでは交流）とすることができる。幾つかの実施形態において、出口領域２１５は、分析器、コンピュータ、コンピュータメモリ、及び／又はディスプレイと通信する。
【００４８】
荷電粒子は、第２の開口部２８０を出ると、出口領域２１５で受け取られる。出口領域２１５は、分析器（例えば質量分析器）若しくは検出器、第２の中空体、又は処理、連通の管理、若しくは荷電粒子の調整用のある他の構造とすることができる。例えば、出口領域２１５は、２ステージ偏向レンズの第２のステージとすることができ、その場合に、開口部２８０は、第１のステージ（図２Ａに示されている）と第２のステージ（図示せず）との間の内部開口部になろう。
【００４９】
荷電粒子源２１０と出口領域２１５との間に直線２９２を引くことができるが、線２９２は、イオンビーム用の実際の飛行経路を表さず、イオンは、アセンブリ２０５内の曲線の電界勾配の影響を受ける。更に、軸２２７に平行で開口部２６０内の見通し線（図示せず）は、出口領域２１５に交差することも到達することもない。同様に、軸２３２に平行で開口部２８０内の見通し線（図示せず）は、荷電粒子源に到達することも交差することもない。（開口部２６０、２８０の）半径ｒａ１及びｒａ２は、図２Ａの回路図で暗に示されているより大きくすることができる。イオンフローを導く実際的な態様は、荷電粒子源２１０と出口領域２１５との間のどんな直線の見通し線も一層阻止する傾向があり、それゆえアセンブリ２０５は、開口部２６０又は２８０のどちらかを通り、且つ軸２５０に平行な見通し線が、出口領域２１５にも荷電粒子源２１０にもそれぞれ交差しないように、容易に設計することができる。例えば、ｒａ１及びｒａ２が、ほぼ距離ｄ１及びｄ３よ
りそれぞれ小さいとするならば、軸２５０に平行で開口部２６０又は２８０内の見通し線は、出口領域２１５にも荷電粒子源２１０にもそれぞれ交差しない。
【００５０】
図２Ｂは、荷電粒子レンズアセンブリ２０５の等角図である。アセンブリ２０５は、中空体２２０及び中心軸２５０を含む。アセンブリ２０５は、開口部２６０を画定する開口板２４０、及び開口部２８０を画定する第２の開口板２４４を含む。アセンブリ２０５は、開口部２６０と同心の軸２２７を画定する円筒構造２４８、及び開口部２８０と同心の軸２３２を画定する第２の円筒構造２５２を含む。図示のように、円筒構造２４８は、開口部２６０を中心としてそのまわりに置かれ、円筒構造２５２は、開口部２８０を中心としてそのまわりに置かれるが、しかしこれは、必要とはされない。
【００５１】
円筒構造２４８は、イオン又は荷電粒子の源（例えば荷電粒子源２１０）に隣接して配置し、且つ例えば開口板２４０における開口部２６０の方へ又は開口部２６０上にイオンビームを合焦し導くために使用することができる。円筒構造２４８は、「入射側」又は「源側」構造と呼ぶことができ、且つ幾つかの実施形態において接地スクリーンである。円筒構造２５２は、出口領域（例えば出口領域２１５）、検出器（図示せず）、又は分析器（図示せず）に隣接して配置し、且つ例えば検出器又は分析器の開口部（図示せず）の方へ又は開口部上にイオンビームを合焦し導くために使用することができる。円筒構造２５２は、「出口側」又は「検出器／分析器側」構造と呼ぶことができ、且つ幾つかの実施形態において、接地スクリーンである。中空体２２０内の電界は、円筒構造２５２への透過のために、開口板２４４における開口部２８０の方へイオンビームを合焦し導く。
【００５２】
電圧又は電位Ｖｃが、中空体２２０に印加され、第２の電圧又は電位Ｖａが、開口板２４０、開口板２４４、又は両方に印加される。幾つかのインプリメンテーションにおいて、開口板２４０に印加される電位Ｖａの値は、開口板２４４に印加される電位Ｖａの値と異なる。
