JPWO2011080959A1 - 質量分析装置、質量分析装置の制御装置、および質量分析方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、飛行するイオンが減衰しても、該イオンの存在量を正確に測定可能な質量分析装置、質量分析装置の制御装置、および質量分析方法を提供する。本発明の一実施形態は、雰囲気ガス中の特定の成分の存在量を測定する質量分析装置（１００７）であって、イオン発生源（３１ａ、３１ｂ）と、四重極型質量分析器（３４ａ、３４ｂ）と、イオン発生源（３１ａ）からの飛行距離が第１の飛行距離Ｌ１でのイオン（３５ａ）の第１のイオン電流を検出するコレクタ（３３ａ）と、第１の飛行距離Ｌ１よりも長い第２の飛行距離Ｌ２でのイオン（３５ｂ）の第２のイオン電流を検出するコレクタ（３３ｂ）とを備える。このような構成を備える質量分析装置（１００７）の制御部は、上記検出された第１および第２のイオン電流から特定のイオンの存在量を算出する。

Description

本発明は、測定すべき雰囲気ガス中の特定の成分の存在量を測定する質量分析装置、質量分析装置の制御装置、および質量分析方法に関するものである。

スパッタなどの真空プロセスにおいて、プロセス雰囲気ガス中の特定の成分の存在量を知ることは重要となっている。そのための質量分析装置では、雰囲気ガスをイオン源にてイオン化し、そのイオンを質量分析器にて質量を分別し、分別されたイオンをコレクタにて電流として計測する。このイオン電流が、測定すべき雰囲気の成分の存在量に対応することになる。

質量分析器では特殊な電磁界とした領域を持ち、その領域を特定のイオンのみが通過するようにして質量分別を行なう。代表的な質量分析器は四重極型質量分析器であり、４本の電極（ロッド）に高周波電界と直流電界が印加されている。四重極型質量分析器でのロッドの長さは質量分析器としての性能に関係するが、ある範囲では任意の長さとすることができる。図１Ａは、従来の四重極型質量分析器の断面図である。

図１Ａにおいて、四重極型質量分析器は、４つの電極（ロッド）４を有しており、イオン源１から放出されたイオン５が引き出し電極２に形成された開口を介して４つの電極４の間を通過して検出器３に入射する。このとき、４つの電極４のうち対向する（質量分析器の中心軸を間にして向き合う）電極を電気的に結合（導通）し、それぞれの電極セット間に直流電圧（ＤＣ）と高周波電圧（ＲＦ）を重畳した電圧を印加することにより、上記特殊な電磁界（四重極電界とも呼ぶ）が形成され、各電圧、周波数等に応じた質量数を有するイオンのみを、電極４の長手方向に通過させるようにしている。

さて、平均自由行程とは、イオンなどが雰囲気中を自由に飛行できる行程の平均値のことであり、スパッタプロセスで適用される圧力（１Ｐａ）の雰囲気では７ｍｍ程度となる。そのため、もし四重極型質量分析器のロッド長が７ｍｍとすると、雰囲気ガスとの衝突によりコレクタまで到達できるイオン電流は本来の１／ｅ（0.37）程度に減衰してしまう。

実際、性能面からロッド長は10〜30ｍｍ程度が必要なので、スパッタプロセスではイオン電流の減衰は不可避となっている。イオン電流の減衰状況は、イオンの飛行距離（ロッド長）とその雰囲気での平均自由行程との関係で決められる。図１Ｂに飛行によりイオン数が減衰する状況の一例を示す。図１Ｂにおいて、符号６は、本来（減衰前）のイオン電流であり、符号７は、計測された（減衰後）のイオン電流である。

特開平１１−３１４７３号公報 特開２００８−２０９１８１号公報 特開２００４−３４９１０２号公報 特開２００８−１８６７６５号公報

上述のように、成分の存在量に対応するイオン電流が減衰してしまうと、成分の正しい存在量を知ることは不可能となる。そこで従来では、雰囲気の圧力を別途手段によって測定し、計測されたイオン電流をその圧力値によって決められた換算式で補正して本来（減衰のない）のイオン電流を求めていた。しかし、上記換算式は装置や測定の諸条件によって変化するので補正の精度が悪く、また圧力を測定する手段も必要となり装置が複雑となっていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、飛行するイオンが減衰しても、該イオンの存在量を正確に測定可能な質量分析装置、質量分析装置の制御装置、および質量分析方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、質量分析装置であって、イオン発生源と、前記イオン発生源で発生したイオンを通過させる第１の移動経路の終端で特定のイオンの第１の電流値を検出し、前記第１の移動経路よりも長い、前記イオンを通過させる第２の移動経路の終端で前記特定のイオンの第２の電流値を検出する検出手段と、前記第１および第２の電流値から前記イオン発生源において発生した前記特定のイオンの存在量を算出する算出手段と前記第１の移動経路の少なくとも一部にて前記特定のイオンだけを通過させる第１の質量分別手段と、前記第２の移動経路の少なくとも一部にて前記特定のイオンだけを通過させる第２の質量分別手段とを備えることを特徴とする。

さらに、本発明は、特定のイオンの存在量を測定する質量分析方法であって、前記特定のイオンをイオン発生源から発生させる工程と、前記イオン発生源から第１の移動距離だけ移動し質量分別された前記特定のイオンの第１の電流値を検出し、前記イオン発生源から第１の移動距離よりも長い第２の移動距離だけ移動し質量分別された前記特定のイオンの第２の電流を検出する工程と、前記検出された第１および第２の電流から前記特定のイオンの存在量を算出する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、第１の飛行距離だけ飛行してきたイオンの電流と、第１の飛行距離よりも長い第２の飛行距離だけ飛行してきたイオンの電流とにより、衝突による減衰の無い本来のイオン電流を求めているので、飛行するイオンが減衰しても、該イオンの存在量を正確に測定可能である。

従来の四重極型質量分析器の断面図である。 飛行によりイオン数が減衰する状況の一例を示す図である。 本発明の原理を説明するための図である。 本発明の原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る平均自由行程を測定する質量分析装置を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る質量分析平均自由行程を測定する装置を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る質量分析平均自由行程を測定する装置を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る質量分析平均自由行程を測定する装置を示す図である。 図６Ａに示す四重極型質量分析器の断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る質量分析平均自由行程を測定する装置を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る質量分析平均自由行程を測定する装置を示す図である。 図８Ａに示すＴＯＦ型の質量分析装置の断面図である。 本発明に係る、平均自由行程を測定する装置における制御系の概略構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
雰囲気ガスとの衝突によるイオンの減衰の状況は、平均自由行程とイオン飛行距離とによって決められるので、もしイオンの飛行距離の異なる質量分析装置が同じ真空領域に設置されていれば、二つのイオン電流の変化は異なる指数関数となる。しかし、飛行距離による減衰状況以外の条件が同じであれば、その指数関数の仮数は同じとなり、指数のみが異なる二つの指数関数となる。これらの状況を図２Ａ、２Ｂに示す。

