JP2888984B2

JP2888984B2 - 小型化四極子アレイ

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Publication number: JP2888984B2
Application number: JP7501884A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．フェラン、ロバート
Original assignee: FUERAN SAIENTEIFUITSUKU
Current assignee: FUERAN SAIENTEIFUITSUKU
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1999-05-10
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: JPH08510084A; WO1994029006A1; US5613294A; US5401962A; US5857890A; DE4494105T1

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景発明の分野本発明は一般に四極子アレイベースの残留ガスセンサ
ーに関し、特に、小型化四極子アレイを使用して低圧チ
ャンバー内の特定なガスの存在を検出する残留ガスセン
サー及びその製造プロセスに関する。

従来技術四極子残留ガスセンサーは従来技術において公知であ
り、真空状態に近い、例えば１×10^-5トール若しくはそ
れより低圧のチャンバー内において特定のガスの存在を
検出する為に使用される。典型的な従来技術の四極子残
留ガスセンサーは４つの平行ロッドを含み、該ロッドは
等しい長さを有し、正方形構成でセラミックベース上に
正確に配列及びマウントされる。従って開放空間すなわ
ちチャネルを有する四極子が形成され、該チャネルは四
極子の中心にありロッドの全長に渡って延在する。電子
ソースが四極子の一端において電子を発生し、該電子は
チャンバー内の残留ガス分子の内のいくつかと衝突しそ
れらをイオン化する。これらイオンの内のいくつかは次
に、四極子の他の一端に配置されるコレクターに向かっ
てチャネルを介して加速される。コレクターに衝突する
イオンは、イオンの数に比例した電位をコレクターに発
生し、従ってチャンバー内のガス分子の数に比例した電
位を発生する。コレクターが外部回路に接続される場
合、コレクターに衝突するイオンの量に比例した電流が
発生される。

四極子を含む４つの平行ロッド上に電圧が誘起され
る。これら電圧は４本のロッド間のチャネルにおいて電
界を発生するよう同調され、該電界は特定の質量対電荷
比を有するイオンのみをチャネルの全長に渡って移動さ
せコレクターへ向かわせる。他の質量対電荷比を有する
イオンは電界によってチャネルから４本の平行ロッドの
一つに引き寄せられ中和される。従って、ロッド上の電
界を異なる質量対電荷比に対して同調し、これら電圧で
コレクター上に衝突するイオンによって発生される電流
を解析することによって、四極子が使用されて低圧もし
くは真空状態に近いチャンバー内における異なるガスの
存在を検出することが可能となる。薄膜形成中において
真空状態に近いチャンバー内の特定なガスの存在は結果
として不良デバイスの生成を引き起こす可能性があるの
で、これらガスを検出する能力は、半導体デバイスプロ
セスにおける薄膜形成のようなアプリケーションに対し
て重要である。

四極子残留ガスセンサーが前述のような方法で動作す
ることが可能であるためには、四極子を含むロッドは相
互に平行になるよう正確にマウントされなければならず
又正方形の四極子構成に正確に配置されなければならな
い。現在までこれらロッドはセラミックベース内に正確
にドリルで孔あけされたホール内にマウントされてき
た。センサーの低圧にたいする信頼性を維持すると共に
ロッドの正確な配置を充分達成するために、通常、ホー
ルは例えば0.2ミリのような非常に低い公差でマシンに
より孔あけされなければならない。次にロッドはセラミ
ックベース内のこれらホール内に平行に四極子構成で正
確に配置されなければならない。ロッドは通常、ナット
もしくはスクリューによりセラミックベースに装着さ
れ、これらナットもしくはスクリューは、平行四極子構
成からのロッドの任意のシフトを回避するために正確な
トルク量で正確に装着されなければならない。さらに、
センサー上の他のコンポーネントのマウントと共にロッ
ドへの電気的接続も又、ロッドが正確な四極子構成に維
持されることを保証するために非常に正確に又デリケー
トに行われなければならない。

不幸にして、セラミックベースの正確なドリルによる
孔あけ並びにアセンブリ中のロッドの正確なマウント
は、従来の四極子残留ガスセンサーの製造を非常に高価
なものにする。従って従来の四極子残留ガスセンサーは
通常購入するのに非常に高価であり、連続動作の後にセ
ンサーが汚れる場合、それらは清潔なセンサーと交換さ
れるよりも分解されてクリーニングされる。しかしなが
ら、クリーニング及び再アセンブリの後においても、セ
ンサーは四極子のコンポーネントの正確で注意深いマウ
ントとハンドリングを必要とする。従って、センサーを
クリーニングすることはセンサーを交換することよりも
高価でないにも関わらず、センサーをクリーニングする
ことは以前として高価なものとなる。

更に、センサーをセラミックベースに構成するために
必要とされる非常に正確な公差はより多くのセンサーコ
ンポーネントを必要とする。特に、スクリュー及びナッ
トが使用されてセラミックベース内のドリルで孔あけさ
れたホール内にロッドが装着及び着座される為に、ロッ
ドはこれらナット及びスクリューのアタッチメントの締
めつけを許容するための充分な直径を有していなくては
ならない。これらの理由により、従来の四極子アセンブ
リ構成するために使用される円筒状ロッドは通常直径が
少なくとも４分の１インチである。

セラミックベース内にマウントされるより大きい直径
のロッドを使用して四極子残留ガスセンサーを構成する
ことに関する１つの結果は、特定な質量対電荷比を有す
るイオンに対して電界が同調されることが可能なロッド
間のチャンネルを得るためにロッドはより距離を置いて
離間されなければならないということである。しかしな
がら、ロッドがより離れている場合、目的としない質量
対電荷比を有するイオンをチャネルから離脱させる為に
各ロッドによって生成される電界は依然として同一でな
ければならない。しかしながら不幸にして、そのような
高い電圧を生成する為には高価な装置が必要とされる。

前述の従来の四極子センサーを製造することに関連す
る困難性及びコストによって、現在のセンサーは一般に
単一の４ロッド四極子に制限される。四極子のアレイが
使用されて高い感度を有する残留ガスセンサーを得るこ
とが可能である。文献“Das elektrische Massenfilt
er als Massenspektrometer und Isotopentrenner"
（Paul他,Zeitschrift fur Physik,Bd.,April 21,19
58）において、四極子のアレイが過去に提唱されている
が、単一の四極子を有するセンサーを構成することに関
して前述した現実的な困難性及び高いコストによって四
極性アレイを組込んだコストエフェクティブなセンサー
の構成は非常に困難となっている。特に、セラミックベ
ース内にホールを正確にドリルで孔あけしてロッドのア
レイを収容するコスト、及びロッドを正確に配置するコ
ストは手頃な入手価格の四極子アレイベースのセンサー
の製造を非常に困難なものとする。更に、前述したよう
に、アレイを含むロッドは相対的に大きく離間された大
きい直径のロッドでなければならないことが想定され
る。従って、公知の技術を使用して製造された四極子の
アレイのサイズは非常に大きくなってほとんどの低圧も
しくは真空チャンバー内でのその使用を制限することが
想定される。

一般に、前述の従来技術の単一の四極子センサーの選
択性は、ロッドの長さを増加してイオンがコレクターに
向かって移動しなければならない距離を長くすることと
ロッドに印加される電圧の交流成分の周波数を増加して
より早い速度で変動する電界を形成することの両者によ
ってのみ改善されることが可能である。

通常、従来の四極子残留ガスセンサーは４から６イン
チ長のロッドを有する。しかしながら、センサーの感度
を最大にするためにイオンがチャネル内をコレクターに
向かって移動しなくてはならない長さはイオンの平均自
由行程より少なくなくてはならない。イオンの平均自由
行程は他の分子と衝突する以前にイオンが環境内を直進
する平均距離である。好ましくは、チャネル長は粒子の
平均自由行程よりも小さくなくてはならず、目的とする
質量対電荷比を有するイオンが他の粒子と衝突すること
及びチャネルから偏向されるか若しくは中和されること
の可能性を最小とする。このようにして偏向される同調
されたイオンはコレクターに衝突せず、結果としてコレ
クターにおいてより低い電流が検出される。イオンのよ
うな粒子の平均自由行程は公知の公式によって計算され
ることができ、該公式においては平均自由行程はその粒
子がおかれている環境の圧力に反比例する。従って、従
来の四極子残留ガスセンサーは、イオンソースとコレク
ターとの間のチャネル長よりも大きい平均自由行程を得
ることを可能とするために、非常に低圧、例えば５×10
^-5トールにおいて動作しなければならない。

チャンバー内にどのようなガスが存在するかを決定す
る必要を有する多くのアプリケーションにおいてチャン
バー内の圧力は従来のセンサーが動作するために必要と
される圧力よりも実質的に高い。例えば、半導体デバイ
スの製造において使用される膜形成技術において、前述
の従来のセンサーが動作するために必要とされる圧力よ
りもオーダーが２つ高い可能性のある圧力のチャンバー
内においてしばしば膜が形成される。

従って、ユーザーは低圧チャンバー内の内容物のサン
プリングを別のチャンバーに移し、該別のチャンバー内
の圧力を低下させてセンサーが動作するために必要とさ
れる圧力を得る。あきらかに理解されるように、そのよ
うなサンプリングを実行するために必要とされる付加的
なハードウェアーは非常に高価であり、サンプリングは
潜在的に不正確なものとなる。更に、これらのアプリケ
ーションにおいて、四極子残留ガスセンサーはガスが感
知される低圧チャンバー内に埋め込まれておらず外部の
チャンバー内にマウントされる。

従って、四極子のアレイを使用して感度を増加させる
安価な残留ガスセンサーに対する必要性が従来技術にお
いて存在する。更に、より高い圧力において動作して低
圧チャンバーの内容物のサンプリングに関連するコスト
及び不正確さを除去することが可能であると共にチャン
バー内に直接埋め込まれることが可能なセンサーに対す
る付加的な必要性が従来技術において存在する。結局、
これら改良されたセンサーを製造する安価な方法及びそ
のような製造を容易にする装置の業者に対する必要性が
従来技術において存在する。

発明の概要前述の必要性はガスセンサーを含む本発明によって満
足され、該ガスセンサーは平行に相互に離間されて配置
され四極子アレイを形成する複数のロッドを含む。ロッ
ドはガラスベースにマウントされ、このことはセンサー
の低圧に対する信頼性を維持しつつロッドを所定位置に
固定的に装着して四極子アレイを形成することを可能と
する。

センサーは又低圧チャンバー内に存在するガス分子を
イオン化することが可能な電子ソースを含む。イオンが
誘起されて四極子アレイを形成するロッド間のチャネル
をコレクターに向かって下方へ移動する。コレクター
は、四極子のチャネル内にマウントされたコレクターの
表面に接触するイオンの数に比例した電気信号を発生す
る。

これと同時に四極子アレイの各ロッドに対して電圧が
印加され、該電圧はアレイの各四極子を同調し特定の質
量対電荷比及びアトミックマスユニット（AMU）を有す
るイオンのみをコレクター表面に到達させることを可能
とする。本発明のセンサーは又四極子のチャネル内にマ
ウントされる多数のレンズを含み、該レンズは又更に四
極子を同調し同調される質量対電荷比を有するイオンの
みをコレクター表面に到達させることを可能とする。