【００５３】
図２Ｃは、図２Ｂの荷電粒子レンズアセンブリ２０５の断面図である。図２Ｃの図は、ｙ方向において開口部２６０、２８０のサイズより大きい、円筒構造２４８、２５２のそれぞれにおける直径ｄｃを示す。中空体２２０の中心軸２５０は、開口部２６０のエッジ２６０ａ及び開口部２８０のエッジ２８０ａを切り込み、荷電粒子源側円筒構造２４８及び検出器側円筒構造２５２の中へ延びる。入射イオンビームが、軸２２７と整列されると、中心軸２５０は、入射側円筒構造２４８内のイオンビームと交差しない（且つ検出器側円筒構造２５２は、軸２２７、イオンビーム、及び源（図示せず）から曖昧にされる）。同様に、出射イオンビームが、軸２３２と整列されると、中心軸２５０は、出口側円筒構造２５２内のイオンビームと交差しない（且つ入射側円筒構造２４８は、軸２３２、イオンビーム、及び出口領域又は荷電粒子分析器（図示せず）から曖昧にされる）。
【００５４】
図２Ｄは、コンピュータシミュレーションに基づいて２つの図２７０ａ〜２７０ｂに示された、図２Ｂの荷電粒子レンズアセンブリ２０５を通る例示的な荷電粒子フローの概略図である。図２７０ａは、イオンビーム２７４のフローが図２Ｂのｙ−ｚ平面において見えるであろうように、アセンブリ２０５を通るイオンビーム２７４のフローを示す。図２７０ｂは、イオンビーム２７４のフローが図２Ｂのｘ−ｚ平面に投影されて見えるであろうように、アセンブリ２０５を通るイオンビーム２７４のフローを示す。図２７０ｂはまた、電極構造及び例示的な電圧輪郭を示す。図２７０ｂは、軸２２７、２５０及び２３２に沿って、ｘ−ｚ平面に平行な３つの断面図からそれぞれ構成された複合断面図を表す。両方の図２７０ａ〜２７０ｂは、電位が印加された場合の、中空体２２０内の電界線２７８を示す。電界線２７８は、開口板２４０、２４４の電位を同様に反映する。図２Ｄは、中空体２２０に印加された電位が１０Ｖであり、且つ開口板２４０、２４４の電位が０Ｖである場合のイオンビーム２７４の例示的な電界線及びフローを示す。図２Ｄを作成する
ために用いられるシミュレーションにおけるイオンビーム２７４の平均エネルギは、１０ｅＶである。
【００５５】
ビーム２７４は、ｙ−ｚ及びｘ−ｚ平面の両方で合焦されるが、しかし両方の平面において、焦点２８２は、中空体２２０の中間点２８４を越えて延びる。焦点２８２は、例えば出てくるビームをそれほど発散させないように、電極２４０及び２８０に印加される電位を調整することによって、ｚ軸に沿ってシフトすることができる。
【００５６】
図２７０ａで分かるように、円筒構造２４８、２５２は、オフセットされ、ｙ軸に関しては中空体２２０に対して中心には置かれないが、しかし円筒構造２４８、２５２は、Ｘ軸に関しは中空体２２０に対して中心に置かれる。図２Ｄは、イオンビーム２７４がアセンブリ２０５及び中空体２２０を横断するときに、イオンビーム２７４に負わされる偏向作用を示す。
【００５７】
図３Ａ〜３Ｃは、荷電粒子レンズアセンブリ３０５Ａ、３０５Ｂ、３０５Ｃの例示的なブロック図３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃであり、これらのアセンブリ３０５Ａ、３０５Ｂ、３０５Ｃにおいて、フロー経路が、０度、９０度、及び１８０度のアーク３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃに沿ってそれぞれ移動する。図３Ａの中空体３０５Ａは、０度のアークに沿って延びる軸３１０Ａを含むか又は画定する。換言すれば、軸３１０Ａは、中空体３０５Ａを通る直線経路を提供する。図３Ｂの中空体３０５Ｂは、９０度のアークを通って延びる軸３１０Ｂを含むか又は画定する。換言すれば、軸３１０Ｂは、イオン源又はイオン源から出るイオンビーム軸（図示せず）を、検出器又は分析器（又は検出器若しくは分析器に入るイオンビーム軸）（図示せず）に直角に向けることができるようにする。図３Ｃの中空体３０５Ｃは、１８０度のアークを通って延びる軸３１０Ｃを含む。軸３１０Ｃは、イオン源又はイオン源から出るイオンビーム軸（図示せず）を、検出器若しくは分析器（又は検出器若しくは分析器に入るイオンビーム軸）（図示せず）に平行だが、しかしそれらから変位されるようにすることができる。
