JP7081995B2 - Ｍｃｐアセンブリおよび荷電粒子検出器 - Google Patents

Description

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ＭＣＰアセンブリ、および荷電粒子検出器に関するものである。

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。

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。

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。

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）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。

特許文献１～３には、荷電粒子検出器１００Ａとして、何れも二次電子増倍構造を構成する電極の一部にメッシュ電極が採用された検出器（ＭＣＰ検出器）が開示されている。特に、特許文献１の検出器は、ＭＣＰユニットからの二次電子の入射に応答してアノード電極から放出される反射電子を、メッシュ構造を有する加速電極（メッシュ電極）とアノード電極との間の空間に閉じ込めるための制限構造を備える。また、特許文献２の検出器は、メッシュ構造を有するアノード電極（メッシュ電極）をＭＣＰユニットとともに挟むように配置された反転型ダイノードを備え、該反転型ダイノードの電位は、アノード電極の電位よりも低く設定される。このような二次電子増倍構造では、ＭＣＰユニットから放出された二次電子のうちアノード電極を通過した二次電子は反転型ダイノードに到達する。そして、該反転型ダイノードにおいて更に増倍された二次電子がアノード電極に向かう。

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

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^－））。

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。

特許文献３には、上述の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が提案されている。具体的に、特許文献３の検出器には、ＭＣＰユニットの出力側に、メッシュ電極で構成された負電荷粒子捕獲用電極（図１（ａ）のアノード電極２４０に相当する電極）と、不要な正電荷粒子を正電荷粒子捕獲用電極が順に配置されたTriode構造が採用されている。

特開２０１４－７８３８８号公報 特開昭５７－１９６４６６号公報 特開昭２０１７－３７７８２号公報

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、上記特許文献１、２の何れの検出器においても、加速電極またはアノード電極として機能し得るメッシュ電極は、二次電子の透過率を向上させるため、より高い開口率を有するのが好ましい。同様に、上記特許文献３の検出器においても、メッシュ構造を有する負電荷粒子捕獲用電極は、不要な荷電粒子（正電荷粒子）の透過率を向上させるため、より高い開口率を有するのが好ましい。

しかしながら、開口率が高くなるのに伴ってメッシュ電極自体の厚みが減少するため、開口率を高くすると、係るメッシュ電極自体に十分な物理的強度が得られなくなる。この場合、当該荷電粒子検出器の組み立て工程において、メッシュ電極自体が撓んだ状態で組み込まれる可能性が高くなる。

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、単体での取り扱いを容易にするための構造を備えた可撓性シート電極を含むＭＣＰアセンブリ、および該ＭＣＰアセンブリを含む荷電粒子検出器を提供することを目的としている。

本実施形態に係るＭＣＰアセンブリは、ＭＣＰユニットと、可撓性シート電極と、を少なくとも備える。ＭＣＰユニットは、所定軸に沿って互いに対向するよう配置された入力面と出力面を有する。可撓性シート電極は、ＭＣＰユニットに対して出力面の位置する側に配置され、所定軸に沿って互いに対向するよう配置された上面および下面を有する。特に、可撓性シート電極は、メッシュ電極本体として機能するメッシュ領域と、該メッシュ領域の撓み等に起因した開口形状の変形を抑制する変形抑制部と、を備える。メッシュ領域は、当該可撓性シート電極の上面と下面を連絡する複数の開口が設けられた領域であり、上記所定軸に一致した方向に対して可撓性を有する。変形抑制部は、メッシュ領域の外縁を取り囲んだ状態で該メッシュ領域の外縁から該メッシュ領域の外側に向かって伸びた形状を有する領域であり、メッシュ領域と同様に、上記所定軸に一致した方向に対して可撓性を有する。また、メッシュ領域と変形抑制部は、同一の導電性材料からなる。更に、当該可撓性シート電極の上面に一致したメッシュ領域の一方の面と該上面に一致した変形抑制部の一方の面は連続している。一方、当該可撓性シート電極の下面に一致したメッシュ領域の他方の面と該下面に一致した変形抑制部の他方の面も連続している。

また、上述のような構造を有するＭＣＰアセンブリが採用された荷電粒子検出器は、電子増倍機能を実現するためのＭＣＰユニットを備え、可撓性シート電極を上側支持部材及び下側支持部材でしっかりと保持しつつ、所定の電位を付与することができる。よって、可撓性シート電極のメッシュ領域の厚さを薄くしつつ開口率を高めることができる。

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。

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。

本実施形態に係るＭＣＰアセンブリは、開口率が任意に設計可能なメッシュ領域と、該メッシュ領域の外縁を取り囲む変形抑制部で構成された可撓性シート電極を含み、メッシュ領域よりも変形抑制部の物理的強度は高くなっている。そのため、メッシュ電極単体の取り扱いが容易になる。

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。 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。 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。 本実施形態に係る可撓性シート電極の製造工程を説明するための図である。 本実施形態に係る可撓性シート電極の平面構造および断面構造を示す図である。 本実施形態に係る荷電粒子検出器に適用可能なＭＣＰアセンブリの主要な構成要素を説明するための図である。 図６に示されたＭＣＰアセンブリの種々の把持構造を説明するための図である。 図７（ａ）に示された第１把持構造のＭＣＰアセンブリが適用される本実施形態に係る荷電粒子検出器の組み立て工程を説明するための図である。 図８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７（ｂ）に示された第２把持構造のＭＣＰアセンブリが適用される本実施形態に係る荷電粒子検出器の組み立て工程を説明するための図である。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。