本発明の他の態様は四極子アレイベースのガスセンサ
ーの製造方法であり、該方法は、複数のロッドを四極子
のアレイに配置するステップと、複数のロッド上にガラ
スびーずを配置するステップと、ガラスビーズを加熱し
て溶融させガラスをロッドにグリップさせアレイ内にロ
ッドを配置するステップとを含む。本発明の他の態様は
四極子アレイベースのガスセンサーを製造する為の再使
用可能な装置であり、該装置はロッドを正確に配置して
四極子アレイを形成することを可能にすると共にガラス
が加熱されたのちに所定位置にロッドを装着するために
ガラスビーズを適性な位置に配置することを可能とす
る。

本発明のこれら及び他の目的及び特徴は添付の図面を
伴う下記の記述及び請求の範囲によって完全に明らかな
ものとなる。

図の簡単な説明図１は本発明の小型化四極子アレイを使用する残留ガ
スセンサーの分解図である。

図1aは図１のガスセンサーの部分図であり、電子を供
給する２つのフィラメントを有する代替実施例を示す。

図２は図１に示す本発明の残留ガスセンサーの組み立
てられた図である。

図３は図１及び２の残留ガスセンサーの上面図であ
り、ロッド、ピン、及び支持部材の位置を示す。

図４は図１及び２に示す残留ガスセンサーのピン接続
を示す平面図である。

図５は、センサーを駆動するために使用される関連す
る外部コンポーネントネットワークを伴う図１及び２に
示される残留ガスセンサーを示す図である。

図６は、図１及び２のセンサーの単一の四極子エレメ
ントのロッドに対する電気的接続を示す概略図である。

図７は図１及び２に示される残留ガスセンサーの単一
の四極子エレメントを概略的に示す側面図である。

図８は図１及び２に示される残留ガスセンサーに対し
て電圧を供給する電気回路の概略図である。

図９は図１及び２に示される本発明のセンサーを構成
する為のオーブンツールアセンブリを示す側面図であ
る。

図10aは本発明のセンサーを構成するための図９に示
されるオーブンツールアセンブリの矩形下方プレートの
上面図である。

図10bは本発明のセンサーを構成するための図９に示
されるオーブンツールアセンブリの矩形位置合せプレー
トの上面図である。

図10cは本発明のセンサーを構成する為の図９に示さ
れるオーブンツールアセンブリの矩形スペーサープレー
トの上面図である。

図11は本発明のセンサーを構成するための図９に示さ
れるオーブンツールアセンブリの装入位置の詳細拡大図
である。

好ましい実施例の詳細な説明以下図面に対して参照が行われここで一貫して同様な
符号は同様の部分を表す。以下図１、２、３、及び４を
参照し本発明の小型化四極子アレイを使用する残留ガス
センサーを含むコンポーネントの説明が行われる。次に
図５、６、７及び８を参照してセンサーの動作の説明が
行われる。最後に、図９、10a、10b、10c及び11を参照
し本発明の基本的四極子アレイ構造の構成の説明が行わ
れる。

図１は小型化四極子アレイを使用する残留ガスセンサ
ー100の好ましい１実施例の分解図を示し、センサー100
に含まれる多くのコンポーネントを示している。図２は
図１に示されるセンサー100の組み立てられた状態を示
す。図３は四極子アレイに含まれるロッド、センサーの
コンポーネントが電気的に接続されるピン、及びセンサ
ー100の多くのコンポーネントを支持する支持部材を示
す。

図１を参照すると、センサー100の基本的なコンポー
ネントが円筒状ベース102上にマウントされ、円筒状ベ
ース102は中空の円筒状金属ボディもしくはガス気密シ
ールを与えるよう形成された固体ガラスシールを有する
ケーシング104を含む。円筒状ベース102は通常８分の５
インチオーダーの直径を有し約２分の１インチから８分
の５インチの長さを有する。硬化ガラスシール106を構
成する物質は、センサー100のアセンブリの後、以下に
説明される埋め込まれたロッド、サポート、及びピンを
構造的に安定な位置及び配向にガラスシール106が装着
維持するよう選択される。更にガラスシール106を構成
する物質は、これらロッド、サポート、ピン並びにベー
スケーシング104の内部壁とともに真空気密シールを与
えるよう選択される。ガラスシール106を形成するよう
使用される物質は、好ましくは予備成形されたガラスブ
ランクもしくはガラスビーズ105であり、これらはディ
スク形状を有し、以下に説明されるロッド、ピン、サポ
ート部材の各々に対するホールを有する。予備成形され
たガラスビーズ105は加熱され硬化ガラスシール106内へ
溶融され、ロッド、ピン、サポートメンバー並びにベー
スケーシング104の内部壁に対してガラス装着固着され
る。硬化ガラスシール106を形成するために使用される
ガラスビーズ105はベースケーシング104の熱定数と同様
の熱定数を有するよう選択され、オーブン内で加熱され
る場合に適切な振る舞いを行う。ガスアナライザ内の他
の物質に依存し、又ガスアナライザの所望の使用温度範
囲に依存してガラスビーズ105に対して多様なタイプの
ガラスが使用されることが可能である。例えば、本文中
に記載された好ましい実施例においては、ベースケーシ
ング104はステンレススチールであり、ガラスビーズ105
はステンレススチールの熱定数に近い比較的高い熱定数
を有するバリウムアルカリガラスを含む。図９、図10
a、10b、10c及び11を以下に参照して、ロッド、サポー
ト、及びピンがガラスシール106内にマウントされる構
成プロセスがより詳細に説明される。

16本の同一の円筒状ロッド110から成るアレイ108が一
端が突出した形態でガラスシール106内にマウントさ
れ、ガラスシール106は一端が突出したロッドに対する
マウンティングベースとしての機能を果たす。代替的に
セラミック、光成形ガラス、及びエポキシのような他の
マウンティングベースが使用されて図１に示されるよう
にロッドを一端が突出した形状のアレイに支持すること
が可能である。

16の円筒状ロッド110は各々が４つのロッド110からな
る４つの等間隔に離間された列からなるグリットに似た
パターンでガラスシール106内に固定装着される。各ロ
ッド110はベース102から同じ距離だけ垂直方向に外側に
向かって延出する。アレイ108のロッド110は好ましくは
ステンレススチールもしくはインコネルのいずれかから
成り、好ましい実施例においては、１ミリメトルの直径
を有しガラスシール106の表面から外側に向かってほぼ
４分の３インチ延出する。

ロッド110は又、上方から見た場合に16本のロッドが
９コの正方形エレメント112を形成するようガラスシー
ル106内に正確に配置され、この場合隣接ロッド110は隣
接エレメント112間で共有される。各エレメント112の中
心はチャネル114を構成し、該チャネルはロッド110の突
出端の全長に渡り延在し、この場合チャネル114の中心
はエレメント112の４本の円筒状ロッド各々の中心から
等距離にある。各々が４本のロッド110及び１つのチャ
ネル114を有する９つのエレメント112の各々はセンサー
100の単一の四極子を形成する。従って、センサー100の
この好ましい実施例において四極子アレイは９つの正方
形四極子エレメント112を形成する。

ロッド110から成るアレイ108の外側にある多様な位置
において６本の機械的サポートロッド116a−116fが又ガ
ラスシール106内にマウントされる。サポートロッド116
も又一端が突出した形態でガラスシール106の表面から
外側に向かい垂直に延出する。サポートロッド116a−11
6fのガラスシール106内における位置は以下に図３にお
いて示される。サポートロッド116が使用されて以下に
説明されるセンサー100の多くのコンポーネントをサポ
ートする。

異なる長さを有する一連の円筒状ピン120a−120lがガ
ラスシール106の上方及び下方表面の両者を完全に通過
し又それら表面から外側に向かって垂直に延びる。ガラ
スシール106内のピン120a−120lの正確な位置は以下の
図３及び４に示される。ピン120は以下に説明されるセ
ンサー100の残りのコンポーネントに対して電気的接続
を与え、センサー100のベース102のシーリング特性（す
なわち低圧及びガス気密性に対する信頼性）をそれらが
維持するような形態でガラスシール106内にマウントさ
れる。サポート106及びピン120は、好ましくは0.5ミリ
メートルから１ミリメートルの範囲にある直径を有する
円筒状であり又好ましくはアイコネル又はステンレスス
チールのいずれかから構成される。更に、アタッチされ
るコンポーネントに依存して、ロッド116及びピン120は
８分の１インチから４分の３インチの距離だけガラスシ
ール106の上方表面から外側に向かって垂直に延出す
る。

ロッド110、サポートメンバー116、及びピン120は再
使用可能なジグもしくはツールアセンブリを使用してガ
ラスブランク105内に正確に配置することが可能である
ため、ロッド110、サポートメンバー116及びピン120の
ガラスシール106内へのマウントは高価な製造とはなら
ない。予備成形されたガラスブランク105がいったん加
熱され冷却されるとロッド110、サポートメンバー116及
びピン120はそれらの正確な位置及び配向に永久的に固
定される。ポジティブバス112及びネガティブバス114は
図１に示される。バス122及び124は好ましく薄い（0.00
5インチ）ステンレススチールから構成され、アレイ108
の８本の特定なロッド110に対する固体電気接続をその
各々が行うよう構成される。バス122及び124はロッド11
0の直径よりもわずかに大きい直径を有する８コの開口1
26を含む。開口126は好ましくは公知の技術を使用して
バス122及び124のステンレススチール内にフォトエッチ
ングされる。バス128が開口126の各々の内部表面状に形
成される。タブ128は、バスバー122及び124がロッド110
をホール126に通過させてロッド110上にプレスされるこ
とに対応して折れ曲がり、これによってロッド110に対
してプレスするタブ128を介してバス122及び124及びそ
れらに対応するロッド110間の良好な電気的接続が保証
される。

ポジティブバス122は、図２に示されるように８本の
ロッド110のみと電気的に接触し又ガラスシール106の上
方表面に非常に近接し接触しないようにロッド110のア
レイ108内に配置される。ポジディブバス122に組み込ま
れるダブ130はピン120g（図３）にスポット溶接されピ
ン120gは次に図８を参照して以下に説明される外部電圧
ソースに接続される。ネガティブバス124は次にアレイ1
08の残りの８本のロッド110と電気的に接触し、図２に
同様に示されるようにポジティブバス122に隣接してそ
れに接触しない様にロッド110のアレイ108内に配置され
る。ネガティブバス124に組み込まれるタブ132は次にピ
ン120cにスポット溶接され、つぎにビン120cは図８を参
照して以下に同様に説明される外部電圧ソースに接続さ
れる。

バス122及び124は、いずれも単一の正方形四極子エレ
メント112（図３）においても、相互に対角配置された
に２本のロッド110がポジティブバス122に設置され相互
に対角配置された残りの２本のロッドがネガティブバス
124に接続されるように構成され、このことは以下の図
６に概略的に示されている。従って、四極子エレメント
112の各々において、相互に対角配置される２本のロッ
ド110は第一の電圧が供給され、対角配置される残りの
２本のロッド110は第２の電圧が供給される。