図２Ａは、本発明の一実施形態に係る質量分析装置の原理を説明するための図である。本発明の一実施形態では、同一の真空領域中において、２つの異なるイオンの飛行距離による質量分析を行う。よって、同一の真空領域中において、イオンの第１の飛行距離の少なくとも一部にて質量分別を行う第１の質量分析器（質量分別領域）と、該第１の飛行距離よりも長い、イオンの第２の飛行距離の少なくとも一部にて質量分別を行う第２の質量分析器（質量分別領域）とを設ける。

図２Ａにおいて、飛行距離が相対的に短い第１の飛行距離に対応する第１の構成では、イオン源２１ａ（イオン発生源）から第１の飛行距離Ｌ１だけ離間してコレクタ（検出器）２３ａ（第１の検出器）が配置されており、引き出し電極２２ａとコレクタ２３ａとの間に質量分析器（質量分別領域）２４ａが配置されている。すなわち、イオン源２１ａと該イオン源２１ａから第１の飛行距離Ｌ１だけ離間して配置されたコレクタ２３ａとの間に、質量分析器２４ａが配置されているので、該質量分析器２４ａは、第１の飛行距離Ｌ１の少なくとも一部にて質量分別を行なうことになる。このように、イオン源２１ａにて発生したイオン２５ａをコレクタ２３ａにて検出しているので、イオン源２１ａとコレクタ２３ａとの間の領域が上記イオン２５ａを通過させる第１の移動経路として機能し、該第１の移動経路の終端（図２Ａではコレクタ２３ａ）にてイオン２５ａを検出することになる。

上記第１の移動経路の少なくとも一部にて特定のイオンだけを通過させるように構成された第１の質量分別手段としての該質量分析器２４ａは、例えば４つの電極（ロッド）を有する四重極型質量分析器とすることができる。このように、四重極型質量分析器を用いる場合は、４つの電極４のうち対向する（質量分析器の中心軸を間にして向き合う）電極を電気的に結合（導通）し、それぞれの電極セット間に直流電圧（ＤＣ）と高周波電圧（ＲＦ）を重畳した電圧を印加することにより、四重極電界を形成し、各電圧、周波数等に応じた質量数を有するイオンのみを、上記電極の長手方向に通過させるようにしている。よって、イオン源２１ａから放出されたイオン２５ａは、引き出し電極２２ａの開口を介して質量分析器２４ａ中を飛行してコレクタ２３ａに入力される。このようにして、コレクタ２３ａにより、第１の飛行距離でのイオン２５ａの第１のイオン電流ＩＬ１（イオン電流値ＩＬ１（以下、イオン電流値を単に“イオン電流”と呼ぶこともある））を検出する。

同様に、上記第１の構成と同一の真空領域に配置される、飛行距離が相対的に長い第２の飛行距離に対応する第２の構成では、イオン源２１ｂ（イオン発生源）から第２の飛行距離Ｌ２だけ離間してコレクタ（検出器）２３ｂ（第２の検出器）が配置されており、引き出し電極２２ｂとコレクタ２３ｂとの間に質量分析器（質量分別領域）２４ｂが配置されている。すなわち、イオン源２１ｂと該イオン源２１ｂから第２の飛行距離Ｌ２だけ離間して配置されたコレクタ２３ｂとの間に、質量分析器２４ｂが配置されているので、該質量分析器２４ｂは、第２の飛行距離Ｌ２の少なくとも一部にて質量分別を行なうことになる。このように、イオン源２１ｂにて発生したイオン２５ｂをコレクタ２３ｂにて検出しているので、イオン源２１ｂとコレクタ２３ｂとの間の領域が上記イオン２５ｂを通過させる第２の移動経路として機能し、該第２の移動経路の終端（図２Ａではコレクタ２３ｂ）にてイオン２５ｂを検出することになる。

上記第２の移動経路の少なくとも一部にて特定のイオンだけを通過させるように構成された第２の質量分別手段としての該質量分析器２４ｂは、例えば４つの電極（ロッド）を有する四重極型質量分析器とすることができる。イオン源２１ｂから放出されたイオン２５ｂは、引き出し電極２２ｂの開口を介して質量分析器２４ｂ中を飛行してコレクタ２３ｂに入力される。このようにして、コレクタ２３ｂにより、第１の飛行距離よりも長い第２の飛行距離でのイオン２５ｂの第２のイオン電流ＩＬ２を検出する。

なお、図２Ａの構成では、第１の電流値であるイオン電流ＩＬ１および第２の電流値であるイオン電流ＩＬ２をそれぞれ、コレクタ２３ａ、２３ｂの測定結果から直接的に求めているが、本発明では、第１および第２の移動経路の終端の電流値を結果的に求めることができれば良い。従って、本発明の一実施形態では、第１および第２の電流値を間接的に求めても良い。

また、図２Ｂにおいて、符号２６は、本来（減衰前）の、すなわち雰囲気ガスと無衝突と仮定した場合のイオン電流と圧力との関係を示すグラフであり、符号２７は、減衰後のイオン電流であって、飛行距離が短い場合のイオン電流（コレクタ２３ａにて検出されるイオン電流）と圧力との関係を示すグラフであり、符号２８は、減衰後のイオン電流であって、飛行距離が長い場合のイオン電流（コレクタ２３ｂにて検出されるイオン電流）と圧力との関係を示すグラフである。

上述のように、第１および第２の飛行距離と該それぞれの飛行距離に対するイオン電流が分かると、減衰しなかった場合のイオン電流（本来のイオン電流）を算出することが可能となる。飛行距離はある程度の任意性があるが、その値は正確に知られていなければならない。なお、この計算には雰囲気の圧力は使われないので別途測定する必要はない。すなわち、従来のように、雰囲気の圧力を測定する必要が無く、さらに本来のイオン電流を求めるために、装置や測定の条件によって変化する、圧力による換算式を用いてイオン電流を補正する必要も無い。従って、装置や測定条件によらずに、正確に本来のイオン電流を測定することができる。