（１）本実施形態に係るＭＣＰアセンブリは、その一態様として、ＭＣＰユニットと、可撓性シート電極と、を少なくとも備える。ＭＣＰユニットは、所定軸に沿って互いに対向するよう配置された入力面と出力面を有する。可撓性シート電極は、ＭＣＰユニットに対して出力面の位置する側に配置され、所定軸に沿って互いに対向するよう配置された上面および下面を有する。特に、可撓性シート電極は、メッシュ電極本体として機能するメッシュ領域と、該メッシュ領域の撓み等に起因した開口形状の変形を抑制する変形抑制部と、を備える。メッシュ領域は、当該可撓性シート電極の上面と下面を連絡する複数の開口が設けられた領域であり、上記所定軸に一致した方向に対して可撓性を有する。変形抑制部は、メッシュ領域の外縁を取り囲んだ状態で該メッシュ領域の外縁から該メッシュ領域の外側に向かって伸びた形状を有するフランジに相当し、メッシュ領域と同様に、上記所定軸に一致した方向に対して可撓性を有する。また、メッシュ領域と変形抑制部は、同一の導電性材料からなる。更に、当該可撓性シート電極の上面に一致したメッシュ領域の一方の面と該上面に一致した変形抑制部の一方の面は連続している。また、当該可撓性シート電極の下面に一致したメッシュ領域の他方の面と該下面に一致した変形抑制部の他方の面も連続している。

（２）本実施形態の一態様として、所定軸に沿った当該可撓性シート電極の幅（厚み）は、２０μｍ～１００μｍであるのが好ましい。必然的に、所定軸に沿ったメッシュ領域の幅（厚み）と変形抑制部の幅（厚み）も略一致している。本実施形態の一態様として、メッシュ領域の開口率は、５５％～９５％であるのが好ましい。また、本実施形態の一態様として、導電性材料は、ステンレス鋼、銅、およびモリブデンの何れかを主材料とする金属材料を含むのが好ましい。

（３）本実施形態の一態様として、当該ＭＣＰアセンブリは、更に、上側支持部材と、下側支持部材と、出力電極と、を備え、上記所定軸に沿って順に、上側支持部材、ＭＣＰユニット、出力電極、可撓性シート電極、下側支持部材が配置されている。すなわち、上側支持部材は、荷電粒子を通過させるための第１開口を有するとともに導電性材料からなる。下側支持部材は、第２開口を有するとともに導電性材料からなる。また、下側支持部材は、所定軸に沿って第１および第２開口が重なるように配置される。ＭＣＰユニットの入力面は、複数の電子増倍チャネルの一方の開口端が配置された入力有効領域を含むとともに、上側支持部材の第１開口から入力有効領域を露出させた状態で該上側支持部材に当接される。ＭＣＰユニットの出力面は、複数の電子増倍チャネルの他方の開口端が配置された出力有効領域を含む。出力電極は、ＭＣＰユニットと下側支持部材との間に配置される。また、出力電極は、出力面の出力有効領域を露出させるための第３開口を有し、該第３開口から出力有効領域を露出させた状態で出力面に当接される。可撓性シート電極の上面は、出力電極に対面している。可撓性シート電極の下面のうち少なくとも変形抑制部に相当する部分は、上側支持部材と対面している下側支持部材の主面上に当接されている。この構成により、可撓性シート電極の上面は、下側支持部材の主面から物理的に離間した状態で所定位置に保持されることなる。

上記上側支持部材は、第１電位に設定されるよう構成され、実質的に、ＭＣＰユニットの入力面を該第１電位に設定するためのＭＣＰ入力側電極（以下、「ＭＣＰ－Ｉｎ電極」と記す）として機能し得る。出力電極は、第１電位よりも高い第２電位に設定されるよう構成され、実質的に、ＭＣＰユニットで増倍された電子（二次電子）を下側支持部材側へ引き出すためのＭＣＰ出力側電極（以下、「ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極」と記す）として機能し得る。下側支持部材は、第２電位よりも高い第３電位に設定されるよう構成され、実質的に、可撓性シート電極を所定電位に設定するための給電電極として機能し得る。二次電子増倍構造の一例として、当該ＭＣＰアセンブリの外部に第３電位（下側支持部材）と等しいかそれよりも高い第４電位に設定された外部電極が設置されるTriode構造では、第４電位に設定された外部電極が負電荷粒子捕獲用電極（アノード電極）として機能する一方、可撓性シート電極が加速電極として機能することになる。また、二次電子増倍構造の他の例として、当該ＭＣＰアセンブリの外部に第２電位（出力電極）よりも低い第５電位に設定された外部電極が設置された電極構造では、可撓性シート電極は、負電荷粒子捕獲用電極として機能する一方、出力電極と下側支持部材との間の空間で発生した不要な荷電粒子（例えば正イオン）の出力端として機能する。このとき、外部電極は正電荷粒子捕獲用電極として機能する。

所定軸に直交する面で規定される、可撓性シート電極の面積は、下側支持部材の第２開口の面積よりも広い。所定軸に沿った、可撓性シート電極の幅は、下側支持部材の幅よりも小さいのが好ましい。

上述の二次電子増倍構造の例のように、可撓性シート電極が加速電極として機能する構成においても、出力電極の第３開口を介してＭＣＰユニットから放出された二次電子の透過率を向上させるため、該可撓性シート電極には十分な開口率を有するメッシュ構造が必要にある。また、上述の二次電子増倍構造の他の例のように、可撓性シート電極が負電荷粒子捕獲用電極（アノード電極）として機能する一方、不要な荷電粒子の出力端として機能する構成において、不要な荷電粒子の透過率を次向上させるため、該可撓性シート電極には十分な開口率を有するメッシュ領域が必要になる。しかしながら、開口率が高くなるのに伴ってメッシュ電極自体の厚みが減少するため、係るメッシュ電極自体に十分な物理的強度が得られない。この場合、当該荷電粒子検出器の組み立て工程において、メッシュ電極自体が撓んだ状態で組み込まれる可能性が高くなる。そこで、本実施形態は、このような構造を有する可撓性シート電極の少なくとも変形抑制部が他の電極部材（上側支持部材と下側支持部材）により把持される構造を採用している。

ここで、可撓性シート電極の構造的特徴に言及すれば、可撓性シート電極は、上側支持部材に向いた第１表面と、下側支持部材に向いた第２表面を有する。第１表面に一致したメッシュ領域の表面と、該第１表面に一致した変形抑制部の表面は連続している。同様に、第２表面に一致したメッシュ領域の表面と、該第２表面に一致した変形抑制部の表面も連続している。すなわち、上側支持部材から下側支持部材に向かう方向（上記所定軸に一致した電子進行方向）に沿ったメッシュ領域の幅（厚み）と変形抑制部の幅（厚み）は、同じになる。ただし、変形抑制部には開口が設けられていないので、必然的に、電子進行方向に沿って規定される変形抑制部の物理的強度（電子進行方向に沿って一定荷重を付加した時に生じる撓みの程度で規定）は、メッシュ領域の物理的強度よりも高くなる。