シールド134が、図２に示されるようにネガティブバ
ス124の上方に非常に近接してそれと接触しないように
ロッド110のアレイ108内に配置される。好ましくは、シ
ールド134は16コのフォトエッチングされた開口136を有
する0.002インチ厚のステンレススチールから形成され
た正方形プレートであり該シールドはロッド110の各々
の周囲に固定されるよう構成される。開口136はロッド1
10よりも大きな直径を有しシールド134がアレイ108内に
おいてネガティブバス124の上方に配置される場合にシ
ールド134がロッド110の各々と接触することなくそれら
を包囲しそれによってセンサー100のチャネル114を占有
する。従って、シールド134は、バス122及び124へ電圧
を印加することに起因する静電的な効果から以下に説明
されるセンサー100の付加的なコンポーネントをシール
ドする。シールド134は次にメカニカルサポート116d及
び116eにスポット溶接され前述の方法で装着配置され
る。さらに、シールド134は又ピン120bにスポット溶接
され、以下に述べるように図８の電気回路とシールド13
4の間の電気的な接続が与えられる。

次にコレクター140は図２に示されるようにシールド1
34の上方近傍にシールド134及びロッド110と接触しない
ようにロッド110のアレイ108内に配置される。コレクタ
ー140は９コの表面142及び４コのフォトエッチングされ
た開口144を含む。開口144はロッド110の直径よりも大
きな直径を有し、これによってコレクター140が４つの
ロッド110の周囲にそれと接触することなく四極子アレ
イ108の中心に配置されることが可能となる。コレクタ
ー140は、開口144を通じて延出する最も中心にある４本
のロッド110と共にアレイ108に配置される場合９コの表
面142が９コの四極子エレメント112の各々のチャネル11
4内の中心に位置されるように配置される。次にコレク
ター140上のタブ145はピン120aにスポット溶接される。
図３及び４に示されるように、ピン120aがガラスシール
106を通じて延出する場合にピン120aは同軸金属シール
ドチューブ146内に包囲される。以下に説明するよう
に、シールドチューブ146は回路のグラウンドに接続さ
れ、他の接続ピン上の高い電圧に起因してガラスシール
106内に生じる可能性のある任意の漏洩電流をブロック
する。シールドチューブ146はこれら漏洩電流がコレク
ターピン126aに到達することを防止し、コレクター電流
は影響をうけない。従ってコレクター146は、各四極子1
12（図３）内の９つのチャネル114を下方に移動するイ
オンの数を示す電流をピン120aを介して図５に示される
外部回路へ伝送することが可能となり、従ってセンサー
がインストールされたチャンバー内に存在するガス分子
の量を示すことが可能となる。

図２に示されるように、上方シールド148が次にコレ
クター140の上方近傍においてアレイ108内において配置
される。上方シールド148はコレクター140及びロッド11
0のいずれとも接触しない様に配置される。上方シール
ド148はロッド110に対する16コのフォトエッチングされ
た開口150を含み開口150の直径はロッド110の直径より
大きくされる。更に、上方シールド148は又上方シール
ド148上に配置される９コのフォトエッチングされた開
口150を有し上方シールド148が前述の形態にコレクター
140の上方近傍に装着配置される場合に開口151はコレク
ター表面142の上方近傍においてチャネル114内の中心に
配置される。開口152はチャネル114の中心にあるイオン
のみがコレクター140の表面142上へ衝突することを可能
とすることによって９コの四極子エレメント112の各々
のチャネル114を下方に移動するイオンに対してレンズ
として作用する。上方シールド148は又、サポートメン
バー116f及びピン120bを収容するのに充分大きい開口を
有する２つのタブ154b及び154aをそれぞれ含み、更に第
３のタブ156を含む。上方シールド148は次に、タブ154b
をサポートメンバー116にスポット溶接すること並びに
タブ156をサポートメンバー116dにスポット溶接するこ
とによって当該位置に装着保持される。更に、タブ154a
はピン120bにスポット溶接され以下に説明されるように
図８の電気回路とシールド148との電気的な接続が与え
られる。

９コのフォトエッチングされた開口162を有するエン
トランスレンズ160が次にロッド110のアレイ108上に配
置され、９コの開口はロッド110の一方向延出した端部
において９コのチャネル114の開口上にその中心が配置
される。エントランスレンズ160は、図２に示されるよ
うにアレイ108のいずれのロッド110とも接触しないよう
にマウントされる。開口162も又、９つのチャネル114の
実質的な中心においてコレクター140へ向かって移動す
るイオンのみが実際にチャネル114へ入ることを可能と
することによってレンズとして作用する。エントランス
レンズ160はサポートメンバー116d及び116fにスポット
溶接されることによってこの位置に装着される。更に、
エントランスレンズ160は又ピン120bにスポット溶接さ
れ、以下に説明する図８の電気回路及びエントランスレ
ンズ160との間の電気的接続が与えられる。

エントランスレンズ160の開口162の直径よりもわずか
に大きい直径を有する９つのフォトエッチングにより形
成された開口166を有するイオンチャンバーレンズ164が
次に、エントランスレンズ160の上方近傍にそれと接触
するとなく配置される。イオンチャンバーレンズ164
は、イオンチャンバーレンズ164内の開口166がエントラ
ンスレンズ160内の開口162上にその中心が位置されるよ
うに配置される。イオンチャンバーレンズ164は、３つ
のタブの内の２つをサポートメンバー116b及び116aにス
ポット溶接されることによって所定の位置に装着され
る。更に、３つめのタブがピン120hにスポット溶接さ
れ、以下に説明される図８の電気回路に対するこれらレ
ンズの電気的な接続が与えられる。イオンチャンバーレ
ンズ164は、好ましくは、例えば0.002インチ厚の薄いス
テンレススチールから製造され、又好ましくは六角形形
状である。

上方表面171、６つの面172及び６つのフランジ173、
並びに上方表面171及び面172の両者において複数のフォ
トエッチングされた開口174を有するイオンチャンバー1
70は、イオンチャンバーレンズ164の上部にマウントさ
れる。イオンチャンバー170は、６つのフランジ173をイ
オンチャンバーレンズ164の上方表面にスポット溶接す
ることによってこの位置に装着され、フランジ172は六
角形のイオンチャンバーレンズ164の６つのエッジに位
置合せされる（図１）。イオンチャンバ170は又イオン
チャンバーレンズ164と同一の薄い金属材料から形成さ
れ、又該材料を折り曲げて６つのフランジ173を伴う開
口端部を有する六面体を得ることによって形成され、該
フランジ173は該開口端部に隣接するイオンチャンバー1
70の172に装着される。開口174は公知の方法でイオンチ
ャンバ172にフォトエッチングされ、これら開口174は図
７を参照して以下に説明される方法でガス分子がイオン
チャンバー170に入りイオン化されることを可能とす
る。

従来のフィラメント形成技術によってタングステンも
しくはイリジウムの様な適切なフィラメント材料から形
成されるフィラメントコイル176は２つのフィラメント
コイルサポート180a及び180bにスポット溶接され、これ
らサポートは次にピン120k及び120iにそれぞれスポット
溶接される。フィラメントコイル176は好ましくはイオ
ンチャンバー170内の開口174の内の１つに隣接してその
近傍に配置され、イオンチャンバー170のフランジ173及
びそれに対応する面172に平行に配置される。凹状の金
属リフレクターシールド182が次にメカニカルサポート1
16e上にマウントされ、凹状の金属リフレクターシール
ド182によってフィラメントコイル176がシールドされ
る。以下に説明するようにフィラメントはセンサーによ
る検出のためにガス分子をイオン化する電子ソースを提
供する。他の実施例においては他のイオンソースが使用
されることも又可能である。加えて、ガスセンサーが使
用されて自然発生するガスイオンを検出することが可能
である。

センサー100に対する２つの構成要素からなる金属性
保護カバー184が次に適切な金属材料から形成される。
カバー184は第１のメンバー186及び第２のメンバー188
から構成される。図１に示される第１のメンバー186は
複数の開口192を有する八角形形状の上方表面を含む。
４つのサイドメンバー194（２つが図１に示されてい
る。）が上方表面190の交互の端部から下方に向かって
垂直に延出し、上方表面190の対向端部においてそれぞ
れ曲げられて４つのフランジ196が形成される。

同様に図１に示される第２のメンバー188は第１のメ
ンバー186の外部寸法と実質的に同一な内部寸法を有す
る八角形のチューブ196を形成する８つの側面202を含
む。これら側面のうちの少なくとも１つ、又好ましくは
４つの側面202は複数の開口204を有する。第２のメンバ
ー188は第１のメンバー186上へマウントされ次に第１の
メンバー186にスポット溶接されて図２に示される完全
な保護カバー184を形成する。保護カバー184は次に、フ
ランジ196をベースケーシング104の上方表面にスポット
溶接することによってセンサー100上にマウントされ
る。好ましくは保護カバー184は、フランジ196がケーシ
ング104上に位置合わせされてマウントされ又保護カバ
ー184がそのようにマウントされる場合に保護カバー184
がセンサー100の前述のコンポーネント上にそれらと接
触することなくそれらを包囲するような寸法にされる。

図２は保護カバー184をベースケーシング104上へ配置
する前の組み立てられたセンサー100のコンポーネント
を示す。図２は更に、センサー100が組み立てられた後
の図１に詳細に示されるコンポーネントの相対的な位置
を示す。図２に示されたセンサー100は好ましくは直径
が８分の５インチであり長さがほぼ１から２分の１イン
チである。従って、センサー100によって占められる低
圧チャンパーの体積は従来の四極子残留ガスセンサーと
比較して最小化される。更に、センサー100は四極子112
のアレイを使用するためセンサー100の感度が増加され
る。

図３はセンサー100のベース102の上方表面を示し、ベ
ース102から延出する場合のロッド110、サポートメンバ
ー116、及びピン120の相対的な位置を示す。図に示され
るように、９コの正方形の四極子エレメント112を形成
する16本のロッド110からなるアレイ108はガラスシール
106の中心に配置されサポートメンバー116及びピン120
によって包囲される。図４はセンサー100のベース102の
底面を示す。図に示されるように、ピン120のみがガラ
スシール106を完全に通過して延出する。更に、コレク
ター140に接続されるピン120aはシールドチューブ146内
に同軸状に包囲され、ピン120aはガラスシール106内に
埋め込まれる。シールドチューブ146は他のピン120に対
して印加される電圧によって発生する電気的ノイズから
ピン120aを保護する。

図５は、低圧チャンバー内にマウントされる場合のセ
ンサー100の動作を制御する外部コンポーネントへセン
サー100が接続される典型的な方法を示す。センサー100
は好ましくはフランジがつけられたマウントから206内
に装着配置される。マウントカラー106はセンサー100が
低圧チャンバー壁（図に示されていない）を介してマウ
ントされることを可能とし、チャンバーの低圧シーリン
グに対する信頼性を維持しつつセンサー100の一方向に
延出した端部がチャンバー内に配置されベース102がチ
ャンバー外に配置される。この実施例において、ピン12
0（図４）へのアクセスを可能としチャンバーの低圧に
対する信頼性を維持しつつチャンバー内にセンサー100
をマウントする任意の方法が使用可能である。