【００５８】
図４は、図２Ｅに示されているような格子電極を用いるレンズアセンブリ用に、例示的な同調電圧対ビーム位置をプロットしたグラフ４００である。同調電圧値は、縦軸４０５に沿ってプロットされ、ビーム位置は、中空体半径（例えば図２Ａにおける半径ｒ）のパーセンテージとして、横軸４１０に沿ってプロットされる。グラフ４００は、例えば図２Ｂに示されているタイプの、異なるアスペクト比（例えば長さ／直径）をそれぞれ有する４つの中空体（例えば円筒レンズ）に印加された電位を表す４つの電位曲線４１５ａ〜４１５ｄを示す。各曲線４１５ａ〜４１５ｄをそれぞれ生成するために使用されるレンズのアスペクト比の値４２０ａ〜４２０ｄは、それぞれ、凡例４２５に示されている。縦軸４１０に沿った電位（例えば同調電圧）は、分析される種の平均エネルギのパーセンテージとして、荷電粒子の供給において示されている。ビーム位置の横軸４１０に沿った値は、円筒レンズの半径（例えば中空体２２０の半径ｒ）のパーセンテージとして、円筒レンズ（例えば中空体２２０）の中心からの、荷電粒子の狭ビームの変位を表す。例えば、曲線４１５ｄは、１．５５のアスペクト比を備えた円筒レンズ（凡例４２５における記載４２０ｄ）用に、円筒レンズの半径の１０％（曲線４１５ｄにおける点４３０して表されている）である、円筒レンズの中心からの距離で円筒レンズに入射する荷電粒子ビームが、荷電粒子の供給のエネルギの約９８％を有する印加電位によって、円筒レンズの入口開口部と出口開口部との間でフロー経路に沿って移動され得ることを示す。換言すれば、イオンビームの平均エネルギの９８％である、中空体に印加された電位は、中空体内に電界を発生して、入口開口部から出口開口部への透過を最適化する。
【００５９】
曲線４１５ｂは、１．４５のアスペクト比円筒レンズ（凡例４２５における記載４２０ｂ）用に、円筒レンズの半径の１．０％（曲線４１５ｂにおける点４３５）である、円筒
レンズの中心からの距離で円筒レンズに入射する荷電粒子の供給が、荷電粒子の供給の平均エネルギの約１０２％を有する印加電位によって、円筒レンズの入口開口部と出口開口部との間でフロー経路に沿って移動され得ることを示す。
【００６０】
図５Ａは、中空体２２０と協働して、中空体２２０の軸２５０及び／又は中空体５２０の軸５５０に平行な、荷電粒子源２１０と出口領域５１５との間の見通し線（図示せず）を阻止する第２の中空体５２０を含む荷電粒子レンズアセンブリ５００の例示的なブロック図である。図５Ａにおいて、図２の出口領域２１５は、第２の中空体５２０及び第３の電極アセンブリ５３０を含む。幾つかのインプリメンテーションにおいて、図５の構成は、２ステージ偏向器と呼ばれる（例えば、第１のステージは、一般に第１の中空体２２０を指し、第２のステージは、一般に第２の中空体５２０を指す）。
【００６１】
荷電粒子レンズアセンブリ５００は、第１の中空体２２０、第２の中空体５２０、第１の電極アセンブリ２２５、第２の電極アセンブリ２３０、及び第３の電極アセンブリ５３０を含む。第１の中空体２２０、第１の電極アセンブリ２２５、及び第２の電極アセンブリ２３０は、上記において図２で一般的に説明されている。しかしながら、図５Ａの構成において、第２の電極アセンブリ２３０は、２ステージ偏向アセンブリ５００の第１のステージと第２のステージとの間に配置された中間電極である。
