(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、１またはそれ以上の開口を有するとともに前記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第１電極と、
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電極であって、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第２電極と、
を備えた荷電粒子検出器。
【請求項２】
前記第１電極は、前記ＭＣＰ出力側電極に対面する第１主面と、前記第２電極に対面する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面を連絡する貫通孔と、前記貫通孔の開口を塞ぐように配置された、前記複数の開口を規定するメッシュ状または格子状のワイヤ電極部と、を有する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または２に記載の荷電粒子検出器。
【請求項４】
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３に記載の荷電粒子検出器。
【請求項５】
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１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子検出器。
【請求項６】
請求項１〜５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出力側電極と前記第２電極との間で規定される空間内において、前記第１電極の位置がピークとなる電位勾配を形成することを特徴とする制御方法。
【請求項７】
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６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１０５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の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、信号として主にＭＣＰユニットからの電子（負電荷粒子）を取り込むための第１電極と、残留ガスイオン（不要な正電荷粒子）を捕獲するための第２電極と、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、第１電極は、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る。また、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る。さらに第１電極は、１またはそれ以上の開口を有するとともにＭＣＰユニット出力側電極高い電位に設定されるよう構成されている。また、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ている。
【００１５】
上記第１の態様に適用可能な第２の態様として、第１電極は、ＭＣＰ出力側電極に対面する第１主面と、第２電極に対面する第２主面と、第１主面と第２主面を連絡する貫通孔と、貫通孔の開口を塞ぐように配置された、前記複数の開口を規定するメッシュ状または格子状のワイヤ電極部と、を有するのが好ましい。
【００１６】
上記第１および第２の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第３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３の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第４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４の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第５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５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】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代表的な構成と、本実施形態に係る制御方法により設定される電位勾配を示す図である。
【図７】比較例に係る荷電粒子検出器の構成とその電位勾配を示す図である。
【図８】図６および図７に示された各荷電粒子検出器が個別に適用された残留ガス分析装置のそれぞれについて、イオンフィードバックの抑制効果の比較結果を示すグラフである。
【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から放出された電子を電気信号として読み出すための第１電極（電子に代表される負電荷粒子の捕獲用電極）３００と、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＋）を捕獲するための第２電極（正イオンに代表される正電荷粒子の捕獲用電極）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（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を用いて本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｂの構造を説明する。図４（ａ）は、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。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）中に示された第２電極４００に替わる第２電極の他の構造例を示す図である。図５（ａ）は、図４（ａ）に示された組立工程を経て得られた荷電粒子検出器１００Ｂ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１００Ｂの断面図である。
【００３１】
当該荷電粒子検出器１００Ｂの組み立て工程では、ＭＣＰユニット２００から第２電極４００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３００（正電荷粒子捕獲用電極）、下側絶縁リング６３０、および、第２電極（負電荷粒子捕獲用電極）４００が配置されている。ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と第２電極４００は、当該荷電粒子検出器１００Ｂ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４００が溶接されている（ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０と第２電極４００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４００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３００、および下側絶縁リング６３０が収納される。さらに、第２電極４００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４００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４００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４００へ向かって伸びた形状を有し、その端部は第２電極４００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４００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４００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３００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、貫通孔が設けられたディスク形状を有し、該貫通孔の開口端には金属メッシュ（ワイヤ電極部）３００ａが配置されている。また、第１電極３００は、当該第１電極３００を所定電位に設定するための給電ピン３００ｂ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３００ｃも有する。このような構造を有する第１電極３００は、貫通孔の開口端を塞ぐように配置された金属メッシュ３００ａを露出させるための開口６２０ａが設けられた上側絶縁リング６２０と、金属メッシュ３００ａを露出させるための開口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３００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３００と第２電極４００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。