センサー100は次にフィーメールリセプタクル208にプ
ラグインされ、該リセプタクルは図４に示されるセンサ
ー100のピン120の寸法及び配列に対応する寸法及び接続
を有する。フィーメールリセプタクル208はスペクトラ
ムコンバータ210へマウントされ該コンバーターへ電気
的な接続を与える。スペクトラムコンバータ210はセン
サー100によって発生した信号を電圧チャンバー内にど
の様なガスが存在するかを決定するために処理されるこ
とが可能な信号へ変換する。スペクトラムコンバータ21
0は、所定の範囲内のアトミックマスユニット（AMU）、
例えば２〜60AMU、を有するイオンの低圧チャンバー内
における存在を示す信号を発生するよう特定的に構成さ
れる。次にスペクトラムコンバータ210は複数のワイヤ
ーケーブル214を介してコンピュータインターフェース
モジュール212へ相互接続される。

コンピュータインターフェースモジュール212は次に
ホストコンピュータ（図に示されない）に従属動作され
る。好ましくはコンンピュータインターフェースモジュ
ール212は、スペクトラムコンバータ210の予め選択され
たアトミックマスユニットの範囲内にある特定のアトミ
ックマスユニット（AMU）を有するガス分子の存在を検
出するためにロッド110及びピン120に対して適切な電圧
を供給することが可能な回路を含む。ユーザーは次にホ
ストンコンピュータを介してセンサー100の動作を制御
することが可能であり、ホストコンピュータはコンピュ
ータインターフェースモジュール212に信号を与え、ロ
ッド110及びピン120に対して適切な電圧を印加すること
によって予め選択された範囲内のAMUを有するイオンを
走査する。これら電圧の発生及び印加については以下に
図6.7及び８を参照してより完全に説明が行われる。

更に、コンピュータインターフェースモジュール212
は、ロッド110及びピン120に対する変動する電圧の印加
に起因するスペクトラムコンバータ210の変動する出力
を走査し、スペクトラムコンバータ210の出力が電圧チ
ャンバー内における特定のガス分子の存在を示すかどう
かを決定する。スペクトラムコンバータ210の出力が特
定のAMUを有するガス分子の存在を示す場合、コンピュ
ータインターフェースモジュール212はファームウェア
ーを含む。該ファームウェアーはコンピュータインター
フェースモジュール212がセンサー100に印加された電圧
及びスペクトラムコンバータ210の出力を分析してチャ
ンバー内に存在するガス分子の種類及びその量を確定す
ることを可能とする。理解されるように、センサー100
は複数の低圧もしくは真空チャンバー内にインストール
されることが可能であり、単一の中央ホストコンピュー
タが複数の低圧チャンバー内のイオンを走査するよう公
知のネットワークインターフェース及びプロトコルを使
用することによってネットワーク化されることが可能で
ある。

図６は４本のロッド110から構成される単一の四極子
アレイエレメント112の概略図であり、特定のアトミッ
クマスユニットを有するガス分子の存在をセンサー100
が走査している場合の単一の代表的な四極子エレメント
112のロッド110に対して印加される電圧を示す。図１及
び２を参照して前述したように、ポジティブバス122及
びネガティブバス124がそれぞれ16本のロッド110の内の
８本に接続され任意の単一の四極子アレイエレメント11
2において相互に対角位置にマウントされたロッド110に
対して同一の電圧が印加される。従って、図６に示され
るように、左上方のロッド110及び右下方のロッド110、
すなわちポジティブロッド110aはポジティブバス122
（図１及び２）に接続され、ポジティブバス122はこれ
らロッドに対して第１の電圧（V1）を印加し、右上方の
ロッド110及び左下方のロッド110すなわちネガティブロ
ッド110bは両者ともネガティブバス124（図１及び２）
に接続され、ネガティブバス124はこれらロッドに対し
て第２の電圧（V2）を印加する。

第１及び第２の電圧は両者ともAC成分及びDC成分を有
する。これら電圧の両者のDC成分は４本のロッド110に
印加される場合、チャネル114の中心において例えば55V
DCの一定のDC電位を好ましくは発生する。好ましくは第
１及び第２の電圧のAC成分は同一の振幅及び周波数を有
し、しかしながらこれら電圧は相互に180゜の位相差を
有する。従って、任意の瞬間において第１の電圧及び第
２の電圧のAC成分の合計は好ましくは０である。更に、
AC及びDC電圧はAC成分のピーク対ピーク値がDC成分のほ
ぼ６倍となるよう選択される。AC及びDC成分は、チャネ
ル114の中心において55VDCが維持されAC電圧がDC成分の
好ましくは６倍であるかぎりそれぞれ変化されることが
可能である。これら電圧の発生は図８を参照して以下に
説明が行われる。

四極子アレイエレメント112内のロッド110に印加され
る電圧はチャネル114内の電界を発生する。電界の強度
はロッド110に印加される電圧V1及びV2の変化に応答し
て変化する。従って、ポジティブロッド110a及びネガテ
ィブロッド110bに印加される電圧を変化させることによ
り、センサー100の９この四極子エレメント112の各々は
同時に同調され、センサー100の９つのチャネル114の各
々において同一の電界を発生することが可能となる。セ
ンサー100の動作は以下に図７を参照してより完全に説
明が行われる。

図７は単一の四極子アレイエレメント112の概略側面
図を示し、センサー100が低圧チャンバー（図に示され
ていない）内にマウントされ特定のAMU及び質量対電荷
比を有するイオン220を検出する為に同調される場合の
アレイエレメント112の動作を示す。以下に説明される
動作はセンサー100の四極子エレメント112各々の典型的
な動作である。

異なる値の電圧が最初にピン120k及び120i（図７に示
されていない）の両者に印加され、従ってフィラメント
サポート180aと180bとの間の電圧ポテンシャルを形成
し、フィラメント176（図１及び２）内の電流を結果と
してもたらす。フィラメント176内の電流は電子を放出
させ、次に該電子は低圧チャンバー内で自由に移動す
る。シールド182はイオンチャンバー170へ向かう方向以
外の方向への電子の流れを部分的にブロックする。セン
サー100の他の実施例において、図1aに示されるように
２つのフィラメント176a及び176bがセンサー100上にマ
ウントされる。第１のフィラメント176aが焼失する場
合、第２のフィラメント176bに接続されたピンに対して
同様の異なる電圧が印加され、第２のフィラメント176b
に対して同様の形態で電子を放出させる。有利なこと
に、２つのフィラメントに対して１つのピンが共通接点
を与えるためこの他の実施例において３つのピンのみが
必要とされる。

65VDCの電圧がまた好ましくはピン120hに印加され
る。イオンチャンバー170及びイオンチャンバーレンズ1
64は両者ともにピン120h（図１、２、及び３）に対して
スポット溶接されているために、イオンチャンバー170
及びイオンチャンバーレンズ164の両者は65VDCに励起さ
れる。この電圧は、イオンチャンバー170に隣接してそ
の近傍にマウントされたフィラメント176によって発生
されたいくつかの電子をイオンチャンバー170に向かっ
て加速する。これら加速された電子の内のいくつかは、
フィラメント176に隣接してその近傍にあるイオンチャ
ンバー170の面172内の開口174（図１及び２）を介して
イオンチャンバー170の内部に送出される。

イオンチャンバー170の開口174は又ガス分子がイオン
チャンバー170内の空間に浸透することを可能とする。
ガス分子が閉じた体積内に渡って分散し均一なな濃度と
なることは公知の現象である。保護カバー184（図１及
び）は複数の開口192及び210を有しこれら開口はガス分
子センサー100に入ることを可能とする。従って、イオ
ンチャンバー170内において、低圧チャンバー内の他の
場所と同様のガス濃度に比例してガス分子が存在する。
65VDCの電位によってイオンチャンバー170内に加速され
た電子のうちのいくつかはイオンチャンバー170内にお
いてガス分子と衝突する。これら衝突は電子を取り去る
ことによってガス分子を正にイオン化する。従って、低
圧チャンバー内に存在するガス分子の均一部分が次にイ
オンチャンバー170においてイオン化される。

55VDCの電圧がピン120bに印加され、イオンチャンバ
ーレンズ164に隣接してその下部近傍にマウントされた
エントランスレンズ160上に55VDCの電位が生じることを
結果としてもたらす。エントランスレンズ160上の55VDC
電位は、正の帯電されたイオン220の部分をイオンチャ
ンバーレンズ164内の開口166を介してイオンチャンバー
170から引き出す効果を有する。

更に、イオンチャンバーレンズ164内の開口166を介し
てイオンチャンバー170から引き出されたイオン220の部
分は又エントランスレンズ160内の開口162を介してチャ
ネル114内へ引き出される。図１及び２を参照して前述
したように、エントランスレンズ160内の開口162及びイ
オンチャンバーレンズ164内の開口166はチャネル114の
中心にそれぞれ位置される。チャネル114の中心におけ
るDC電圧もまた好ましくは55Vに維持される。従ってイ
オンチャンバー170内で発生されたイオン220の部分は四
極子エレメント112のチャネル114内へ引き寄せられる。
従ってチャネル114内へ引き寄せられたイオン220は低圧
チャンバー内に存在するガス分子の均一部分を表す。

図６を参照して前述したように、チャネル114の中心
点におけるロッド110に印加されるDC電圧の平均値の合
計は55VDCに等しく、AC電圧は好ましくは同一の振幅及
び周波数を有し相互に180゜の位相差を有するためロッ
ドに印加されるAC電圧の合計は実効的に０に等しくな
る。センサー100のコレクター140は０の実効電位を有す
る。従って、イオン220はチャネル114下方にマウントさ
れたコレクター140に向かって引き寄せられる。しかし
ながら、ポジティブロッド110a及びネガティブロッド11
0b（図６）に印加される電圧のAC成分はチャネル114内
で振動する電界を発生するため、イオン220に対してそ
れらがコレクター140に向かって移動する際にチャネル1
14の中心に対して振動する運動を誘起する。

イオン220の各々がチャネル114の中心から振動する程
度は、振動する全体の強度、DC電位、イオン質量対電荷
比に依存する。イオン220の質量対電荷比は該イオンが
生成されたガス分子のアトミックマスユニットに依存す
る。更に、振動する電界の強度は四極子エレメント112
を構成するロッド110a及び110bに印加される電圧に依存
する。理解されるように、振動する電界は特定の質量対
電荷比を有するイオンのみがエントランスレンズ140か
ら上方シールドレンズ148へチャネル114内で移動するこ
とができるように同調されることが可能である。同調さ
れる質量対電荷比を有していないイオン220の振動運動
は該イオンがコレクター140の方向に向かってチャネル1
14を下方に移動する際にその振幅を増加させイオン220
はロッド110の内の１つの引き寄せられ中和される。こ
れとは対象的に、同調される質量対電荷比を有するイオ
ン220の振動運動は該イオンがコレクター140に向かって
チャネル114を下方に移動する際に相対的に一定とな
り、このことは図７に示されるようにイオン220がチャ
ネル114の中心を実質的に移動することを可能とする。