【００６２】
中空体５２０は、第２の電極アセンブリ２３０に対し、Ｘ軸に沿って距離ｄ５だけ変位される。中空体５２０は、電位入力部５３５、第１の端部５４０、第２の端部５４５、及び第２の軸５５０を含む。第２の軸５５０は、第１の端部５４０から第２の端部５４５に延びる。第２の軸５５０は、ｙ方向において、（例えばＸ軸に沿って）軸２５０と整列させることができるが、しかしこれは、必要とはされない。中空体５２０は、図２Ａの中空体２２０に関して上記で説明されたのとほぼ同じ特徴及び寸法を有することができる。
【００６３】
第３の電極アセンブリ５３０は、開口部５８０を含む。第３の電極アセンブリ５３０は、第２の軸５５０に平行で開口部５８０のほぼ中心に置かれた軸５２３を画定する。開口部５８０は、ｙ軸に沿って第２の軸５５０から距離ｄ６だけ変位される。第３の電極アセンブリ５３０は、第２の中空体５２０の第２の端部５４５から距離ｄ７だけ変位される。幾つかの実施形態において、軸５２３は、開口部２６０の中心に置かれた軸２２７と整列される。幾つかの実施形態において、第３の電極アセンブリ５３０は、電位入力部（図示せず）を含む。
【００６４】
幾つかの実施形態において、距離ｄ２、距離ｄ４、距離ｄ５、及び第７の距離ｄ７は等しい。幾つかの実施形態において、開口部２６０及び開口部５８０は、（ｙ軸に対して）軸２５０の同じ側に配置され、開口部２８０は、（再びｙ軸に対して）開口部２６０及び開口部５８０とは対向する軸２５０の側に配置される。幾つかの実施形態において、第３の開口部５８０は、第２の中空体５２０の直径（２ｒ２）より小さい距離ｄ７だけ、第２の端部５４５から離間配置される。
【００６５】
第３の電極アセンブリ５３０は、第３の電極を含むことができる。第３の電極は、接地スクリーン、遮蔽格子、又は開口板とすることができる。第３の電極は、例えば図５Ｂに示されているように、軸５２３と同心の円筒状開口部を含むことができる。
【００６６】
動作において、荷電粒子レンズアセンブリ５００は、第１の電極アセンブリ２２５の開口部２６０において荷電粒子の供給を受ける。中空体２２０、中空体５２０、並びに電極アセンブリ２２５、２３０、及び５３０に印加される電位は、開口部２６０から、開口部２８０の方へ、且つそこを通って、開口部５８０の方へ、且つそこを通って、出口領域５１５の方へ、荷電粒子を駆動するか導くように協働する。アセンブリ５００を通る線５９
０は、荷電粒子源２１０から出口領域５１５への概念化されたフロー経路を示すが、しかしフロー経路の実際の形状は、一般に滑らかである。図示されなかったが、印加された電位は、電位が印加される特定の要素の形態、形状、及び寸法によって特性が一般に決定される電界を発生する。接地要素が、０ボルトの印加電位を表す。幾つかの実施形態において、出口領域５１５は、第３の中空体、荷電粒子分析器、又は処理、連通の管理、若しくは荷電粒子ビームの調整用のある他の構造である。当業者は、荷電粒子の供給が、収集、検出、及び／又は分析に先立って、任意の数のステージを通過するように、任意の数の構造がカスケードされ得ることを理解されよう。
【００６７】
幾つかの実施形態において、電位５３５は、システム５００のどこか他の所の電界と協働し、第２の軸５５０の一部を横断して中空体５２０を通る、且つ軸５２３の一部に沿って第３の電極アセンブリ５３０を通る荷電粒子５９０の供給を駆動するか導く（又は駆動するか導く際に協働する）電界を確立する。
【００６８】