さて、本来のイオン電流をＩ０、平均自由行程をλ、二つの飛行距離をＬ１、Ｌ２、それぞれのイオン電流をＩＬ１、ＩＬ２とすると、減衰式より
ＩＬ１＝Ｉ０・ｅｘｐ（−Ｌ１／λ） ・・・（１）
ＩＬ２＝Ｉ０・ｅｘｐ（−Ｌ２／λ） ・・・（２）
対数をとって整理すると、式（１）、（２）は
λ＝−Ｌ１／Logｅ（ＩＬ１／Ｉ０） ・・・（３）
λ＝−Ｌ２／Logｅ（ＩＬ２／Ｉ０） ・・・（４）
式（３）、（４）からλを消去すると、
Ｌ１／Logｅ（ＩＬ１／Ｉ０）=Ｌ２／Logｅ（ＩＬ２／Ｉ０） ・・・（５）
式（５）の本来のイオン電流Ｉ０以外の値はすべて既知（Ｌ１，Ｌ２：設定値、ＩＬ１、ＩＬ２：例えば、コレクタ２３ａ、２３ｂでの計測値）であるため、式（５）より本来のイオン電流Ｉ０が算出される。このように、式（５）では、平均自由行程λと無関係となり、さらに、正確に求められる設定値Ｌ１、Ｌ２、およびコレクタでの計測値ＩＬ１、ＩＬ２により計算できるので、従来のように別個に測定が必要な圧力によって決められた換算値による補正を行わなくても、高精度な測定を行うことができる。

しかし、上式では「飛行距離による減衰状況以外の条件が同じ」と仮定しているが、実際には条件は全く同じとはならない。そこで、圧力が低くて減衰がない、あるいは低い状態でのイオン電流の比率を測定しておき、これで実際の計測値を補正することが望ましい。これを「減衰なし補正」とする。

上記「減衰なし較正」について説明する。
上記減衰なし補正においてはまず、減衰が無視できるような良い圧力（低い圧力）の状態でそれぞれのコレクタ２３ａ、２３ｂでのイオン電流ＩＬ１-Ａ、ＩＬ２-Ａを測定し、その値を初期値（減衰なしの値）として設定しておく。そして、実際の測定では、コレクタ２３ａ、２３ｂの各々で実測したイオン電流ＩＬ１、ＩＬ２をこの初期値で割った値に規格化して計算すればよい。コレクタ２３ａ、２３ｂで検出された電流値が減衰なしでａ対ｂ、減衰ありでｄ対ｅの場合、ＩＬ１対ＩＬ２は（ｄ／ａ）対（ｅ／ｂ）となる。

本明細書では、初期値を出すためのこのプロセスを「減衰なし較正」と呼ぶことにする。すなわち、減衰なし較正とは、第１の真空度（圧力）の状態（例えば、真空度の良い状態（圧力の低い状態））での、第１のコレクタおよび第２のコレクタにて検出された荷電粒子数の比率により、第２の真空度（圧力）の状態（例えば、第１の真空度よりも悪い真空度の状態（圧力の高い状態））での、第１のコレクタおよび第２のコレクタにて検出されたイオン電流の比率を較正することである。

後述する各実施形態にて説明する質量分析装置１００７は、図９に示す制御部１０００を内蔵することができる。また、該制御部を、インターフェースを介して接続するようにしても良い。

図９は、本発明の一実施形態に係る制御系の概略構成を示すブロック図である。
図９において、符号１０００は質量分析装置１００７全体を制御する制御手段としての制御部である。この制御部１０００は、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行するＣＰＵ１００１、およびこのＣＰＵ１００１によって実行される様々な制御プログラムなどを格納するＲＯＭ１００２を有する。また、制御部１０００は、ＣＰＵ１００１の処理動作中のデータや入力データなどを一時的に格納するＲＡＭ１００３、およびフラッシュメモリやＳＲＡＭ等の不揮発性メモリ１００４などを有する。

また、この制御部１０００には、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボードあるいは各種スイッチなどを含む入力操作部１００５、質量分析装置１００７の入力・設定状態などをはじめとする種々の表示を行う表示部１００６（例えば、ディスプレイ）が接続されている。

なお、本明細書において、「飛行距離」とは、用いる装置の構成、条件によって決まる距離であって、イオンを放出可能な部材のイオンを放出する面（例えば、イオン源のイオン放出面）から放出されたイオンが、所定のコレクタまで、振動しないで進むと仮定した際に実際に飛行する（進む）距離である。飛行距離の最も簡単な例としては、イオン源とコレクタを１つ設ける装置においては、イオン源のイオン発生面からコレクタのイオン捕捉面までの距離である。すなわち、イオンの飛行距離とは、イオンの移動経路（第１の移動経路や第２の移動経路）に沿ってイオンが移動した移動距離、すなわち、イオンの移動経路の長さである。よって、例えば、図２Ａの構成では、イオン源２１ａ（イオン源２１ｂ）から発生したイオン２５ａ（イオン２５ｂ）は、第１の移動距離（第２の移動距離）移動し、途中で質量分別されて、質量分別された特定のイオンがコレクタ２３ａ（２３ｂ）に入射する。

（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態に係る質量分析装置１００７を示す図である。
本実施形態では、ロッド（電極）の長さが異なる二つの四重極型質量分析装置３０ａ、３０ｂが、同じ真空領域に設置されている。四重極型質量分析装置３０ａ、３０ｂは、それぞれイオン源３１ａ、３１ｂ、引き出し電極３２ａ、３２ｂ、４つの電極（ロッド）を有する四重極型質量分析器３４ａ、３４ｂ、およびコレクタ３３ａ、３３ｂを備えている。

雰囲気ガス（中性分子）はイオン源３１ａ、３１ｂにてそれぞれのイオン（主に一価の正イオン）となる。イオン源３１ａ、３１ｂにて生成されたイオン３５ａ、３５ｂはそれぞれ引き出し電極３２ａ、３２ｂによる電界で引き出され、イオン源３１ａ、３１ｂとの電位差に対応するエネルギーで四重極型質量分析器３４ａ、３４ｂを飛行する。四重極型質量分析器３４ａ、３４ｂでは４本の電極（ロッド）に高周波電界と直流電界が印加されているので、特定なイオンのみが通過する。これにより質量分別された特定なイオンのみがコレクタ３３ａ、３３ｂに到達してイオン電流ＩＬ１、ＩＬ２として計測される。

イオン源３１ａからコレクタ３３ａまでの距離（第１の飛行距離）をＬ1、イオン源３１ｂからコレクタ３３ｂまでの距離（第２の飛行距離）をＬ２とする。本実施形態ではＬ１＝１０ｍｍ、Ｌ２＝３０ｍｍとしている。