更に、イオン220がコレクター140の正面142に実際に
到達するために、イオン220はコレクター140に隣接して
その上方近接にマウントされた上方シールドレンズ140
内の開口152を介して移動されなければならない。上方
シールドレンズ148の開口152はチャネル114の中心にあ
るように配置され、又同調される質量対電荷比を有する
イオン220のみを可能とする寸法にされ、従って該イオ
ンがチャネル114の中心を該開口を介して移動すること
を可能とする。従って、開口152の半径は同調されるイ
オン220のチャネル114の中心からの振動の最大距離より
もわずかに大きいものとされる。従って、開口152は更
にロッド110上の電圧が特定の質量対電荷比を有するイ
オンのみが実際にコレクター140の表面142上に到達する
ことを可能とするよう同調されることが可能である。

コレクター表面142に到達する同調されたイオン220は
コレクター140上に小さい電流を発生する。ピン120aが
コレクター140にスポット溶接されている為、この電流
はセンサー100に接続されリセプタクル208を介してピン
120aに接続されるスペクトラムコンバータ210（図５）
によって検出されることが可能である。センサー100及
び図５の外部回路は次に、特定のAMU及び質量対電荷比
を有するイオンに対してセンサー100を同調するために
既知である電圧がロッド110に対して印加されピン120a
上で電流が検出される場合に、図５の外部回路が電圧チ
ャンバー内におけるこのイオン220に対応するガス分子
の存在を示すように較正される。

この好ましい実施例において、センサー100に接続さ
れる外部回路（図５）は、特定のAMU及び質量対電荷比
を有する特定のイオンに対してセンサー100が全体とし
て同調されるようにポジティブ及びネガティブロッド11
0a及び110b上の電圧を同調するようにプログラムされ
る。更に、図５に示される外部回路は又好ましくは、例
えば１から60AMUの選択された範囲内にあるAMUを有する
イオンの各々に対してセンサー100をシーケンシャルに
同調し、その範囲内にあるどのイオンが存在するかを決
定する。このようにして、センサー100が使用され低圧
チャンバー内の１つもしくはそれより多くの存在可能な
ガス分子の存在が検出されることが可能である。

ロッド110上の電圧が適性に同調される場合にコレク
ター140に衝突する特定の質量対電荷比のイオンの数は
電圧チャンバー内の対応するAMUを有するガス分子の数
に直接比例する。従って、コレクター140の表面142上に
衝突する同調されたイオンから結果として生じるピン12
0a上の電流はまた、低圧チャンバー内の選択されたAMU
のガス分子の数に比例する。従って、センサー100に接
続される外部電子回路を適切に較正することによって、
センサー100のユーザーは低圧チャンバー内にどの様な
ガスが存在するかを決定することが可能になるだけでな
くそれらのガスがどのくらいの量存在するかを決定する
ことが可能となる。

結局、前述の図１及び図２に示されるように、イオン
チャンバーレンズ164、エントランスレンズ160、及び上
方シールド148の各々は開口160、162、及び152をそれぞ
れ有し、コレクター140はセンサー100の９エレメント四
極子アレイを構成する９コの四極子エレメント112のチ
ャネル114の各々に対する表面142を含む。更に、センサ
ー100内の９コの四極子エレメント112の各々に対するポ
ジティブロッド110a及びネガティブロッド110bは、バス
122及び124（図１及び２）の各々によって同一の電圧に
同時に励起される。従って、センサー100の９コの四極
子エレメント112の各々はイオンチャンバー170からのイ
オンを同時に受け取り同一の電圧に充電される。従っ
て、センサー100のこの好ましい実施例が動作している
場合、９コのエレメントの各々は任意の瞬間において同
一のイオンに対して同調される。コレクター表面142上
に衝突する同調されたイオンの数を反映するピン120a上
の出力電流が同一の条件下において、単一の四極子によ
って受信される電流の９倍であるため前述のことはセン
サー100に対する感度を増加させる。

更に、センサー100の感度の増加は同調されたイオン2
20がコレクター表面142に接触する為に移動しなければ
ならないチャネル114の長さを増加させることなく達成
される。特に、センサー100の好ましい一実施例におい
て、同調されたイオンが移動しなければならない距離は
４分の１インチのオーダーである。従って、イオンの平
均自由行程よりも少ないイオン220が移動しなければな
らない距離を伴うより高い圧力においてセンサー100は
動作可能である。従って、チャネル114内において他の
ガス分子と衝突する同調されたイオン220に起因する感
度の劣化を実質的に伴うことなく例えば1.5×10^-2トー
ルのようなより高い圧力においてセンサー100は動作可
能である。これらの圧力で動作するセンサー100の能力
は、低圧チャンバーの内容物をサンプリングすることに
対する必要性を最小化すると共に、その様なサンプリン
グを行う為に必要とされる装置の必要性を最小化する。

図８はドライバー回路240を含む電子回路を示し、該
ドライバー回路240は前述の電圧をセンサー100のコンポ
ーネントに対して供給する。ドライバー回路240はホス
トコンピューター及びコンピュータインターフェースモ
ジュール212から受信された信号に応答して適切な電圧
を発生する。ドライバー回路240はTTLオシレーター242
を含み、該オシレーターはソリッドステートDCパワーサ
プライ244及びキャパシター246から5Vの入力電圧を受信
する。オシレーター242の出力はレジスター250、結合キ
ャパシター252、及び２つのバイアスレジスター254及び
256介してバイポーラトランジスター248を駆動する。ト
ランジスター248のコレクターはチョーク260及びフィル
ターキャパシター262を介して15VのDCパワーサプライに
接続される。トランジスター248のエミッタはキャパシ
ター266と並列接続されたレジスター264を介してグラン
ドに接続される。コレクターから得られるトランジスタ
ー248の出力はつぎに、バイアスキャパシター272、及び
結合キャパシター276とレジスター278とから構成される
フィルタネットワークを介してスイッチングトランジス
タ270を駆動する。

オシレータ242からの信号はこのようにしてトランジ
スタ248によって増幅され、スイッチングトランジスタ
ー270をオン及びオフするために使用される。スイッチ
ングトランジスタ270は好ましくは大電流をハンドリン
グ可能なパワーMOSFETトランジスタである。AMUコント
ロール入力280はホストコンピュータから送られた信号
に応答して発生されたDC電圧を２つの保護チョーク282
及び284、及び２つのフィルタキャパシター286及び288
を介してスイッチングトランジスタ270のドレインに供
給する。従って、トランジスタ248からの増幅された発
信信号は、DC AMUコントロール電圧をAC電圧に変え、
該AC電圧はAMUコントロール入力280に印加されたDC電圧
に比例する振幅を有すると共にスイッチングトランジス
タ270のベースに印加される増幅された発振信号の周波
数に等しい周波数を有する。

スイッチングトランジスタ270のドレイン上の発振電
圧信号は次に、結合キャパシタ294、バイアスキャパシ
ター296、チョーク298、及びレジスター300からなるAC
フィルター回路を介してセットアップトランスフォーマ
ー290の一次入力292に印加される。ACフィルタ回路は、
オシレータ242の出力の周波数に等しい周波数を有しAMU
コントロール入力280に印加されるAC電圧に比例したピ
ーク対ピーク振幅を有する正弦波のAC電圧がトランスフ
ォーマ290の一次入力292に印加されることを保証する。

トランスフォーマ290は３つの二次巻線302、304、及
び306を有する。トランスフォーマ290の巻数比は、セン
サー100のロッド110に印加されるDC電圧の強度のほぼ６
倍となるよう選択されたピーク対ピーク振幅を有するAC
電圧がセンサー100のロッド110に供給されるように選択
される。

トランスフォーマ290の第一の二次巻線302はキャリブ
レーション回路へAC電圧を供給し、該キャリブレーショ
ン回路は、該二次巻線の出力とグランドとの間に結合さ
れた２つのレジスター310、312、一対のダイオード31
4、キャパシター316、及び一対のレジスター320を含
む。キャリブレーション回路の出力は次にキャパシター
322を介してAMUCALターミナル324へ供給される。AMUCAL
ターミナル324上の電圧は次にAMUコントロールターミナ
ル280に供給される電圧と比較され、トランスフォーマ2
90の二次巻線302、304、及び306上に発生するAC電圧が
適切にキャリブレートされていることを保証する。

トランスフォーマ290の第二の二次巻線304は、センサ
ー100のこの好ましい実施例における９コの四極子エレ
メント112の各々のポジティブロッド110a（図６）、す
なわち、ポジティブバス122に接続されるロッド110に対
してACバイアスされたAC電圧を供給する。二次巻線304
の下方端子はフィルターキャパシター330a及びレジスタ
ー332aを介してRODTコントロール入力326からDCバイア
ス電圧を受信する。DCバイアス電圧はグランドターミナ
ル336に接続されたキャパシター334aによってグランド
に対してターミナル326に印加されるDC電圧において維
持される。二次巻線304の上方端子は16の出力ターミナ
ルブロック344内のROD＋出力ターミナル342に接続され
る。出力ターミナル342は次にフィメールリセプタクル2
08（図５）に接続され、出力ターミナル342上の電圧が
ピン120g（図３）に供給されて、ポジティブロッド110a
（図６）を励起する。

トランスフォーマ290の第三の二次巻線306は、四極子
エレメント112の各々のネガティブロッド110b（図
６）、すなわち、ネガティブバス124に接続されるロッ
ド110にDCバイアスされたAC電圧を供給する。第三の二
次巻線306の上方端子はキャパシター330b及びバイアス
レジスター332bを介してROD−コントロール入力348から
DCバイアス電圧を受信する。DCバイアス電圧はグラウン
ドターミナル336に接続されるキャパシター334bによっ
てグラウンドに対してターミナル348に印加されるDC電
圧において維持される。二次巻線306の下方端子はター
ミナルブロック344内のROD−出力ターミナル350に接続
される。出力ターミナル350は次にフィメールリセプタ
クル208（図５）に接続され、出力ターミナル350上の電
圧がピン120cに供給されてネガティブバス124（図１及
び２）及びネガティブロッド110b（図６）を励起する。

二次巻線304及び306は、二つの巻線の基準方向が逆転
していることを除いては全ての面で同一である。従っ
て、二次巻線304及び306から発生する波形は好ましくは
同一の振幅及び周波数を有し、しかしながら180゜の位
相差を有する。更に、キャパシター334a及び334bは、レ
ジスター332a及び332b、及びキャパシター330a及び330b
と同様にお互いに同一である。従って、出力ターミナル
342及び350からピン120g及び120cへ印加される電圧のAC
成分は好ましくは、同一の振幅及び周波数を有し互いに
位相が180゜ずれた正弦波形である。