図５Ｂは、２ステージ荷電粒子レンズアセンブリ５００の斜視図である。アセンブリ５００は、中空体２２０、中心軸２５０、中空体５２０、及び中心軸５５０を含む。アセンブリ５００は、開口部２６０を画定する開口板２４０、開口部２８０を画定する第２の開口板２４４、及び開口部５８０を画定する第３の開口板５４４を含む。円筒構造２４８が、開口部２６０とほぼ同心の軸２２７を画定する。第２の円筒構造５５２が、開口部５８０とほぼ同心の軸５２３を画定する。図２Ａと同様に、円筒構造２４８は、荷電粒子源側にあり、円筒構造２５２は、検出器側にある。開口部２８０は、それを通る軸２３２を画定する。
【００６９】
動作中に、イオンの供給が、円筒構造２４８において受け取られ、軸２２７と略整列された開口部２６０を通過する。イオンフローは、中空体を通って移動し、中心軸２５０を横断し、開口部２８０を介して、軸２３２と略整列された中空体２２０を出る。イオンフローは、軸２３２と略整列された開口部２８０を介して第２のステージ及び中空体５２０に入る。中空体５２０にいる間に、イオンビームは、軸５５０を横断し、軸５２３と略整列されて出る。イオンビームは、追加のステージ又は検出器若しくは分析器への更なる透過のために、開口部５８０を通過して円筒構造５５２に入る。
【００７０】
電極２４４を間に置くことによって、荷電粒子分析器からイオン源への直線の見通し線を曖昧にするか又は阻止することができ、一方でイオン源及び荷電粒子分析器の両方を、ｙ方向において同じ側のアセンブリの中心軸２５０、５５０からオフセットできるようにする。
【００７１】
システムは、原則として、２つの外側開口板２４０、５４４を含むように示されているが、開口板２４０、５４４は、幾つかの実施形態において省略するか、又は接地スクリーン若しくは遮蔽格子と取り替えることができる。かかる実施形態において、出口領域又は荷電粒子分析器とイオン源との間の見通し線は、開口部２８０のサイズが、中心軸２５０、５５０に対してオフセットされ、且つ中空体２２０、５２０の半径を超過しないならば、開口板２３０か又は第１の偏向ステージと第２の偏向ステージとの間に置かれた他の構造によって曖昧にされる。例えば、図５Ｅは、開口板２４０、５４４及び開口板２３０が、格子電極２４１、５４５、２３１とそれぞれ取り替えられたシステム５００の等角図である。
【００７２】
図５Ｃは、図５Ｂの２ステージ荷電粒子レンズアセンブリ５００の断面図である。円筒構造２４８、５５２のそれぞれにおける直径ｄｃ（図２Ｃに関して上記で説明した）は、ｙ方向において、開口部２６０、５８０のサイズより大きい。中空体２２０の中心軸２５０は、開口部のエッジ２６０ａ及び開口部２８０のエッジ２８０ａを切り込む。中空体５
２０の中心軸５５０は、開口部２８０のエッジ２８０ａ及び開口部５８０のエッジ５８０ａを切り込む。中心軸２５０、５５０が、略整列されるので、アセンブリ５００を通る直線があるように見える。しかしながら、円筒構造２４８、５５２は、ｙ方向において、中心軸２５０、５５０からオフセットされ、それによって、荷電粒子源から検出器への直線の見通し線を曖昧にするか又は阻止する。更に、荷電粒子源又は検出器若しくは分析器が、ｙ方向において開口部２６０、５８０より小さい開口部を有するインプリメンテーションにおいて、荷電粒子源から検出器又は分析器への見通し線は、阻止される。
【００７３】
入射イオンビームが、軸２２７と整列されると、中心軸２５０は、開口板２４０ゆえに、入射側円筒構造２４８内でイオンビームと交差しない（且つ出口側円筒構造５５２は、軸２２７、入射イオンビーム、及び荷電粒子源（図示せず）から曖昧にされる）。同様に、出射イオンビームが、軸５２３と整列されると、中心軸２５０、５５０は、開口板２４４ゆえに、出口側円筒構造５５２内でイオンビームと交差しない（且つ入射側円筒構造２４８は、軸５２３、イオンビーム、及び出口領域又は荷電粒子分析器（図示せず）から曖昧にされる）。