上述のような構成において、イオン源３１ａから放出されたイオン３５ａは、引き出し電極３２ａの開口を介して四重極型質量分析器３４ａ中を飛行してコレクタ３３ａに入力される。このようにして、コレクタ３３ａにより、飛行距離Ｌ１だけ飛行したイオン３５ａのイオン電流ＩＬ１を検出する。本実施形態では、イオン源３１ａのイオン放出面とコレクタ３３ａのイオン検出面との間の領域であって、イオン源３１ａから発生したイオン３５ａが通過する領域が第１の移動経路となる。よって、四重極型質量分析装置３０ａは、該第１の移動経路の終端（コレクタ３３ａ）でイオン電流ＩＬ１（検出すべきイオンの第１の電流値）を検出する。なお、第１の移動経路の長さが距離Ｌ１であることは言うまでも無い。

同様に、イオン源３１ｂから放出されたイオン３５ｂは、引き出し電極３２ｂの開口を介して四重極型質量分析器３４ｂ中を飛行してコレクタ３３ｂに入力される。このようにして、コレクタ３３ｂにより、飛行距離Ｌ１よりも長い飛行距離Ｌ２だけ飛行したイオン３５ｂのイオン電流ＩＬ２を検出する。本実施形態では、イオン源３１ｂのイオン放出面とコレクタ３３ｂのイオン検出面との間の領域であって、イオン源３１ｂから発生したイオン３５ｂが通過する領域が第２の移動経路となる。よって、四重極型質量分析装置３０ｂは、第１の移動経路よりも長い第２の移動経路の終端（コレクタ３３ｂ）でイオン電流ＩＬ２（検出すべきイオンの第２の電流値）を検出する。なお、第２の移動経路の長さが距離Ｌ２であることは言うまでも無い。

実際の測定としては、例えば次のように行なえば良い。
まず、圧力が十分低い雰囲気において、特定の成分の存在量（例えば、特定のイオンの圧力、密度、濃度など様々な表現が可能）とイオン電流との関係を求めておく。すなわち、コレクタ電流をＩ、存在量をＣとし、特定のイオン（測定対象のガスのイオン）について、予め次式のＫなる比例係数（感度）Ｋを求めておく。
Ｃ＝Ｋ×Ｉ ・・・（６）
つぎに「減衰なし補正」を行う場合は、該減衰なし補正のために、同じく圧力が十分低い雰囲気において、コレクタ３３ａとコレクタ３３ｂとでの特定イオンのイオン電流を求め、これをＩＬ１-Ａ、ＩＬ２-Ａとする。ここまでの予備測定を行なっておいてから実際の測定に移る。なお、十分に低い圧力の具体的な値としては、平均自由行程がロッド長（四重極型質量分析器の電極長）よりも十分に大きくなることが必要で、本実施形態では、例えば１０００ｍｍ程度、圧力として７×１０^−３Ｐａ程度の圧力であれば良い。

実際の測定では、圧力以外は予備測定と同じ条件として、コレクタ３３ａとコレクタ３３ｂとでの特定のイオンのイオン電流を求めて、これをＩＬ１-Ｂ、ＩＬ２-Ｂとする。

減衰のない本来のイオン電流を求めるため、計算を次のように行なう。
「減衰なし補正」を行わない場合は、式（５）のＩＬ１に上記測定されたＩＬ１-Ｂを、またＩＬ２に上記測定されたＩＬ２-Ｂを代入し、Ｌ１＝１０、Ｌ２＝３０を代入して本来のイオン電流Ｉ０を求める。このようにして計算されたＩ０をＩとして式（６）から特定のイオンの存在量を求める。

また、「減衰なし補正」を行う場合は、下式（７）、（８）を用いて、第１および第２の飛行距離での特定のイオンの正しい（飛行距離による減衰以外の条件を同じにした場合の）イオン電流であるＩＬ１-Ｃ、ＩＬ２-Ｃを求める。
ＩＬ１-Ｃ＝ＩＬ１-Ｂ×{ＩＬ１-Ａ／（ＩＬ１-Ａ+ＩＬ２-Ａ）} ・・・（７）
ＩＬ２-Ｃ＝ＩＬ２-Ｂ×{ＩＬ２-Ａ／（ＩＬ１-Ａ+ＩＬ２-Ａ）} ・・・（８）
このＩＬ１-Ｃ、ＩＬ２-ＣをそれぞれＩＬ１、ＩＬ２とし、またＬ１＝１０、Ｌ２＝３０として式（５）から特定イオンの本来のイオン電流であるＩ０を求める。さらに、このようにして計算されたＩ０をＩとして式（６）から特定のイオンの存在量を求める。

具体的な式の展開は、式（５）にＬ１＝１０、Ｌ２＝３０を代入して、
１０／Logｅ（ＩＬ１／Ｉ０）=３０／Logｅ（ＩＬ２／Ｉ０）
∴ Logｅ（ＩＬ２／Ｉ０）／Logｅ（ＩＬ１／Ｉ０）=３０／１０＝３
対数定理より
Log_{（ＩＬ１／Ｉ０）}（ＩＬ２／Ｉ０）＝３
すなわち、（ＩＬ１／Ｉ０）を底とした（ＩＬ２／Ｉ０）の対数が３であるので、
（ＩＬ１／Ｉ０）^３ ＝ ＩＬ２／Ｉ０
ＩＬ１^３／Ｉ０^２ ＝ ＩＬ２／１
∴ Ｉ０^２ ＝ ＩＬ１^３／ＩＬ２
∴ Ｉ０＝ （ＩＬ１^３／ＩＬ２）^１／２ ・・・（５ａ）
このように、例えばＬ１＝１０、Ｌ２＝３０である場合は、式（５ａ）により、本来のイオン電流Ｉ０を求めることができる。

別の特定のイオンの存在量を求める方法も上記と同じである。また、上記の予備測定を毎回行なわずに過去のデータを使用することも可能である。

さらに、スパッタなどでは主成分（Ａｒ）が決まっているので、Ａｒの存在量をＣＡｒ、イオン電流をＩＡｒとして、下式（９）を（６）の代わりに使うことも出来る。
Ｃ＝ＣＡｒ×Ｉ／ＩＡｒ ・・・（９）
ただし、ＩＡｒも式、（５）（減衰なし補正を行う場合は式（７）、（８）も）を使用して計算する。ＣＡｒは真空計による全圧の値を使用する。