ピン120g及び120cに印加される電圧のAC成分のピーク
対ピーク振幅は、AMUコントロールターミナル280に印加
されるDC電圧にステップアップトランスフォーマ290の
巻数比をかけたものに実質的に等しい。ピン120g及び12
0cに印加される電圧のAC成分の周波数はオシレータ242
の周波数に実質的に等しい。センサー100のこの好まし
い実施例において、オシレータ242、及び回路240を構成
するキャパシター、チョーク、及びレジスターのコンポ
ーネント値はほぼ７、11、及び13メガヘルツの周波数を
可能とするよう選択されることが可能である。選択され
た周波数はセンサー100が低圧チャンバー内でガス分子
の存在を検出することが可能なAMUの範囲を決定する。

RODPコントロールターミナル326及びRODMコントロー
ルターミナル348に印加されるバイアス電圧は前述のよ
うにチャネル114の中心において55VDC電位を維持するよ
う選択される。これらの電圧は可変DCパワーサプライ
（図に示されていない）によって発生及び供給され、該
パワーサプライは、コンピュータインターフェースモジ
ュール212の組み込みコンポーネントである。

四極子エレメント112の各々のロッド110に印加される
AC電圧の振幅はAMUコントロール入力ターミナル280上の
入力DC電圧を変化させることにより可変される。更に、
ポジティブロッド110aもしくはネガティブロッド110bに
印加されるDC電圧は又RODPコントロール入力ターミナル
326及びRODMコントロール入力ターミナル348上の入力DC
電圧を変化させることによって可変である。従って、タ
ーミナル280、326、348に供給されるDC入力電圧を変化
させることによって四極子エレメント112の各々は特定
なAMU及び質量対電荷比を有するイオンに対して同調さ
れることが可能である。

ドライバー回路240は又RODPコントロールターミナル3
26とRODMコントロールターミナル348の間のレジスター3
52a及び352bから構成される電圧デバイダーネットワー
クを含む。電圧デバイダーネットワークの出力は次にタ
ーミナルブロック344上のLENSES出力ターミナル350へ接
続される。出力ターミナル354は次にフィメールリセプ
タクル208（図５）へ接続され、出力ターミナル354上の
電圧がピン120bに供給されてこの電圧がエントランスレ
ンズ160及び上方シールド148（図４）へ供給される。

好ましくは、レジスター352a及び352bは同一の抵抗値
を有し、該抵抗値は電圧デバイダネットワークがLENSES
ターミナル354及び、従ってエントランスレンズ160及び
上方シールド148へ55VDC供給するよう選択される。

ドライバー回路240は又IONCHAMBER入力ターミナル356
上のDC電圧を受信する。DC電圧は好ましくは65VDCであ
り、ターミナルブロック344上のIONCHAMBER出力ターミ
ナル358へ直接供給される。IONCHAMBER出力ターミナル3
58は次にフィメールプラグリセプタクル208（図５）に
接続され、ピン120hに65VDCが供給されて図７を参照し
て前述したようにイオンチャンバー170及びイオンチャ
ンバーレンズ164を65VDCに励起する。

ドライバー回路240は又グランド接続された入力ター
ミナル360を有し、該ターミナルはターミナルブロック3
44上の出力ターミナル362に結合される。グランドに接
続された入力ターミナル360はセンサー100に対する外部
グランド基準を与える。特に、出力ターミナル362はフ
ィメールプラグリセプタクル208（図５）に接続され、
ピン120lがグランドに接続される。前述したようにピン
120lはピン120aを包囲する同軸シールドチューブ146に
結合され、コレクター140からの電流を搬送するピン120
aをガラスシール106内の他のピン120上の電圧によって
引き起こされる電磁気的な効果から保護する。

ドライバー回路240は又入力ターミナル364及び368に
おいてフィラメント176に電力を供給するDC入力電圧を
受信する。これら電圧はターミナルブロック344上の出
力ターミナル370及び374にそれぞれ供給される。出力タ
ーミナル370及び374はそれぞれフィメールプラグ208
（図５）に接続され、それらはそれぞれピン120k及び12
0iへ電圧を供給する。図７を参照して前述したようにピ
ン120k及び120iの間でフィラメント176上にDC電圧ポテ
ンシャルが形成されて電子を発生する。図1aに示される
２つのフィラメントを有する他の実施例において、第一
のフィラメント176aが焼失した場合、電圧ポテンシャル
がつぎに第二のフィラメント176bに印加される。

前述のように、ガスセンサーによって測定可能なAMU
範囲は、ロッドに印加される電圧の強度及び周波数、及
び結果として生じるロッド間の電界強度によって主に決
定される。電界強度は又ロッド間の距離によって決定さ
れる。AMU範囲は次の式に従ってこれらファクターによ
って決定されることがわかっている。

Mm＝７×10⁶Vm/f²r₀ ² ここでMmはAMUにおける最大質量、VmはピークAC電
圧、ｆは周波数、及びr₀は対角ロッド間のメーター距離
の２分の１（すなわち、r₀は一つの四極子アレイ内の内
装円の半径である）。本文中に説明される代表的な実施
例において、r₀は0.443ミリメーターである。13.5168メ
ガヘルツの周波数及び353.11Vのピーク電圧によってほ
ぼ１〜68AMUの範囲が与えられる。11.0592メガヘルツの
周波数及び347.62Vのピーク電圧によって１〜100AMUの
範囲が与えられる。7.3728メガヘルツの周波数及び308.
99Vのピーク電圧によって１〜200Vの範囲が与えられ
る。

先に説明したように、ロッドの長さはガスセンサーが
使用されるチャンバーの予想される圧力によってある程
度決定される。より低いガス圧はより少ないガス分子を
有し従ってより少ないガス分子間の衝突を有する。した
がって、より感度を上げる為により長いロッドが使用さ
れることが可能てある。本文中に説明される代表的な実
施例においては、ほぼマ15ミリトールに至る最大圧力で
使用されるガスセンサにおいて、1cmのロッド長が有利
に使用される。

図９から11は本発明のセンサー100を構成するための
代表的な方法及び代表的な装置を示す。図９に示される
ように、硬化ガラスシール106を形成するために使用さ
れるガラスビーズ105がオーブン（図に示されていな
い）内で加熱されてガラスビーズのリフローを発生し、
ロッド110、サポートメンバー116、及びピン120の回り
にガラス固着を形成し、ベースケーシング104の内部表
面へガラスを延在させてそれとの固着を形成する場合、
オーブンツールアセンブリ400が提供されてガラスビー
ズ105、ロッド110、サポートメンバー116、ピン120、及
びケーシング104（図１及び２）を相互に予め定められ
た関係に固定する。

オーブンツールアセンブリ400は水平位置に配置され
る矩形下方プレート402を含む。下方プレート402は４つ
の垂直コラム404を支持し、該コラムは以下に説明され
る残りのプレートに対して位置合わせを提供する。図10
aの平面図に示されるように、下方プレートは４つの正
確に機械加工されたホール406を含み、該ホールは矩形
ののほぼコーナーに配置されて垂直コラム404を固定位
置に保持する。

第１の矩形位置合わせプレート410が下方プレート402
上に配置される。図10bの断面図に示されるように、第
１の位置合わせプレート410は正確な位置合わせのため
に４つの垂直コラム404と係合する４つのホール412をコ
ーナーに含む。第１の位置合わせプレート410はガスセ
ンサー100内のロッド110のパターンに対応するパターン
414で離間された複数のホールを更に含む。図に示され
た実施例において、ホールパターン414は４回繰り返さ
れ、４つのセンサー100が一度に製造されることが可能
となっている。好ましい実施例において、第１の位置合
わせプレート410は、ほぼ0.004インチ（４ミル）の厚さ
のインコネルから形成される。第１の位置合わせプレー
ト410はプリント回路基板技術を使用してエッチングさ
れ、ホールパターンにおいてホールの正確な配置が提供
される。

第１の矩形スペーサープレート416が第１の位置合わ
せプレート410上に配置される。第１のスペーサープレ
ート416も又その４つのコーナーにおいて４つの垂直コ
ラム404と係合４つのホール418を含む。第１のスペーサ
ープレート416は又４つの大きなホール420を含む。大き
なホール420の各々は第１の位置合わせプレート410の１
つのホールパターン414内の全てのホールを包囲する充
分大きな直径を有し、大きなホール420の各々は第１の
位置合わせプレート410の１つのホールパターンと位置
合わせされて配置される。以下に説明する理由により、
第１のスペーサープレート416はカウンターボアされて
おり、４つのホール420の各々は大きい直径を有する上
方部分422及びわずかに小さい直径を有する下方部分424
を有し、ホール420の各々のより小さい直径を有する下
方部分424は内部リップもしくはレッジ426を形成する。

第２の位置合わせプレート430は第１のスペーサープ
レート416上へ配置される。第２の位置合わせプレート4
30は前述の第１の位置合わせプレート410有利に同一で
あり、従って又４つの同一のホールパターン414を有す
る。第２のスペーサープレート432が第２の位置合わせ
プレート430上へ配置される。第２のスペーサープレー
ト432は第１のスペーサープレート416と有利に同一であ
り、第２の位置合わせプレートのホールパターン414と
位置合わせされた４つの大きいホールを含む。

第２のスペーサープレート432は、第３の位置合わせ
プレート434、第３のスペーサープレート436、第４の位
置合わせプレート438、第４のスペーサープレート440の
順に重ねられ、最終的なツールアセンブリは位置合わせ
プレート及びスペーサープレートから成る４つのペアを
含む。

最上部のスペーサープレート440は下方のカーボン位
置合わせディスク442を支持する。下方位置合わせディ
スク442は該ディスクを通して形成されたホールのパタ
ーンを有し、該ホールは位置合わせプレート410、430、
434、及び438内のホールと有利に同一である。図９の断
面図に示されるように、下方位置合わせディスク442
は、最上部のスペーサープレート440内のホール420の小
さい直径を有する下方部分424に整合する相対的に小さ
な直径を有する下方部分444を有し、又最上部のスペー
サープレート440内のホール420の大きい直径を有する部
分の直径に整合する相対的に大きい直径を有する中間部
分446を有する。従って、下方位置合わせディスク442は
リップ426によって支持され、最上部の位置合わせプレ
ート438内のホール412によって位置合わせされる。下方
位置合わせディスク442は又中間部分よりも小さな直径
を有する上方部分を有する。下方位置合わせディスク44
2の上方部分の直径はベースケーシング104（図１及び
２）の内径に整合するよう選択される。ホール420の大
きい直径を有する部分の直径はベースケーシング104の
外形に整合するよう選択され、ベースケーシング104は
下方位置合わせディスク442とホール420の外周との間に
装着される。

下方位置合わせディスク442はガラスビーズ105を支持
する。ガラスビーズ105は第１の複数のホールを有し、
該ホールはガラスビーズ105の厚さ全体を通り電気的接
続を与えるためのピン120に対して支持を提供し、ガラ
スビーズ105はガラスビーズ105の一方の表面から入り他
方の表面に突き抜けない第２の複数のホールを有する。
例えば、第２の複数のホールはビーズ厚のほぼ２分の１
から４分の３まで開いていることが可能である。第２の
複数のホールはロッド110及びサポートメンバー116に対
して支持及び配置を提供する。