【００７４】
図５Ｄは、コンピュータシミュレーションに基づいて２つの図５７０ａ〜５７０ｂに示された、図５Ｂの２ステージアセンブリ５００を通る例示的な荷電粒子フローの概略図である。図５７０ａは、アセンブリ５００を通るイオンビーム５７４のフローを、それが図５Ｂのｙ−ｚ平面で見えるであろうように示す。図５７０ｂは、アセンブリ５００を通るイオンビーム５７４のフローを、それが図５Ｂのｘ−ｚ平面に投影されて見えるであろうように示す。図５７０ｂは、軸２２７、２５０、２３２、５５０及び５２３にそれぞれ沿いｘ−ｚ平面に平行な５つの断面図から構成される複合断面図を表す。両方の図５７０ａ〜５７０ｂは、電位が中空体２２０、５２０、及び開口板２４０、２４４、５４４に印加された場合に、中空体２２０及び中空体５２０内の電界線５７８を示す。図５Ｄは、中空体２２０、５２０に印加される電位が１０Ｖであり、且つ開口板２４０、２４４、５４４の電位が０Ｖである場合の、例示的な電界線及びイオンビーム５７４のフローを示す。イオンビーム５７４のエネルギは、１０ｅＶである。
【００７５】
ビーム５７４は、ｙ−ｚ及びｘ−ｚ平面の両方に合焦されるが、しかし両方の平面において、焦点２８２は、中空体２２０の中間点を越えて延びる。焦点２８２は、例えば、出てくるビームをそれほど発散させないように、電極２４０、２４４、及び２８０に印加される電位を調整することによって、ｚ軸に沿ってシフトすることができる。
【００７６】
図６は、荷電粒子分析器の基線オフセットを変更するための例示的なプロセス６００の流れ図である。荷電粒子源（例えば、図２の荷電粒子源２１０）内のパラメータが変更される（ステップ６１０）。パラメータは、例えば、荷電粒子源内の圧力及び／又は荷電粒子源内の粒子種の組成とすることができる。微量種（例えば、測定される全圧に対して、百万分率（ｐｐｍ）又は十億分率（ｐｐｂ）レベルの分圧を示して存在するガス種）の残留ガス分析（「ＲＧＡ」）中に、主種（例えば、測定される全圧における比較的高いパーセンテージレベルの分圧で存在するガス）は、１つの純粋なガスから別の純粋なガス又は２以上のガスの混合物に変更することができ、圧力は、単一の測定中に、１Ｐａ超と１×１０−７Ｐａ未満との間で変更することができる。例として、測定は、主ガスとしてヘリウム、空気、又は水素で始まり、測定中にアルゴン又は窒素に変更してもよい。主ガス変更の他の例が、当業者には明らかであろう。
【００７７】
粒子フローは、荷電粒子源から受け取られる（ステップ６２０）。粒子フローは、図２において上記で説明されたように、フロー領域、例えば中空体の第１の端部の中へと、第１のサイト、例えば開口部で受け取られる。
【００７８】
粒子フローは、フロー経路に沿いフロー領域を通って、フロー領域の第２の端部の第２のサイトの方へ導かれる（ステップ６３０）。第１のサイト及び第２のサイトは、例えば、図２Ａにおいて上記で説明されたように、フロー領域の第１の端部から第２の端部に延びる軸から離間配置される。第２のサイトは、第１のサイトにおいて粒子フローの方向に平行な見通し線が第２のサイトと交差しないように、配置される。幾つかの実施形態において、中性粒子、及び分析される種の平均エネルギより高いエネルギ又は低いエネルギを備えた粒子が、イオン源から荷電粒子分析器へと通過しないように、粒子フロー源（例えば、荷電粒子又はイオン源）は、荷電粒子分析器（例えば分析器）の入口開口部と一致し、且つフロー領域を通る位置において見通し線に沿っては目に見えない。粒子フローは、フロー領域を構成する構造に印加された電位（又は一連の電位若しくは電位の組み合わせ）によって導くことができる。印加された電位によって発生された電界は、図２Ａにおいて上記で説明されたように、第１のサイトから、フロー領域の中心線を横断する第２のサイトへフローを導くように協働する。