なお、可撓性シート電極における「メッシュ領域」は、可撓性シート電極の一方の表面（上側支持部材に向いた面か、下側支持部材へ向いた面の何れか）上において特定され得る。具体的には、該可撓性シート電極の表面において、その重心を通る直線上に位置する複数の開口のうち両端の開口で挟まれた領域として、「メッシュ領域」が規定される。「両端の開口は、上記直線上において、一端が別の開口に隣接する一方、他端が解放された開口である。したがって、両端の開口から可撓性シート電極のエッジまでの領域が「変形抑制部」である。また、メッシュ領域における「開口率」は、該メッシュ領域内における任意領域において、「任意領域の総面積」に対する「任意領域内の開口の総面積」の占める割合（百分率）で与えられる。

（４）本実施形態の一態様として、メッシュ領域と変形抑制部は、同一導電性材料からなる連続領域であり、この連続領域は、上記所定軸に一致した方向に対して可撓性を有する。したがって、可撓性シート電極の上面に一致したメッシュ領域の一方の面は、該可撓性シート電極の上面に一致した変形抑制部の一方の面と連続している。同様に、可撓性シート電極の下面に一致したメッシュ領域の他方の面は、該可撓性シート電極の下面に一致した変形抑制部の他方の面と連続している。また、本実施形態の一態様として、上記所定軸に沿った方向に沿った変形抑制部の幅は、下側支持部材の幅よりも小さいのが好ましい。

（５）本実施形態の一態様として、当該ＭＣＰアセンブリは、出力電極と下側支持部材との間に配置された第１絶縁部材を備えてもよい。この場合、第１絶縁部材は、少なくともスペーサとしての機能を有するとともに、出力電極に当接された第１端面と、該第１端面に対向する第２端面と、を有する。なお、メッシュ領域における不要な荷電粒子の通過効率の向上への影響は小さいが、第１絶縁部材は、ＭＣＰユニットの出力面からの電子が通過する電子移動空間を取り囲む連続した内壁面により規定される第１貫通孔と、有してもよい。貫通孔は、出力有効領域全体を露出させるよう該出力有効領域の最大幅よりも大きい最大幅を有する。このように、出力極（ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極）と下側支持部材（給電電極）との間の電子移動空間（不要な荷電粒子が発生する空間）を第１絶縁部材により取り囲むことにより、ＭＣＰユニットから放出された二次電子や不要な荷電粒子の進行可能な領域が可撓性シート電極におけるメッシュ領域に制限される。

（６）本実施形態の一態様として、当該ＭＣＰアセンブリは、上側支持部材と下側支持部材の相対位置を固定するため、第１絶縁部材から所定距離だけ離間した状態で第１把持部から下側支持部材に向かって伸びる形状を有する第２絶縁部材を、更に備えてもよい。この場合、第２絶縁部材は、上側支持部材に固定された第３端面と、下側支持部材に固定された第４端面と、を有する。一例として、第２絶縁部材の一端と上側支持部材、および、第２絶縁部材の他端と下側支持部材は、それぞれ絶縁ネジにより固定される。

（７）本実施形態の一態様として、上側支持部材と下側支持部材の相対位置は、第３絶縁部材（絶縁クリップ）によっても固定され得る。具体的に、第３絶縁部材は、第１固定部と、第２固定部と、両端に第１および第２固定部が設けられた支持部と、を有する。第１固定部は、上側支持部材に対してＭＣＰユニットの反対側に位置し、上側支持部材を下側支持部材に向かって押すよう該上側支持部材に当接される。第２固定部は、下側支持部材に対してＭＣＰユニットの反対側に位置し、下側支持部材を上側支持部材に向かって押すよう該下側支持部材に当接される。支持部は、上側支持部材から下側支持部材へ向かって伸びた形状を有し、その両端に第１固定部および第２固定部が設けられている。

（８）上述のような構造を備えたＭＣＰアセンブリは、本実施形態に係る荷電粒子検出器に適用可能である。すなわち、当該荷電粒子検出器は、その一態様として、上述のような構造を備えたＭＣＰアセンブリと、ＭＣＰアセンブリを収納する筐体と、下側支持部材の第２開口を介してＭＣＰアセンブリから放出された不要な荷電粒子を捕獲するための荷電粒子捕獲構造と、を備える。

（９）本実施形態の一態様として、荷電粒子捕獲構造は、可撓性シート電極に対してＭＣＰユニットの反対側に設置された外部電位形成電極を含むでもよい。また、本実施形態の一態様として、外部電位形成電極は、筐体の一部を構成するとともに、該筐体の内部と該筐体の外部とを連絡する第２貫通孔を有するのが好ましい。この場合、当該荷電粒子検出器内部を効率的に真空引きすることが可能になる。更に、本実施形態の一態様として、荷電粒子捕獲構造は、筐体が搭載された、少なくともその表面に電気回路が設けられたガラスエポキシ基板を含んでもよい。この場合、ガラスエポキシ基板上の負電位部分において可撓性シート電極のメッシュ領域を通過した荷電粒子が捕獲される。

（１０）更に、当該荷電粒子検出器は、その一態様として、上述のような構造を備えたＭＣＰアセンブリと、ＭＣＰアセンブリを収納する筐体と、ＭＣＰアセンブリで増倍された後にＭＣＰアセンブリから放出された二次電子を引き付ける二次電子増倍構造と、を備えてもよい。一例として、二次電子増倍構造は、外部電極と、制限構造と、を含んでもよい。外部電極は、可撓性シート電極に対してＭＣＰユニットの反対側に配置された、可撓性シート電極の設定電位と等しいかそれよりも高い電位に設定されるよう構成される。また、制限構造は、ＭＣＰユニットからの二次電子の入射に応答して外部電極から放出される反射電子を、可撓性シート電極と外部電極との間の空間に閉じ込めるため、例えば、メッシュ電極に当接された一方の端面と、該一方の端面に対向する他方の端面と、を有する絶縁リングを含む。また、他の例として、二次電子増倍構造は、可撓性シート電極に対してＭＣＰユニットの反対側に配置された、該可撓性シート電極よりも低い電位に設定されるよう構成されたダイノード（反転型ダイノード）を含んでもよい。