以下に、本実施形態に係る質量分析装置による測定動作の一例を説明する。
まずは、式（６）の比例定数Ｋを求めるための予備測定を行う。本実施形態では、存在量として圧力を用いる例について説明する。
本実施形態では、圧力が十分に低い状態での存在量Ｃ１および該状態でのイオン電流Ｉ１を求める必要がある。そこで、上記イオン電流Ｉ１の測定に先立って、質量分析装置１００７が配置される真空領域（例えば、チャンバ）に、特定のガス（測定対象のガス）を、圧力が十分に低い状態となるように導入し、その時の圧力を電離真空計により測定する。すなわち、制御部１０００は、上記真空領域内の圧力を求めるように電離真空計を制御し、この電離真空計により測定された圧力を取得して、存在量Ｃ１としてＲＡＭ１００３に格納する。

次いで、上記圧力が十分に低い状態において、イオン源３１ａからイオン（測定対象のガスのイオン）を発生させて四重極型質量分析器３４ａに入射し、四重極型質量分析器３４ａにて特定のイオン（測定対象のガスのイオン）を質量分別させて、該特定のイオンをコレクタ３３ａに入射させる。すなわち、制御部１０００は、イオン源３１ａからイオン３５ａが発生し、四重極型質量分析器３４ａ（高周波電源および直流電源など）が該イオン３５ａから特定のイオンを質量分別するように質量分別装置１００７を制御する。さらに、制御部１０００は、コレクタ３３ａにてイオンを検出するように質量分別装置１００７を制御し、検出されたイオン電流Ｉ１を質量分別装置１００７から取得し、ＲＡＭ１００３に格納する。

このように存在量Ｃ１とイオン電流Ｉ１とを取得すると、制御部１０００は、ＲＡＭ１００３から存在量Ｃ１とイオン電流Ｉ１とを読み出し、式（６）に従って、特定のガスに対する比例定数Ｋを求め、不揮発性メモリ１００４に格納する。

上記予備測定を完了すると、実際の測定を行う。
実際の測定ではまず、イオン源３１ａ、３１ｂにてイオン３５ａ、３５ｂを発生させ、該イオン３５ａ、３５ｂを四重極型質量分析器３４ａ、３４ｂに入力させる。すなわち、制御部１０００は、イオン源３１ａ、３１ｂからイオン３５ａ、３５ｂが発生するように、質量分析装置１００７を制御する。

つぎに、コレクタ３３ａ、３３ｂに入力されたイオンのイオン電流ＩＬ１-Ｂ、ＩＬ２-Ｂを計測する。すなわち、制御部１０００は、コレクタ３３ａ、３３ｂにてイオン電流を検出するように質量分析装置１００７を制御し、検出されたイオン電流ＩＬ１-Ｂ、ＩＬ２-Ｂを質量分析装置１００７から取得し、ＲＡＭ１００３に格納する。

なお、例えば、不揮発性メモリ１００４には、距離Ｌ１の値（＝１０ｍｍ）および距離Ｌ２の値（＝３０ｍｍ）を予め格納しておく。

制御部１０００は、不揮発性メモリ１００４から設定値であるＬ１およびＬ２の値を読み出し、さらにＲＡＭ１００３から測定値であるイオン電流ＩＬ１-Ｂ、ＩＬ２-Ｂを読み出し、イオン電流ＩＬ１-Ｂ、ＩＬ２-ＢをそれぞれＩＬ１、ＩＬ２として、式（５）に従って、本来のイオン電流Ｉ０を算出する。

上記本来のイオン電流Ｉ０を算出すると、制御部１０００は、不揮発性メモリ１００４から比例定数Ｋを読み出して、該比例定数Ｋおよび上記算出されたイオン電流Ｉ０から、式（６）に従って、上記特定のイオンの存在量を算出する。このように、本実施形態では、制御部１０００は、コレクタ３３ａ、３３ｂにて計測された第１および第２の電流値であるイオン電流ＩＬ１−Ｂ、ＩＬ２−Ｂを減衰式である式（５）に代入する工程を実行して、上記特定のイオンの存在量を算出する。

本実施形態では、特定のイオンの存在量の算出の際に、「減衰なし補正」を行っても良い。「減衰なし補正」を行う場合は、圧力を十分に低い状態（例えば、７×１０^−３Ｐａなど）にして、コレクタ３３ａ、３３ｂにてイオン電流ＩＬ１-Ａ、ＩＬ２-Ａを測定する。すなわち、圧力以外は実際の測定と同じ条件とし、コレクタ３３ａ、３３ｂでのイオン電流を減衰なしの初期値として設定する。そして、実測したイオン電流のそれぞれをこの初期値で割った値に規格化して計算に使用する。すなわち、減衰なし較正のための測定では、コレクタ３３ａがイオン電流ＩＬ１-Ａを検出し、コレクタ３３ｂがイオン電流ＩＬ２-Ａを検出する。これら検出されたイオン電流ＩＬ１-Ａ、ＩＬ２-Ａはそれぞれ、不揮発性メモリ１００４に記憶される。従って、制御部１０００は、減衰なし較正を行う場合に、不揮発性メモリ１００４に記憶された初期値としてのイオン電流ＩＬ１-Ａ、ＩＬ２-Ａを適宜読み出し、該読み出された初期値によって測定値を割った値に規格化して減衰なし較正を行う。

例えば、減衰なし補正を行う場合、制御部１０００は、ＲＡＭ１００３から検出されたイオン電流ＩＬ１-Ｂ、ＩＬ２-Ｂを読み出し、さらに不揮発性メモリ１００４から初期値としてのイオン電流ＩＬ１-Ａ、ＩＬ２-Ａを読み出し、式（７）、（８）に従って、減衰なし補正されたイオン電流ＩＬ１-Ｃ、ＩＬ２-Ｃを算出する。次いで、制御部１０００は、該イオン電流ＩＬ１-Ｃ、ＩＬ２-Ｃ、および距離Ｌ１、Ｌ２を用いて、式（５）に従って、本来のイオン電流Ｉ０を算出し、該算出されたイオン電流Ｉ０および比例定数Ｋから式（６）を用いて存在量を算出する。

このように、本実施形態では、本来のイオン電流の取得に際して装置や測定方法に依存する圧力値によって決められた換算式で補正して求める必要が無く、正確に求めることができるイオンの飛行距離と、２つの異なるイオンの飛行距離でのイオン電流の計測値とにより、本来のイオン電流を正確に求めることができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る質量分析装置１００７を示す図である。本実施形態では、一つのイオン源４１、および一つの四重極型質量分析器４４を持つ四重極型質量分析装置であるが、四重極型質量分析器の電極（ロッド）が長手方向で２分割になっており途中に別途コレクタ４３ａが設けられている。このコレクタ４３ａには開口が設けられており一部のイオンはここで捕捉されて検出されるが、他のイオンは通過して四重極型質量分析器４４の後段に配置されたコレクタ４３ｂで検出される。