【００７９】
荷電粒子は、それらがフロー領域を出るときに、分析器又は検出器で収集することができる。質量スペクトルが、収集された荷電粒子に基づいて生成される（ステップ６４０）。幾つかの実施形態において、所望の荷電粒子エネルギを有しない荷電粒子は、フロー領域がエネルギフィルタとして機能するように、フロー領域から外に選択的に導かれる。粒子フローに含まれる中性種のフローが、フロー領域の第２のサイトの方へ流れるのを遮断又は阻止される。
【００８０】
図７は、荷電粒子源と荷電粒子分析器への入力部との間の見通し線を阻止するための例示的なプロセスの流れ図７００である。
プロセスは、第１の電圧（Ｖ１）が、中空体（例えば、図２の中空体２２０）に印加されたときに始まる（ステップ７１０）。第１の電圧（Ｖ１）は、図４に関連して説明されたように、分析される荷電粒子の種型及び／又は中空体の形状に基づいて予め決定することができる。第１の電圧（Ｖ１）は、システムの他の要素に供給される電位と協働して、中空体内に電界を確立する。電界は、中空体の第１の軸から離間配置された入射開口部から、第１の軸から離間配置された且つ／又は第１の軸を中心に映し出された出口開口部へ、所望のフロー経路に沿い中空体を通って荷電粒子フローを導く。
【００８１】
第２の電圧（Ｖ２）が、中空体の第１の端部に対して配置された第１の電極アセンブリに印加される（例えば、図２において上記で説明されたような第１の電極アセンブリ２２５及び第１の端部２４０）（ステップ７２０）。第２の電圧（Ｖ２）は、第１の電圧Ｖ１と協働し、荷電粒子源から、第１の電極アセンブリを通って、中空体の第１の端部若しくは中空体の方へ且つ／又はその中に荷電粒子フローを導くことができる。
【００８２】
第３の電圧（Ｖ３）が、中空体の第２の端部（例えば、図２の第２の端部２４５）に対して配置された第２の電極アセンブリに印加される（ステップ７３０）。第３の電圧（Ｖ３）は、第１の電圧（Ｖ１）と協働し、第２の電極アセンブリを通って分析器又は検出器の中に荷電粒子フローを導くことができる。
【００８３】
実際には、Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３の値は、所望の又は望ましいイオンのスループットを最適化するように調整される。Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３の値は、荷電粒子シミュレーションコンピュータプログラムを用いて、計算又は近似することができ、典型的な電圧は、例えば、Ｖ１用には−６０ボルト、Ｖ２用には＋３ボルト、且つＶ３用には−６０ボルトである。動作において、電圧値は、システムの要素の形状によって決定される。初期又はシミュレーションの実行後、値は、スループット及び性能を最適化するために実験的に調整することができる。
【００８４】
荷電粒子源及び荷電粒子分析器は、真空、近真空、又は低圧環境内に配置することができる。幾つかの実施形態において、荷電粒子源は、１つ又は複数の異なって励起される領域によって、荷電粒子分析器から分離される。
【００８５】