以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。

[本願発明の実施形態の詳細]
本願発明に係るＭＣＰアセンブリおよび荷電粒子検出器の具体例を、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、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。また、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。

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。

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、一例として、電子に代表される負電荷粒子を選択的に捕獲するための構造を備える。図２に示されたように、当該荷電粒子検出器１００Ｂは、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メッシュ電極（メッシュ領域を有する可撓性シート電極）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^＋）を捕獲するための荷電粒子捕獲構造（正イオンに代表される正電荷粒子を捕獲するための外部電位形成電極等）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。メッシュ電極３００はグランド電位（０Ｖ）に設定されており、該メッシュ電極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、荷電粒子捕獲構造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、荷電粒子捕獲構造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る。

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Ｉ－Ｉ線に沿った、ＭＣＰユニット２００の断面図である。

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電子増倍チャネル（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電子増倍チャネル（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。

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、電子増倍チャネルの入力開口端が配置された入力有効領域を覆うように電極２１１が蒸着により形成され、ＭＣＰ２２０の出力面２２０ｂにも、電子増倍チャネルの出力開口端が配置された出力有効領域を覆うように電極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。

次に、本実施形態に係る可撓性シート電極としてのメッシュ電極３００の製造工程を図４および図５を用いて説明する。なお、図４（ａ）は、メッシュ構造が作り込まれる前の金属シート３００Ａの平面構造を示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＩＩ－ＩＩ線に沿った金属シート３００Ａの断面図である。また、図５（ａ）は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示された金属シート３００Ａから得られたメッシュ電極（可撓性シート電極）３００の平面構造を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿ったメッシュ電極３００の断面図である。

まず、図４（ａ）および図４（ｂ）に示された金属シート３００Ａが用意される。用意される金属シート３００Ａは、ステンレス鋼、銅、およびモリブデンの何れかを主材料とする金属材料からなる。金属シート３００Ａの表面において、幅ＷＡの外周部分を除いた領域３１０Ａに、上面３１１Ａと下面３１１Ｂを連絡する複数の開口が設けられる。当該金属シート３００Ａの最大径Ｄ１から領域３１０Ａの最大径Ｄ２を引いた幅ＷＡの領域が変形抑制部となる。金属シート３００Ａにおける領域３１０Ａの厚みＷＢは、領域３１０Ａに形成されるメッシュ開口率を５５％～９５％に設定するため、２０μｍ～１００μｍである。なお、図４（ａ）に示された金属シート３００Ａの平面形状は円形であるが、特に金属シート３００Ａの平面形状、すなわち得られるメッシュ電極３００の平面形状は円形には限定されない。

上述のような構造を有する金属シート３００Ａの上面３１１Ａ上にレジストが塗布されると、領域３１０Ａに相当する領域内にメッシュ構造が形成されるようパターニングが行われた後、金属シート３００Ａのエッチングが行われる。これにより、図５（ａ）および図５（ｂ）に示されたような平面形状及び断面構造を有するメッシュ電極（可撓性シート電極）３００が得られる。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示されたように、得られたメッシュ電極３００は、上面３０１Ａおよび下面３０１Ｂを有する可撓性シート電極であって、図４（ａ）および図４（ｂ）に示された領域３１０Ａに相当する領域に、メッシュ電極本体として機能するメッシュ領域３１０と、幅ＷＡの変形抑制部３２０と、を備える。メッシュ領域３１０は、上面３０１Ａと下面３０１Ｂを連絡する複数の開口３１１が設けられた領域であり、上面３０１Ａから下面３０１Ｂに向かう方向に対して可撓性を有する。変形抑制部３２０は、メッシュ領域３１０の外縁を取り囲んだ状態で該メッシュ領域３１０の外縁から該メッシュ領域３１０の外側に向かって伸びた形状を有する領域であり、メッシュ領域３１０と同様に、上面３０１Ａから下面３０１Ｂに向かう方向に対して可撓性を有する。また、メッシュ領域３１０と変形抑制部３２０は、同一の導電性材料からなる。更に、当該メッシュ電極３００の上面３０１Ａに一致したメッシュ領域３１０の一方の面と該上面３０１Ａに一致した変形抑制部３２０の一方の面は連続している。また、当該メッシュ電極３００の下面３０１Ｂに一致したメッシュ領域３１０の他方の面と該下面３０１Ｂに一致した変形抑制部３２０の他方の面も連続している。

図６は、本実施形態に係る荷電粒子検出器に適用可能なＭＣＰアセンブリの主要な構成要素を説明するための図である。なお、図６には、第１把持構造を有するＭＣＰアセンブリ１５０Ａ（図７（ａ））を実現するための主要な構成要素が示されている。

図６に示されたＭＣＰアセンブリ１５０は、一対の把持部材としてＭＣＰ－Ｉｎ電極（上側支持部材）５１０と給電電極（下側支持部材）３５０により積層構造体１１０が把持される構造を有し、ＭＣＰアセンブリ１５０の構成要素を一体的に取り扱うことかできる。一対の把持部材（ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０および給電電極３５０）により挟まれた積層構造体１１０は、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０から給電電極３５０に向かって順に配置された、ＭＣＰユニット２００、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０、絶縁リング６２０（第１絶縁部材）、メッシュ電極３００により構成されている。

上側支持部材として機能するＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０は、ＭＣＰユニット２００の入力面２００ａを所定電位に設定するための電極であって、開口５１０ａを有する。そのため、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０は、該開口５１０ａからＭＣＰユニット２００の入力面２００ａの入力有効領域を露出させた状態で該入力面２００ａに当接されている。また、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０の電位設定は、給電ピン５１４を介して実施される。そのため、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０は、ピン保持片５１３を有する。更に、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０には、当該ＭＣＰアセンブリ１５０全体を固定するためのアセンブリ支持片５１１ａ、５１１ｂを備える。

ＭＣＰユニット２００は、一例として図３に示されたような構造を有し、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０に入力面２００ａが当接された様態で、該ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０と給電電極３５０の間に配置される。