図４において、四重極型質量分析器４４は、第１の長さの４つの電極（ロッド）４４ａと、第２の長さの４つの電極（ロッド）４４ｂとを有し、四重極型質量分析器４４の長手方向において２分割された形態である。本実施形態では、４つの電極４４ａを有する質量分析器と、４つの電極４４ｂを有する質量分別器との２つの質量分別器を備えているとも言える。

２分割の間（電極４４ａにより形成された質量分別領域と電極４４ｂにより形成された質量分別領域との間）には、第１の飛行距離Ｌ１を飛行したイオン４５を検出するためのコレクタ４３ａが設けられている。また、四重極型質量分析器４４の後段には、第２の飛行距離Ｌ２を飛行したイオン４５を検出するためのコレクタ４３ｂが設けられている。

本実施形態では、イオン源４１からコレクタ４３ａまでの距離Ｌ1（第１の飛行距離）を１０ｍｍ、イオン源４１からコレクタ４３ｂまでの距離Ｌ２（第２の飛行距離）を３０ｍｍとしている。

本実施形態では、コレクタ４３ａは、少なくとも１つの開口を有するコレクタであり、一部のイオンは検出するが、残りのイオンはそのまま透過して、コレクタ４３ａよりも遠くに位置するコレクタ４３ｂに進むように構成されている。コレクタ４３ａをこのように構成することにより、コレクタ４３ａとコレクタ４３ｂとを直列に設置（同一のイオンの飛行軸上に二つのコレクタを配置）することができ、一つのイオン源４１による測定を行うことができる。

上記コレクタ４３ａの構成としては、少なくとも１つの開口を有する構成の他に、メッシュ状、スリット状であってもよく、あるいは、導電性の部材を薄膜化したもの(例えば、シリコン薄膜)であっても良い。所定条件においては、導電性薄膜にイオンが入射すると、その一部は該導電性薄膜に捕捉され、他の一部はそのまま透過する。このように、本実施形態では、コレクタ４３ａとしては、入射されたイオンの一部を検出し、他の一部を透過させることができる部材であればいずれの部材を用いても良い。

上述のような構成において、イオン源４１から放出されたイオン４５は、引き出し電極４２の開口を介して四重極型質量分析器４４が有する電極４４ａ中（第１の質量分別領域）を飛行してコレクタ４３ａに入力される。該コレクタ４３ａは、入力されたイオン４５の一部を捕捉し、他の一部を透過させて質量型質量分析器４４が有する電極４４ｂ（質量分別領域）へと入力する。このように、コレクタ４３ａにより、飛行距離Ｌ１だけ飛行したイオン４５のイオン電流ＩＬ１を検出する。本実施形態では、イオン源４１のイオン放出面とコレクタ４３ａのイオン検出面との間の領域であって、イオン源４１から発生したイオン４５が通過する領域が第１の移動経路となる。よって、本実施形態に係る質量分析装置１００７は、該第１の移動経路の終端（コレクタ４３ａ）でイオン電流ＩＬ１（検出すべきイオンの第１の電流値）を検出する。

上記コレクタ４３ａを透過したイオン４５は四重極型質量分析器４４が有する電極４４ｂ中を飛行してコレクタ４３ｂに入力される。このようにして、コレクタ４３ｂにより、飛行距離Ｌ１よりも長い飛行距離Ｌ２だけ飛行したイオン４５のイオン電流ＩＬ２を検出する。このとき、４つの電極４４ａにより囲まれた領域および４つの電極４４ｂにより囲まれた領域が、第２の飛行距離Ｌ２にて質量分別を行う第２の質量分別領域となる。本実施形態では、イオン源４１のイオン放出面とコレクタ４３ｂのイオン検出面との間の領域であって、イオン源４１から発生したイオン４５が通過する領域が第２の移動経路となる。よって、本実施形態に係る質量分析装置１００７は、第１の移動経路よりも長い第２の移動経路の終端（コレクタ４３ｂ）でイオン電流ＩＬ２（検出すべきイオンの第２の電流値）を検出する。

なお、図４からも明らかなように、本実施形態では、コレクタ４３ａおよびコレクタ４３ｂを直線的に配置し、単一のイオン源４１から発生したイオン４５を、イオン源４１に相対的に近いコレクタ４３ａおよび相対的に遠いコレクタ４３ｂの双方で検出しているので、第１の移動経路は、第２の移動経路の一部を構成している。

なお、本実施形態では、ロッドの分割以外は第１の実施形態と同じ構造であり、予備測定・実際の測定・計算などの方法もすべて第１の実施形態と同じである。
本実施形態ではイオン源を共用し、イオンの飛行領域も重なっているので、第１の実施形態に比べてより小型とすることができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る質量分析装置１００７を示す図である。本実施形態では、一つのイオン源５１を持つ四重極型質量分析装置であるが、イオン源５１はふたつの引き出し電極（切り換え電極）５２ａ、５２ｂによって、両側のいずれかにイオンを引き出されるようになっている。そして、二つの四重極型質量分析器（質量分別領域）５４ａ、５４ｂと二つのコレクタ５３ａ、５３ｂとがイオン源５１の両側に設けられ、どちらかに引き出されたイオンの質量分別・検出が行なえるようになっている。

図５において、イオン源５１の対向する一方側には、引き出し電極５２ａ、四重極型質量分析器５４ａ、およびイオン源５１から距離Ｌ１だけ離間して配置されたコレクタ５３ａがこの順番で設けられている。また、イオン源５１の対向する他方側には、引き出し電極５２ｂ、四重極型質量分析器５４ｂ、およびイオン源５１から距離Ｌ２だけ離間して配置されたコレクタ５３ｂがこの順番で設けられている。

このような構成において、引き出し電極５２ａに所定の電圧を印加すると、イオン源５１からイオン５５ａが引き出し電極５２ａ側に引き出され、引き出し電極５２ａの開口を介して四重極型質量分析器５４ａ中を飛行してコレクタ５３ａに入力される。このようにして、コレクタ５３ａにより、飛行距離Ｌ１だけ飛行したイオン５５ａのイオン電流ＩＬ１を検出する。本実施形態では、イオン源５１のコレクタ５３ａ側のイオン放出面とコレクタ５３ａのイオン検出面との間の領域であって、イオン源５１から発生したイオン５５ａが通過する領域が第１の移動経路となる。よって、本実施形態に係る質量分析装置１００７は、該第１の移動経路の終端（コレクタ５３ａ）でイオン電流ＩＬ１（検出すべきイオンの第１の電流値）を検出する。