下方位置合わせディスク442上へのガラスビーズ105の
配置に先立ち、ロッド110、サポートメンバー116、及び
ピン120は位置合わせプレート410、430、434、及び438
内のホール内に配置される。センサー100の最終形態に
おいてピン120及びサポートメンバー116は長さが全て同
一ではないため、オーブンツールアセンブリ400におい
て複数の長さ調整ロッド448が提供される。長さ調整ロ
ッド448は、位置合わせプレート410、430、434、及び43
8のパターン414内のホール内に配置され、ロッド448の
各々の一端がボトムプレート402の表面上に支持され
る。例えば、16本のロッドに対する長さ調整ロッド448
の各々の長さは（図９に見られるように）ロッド110の
下方端部がガラスビーズ105の表面から適切な距離とな
るように選択される。ロッド110の長さはロッド110の上
方端部がガラスビーズ105内にあるように選択される。
ロッドをガラスビーズ105の表面から更に延出させるた
めに、対応する長さ調整ロッド448の長さはより短くな
るように選択される。ロッドをガラスビーズ105の表面
からより短い距離たけ延出させるために、対応する長さ
調整ロッド448の長さはより長くなるように選択され
る。外部電気接続を与えるピン120の長さは、ガラスビ
ーズ105が下方位位置合わせディスク442上に配置された
後にピン120がガラスビーズ105を通じて充分延出するよ
うに選択される。

長さ調整ロッド448の配置におけるアシストとして、
第３及び第４の位置合わせプレート434及び438をスタッ
クに加えることに先立ち長さ調整ロッドは第１及び第２
の位置合わせプレート410及び430のホール内に有利に配
置される。

前述のように、コレクター140への電気的接続を与え
るピン120aはその周囲にシールドチューブ146を洗する
（図３）。シールドチューブ146をガラスビーズ105内に
配置するために、ガラスビーズ105はシールドチューブ1
46を受け入れるために大きくされた対応するホール450
を有する。シールドチューブ146はガラスビーズ105の表
面を越えて延出するため、下方位置合わせディスク442
はコレクターピン120aを受け入れるホールの回りにより
大きい直径のカウンターシャンクホール452を有する。
シールドチューブ146はコレクターピン120aの回りのカ
ウンターシャンクホール452内に配置される。ガラスビ
ーズ105は次にロッド110、サポートメンバー116、及び
ピン120の端部上に配置され、ガラスビーズ105が下方位
置合わせディスク442の表面に支持されるまで下方に動
かされる。コレクターピン120aとシールドチューブ146
の内部表面との間のスペーサはガラスビーズ105と同一
タイプのガラスから成る微細なガラスペレットによって
充填される。ガラスビーズ105の表面上へ付着する任意
のガラスペレットはガラスビーズ105が加熱された後ガ
ラスシール106内に流れ込む。

ロッド110、サポートメンバー116、及びピン120上へ
ガラスビーズ105を配置した後、前述のように下方位置
合わせディスク442の上方部分446上へベースケーシング
104が配置される。複数の適切に離間されたホールを有
する上方カーボン位置合わせディスク454が次にガラス
ビーズ105を通じて延出するピン120の端部上に配置さ
れ、ピン120の位置合わせが維持される。下方位置合わ
せディスク442の場合のように上方位置合わせディスク4
54はシールドチューブ146のより大きい直径を収容する
カウンターシャンクホール450を有する（図１）。上方
位置合わせディスク454はセンサー100のベースケーシン
グ104の内径と整合するよう選択された第１の直径を有
する。上方位置合わせディスク454はベースケーシング1
04の内部に形成された小さいリッジ456と整合するよう
選択された第２の直径を有する。このことは上方位置合
わせディスクの重量がガラスビーズ105によってではな
くベースケーシング104のリッジ456によってサポートさ
れることを可能とする。リッジ456は又ガラスビーズ105
が上方位置合わせディスク454の下で加熱される場合に
上方位置合わせディスク454が下方に移動することを防
止する。従って、上方位置合わせディスク454はガラス
ビーズ105が加熱され硬化ガラスシール106内に溶融され
る場合に静止を維持してピン120を装着固着する。

位置合わせプレート内の４つのパターン各々に対して
同じ位置合わせプロシジャーが繰り返され、４つのセン
サー100が同時に製造されることが仮定される。従っ
て、下方サポートプレート402と同様の構造を有する上
方サポートプレート400が４つの垂直コラム404上に配置
され、４つの垂直コラム404を位置合わせ状態に保持す
る。完成した構造体は次にオーブン内に配置され約２時
間1000℃で加熱される。加熱プロセス中、ガラスビーズ
105はリフローし、ベースケーシング104の内部壁に対し
てガラスが形成され、ロッド110、サポートメンバー11
6、及びピン120の各々にガラスが装着固着され、それら
は固定された位置合わせ状態に保持される。冷却に際
し、ガラスビーズは硬化ガラスシール106内に転移し、
硬化ガラスシール106は強固なハーメチックシールを形
成し、センサー100が挿入されるチャンバーからガスが
出たり入ったりできなくなる。シールドチューブ146内
のガラスビーズは同様に溶融し、ピン120aとシールドチ
ューブ146との間のシールを形成する。

ガラスビーズ105は加熱プロセス中においてカーボン
上方位置合わせディスク454及び下方位置合わせディス
ク442に圧力を加えない。加熱プロセスが完了しアセン
ブリが冷却された後、センサー100は上方サポートプレ
ート460を取り除きセンサー100を垂直に引き出すことに
よって取り除かれる。上方位置合わせディスク454はベ
ースケーシング104から取り除かれる。従って、図１か
ら３を参照して先に説明したように、ロッド110、サポ
ートメンバー116、及びピン120間において多くの相互接
続が形成される。

ツールアセンブリが更に同一のガスセンサーを製造す
るために使用される場合、下方位置合わせディスク44
2、又は位置合わせプレート410、430、434、もしくは43
8、又はスペーサープレート416、432、436、もしくは44
0のいづれもが取り除かれる必要がない。更に、高さ調
整ロッド448は所定位置に残されることが可能である。
従って、次のセンサー100が製造去れる場合、適切な長
さのロッド110、サポートメンバー116、ピン120、及び
シールドチューブ146を配置し、ガラスビーズ105を配置
し、ガラスペレットを付加し、ベースケーシング104を
配置し、上方位置合わせディスク454をピン120上へ配置
することのみが必要となる。上方サポートプレート460
が次に垂直コラム404上へ配置されて、構造体が再びオ
ーブン内に配置される。従って、本発明は製造が容易で
ある。

前述の説明はサイズが小さく製造が容易な四極子のア
レイから構成される残留ガスセンサーを示す。ツールア
センブリを使用してアレイを構成するロッドを正確に配
置しガラスビーズをリフローしてロッドをそれらの位置
に固定する製造プロセスは、残留ガスセンサーの製造を
容易にし、ガスセンサーを安価な形態で生成することを
可能とする。更に、このプロセスが使用されて小さい直
径を有するロッドを用いた残留ガスセンサーを生成する
ことが可能となる。

小さい直径のロッドは小さい領域を占める四極子の構
造を可能とする。従って、この製造プロセスは四極子の
アレイを使用するセンサーの構造を可能とする。四極子
の各々が同一のイオン化されたガス分子に対して同調さ
れることが可能な四極子のアレイを有するセンサーは単
一の四極子センサーよりも感度が高い。更に、センサー
の感度はアレイ内の四極子の数を増加することによって
強められるため、四極子の各々のチャネル長は減少され
ることが可能である。このことは本発明のアレイベース
のセンサーが従来技術のセンサーよりもより高い圧力の
下で動作することを可能とする。