ＭＣＰユニット２００から電子を引き出すための出力電極としてＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０は、給電ピン５２２を支持するピン保持片５２１と、ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂに含まれる出力有効領域を露出されるための開口５２０ａを有する。ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０は、開口５２０ａを介して出力有効領域を露出された状態で該ＭＣＰユニットの出力面２００ｂに当接されている。

ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０とメッシュ電極（可撓性シート電極）３００との間には、絶縁リング６２０が配置されている。この絶縁リング６３０は、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極に当接される第１端面と、メッシュ電極３００に当接される第２端面と、第１端面と第２端面を連絡する貫通孔６２０ａが設けられている。すなわち、絶縁リング６２０は、ＭＣＰユニット２００の出力面２００ｂからの電子が通過する電子移動空間を取り囲む連続した内壁面により規定される貫通孔６２０ａを有する。貫通孔６２０ｂは、出力面２００ｂに含まれる出力有効領域全体を露出させるよう該出力有効領域の最大幅よりも大きい最大幅を有する。

メッシュ電極３００は、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０から給電電極３５０へ向かう軸方向に対して可撓性を有する可撓性シート電極であり、絶縁リング６２０と給電電極３５０との間に配置されている。メッシュ電極３００は、絶縁リング６２０側に位置する面と、給電電極３５０側に位置する面とを連絡する複数の開口を有するメッシュ領域３１０と、該メッシュ領域３１０の外縁から延びた変形抑制部３２０と、を有する。メッシュ領域３１０は、メッシュ電極３００の一方の表面上において、該表面の重心点を通る直線上に位置する複数の開口（電子増倍チャンネル）のうち両端の開口（上記直線上において一方の端部側が他の開口と隣接していない開口）で挟まれた領域として規定される。また、変形抑制部３２０は、両端の開口から等が当該メッシュ電極３００のエッジまでの領域である。

また、メッシュ電極３００の構造的特徴として、絶縁リング６２０側に位置するメッシュ領域３１０および変形抑制部３２０の双方の面は連続している。また、給電電極３５０側に位置するメッシュ領域３１０および変形抑制部３２０の双方の面も連続している。すなわち、メッシュ領域３１０および変形抑制部３２０は、同一導電性材料からなり、かつ、連続した領域を構成している。加えて、メッシュ領域３１０および変形抑制部３２０は、共に所定の厚み（軸方向に沿った幅）ＷＢを有する。上側支持部材として機能する給電電極３５０は、給電ピン３５３を支持するピン保持片３５１と、メッシュ領域３１０を露出させるための開口３５０ａを有し、メッシュ電極３００の一部（変形抑制部３２０）に当接されている。この構成により、給電電極３５０を介してメッシュ電極３００が所定電位に設定される。

上述のメッシュ電極３００において、メッシュ領域３１０の開口率は５５％～９５％に任意に設定可能であり、これに伴い、厚みＷＢは、２０μｍ～１００μｍ程度となる。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）および図６に示されたように、メッシュ領域３１０の周りに該メッシュ領域３１０よりも高い物理的強度を有する変形抑制部３２０が設けられた構造では、全体がメッシュ領域で構成されたメッシュ電極と比較して、メッシュ電極３００単体での取り扱いが容易になる。特に、図６の例では、変形抑制部３２０が、何れも変形抑制部の厚みよりも厚い絶縁リング６２０および給電電極３５０で、メッシュ電極３００単体を挟み込む構造が採用可能になり、メッシュ電極３００の正確かつ安定した設置が可能になる。

図６に示されたＭＣＰアセンブリ１５０は、種々の電極部材との組み合わせが可能である。例えば、ＭＣＰアセンブリ１５０には、上述の絶縁リング６２０と同様の構造を有する絶縁リング８１０を介して外部電極８２０が組み合わせ可能である。外部電極８２０には、例えば、メッシュ電極３００の電位と等しいかそれよりも高い電位に設定される外部電極、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０の電位よりも高く、かつ、メッシュ電極３００の電位よりも低い電位に設定される外部電極、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０の電位よりも低い電位に設定される外部電極などが含まれる。メッシュ電極３００の電位よりも高い電位に設定される外部電極とＭＣＰアセンブリ１５０が組み合わされた第１二次電子増倍構造では、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０と、アノード電極として機能する外部電極と、加速電極として機能するメッシュ電極３００によりTriode構造が構成される。また、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０の電位よりも高く、かつ、メッシュ電極３００の電位よりも低い電位に設定される外部電極８２０とＭＣＰアセンブリ１５０が組み合わされた第２二次電子増倍構造では、メッシュ電極３００がアノード電極として機能する一方、外部電極８２０はその表面に二次電子放出面が形成されることにより反転型ダイノードとして機能し得る。更に、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０の電位よりも低い電位に設定される外部電極８２０とＭＣＰアセンブリ１５０が組み合わされた第３二次電子増倍構造では、図２に示された例のように、メッシュ電極がアノード電極（負電荷粒子捕獲用電極）として機能する一方、外部電極が正電荷粒子捕獲用電極として機能し得る。

なお、図６には、図７（ａ）に示された第１把持構造を有するＭＣＰアセンブリ１５０Ａを実現するための構成が示されている。すなわち、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０は、給電電極３５０との相対位置を固定するための固定片５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃが設けられている。一方、給電電極３５０には、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０との相対位置を固定するための固定片３５２ａ、３５２ｂ、３５２ｃが設けられている。ただし、図７（ｂ）に示された把持構造を有するＭＣＰアセンブリ１５０Ｂを実現するためには、上述の固定片５１２ａ～５１２ｃ、３５２ａ～３５２ｃは不要である。

図７（ａ）は、第１把持構造を有するＭＣＰアセンブリ１５０Ａの組み立て工程を説明するための図である。すなわち、図７（ａ）に示された第１把持構造は、絶縁スペーサ１５１ａ～１５１ｃを利用して、積層構造体１１０を把持するＭＣＰ－Ｉｎ電極（上側支持部材）５１０と給電電極（下側支持部材）３５０の相対位置を固定する。なお、絶縁スペーサ１５１ａ～１５１ｃは、何れも、長手方向に沿って延びた貫通孔が設けられている。また、積層構造体１１０は、上述のように、ＭＣＰユニット２００、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０、絶縁リング６２０、メッシュ電極３００を含む。