同様に、引き出し電極５２ｂに所定の電圧を印加すると、イオン源５１からイオン５５ｂが引き出し電極５２ｂ側に引き出され、引き出し電極５２ｂの開口を介して四重極型質量分析器５４ｂ中を飛行してコレクタ５３ｂに入力される。このようにして、コレクタ５３ｂにより、飛行距離Ｌ１よりも長い飛行距離Ｌ２だけ飛行したイオン５５ｂのイオン電流ＩＬ２を検出する。本実施形態では、イオン源５１のコレクタ５３ｂ側のイオン放出面とコレクタ５３ｂのイオン検出面との間の領域であって、イオン源５１から発生したイオン５５ｂが通過する領域が第２の移動経路となる。よって、本実施形態に係る質量分析装置１００７は、第１の移動経路よりも長い第２の移動経路の終端（コレクタ５３ｂ）でイオン電流ＩＬ２（検出すべきイオンの第２の電流値）を検出する。

なお、本実施形態では、二つの引き出し電極（切り換え電極）以外は第２の実施形態と同じ構造であり、予備測定・実際の測定・計算などの方法はすべて第１の実施形態と同じである。
本実施形態ではイオン源の共用以外は独立しているので、第２の実施形態に比べてよりシンプルとなっている。

なお、質量分析装置の構成要素の共用という観点から、コレクタを共用するように構成しても良い。この場合は、例えば、図５において、第１のイオン検出面および該第１のイオン検出面とは異なる第２のイオン検出面を有するコレクタ（図５では、対向する２面をイオン検出面とするコレクタ）をイオン源５１に変えて配置する。さらに、コレクタ５３ａおよび５３ｂのそれぞれに変えて別個のイオン源を配置する。このような構成により、単一のコレクタにて、第１の飛行距離Ｌ１のイオンと、第２の飛行距離Ｌ２のイオンとの双方を検出することができる。

さて、第１〜第３の実施形態では、質量分析器としての四重極型質量分析器を直線状にしているが、四重極型質量分析器が有する４つの電極を非直線状にして、四重極型質量分析器を非直線状にしても良い。すなわち、第１の飛行距離での質量分別を行う第１の質量分別領域（第１〜第３の実施形態では、符号３４ａ、４４ａ、５４ａ）、および第２の飛行距離での質量分別を行う質量分別領域（第１〜第３の実施形態では、符号３４ｂ、４４ｂ、５４ｂ）の少なくとも一方を非直線状にしても良い。

質量分析の際には、イオン源からコレクタにはイオンの他に真空紫外線が入射することがある。これは、真空紫外光（高エネルギーを持った光）がイオン源で発生するためである。また、四重極型質量分析器が有する電極にイオンが衝突することにより、軟Ｘ線（より高いエネルギーを持った光）が発生してコレクタに入射することもある。このような真空紫外線や軟Ｘ線、あるいは他の要因でコレクタに入射した高エネルギーを持った光を総じて「迷光」と呼ぶことにする。すなわち、四重極型質量分析器といった質量分別領域には、イオンと共に、迷光が入射、あるいは生成されることがある。

そこで、上述のように、質量分別領域としての質量分析器を非直線状に形成することにより、質量分析器に入射されたイオンは、質量分析器により形成された電界（四重極型質量分析器の場合は、四重極電界）により上記非直線状に進行するが、迷光は質量分析器の内部にて反射されたり、質量分析器に形成された隙間（四重極型質量分析器の場合は、電極間の領域）から外部へと透過していくことになる。よって、迷光がコレクタに入射するのを低減することができ、Ｓ／Ｎ比をさらに向上させることができる。

（第４の実施形態）
図６Ａは、本発明の第４の実施形態に係る質量分析装置１００７を示す図である。本実施形態では、一つのイオン源６１を持つ四重極型質量分析装置であるが、イオン源６１は二つの引き出し電極（切り換え電極）６２ａ、６２ｂによって、両側のいずれかにイオンが引き出されるようになっている。そして、二つの円弧状の電極（ロッド）を有する四重極型質量分析器（質量分別領域）６４ａ、６４ｂがイオン源６１の両側に設けられ、どちらかに引き出されたイオンの質量分別が行なえるようになっている。しかし、ふたつの円弧状の電極（ロッド）の終端部は同じ位置となるので、コレクタ６３はひとつとなっている。

通常四重極型質量分析器の電極（ロッド）は直線状であるが、直線であることは必ずしも絶対条件ではない。上記電極（ロッド）が非直線状（例えば、円弧状）であっても図６Ｂに示された断面形状になっていれば、基本的な質量分別の機能を保持している。このことは、上述のように、第１〜第３の実施形態にも同様のことが言える。

図６Ａにおいて、対向するイオン源６１の一方側から放出されたイオン６５ａを、コレクタ６３の第１のイオン検出面６３ａにて検出し、対向するイオン源６１の他方側から放出されたイオン６５ｂを、コレクタ６３の第１のイオン検出面と対向する第２のイオン検出面６３ｂにて検出する。

上記イオン源６１の一方側には引き出し電極６２ａが設けられており、該引き出し電極６２ａの後段には、円弧状の四重極型質量分析器６４ａが設けられている。該円弧状の四重極型質量分析器６４ａの後段には、コレクタ６３が、該コレクタ６３の第１のイオン検出面６３ａによりイオン６５ａを検出するように設けられている。すなわち、コレクタ６３の第１のイオン検出面６３ａに第１の飛行距離Ｌ１のイオン６５ａが入射するように、四重極型質量分析器６４ａを非直線状（ここでは円弧状）に形成している。

一方、上記イオン源６１の他方側には引き出し電極６２ｂが設けられており、該引き出し電極６２ｂの後段には、円弧状の四重極型質量分析器６４ｂが設けられている。該円弧状の四重極型質量分析器６４ｂの後段には、コレクタ６３が、該コレクタ６３の第２のイオン検出面６３ｂによりイオン６５ｂを検出するように設けられている。すなわち、コレクタ６３の第２のイオン検出面６３ｂに第２の飛行距離Ｌ２のイオン６５ｂが入射するように、四重極型質量分析器６４ｂを非直線状（ここでは円弧状）に形成している。