本発明の好ましい実施例は９コの四極子から成るアレ
イから構成される残留ガスセンサーに関して主に示され
説明されてきたが、本発明は本発明の精神から逸脱する
ことなく９コより多くの四極子から成るアレイから構成
されるセンサーを含むことも可能である。従って、前述
の詳細な説明は１つの特定な実施例における本発明の基
本的な概要について示され説明されてきたが、本発明の
精神から逸脱することなく例示されたデバイスの形態及
び詳細において多くの省略、置換、及び変形が当業者に
よって行われることが可能であることが理解される。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスイオンの存在を測定するガスセンサー
であって、基体を有し、相互に平行に離間配置されて四極子のアレイを形成する
複数のロッドを有し、前記ロッドは前記基体内に固定配
置され、前記基体は前記ロッドの一端に対してのみ支持
を提供し、前記四極子アレイによって形成される少なくとも２つの
チャネル内にガスイオンを移動させる第１の電気的レン
ズを有し、前記四極子アレイ内にマウントされ、前記チャネル内に
配置される表面を有するコレクターを有し、前記コレク
ターは、前記チャネル内を移動して前記表面に接触する
ガスイオンの量に対応する電気信号を出力する、ガスセ
ンサー。
【請求項２】ガスイオンの存在を測定するガスセンサー
であって、基体を有し、相互に平行に離間配置されてアレイを形成する複数のロ
ッドを有し、前記ロッドは前記基体内に固定配置され、
前記基体は前記ロッドの一端に対してのみ支持を提供
し、前記ロッドから成る前記アレイによって形成される少な
くとも１つのチャネル内にガスイオンを移動させる第１
の電気的レンズを有し、前記アレイ内にマウントされ、前記少なくとも１つのチ
ャネル内に配置される表面を有するコレクターを有し、
前記コレクターは、前記チャネル内を移動して前記表面
に接触するガスイオンの量に対応する電気信号を出力
し、前記基体は、前記複数のロッド及び前記複数のピン
に対して適切に配置されたホールを有する予備成形され
たガラスビーズをリフローすることによって形成される
ガラスシールを含む、ガスセンサー。
【請求項３】前記ガラスビーズはバリウムアルカリガラ
スから構成される請求項２に記載のガスセンサー。
【請求項４】前記センサーは前記第１の電気的レンズ、
前記コレクター、及び前記ロッドに電気的接続を提供す
る複数のピンを更に含み、前記ガラスシールは前記ピンを支持し、更にシールを提
供して前記ガスが前記ピンにそって逃げることを防止す
る、請求項２に記載のガスセンサー。
【請求項５】前記四極子アレイの各四極子は、正方形に
配列され且つ前記チャネルの内の１つの回りに中心が配
置された４本のロッドを含む、請求項１に記載のガスセ
ンサー。
【請求項６】前記複数のロッドは、チャネルの回りに中
心が配置され正方形に配列された４本のロッドからなる
グループを有する９つの四極子からなるアレイを構成す
る16本のロッドから構成され、隣接する四極子は隣接す
るロッドを共有する、請求項５に記載のガスセンサー。
【請求項７】前記四極子の各々の第１のロッドのペアに
対して第１の電圧が印加され、前記四極子の各々の第２
のロッドのペアに対して第２の電圧が印加され、前記四
極子の各々における隣接ロッドは異なる電圧を受信し、
前記四極子の各々における対角配置されたロッドは同一
の電圧を受信する、請求項６に記載のガスセンサー。
【請求項８】前記第１及び第２の電圧はDC成分及びAC成
分を有し、前記第１の電圧の前記AC成分及び前記第２の
電圧の前記AC成分は180゜の位相差を有する同一の周波
数及び振幅を有する、請求項７に記載のガスセンサー。
【請求項９】第１及び第２の電圧は前記チャネル内にお
いて変動する電界を発生する請求項８に記載のガスセン
サー。
【請求項１０】前記変動する電界は、特定のアトミック
マスユニット（AMU）を有するガスイオンが前記コレク
ターに接触することが可能とするよう同調されることが
可能である請求項９に記載のガスセンサー。
【請求項１１】コンピュータからコマンドを受信するイ
ンターフェースを更に備え、前記インターフェースは前
記コマンドに応答して前記ロッドに電圧を印加し、アト
ミックマスユニットの選択された範囲内にあるアトミッ
クマスユニットを有するイオンの各々に対して前記電界
をシーケンシャルに同調する請求項10に記載のガスセン
サー。
【請求項１２】前記インターフェースは第１のアトミッ
クマスユニットを有するイオンの存在及び量を示す信号
を前記コンピュータに送出する請求項11に記載のガスセ
ンサー。
【請求項１３】低圧チャンバー内で使用するための残留
ガスセンサーであって、相互に平行に離間配置されてアレイを形成する複数のロ
ッドを有し、前記ロッドはガラスシール内に前記ロッド
の各々の第１の端部のみで固定配置されて前記アレイの
配列を維持し、前記ロッドは前記ガラスシールから片持
ちにされ、前記ガラスシールは更にシールを提供してガ
スが前記低圧チャンバーから逃げることを防止し、前記低圧チャンバー内に存在するガス分子をイオン化す
る手段を有し、前記ロッドからなる前記アレイによって形成される複数
のチャネルの内の１つにイオン化されたガス分子を移動
させる手段を有し、前記複数のチャネル内の電界を選択的に同調し振動させ
る手段を有し、前記チャネル内をあらかじめ選択された距離だけ移動し
たイオン化されたガス分子を検出する手段を有する、残
留ガスセンサー。
【請求項１４】ガス分子をイオン化する前記手段は、電
子を発生するフィラメント、前記複数のロッドに隣接し
てマウントされるイオン化チャンバーを有し、前記電子
は前記イオン化チャンバーに入り前記ガス分子と衝突す
る、請求項13に記載のガスセンサー。
【請求項１５】前記チャネルの内の少なくとも１つにイ
オン化されたガス分子を移動させる前記手段は、各々が
前記チャネル上にその中心を配置された複数の開口を有
するレンズを有し、前記レンズに電圧を供給して前記イ
オンを前記イオン化チャンバー外へ前記チャネル内に向
かって移動させる電圧ソースを有する、請求項13に記載
の残留ガスセンサー。
【請求項１６】前記複数のチャネル内の電界を選択的に
同調し、振動させる前記手段は、前記チャネルに隣接す
る第１の数の前記ロッドに対して第１の電圧を印加する
第１の電圧ソースを有し、前記チャネルに隣接する第２
の数の前記ロッドに対して第２の電圧を印加する第２の
電圧ソースを有する、請求項15に記載の残留ガスセンサ
ー。
【請求項１７】前記第１及び第２の電圧ソースは、前記
チャネル内の前記振動する電界を同調して選択されたア
トミックマスユニットを有する第１の数の前記イオン化
されたガス分子のみがイオン化されたガス分子を検出す
る前記手段によって検出されることを可能とするよう選
択的にプログラムされることが可能な請求項16項記載の
残留ガスセンサー。
【請求項１８】イオン化されたガス分子を検出する前記
手段は、前記チャネルの各々において表面を有して前記
表面に衝突するイオンの数を示す信号を出力するコレク
ターを有する請求項13に記載の残留ガスセンサー。
【請求項１９】低圧チャンバー内で使用するための残留
ガスセンサーであって、相互に平行に離間配置されてアレイを形成する複数のロ
ッドを有し、前記ロッドはガラスシール内に固定配置さ
れて前記アレイを維持し、前記ガラスシールは更にシー
ルを提供してガスが前記低圧チャンバーから逃げること
を防止し、前記複数のロッドは、９コの四極子を形成す
るアレイに配列された16本のロッドから構成され、隣接
する四極子が隣接するロッドを共有し、前記低圧チャンバー内に存在するガス分子をイオン化す
る手段を有し、前記ロッドからなる前記アレイによって形成される複数
のチャネルの内の１つにイオン化されたガス分子を移動
させる手段を有し、前記複数のチャネル内の電界を選択的に同調し振動させ
る手段を有し、前記チャネル内をあらかじめ選択された距離だけ移動し
たイオン化されたガス分子を検出する手段を有する、残
留ガスセンサー。
【請求項２０】低圧チャンバー内で使用するための残留
ガスセンサーであって、相互に平行に離間配置されてアレイを形成する複数のロ
ッドを有し、前記ロッドはガラスシール内に固定配置さ
れて前記アレイを維持し、前記ガラスシールは更にシー
ルを提供してガスが前記低圧チャンバーから逃げること
を防止し、前記ガラスシールは前記複数のロッドに対す
る適切に配置されたホールを有する事前成形されたガラ
スビーズをリフローすることによって形成され、前記ガ
ラスビーズはバリウムアルカリガラスから構成され、前記低圧チャンバー内に存在するガス分子をイオン化す
る手段を有し、前記ロッドからなる前記アレイによって形成される複数
のチャネルの内の１つにイオン化されたガス分子を移動
させる手段を有し、前記複数のチャネル内の電界を選択的に同調し振動させ
る手段を有し、前記チャネル内をあらかじめ選択された距離だけ移動し
たイオン化されたガス分子を検出する手段を有する、残
留ガスセンサー。
【請求項２１】アレイに形成された複数の四極子を有す
るガスセンサーを製造する方法であって、複数のロッドを四極子のアレイに配置するステップを有
し、前記ロッド上にガラスビーズを形成するステップを有
し、前記ガラスビーズを加熱して前記ロッドに固着させ、前
記アレイ内の前記ロッドを一端のみが延出した位置に維
持するステップを有し、前記ロッドの一端の近傍に電子ソースを配置してガス分
子をイオン化するステップを有し、前記電子ソースの近傍に電気的レンズを配置して前記四
極子の前記ロッド間においてイオン化されたガス分子を
伝搬させるステップを有し、コレクターを配置して前記ロッド間を伝搬する前記イオ
ン化されたガス分子を受け取るステップを有する、ガス
センサーの製造方法。
【請求項２２】複数のロッドを四極子のアレイに配置す
るステップは、前記アレイ内の前記複数のロッドを維持
する再使用可能なツールアセンブリ内に前記複数のロッ
ドを配置するステップを含む請求項21に記載のガスセン
サー製造方法。
【請求項２３】前記ロッド上にガラスビーズを形成する
方法は、前記ガラスビーズ内に予備成形されたホール内
に前記複数のロッドをマウントし、前記再使用可能なツ
ールアセンブリ内に前記ガラスビーズを配置するステッ
プを含む請求項22に記載のガスセンサー製造方法。
【請求項２４】前記ガラスビーズはバリウムアルカリガ
ラスから構成され、前記ガラスビーズを加熱するステッ
プは、前記ガラスビーズをオーブン内で２時間1000℃で
加熱して前記複数のロッドを所定位置に固定するガラス
シールを形成するステップを有し、前記複数のロッドに
そってガスが逃げることを防止するシールを提供するス
テップを有する請求項23に記載のガスセンサー製造方
法。
【請求項２５】前記ガラスビーズを冷却して前記ガラス
シールを形成するステップを更に含む請求項24に記載の
ガスセンサー製造方法。
【請求項２６】ベースケーシングによって包囲された硬
化ガラスシール内に装着配置された複数のロッドから形
成される四極子のアレイを有するガスセンサーを製造す
るためのオーブンツールアセンブリーであって、ベースプレートを有し、前記ベースプレート上に配置される四極子の前記アレイ
内に前記複数のロッドを位置合わせするために前記プレ
ート内にパターン配列される複数のホールを有する少な
くとも一つの位置合わせプレートを有し、前記ベースケーシング内の前記硬化ガラスシールを形成
するために使用される予備成形されたガラスビーズを支
持するよう構成される前記位置合わせプレート上に配置
される位置合わせディスクを有し、前記位置合わせディ
スクは前記位置合わせプレート内のパターンと実質的に
同一のホールのパターンを有し、前記位置合わせディスク及び前記位置合わせプレート内
の第１の数のホール内に配置される第１の数の長さ調整
ロッドを有し、前記第１の数の長さ調整ロッドは、前記
センサーの前記複数のロッドが前記位置合わせプレート
内の前記第１の数のホール内に配置される場合及び前記
予備成形されたガラスビーズが前記位置合わせディスク
上に配置される場合に前記複数のロッドが前記ガラスビ
ーズ内に予備成形されたホール内に延出する様に充分な
長さにされる、オーブンツールアセンブリ。
【請求項２７】前記位置合わせディスク及び前記位置合
わせプレート内の第２の数のホール内に配置される第２
の長さ調整ロッドを更に含み、前記第２の数の長さ調整
ロッドは前記センサーの複数のピンが前記位置合わせプ
レート内の前記第２の数のホール内に配置される場合及
び前記予備成形されたガラスビーズが前記位置合わせデ
ィスク上に配置される場合に、前記複数のピンが前記ガ
ラスビーズ内の予備成形されたホールを貫通して延出す
るように十分な長さにされる、請求項26に記載のオーブ
ンツールアセンブリ。
【請求項２８】前記ベース及び前記第一の位置合わせプ
レート間に配置される第１のスペーサープレートを更に
含む請求項27に記載のオーブンツールアセンブリ。
【請求項２９】前記第１及び第２の長さ調整ロッドが前
記第１及び第２の位置合わせプレート間を通過すること
を可能とする開口を有する第２のスペーサープレートに
よって前記第１の位置合わせプレートから分離される第
２の位置合わせプレートを更に含む請求項28に記載のオ
ーブンツールアセブリ。
【請求項３０】ガスイオンの存在を測定するガスセンサ
ーであって、基体を有し、前記基体の一端に固定配置された複数のロッドを有し、
前記ロッドの各々はそれぞれ特定な長さを有し、前記ロ
ッドは相互に平行に離間配置された四極子のアレイを形
成し、前記ロッドの前記アレイによって形成される複数のチャ
ネル内にガスイオンを移動させる第１の電気的レンズを
有し、各チャネルは四極子の前記アレイ内の１つの四極
子に対応し、前記アレイ内にマウントされるコレクターを有し、前記
コレクターは各前記チャネル内に配置される表面部分を
有し、前記コレクターは、前記チャネル内を移動して前
記表面に接触するガスイオンの量に対応する電気信号を
出力し、前記ロッドの各々の長さは充分短く選択され、前記ガス
センサーが1.5×10^-2トール程度の圧力下で動作可能と
なる、ガスセンサー。