絶縁スペーサ１５１ａ～１５１ｃの一方の端面は、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０に設けられた固定片５１２ａ～５１２ｃに、それぞれ当接される。また、絶縁スペーサ１５１ａ～１５１ｃの他方の端面は、給電電極３５０に設けられた固定片３５２ａ～３５２ｃに、それぞれ当接される。この状態において、固定片５１２ａのネジ穴、絶縁スペーサ１５１ａの貫通孔、固定片３５２ａのネジ穴を貫くよう、絶縁ネジ１６１ａが取りつけられる。固定片５１２ｂのネジ穴、絶縁スペーサ１５１ｂの貫通孔、固定片３５２ｂのネジ穴を貫くよう、絶縁ネジ１６１ｂが取りつけられる。また、固定片５１２ｃのネジ穴、絶縁スペーサ１５１ｃの貫通孔、固定片３５２ｃのネジ穴を貫くよう、絶縁ネジ１６１ｃが取りつけられる。

一方、図７（ｂ）は、第２把持構造を有するＭＣＰアセンブリ１５０Ｂの組み立て工程を説明するための図である。すなわち、図７（ｂ）に示された第２把持構造は、絶縁クリップ１７１ａ～１７１ｄを利用して、積層構造体１１０を把持するＭＣＰ－Ｉｎ電極（上側支持部材）５１０と給電電極（下側支持部材）３５０の相対位置を固定する。なお、この第２把持構造を有するＭＣＰアセンブリ１５０Ｂにおいて、ＭＣＰ－Ｉｎ電極（上側支持部材）５１０には、図６および図７（ａ）に示された固定片５１２ａ～５１２ｃは設けられていない。同様に、給電電極（下側支持部材）３５０にも、図６および図７（ａ）に示された固定片３５２ａ～３５２ｃは設けられていない。

図７（ｂ）に示されたように、絶縁クリップ１７１ａ～１７１ｄそれぞれは、第１固定部１７３ａと、第２固定部１７３ｂと、両端に第１および第２固定部１７３ａ、１７３ｂが設けられた支持部１７２と、を有する。絶縁クリップ１７１ａ～１７１ｄそれぞれにおいて、第１固定部１７３ａは、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０に対して積層構造体１１０の反対側に位置し、該ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０を給電電極３５０に向かって押すよう該ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０に当接される。一方、第２固定部１７３ｂは、給電電極３５０に対して積層構造体１１０の反対側に位置し、該給電電極３５０をＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０に向かって押すよう該給電電極３５０に当接される。

このように、図７（ｂ）に示された第２把持構造によっても、積層構造体１１０を把持するＭＣＰ－Ｉｎ電極（上側支持部材）５１０と給電電極（下側支持部材）３５０の相対位置を固定し得る。

次に、図８～図１０を用いて本実施形態に係る荷電粒子検出器の構造を説明する。なお、図８～図１０に示された例は、何れも図２に示された二次電子増倍構造を有する検出器の構造が示されている。また、図８は、図７（ａ）に示された第１把持構造を有するＭＣＰアセンブリ１５０Ａが適用される荷電粒子検出器１００Ｂａの組み立て工程を説明するための図である。図９（ａ）は、図８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１００Ｂａを示す斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）中のＩＶ－ＩＶ線に沿った荷電粒子検出器１００Ｂａの内部構造を示す断面図である。図１０は、図７（ｂ）に示された第２把持構造のＭＣＰアセンブリ１５０Ｂが適用される荷電粒子検出器１００Ｂｂの組み立て工程を説明するための図である。

図８に示された荷電粒子検出器１００Ｂａの組み立て工程では、図７（ａ）に示されたＭＣＰアセンブリ１５０Ａが筐体内に収納された状態で、ブリーダ回路基板７００に設置される。ＭＣＰアセンブリ１５０Ａを収納する筐体は、該ＭＣＰアセンブリ１５０Ａ全体を覆う筐体本体５００と、荷電粒子捕獲構造４００として機能する外部電位形成電極４１０を含む。ＭＣＰアセンブリ１５０Ａは、筐体本体５００と外部電位形成電極４１０により構成された空間内設置される。

筐体本体５００には、測定対象となる荷電粒子を通過させるための開口５００ａが設けられており、該開口５００ａおよびＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０の開口５１０ａを介してＭＣＰユニット２００の入力面２００ａに含まれる入力有効領域が露出している。一方、外部電位形成電極４１０は、中心に筐体内の効率的な真空引きを可能にするための貫通孔４１１が設けられている。また、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０のピン保持片５１３により支持された給電ピン５１４を貫通させるための孔４１３ｂ、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０のピン保持片５２１により支持された給電ピン５２２を貫通させるための孔４１３ａ、給電電極３５０のピン保持片３５１により支持された給電ピン３５３を貫通させるための孔４１３ｃがそれぞれ設けられている。また、外部電位形成電極４１０には、ＭＣＰアセンブリ１５０Ａを固定するためのネジ穴４１４ａ、４１４ｂが設けられるとともに、当該外部電位形成電極４１０を所望の電位に設定するための給電ピン４１２が取り付けられている。

絶縁スペーサ１８１ａ、１８１ｂには、長手方向に沿って絶縁ネジ１８２ａ、１８２ｂを貫通させるための貫通孔がそれぞれ設けられている。絶縁スペーサ１８１ａ、１８１ｂの一方の端面は、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０に設けられたアセンブリ支持片５１１ａ、５１１ｂにそれぞれ当接され、絶縁スペーサ１８１ａ、１８１ｂの他方の端面は、ネジ穴４１４ａ、４１４ｂを含む外部電位形成電極４１０の部位にそれぞれ当接されている。この状態において、アセンブリ支持片５１１ａのネジ穴、絶縁スペーサ１８１ａの貫通孔、外部電位形成電極４１０のネジ穴４１４ａを貫くよう、絶縁ネジ１８２ａが取りつけられる。一方、アセンブリ支持片５１１ｂのネジ穴、絶縁スペーサ１８１ｂの貫通孔、外部電位形成電極４１０のネジ穴４１４ｂを貫くよう、絶縁ネジ１８２ｂが取りつけられる。