図８は、イオン源と分析器との間の見通し線を阻止しないシステムでそれぞれ生成された、窒素、アルゴン、及びヘリウム種用の３つの質量スペクトル８０５ａ〜８０５ｃのグラフ８００である。窒素、アルゴン、及びヘリウム用の質量スペクトル８０５ａ〜８０５ｃは、イオン源内の定圧で観察された。質量スペクトル８０５ａ〜８０５ｃは、横軸８２０に沿った（原子質量単位（ａｍｕ）における）質量に対し、縦軸８１５に沿った最大ガスピークの百万分率でグラフ８１０にプロットされた曲線として表されている。各曲線は、基線部及び１つ又は複数のピーク（例えば質量ピーク）の両方を含むことができる。例えば、アルゴン用のスペクトル８０５ｂは、基線部８２５及び１つ又は複数のピーク部８３０を含む。演算子は、５．５ａｍｕとして図８に示されている、縦軸に沿った質量の「ゼロ」値８３５を決定するか又は手動で確立することができる。アルゴンスペクトル８０５ｂに関し、１０ａｍｕの質量における基線部８２５の値は、５．５ａｍｕの任意のゼロ点で測定された信号に対して、約−０．２ｐｐｍである。アルゴン用のスペクトル８０５ｂの基線部８２５は、ほぼ８５ａｍｕの質量まで曲線部８４０に沿って減少し、８５ａｍｕの点でスペクトル８０５ｂの基線部８２５は、水平になる。質量濃度が、約−１．２ｐｐｍである場合に、スペクトル８０５ｂは、水平になる。アルゴン用のスペクトル８０５ｂの基線部８２５が、約０．２ｐｐｍと−１．２ｐｐｍとの間で変化し、一方で質量が、０ａｍｕと８５ａｍｕとの間で変化するので、出力信号の基線部８２５は、歪められたように見える。ヘリウム用のスペクトル８０５ｃの基線部８４５は、０．１と−０．１５ｐｐｍとの間で変化し、窒素用のスペクトル８０５ａの基線部８５０は、０．１ｐｐｍと約−０．１ｐｐｍとの間で変化する。基線部８２５、８４５、８５０におけるこのオフセットは、信号ノイズの結果として、出力スペクトルの精度を低減させる可能性がある。更に、アルゴン用のスペクトル８０５ｂの基線部は、ヘリウムスペクトル８０５ｃ及び窒素スペクトル８０５ａ用の基線部８４５、８５０に対して、それぞれ、ｐｐｍの値で異なり、それは、１つのガスのみを用いる基線正規化が、異なるガス用の真の基線を正確には表さないことを意味する。異なる基線は、頻繁な再正規化なしには微量ガス分析における誤差（場合によっては本質的な誤差）を導入することになろう。頻繁な再正規化は、結果として不便及び遅れをもたらす。
【００８６】
図９は、本明細書で説明されているように、イオン源と荷電粒子分析器との間の見通し線を阻止するか又は曖昧にするシステムでそれぞれ生成された、窒素、アルゴン、及びヘリウム種用の質量スペクトル９０５ａ〜９０５ｃのグラフ９００である。質量スペクトル９０５ａ〜９０５ｃは、イオン源内で定圧で観察された。質量スペクトル９０５ａ〜９０５ｃは、横軸９２０に沿った（原子質量単位（ａｍｕ）における）質量に対し、縦軸９１５に沿った最大ガスピークの百万分率でグラフ９１０上にプロットされた曲線として表されている。図９において、各スペクトル９０５ａ〜９０５ｃの基線部９２５は、０．０１ｐｐｍより少なく変化し、且つ質量範囲にわたって０．０ｐｐｍを中心とする。図９で分かるように、イオン源と荷電粒子分析器との間の見通し線を阻止することは、信号の基線部９２５の変動を最小化し、図８の曲線部分８４０は、除去されたか又は実質的に最小化された。更に、各スペクトル９０５ａ〜９０５ｃの基線部は、図８の基線部８２５、８４５、８５０の値とは違って、ほぼ等しい。結果としてのスペクトル９０５ａ〜９０５ｃは、望ましくない光子、中性粒子、又は望ましくない種の検出によるノイズによってそれほど影響を受けない、分析用のより堅固な出力信号を供給する。
【００８７】
特定の実施形態に関連して本発明を特に図示し説明したが、形態及び詳細における様々な変更が、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに当該技術分野においてなされ得ることが、当業者によって理解されるべきである
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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