【００３５】
第２電極４００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３００、第２電極４００によりtriode構造が構成された電極空間内では、第２電極４００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４００へ向かうことになる。したがって、この第２電極４００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４００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４００ａを備える。さらに、第２電極４００には、第１電極３００の給電ピン３００ｂを接触することなく貫通させるための連絡孔４００ｂ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４００ｃがそれぞれ設けられている。当該第２電極４００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４００ａを介して第２電極４００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４００は同電位に設定される。なお、第２電極４００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】
なお、本実施形態では、上述の第２電極４００に替えて、図４（ｂ）に示された構造を有する第２電極４００Ａが適用されてもよい。図４（ｂ）の第２電極４００Ａは、図４（ａ）の第２電極４００と同様に、給電ピン４００ａ、連絡孔４００ｂ、連絡孔４００ｃを備える。さらに、第２電極４００Ａは、その中央に貫通孔を有するとともに、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を有する。この構成により、当該荷電粒子検出器１００Ｂ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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、本実施形態に係る制御方法とともに上述のように組み立てられる荷電粒子検出器１００Ｂの特性評価を、図６〜図８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、本実施形態に係る制御方法により設定される電位勾配、すなわち、低ゲイン（１０３）モードと高ゲイン（１０５）モードそれぞれにおける荷電粒子検出器１００Ｂの電位勾配を示す図である。図７（ａ）は、比較例に係る荷電粒子検出器１００Ｃの構成を示す図であり、図７（ｂ）は、低ゲイン（１０２）モードと高ゲイン（１０５）モードそれぞれにおける荷電粒子検出器１００Ｃの電位勾配を示す図である。また、図８は、特性評価用に用意された荷電粒子検出器１００Ｂ、１００Ｃが別箇に適用された残留ガス分析装置１（図１）のそれぞれについて、イオンフィードバックの抑制効果の比較結果を示すグラフである。特に、図８（ａ）は、低ゲイン（１０３）モードにおいて、第１電極３００を介して検出された信号電流（第１電極３００により捕獲された電子）と検出器内圧力との関係を示すグラフであり、図８（ｂ）は、高ゲイン（１０５）モードにおいて、第１電極３００を介して検出された暗電流（残留ガスイオンのイオンフィードバックに起因したダークノイズ）と検出器内圧力との関係を示すグラフである。なお、暗電流検出（図８（ｂ））を高ゲインモードで行った理由は、低ゲインモードでの検出よりも高ゲインモードでの検出の方が、イオンフィードバックの影響がより詳細に確認できるからである。
【００３９】
用意された本実施形態に係る荷電粒子検出器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、図６（ｂ）のように設定される。すなわち、低ゲイン（１０３）モードでの検出動作では、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０および第２電極４００は−１０００Ｖ、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０は−１００Ｖ、第１電極３００はグランド電位（０Ｖ）に設定される。一方、高ゲイン（１０５）モードでの検出動作では、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０および第２電極４００は−１５００Ｖ、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０は−１００Ｖ、第１電極３００はグランド電位（０Ｖ）に設定される。
【００４１】
図７（ａ）には、用意された比較例に係る荷電粒子検出器１００Ｃの構造が示されている。すなわち、比較例に係る荷電粒子検出器１００Ｃは、図７（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。一方、第１電極３００および第２電極４００は何れもグランド電位（０Ｖ）に設定されており、該第１電極３００および第２電極４００の双方に取り込まれた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。
【００４２】
以上のように構成された、比較例に係る荷電粒子検出器１００Ｃにおける具体的な電位勾配は、図７（ｂ）のように設定される。すなわち、低ゲイン（１０３）モードでの検出動作では、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０は−１０００Ｖ、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０は−１００Ｖ、第１電極３００と第２電極４００は何れもグランド電位（０Ｖ）に設定される。一方、高ゲイン（１０５）モードでの検出動作では、ＭＣＰ−Ｉｎ電極５１０は−１５００Ｖ、ＭＣＰ−Ｏｕｔ電極５２０は−１００Ｖ、第１電極３００とおよび第２電極４００は何れもグランド電位（０Ｖ）に設定される。
【００４３】
低ゲイン（１０３）モードにおける検出動作いて、第１電極３００を介して検出された信号電流（第１電極３００により捕獲された電子）と検出器内圧力との関係を示すグラフであり、図８（ｂ）は、高ゲイン（１０５）モードにおいて、第１電極３００を介して検出された暗電流（残留ガスイオンのイオンフィードバックに起因したダークノイズ）と検出器内圧力との関係を示すグラフである。
【００４４】
図８（ａ）および図８（ｂ）において、記号「●」は、本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｂが適用された残留ガス分析装置１での信号電流の検出結果を示し、記号「□」は、比較例に係る荷電粒子検出器１００Ｃが適用された残留ガス分析装置１での暗電流の検出結果を示す。なお、前提として、真空度が低下するほど残留ガス分の数も増加するため、残留ガス分析装置１のイオン源１０により生成されるイオンの数も飛躍的に増加している。
【００４５】
図８（ａ）に示されたように、低ゲインモードでのイオン検出では、本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｂ、比較例に係る荷電粒子検出器１００Ｃの何れも、真空度が低下（イオン源１０で生成されるイオンが増加）するにしたがって検出される電子数（信号電流の出力）は飛躍的に増加している。しかしながら、本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｂの信号電流の検出結果と、比較例に係る荷電粒子検出器１００Ｃの信号電流の検出結果を比較すれば、本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｂの方が、飛躍的に検出感度が向上していることは明らかである。なお、図８（ａ）において、真空度１０−２Ｐａにおける不連続の発生は、イオン源１０で生成されるイオンの数を一旦抑制するため、フィラメント温度の切り替えを行ったためである。
【００４６】
一方、図８（ｂ）に示されたように、本実施形態に係る荷電粒子検出器１００Ｂが適用された残留ガス分析装置１では、高ゲインモードでのイオン検出において真空度が低下（イオン源１０で生成されるイオンが増加）していった場合でも、暗電流はほとんど検出されない（イオンフィードバックの発生が効果的に抑制されている）ことが確認された。これに対し、比較例に係る荷電粒子検出器１００Ｃが適用された残留ガス分析装置１では、高ゲインモードでのイオン検出において真空度が低下していくにしたがって、暗電流が著しく増加することが確認された。すなわち、比較例に係る荷電粒子検出器１００Ｃでは、イオンフィードバックの抑制効果は得られない。
【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…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…第１電極（負電荷粒子捕獲用電極）、４００…第２電極（正電荷粒子捕獲用電極）。
【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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