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、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０の給電ピン５２２が差し込まれる金属ソケット７１０ａ、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０の給電ピン５１４が差し込まれる金属ソケット７１０ｂ、メッシュ電極３００と電気的に接続された給電電極３５０の給電ピン３５３が差し込まれる金属ソケット７１０ｃ、外部電位形成電極４１０（荷電粒子捕獲構造４００）の給電ピン４１２が差し込まれる金属ソケット７１０ｄを保持している。また、これら金属ソケット７１０ａ～７１０ｄ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５１４、５２２、３５３、４１２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～７１０ｄは金属以外の材料で構成されてもよい。

外部電位形成電極４１０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、メッシュ電極３００、外部電位形成電極４１０によりtriode構造が構成された電極空間内では、当該外部電位形成電極４１０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外部電位形成電極４１０へ向かうことになる。したがって、この外部電位形成電極４１０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、外部電位形成電極４１０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４１２を備える。更に、該外部電位形成電極４１０には、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０の給電ピン５２２、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０の給電ピン５１４、メッシュ電極３００と電気的に接続された給電電極３５０の給電ピン３５３を接触することなく貫通させるための孔４１３ａ～４１３ｃがそれぞれ設けられている。

ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０は、外部電位形成電極４１０と同電位に設定される構成が採用されてもよい。例えば、筐体本体５００の開口５００ａを規定するフランジ部に電気的に接続させた構成であれば、給電ピン４１２を介して外部電位形成電極４１０に所定電圧が印加されることにより、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０と外部電位形成電極４１０は同電位に設定される。なお、外部電位形成電極４１０の設定電位は、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。

次に、図７（ｂ）に示された第２把持構造のＭＣＰアセンブリ１５０Ｂが適用される荷電粒子検出器１００Ｂｂの組み立て工程を、図１０を用いて説明する。なお、図１０に示された例も、図２の二次電子増倍構造を実現する例である。

図１０に示された荷電粒子検出器１００Ｂｂの組み立て工程では、図７（ｂ）に示されたＭＣＰアセンブリ１５０Ｂが筐体内に収納された状態で、ブリーダ回路基板７００に設置される。ＭＣＰアセンブリ１５０Ｂを収納する筐体は、該ＭＣＰアセンブリ１５０Ｂ全体を覆う筐体本体５００と、ＭＣＰアセンブリ１５０Ｂを支持するための筐体底部４２０を含む。ＭＣＰアセンブリ１５０ｂは、筐体本体５００と筐体底部４２０により構成された空間内設置される。

筐体本体５００には、測定対象となる荷電粒子を通過させるための開口５００ａが設けられており、該開口５００ａおよびＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０の開口５１０ａを介してＭＣＰユニット２００の入力面２００ａに含まれる入力有効領域が露出している。一方、筐体底部４２０は、中心にメッシュ電極３００のメッシュ領域３１０を露出させるとともに、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０の給電ピン５１４、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０の給電ピン５２２、給電電極３５０の給電ピン３５３をそれぞれ接触することなく貫通させる開口４２０ａが設けられている。更に。筐体底部４２０には、ＭＣＰアセンブリ１５０Ｂを筐体内で保持するためのネジ穴４２０ｂ、４２０ｃが設けられている。

絶縁スペーサ１８１ａ、１８１ｂには、長手方向に沿って絶縁ネジ１８２ａ、１８２ｂを貫通させるための貫通孔がそれぞれ設けられている。絶縁スペーサ１８１ａ、１８１ｂの一方の端面は、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０に設けられたアセンブリ支持片５１１ａ、５１１ｂにそれぞれ当接され、絶縁スペーサ１８１ａ、１８１ｂの他方の端面は、ネジ穴４１４ａ、４１４ｂを含む筐体底部４２０の部位にそれぞれ当接されている。この状態において、アセンブリ支持片５１１ａのネジ穴、絶縁スペーサ１８１ａの貫通孔、筐体底部４２０のネジ穴４２０ｂを貫くよう、絶縁ネジ１８２ａが取りつけられる。一方、アセンブリ支持片５１１ｂのネジ穴、絶縁スペーサ１８１ｂの貫通孔、筐体底部４２０のネジ穴４２０ｃを貫くよう、絶縁ネジ１８２ｂが取りつけられる。

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、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０の給電ピン５２２が差し込まれる金属ソケット７１０ａ、ＭＣＰ－Ｉｎ電極５１０の給電ピン５１４が差し込まれる金属ソケット７１０ｂ、メッシュ電極３００と電気的に接続された給電電極３５０の給電ピン３５３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５１４、５２２、３５３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。

なお、図１０に示された荷電粒子検出器１００Ｂｂの構成において、荷電粒子捕獲構造は、ブリーダ回路基板自体を含む。その表面の電気回路が形成されたガスエポキシ基板であるブリーダ回路基板７００では、負電位の部位が複数存在するため、荷電粒子捕獲構造４００として、実質的に図８に示された外部電位形成電極４１０と同等の機能が実現され得る。あるいは、荷電粒子捕獲構造４００として、図８の外部電位形成電極４１０に相当する電極パッドがブリーダ回路基板上に設けられてもよい。

以上のように、本実施形態では、少なくともＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０、メッシュ電極３００、荷電粒子捕獲構造４００としての外部電位形成電極４１０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メッシュ電極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外部電位形成電極４１０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２００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（不要な荷電粒子）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）の選択的な捕獲が可能になる。

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。例えば、本実施形態に係る荷電粒子検出器の具体的な変形例としては、例えば、図６に示されたＭＣＰアセンブリ１５０と、該ＭＣＰアセンブリ１５０に組み合わされる外部電極８２０により構成された二次電子増倍構造を備えてもよい。外部電極８２０の電位は、メッシュ電極３００の電位と等しいかそれよりも高く設定される。このような二次電子増倍構造では、メッシュ電極３００が加速電極として機能する一方、外部電極８２０がアノード電極として機能するため、当該二次電子増倍構造では、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０、メッシュ電極３００、および外部電極８２０によりTriode構造が構成される。また、このようなTriode構造では、ＭＣＰアセンブリ１５０からの二次電子の入射に応答してアノード電極として機能する外部電極８２０から放出される反射電子を、加速電極として機能するメッシュ電極３００と該外部電極８２０との間の空間に閉じ込めるための制限構造が設けられるのが好ましい。なお、図６の例では、制限構造は、上述の絶縁リング６２０と同様の構造を有する絶縁リング８１０（連続する内壁面により二次電子の通過領域を取り囲む貫通孔が規定される）を含む。

本実施形態に係る荷電粒子検出器の他の変形例として、図６の外部電極８２０が、反転型ダイノードとして利用されてもよい。反転型ダイノードをして機能させるため、外部電極８２０の表面には、ＭＣＰユニット２００の各チャネルと同様に二次電子放出面が形成され、該外部電極８２０の電位は、ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極５２０の電位よりも高く、かつ、メッシュ電極３００の電位よりも低く設定される。したがって、この他の変形例において、メッシュ電極３００はアノード電極として機能し、メッシュ電極３００のメッシュ領域３１０を通過した二次電子は、反転型ダイノード（外部電極８２０）で増倍された後に該反転型ダイノードから再度メッシュ電極３００へ向けて放出される。このような構成においても、メッシュ電極（アノード電極）３００と外部電極（反転型ダイノード）８２０との間の空間に二次電子の移動を制限するための制限構造として、絶縁リング８１０は、メッシュ電極３００と外部電極８２０の間に設けられてもよい。何れの変形も、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。

１…残留ガス分析装置（質量分析装置）、１００Ｂ、１００Ｂａ、１００Ｂｂ…荷電粒子検出器、１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ…ＭＣＰアセンブリ、２００…ＭＣＰユニット、２３０…ブリーダ回路（電圧制御回路）、３００…メッシュ電極（可撓性シート電極）、３１０…メッシュ領域、３２０…変形抑制部、３５０…給電電極（下側支持部材）、４００…荷電粒子捕獲構造、４１０…外部電位形成電極（荷電粒子捕獲構造）、５１０…ＭＣＰ－Ｉｎ電極（上側支持部材）、５２０…ＭＣＰ－Ｏｕｔ電極（出力電極）、６２０…絶縁リング、７００…ブリーダ回路基板（ガラスエポキシ基板）。

Claims (11)

1. 所定軸に沿って互いに対向するよう配置された入力面と出力面を有するＭＣＰユニットと、
   前記ＭＣＰユニットに対して前記出力面の位置する側に配置され、前記所定軸に沿って互いに対向するよう配置された上面および下面を有する可撓性シート電極と、
   を備えたＭＣＰアセンブリであって、
   前記可撓性シート電極は、
   前記上面と前記下面を連絡する複数の開口が設けられたメッシュ領域と、
   前記メッシュ領域の外縁を取り囲んだ状態で前記メッシュ領域の外縁から前記メッシュ領域の外側に向かって伸びた形状を有する変形抑制部と、
   を備え、
   前記メッシュ領域と前記変形抑制部は、前記所定軸に一致した方向に対して共に可撓性を有し、かつ、同一の導電性材料からなり、
   前記上面に一致した前記メッシュ領域の一方の面と前記上面に一致した前記変形抑制部の一方の面は連続し、かつ、前記下面に一致した前記メッシュ領域の他方の面と前記下面に一致した前記変形抑制部の他方の面も連続している、
   ＭＣＰアセンブリ。
2. 前記所定軸に沿った当該可撓性シート電極の幅は、２０μｍ～１００μｍであり、
   前記所定軸に沿った前記メッシュ領域の幅と前記変形抑制部の幅は略一致していることを特徴とする請求項１に記載のＭＣＰアセンブリ。
3. 前記メッシュ領域の開口率は、５５％～９５％であることを特徴とする請求項１または２に記載のＭＣＰアセンブリ。
4. 前記導電性材料は、ステンレス鋼、銅、およびモリブデンの何れかを主材料とする金属材料を含むことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載のＭＣＰアセンブリ。
5. 前記ＭＣＰユニットに対して前記可撓性シート電極の反対側に配置された上側支持部材であって、第１開口を有するとともに導電性材料からなる上側支持部材と、
   前記上側支持部材とともに前記可撓性シート電極を挟むよう配置された下側支持部材であって、第２開口を有するとともに導電性材料からなる下側支持部材と、
   前記ＭＣＰユニットと前記可撓性シート電極との間に配置された、第３開口を有する出力電極と、
   を、更に備えたことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載のＭＣＰアセンブリ。
6. 前記出力電極と前記下側支持部材との間に配置された、前記ＭＣＰユニットからの電子が通過する電子移動空間を取り囲む連続した内壁面により規定される貫通孔を有する絶縁部材を、更に備えたことを特徴とする請求項５に記載のＭＣＰアセンブリ。
7. 請求項１～６の何れか一項に記載のＭＣＰアセンブリと、
   前記ＭＣＰアセンブリを収納する筐体と、
   前記ＭＣＰアセンブリから放出された不要な荷電粒子を捕獲するための荷電粒子捕獲構造と、
   を備えた荷電粒子検出器。
8. 前記荷電粒子捕獲構造は、前記可撓性シート電極に対して前記ＭＣＰユニットの反対側に設置された外部電位形成電極を含むことを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子検出器。
9. 請求項１～６の何れか一項に記載のＭＣＰアセンブリと、
   前記ＭＣＰアセンブリを収納する筐体と、
   前記ＭＣＰアセンブリで増倍された後に前記ＭＣＰアセンブリから放出された二次電子を引き付ける二次電子増倍構造と、
   を備えた荷電粒子検出器。
10. 前記二次電子増倍構造は、前記可撓性シート電極に対して前記ＭＣＰユニットの反対側に配置され、前記可撓性シート電極の設定電位と等しいかそれよりも高い電位に設定されるよう構成された外部電極と、前記ＭＣＰユニットからの二次電子の入射に応答して前記外部電極から放出される反射電子を、前記可撓性シート電極と前記外部電極との間の空間に閉じ込めるための制限構造と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子検出器。
11. 前記二次電子増倍構造は、前記可撓性シート電極に対して前記ＭＣＰユニットの反対側に配置された、前記可撓性シート電極よりも低い電位に設定されるよう構成されたダイノードを含むことを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子検出器。

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