なお、上記四重極型質量分析器６４ａ、６４ｂを、同心の４つの円環状の電極を用いて構成することは、四重極型質量分析器が有する４つの電極を高い平行度で配置することができるので好ましい。すなわち、同心の４つの円環状の電極を用いると、該４つの電極を平行に配置する際の基準点（同心点）を設けることができるので、該基準点を基準に配置することにより、図６Ｂに示すような形態で、円弧状の４つの電極を高い平行度で配置することができる。

このような構成において、引き出し電極６２ａに所定の電圧を印加すると、イオン源６１からイオン６５ａが引き出し電極６２ａ側に引き出され、引き出し電極６２ａの開口を介して四重極型質量分析器６４ａ中を第１の飛行距離Ｌ１だけ飛行してコレクタ６３の第１のイオン検出面６３ａに入力される。このようにして、コレクタ６３により、飛行距離Ｌ１だけ飛行したイオン６５ａのイオン電流ＩＬ１を検出する。本実施形態では、イオン源６１の、第１のイオン検出面６３ａと対向する側のイオン放出面と第１のイオン検出面６３ａとの間の四重極型質量分析器６４ａの形状に沿った円弧状の領域であって、イオン源６１から発生したイオン６５ａが通過する領域が第１の移動経路となる。よって、本実施形態に係る質量分析装置１００７は、該第１の移動経路の終端（コレクタ６３の第１のイオン検出面６３ａ）でイオン電流ＩＬ１（検出すべきイオンの第１の電流値）を検出する。

同様に、引き出し電極６２ｂに所定の電圧を印加すると、イオン源６１からイオン６５ｂが引き出し電極６２ｂ側に引き出され、引き出し電極６２ｂの開口を介して四重極型質量分析器６４ｂ中を第２の飛行距離Ｌ２だけ飛行してコレクタ６３の第２のイオン検出面６３ｂに入力される。このようにして、コレクタ６３により、飛行距離Ｌ１よりも長い飛行距離Ｌ２だけ飛行したイオン６５ｂのイオン電流ＩＬ２を検出する。本実施形態では、イオン源６１の、第２のイオン検出面６３ｂと対向する側のイオン放出面と第２のイオン検出面６３ｂとの間の四重極型質量分析器６４ｂの形状に沿った円弧状の領域であって、イオン源６１から発生したイオン６５ｂが通過する領域が第２の移動経路となる。よって、本実施形態に係る質量分析装置１００７は、第１の移動経路よりも長い第２の移動経路の終端（コレクタ６３の第２のイオン検出面６３ｂ）でイオン電流ＩＬ２（検出すべきイオンの第２の電流値）を検出する。

本実施形態では、円弧状の電極（ロッド）および１つのコレクタの使用以外は第３の実施形態と同じ構造であり、予備測定・実際の測定・計算などの方法はすべて第１の実施形態と同じである。

本実施形態ではコレクタ、（およびそれに伴う検出系）はひとつなので、第３の実施形態に比べてよりシンプルとなっている。さらに、四重極型質量分析器６４ａ、６４ｂを円弧状といった非直線状に形成しているので、迷光のコレクタ６３への入射を低減することができる。

なお、本実施形態では、四重極型質量分析器が有する電極を円弧状にすることが本質ではなく、装置をよりシンプルにするために、１つのコレクタにて、第１の飛行距離のイオン、および該第１の飛行距離のイオンと同一のイオン源から放出された第２の飛行距離のイオンを検出することを本質としている。このとき、単一のイオン源から放射される２つのイオンの軌道のうち、少なくとも一方のイオンの軌道を非直線状にすることにより、該２つのイオンを単一のコレクタに入射させることができる。すなわち、２つの質量分別領域（質量分析器）の少なくとも一方を非直線状にして少なくとも一方のイオンの軌道を曲げることにより、単一のコレクタへの、２つの飛行距離のイオンの入射を実現している。

なお、単一のコレクタは、第１のイオン検出面と該第１のイオン検出面とは異なる第２のイオン検出面との２つの面を少なくとも有するように構成しても良い。図６Ａでは、第１のイオン検出面６３ａと第２のイオン検出面６３ｂとを対向するように設け、第１の飛行距離Ｌ１だけ飛行したイオン６５ａが第１のイオン検出面６３ａに入射するように質量分別領域である四重極型質量分析器６４ａを構成し、第２の飛行距離Ｌ２だけ飛行したイオン６５ｂが第２のイオン検出面６３ｂに入射するように質量分別領域である四重極型質量分析器６４ｂを構成している。

なお、第１のイオン検出面６３ａと第２のイオン検出面６３ｂとは対向している必要は無い。例えば、図６Ａにおいて、第２のイオン検出面６３ｂを第１のイオン検出面６３ａの隣の面（図６Ａの紙面垂直方向の面）に設けても良い。この場合は、引き出し電極６２ｂを、イオン源６１の、図６Ａの紙面垂直方向側に設け、四重極型質量分析器６４ｂを、図６Ａの紙面垂直方向側に９０°回転した形で配置すれば良い。このようにすれば、イオン源６１から、図６Ａの紙面垂直方向に放出されたイオン６５ｂは、四重極型質量分析器６４ｂを通過して、コレクタ６３の、図６Ａの紙面垂直方向の面に設けられた第２のイオン検出面６３ｂに入射する。

このように、本実施形態では、第１の飛行距離Ｌ１にて質量分別を行う第１の質量分別領域（質量分析器）と、第２の飛行距離Ｌ２にて質量分別を行う第２の質量分別領域（質量分析器）との少なくとも一方を非直線状に形成しているので、単一のイオン源および単一のコレクタにて、第１の飛行距離Ｌ１のイオン電流ＩＬ１と、第２の飛行距離Ｌ２のイオン電流ＩＬ２を検出することができる。なお、非直線状の質量分別領域としては、円弧状の質量分別領域であることは、イオンの飛行距離を容易に求めることができるので、好ましい。

（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係る質量分析装置１００７を示す図である。本実施形態に係る質量分析装置１００７は、一つのイオン源を持つＴＯＦ（Time of fly：飛行時間）型の質量分析装置であるが、コレクタ７３ａには開口が設けられており一部のイオンはここで捕捉されて検出されるが、他のイオンは通過してコレクタ７３ｂで検出される。イオン源７１からコレクタ７３ａまでの距離Ｌ１（第１の飛行距離）を１０ｍｍ、イオン源７１からコレクタ７３ｂまでの距離Ｌ２（第２の飛行距離）を３０ｍｍとしている。

図７において、ＴＯＦ型の質量分析装置１００７は、イオン源７１と、ブランキング電極としての引き出し電極７２と、イオン源７１から距離Ｌ１だけ離間して配置されたコレクタ７３ａと、イオン源７１から距離Ｌ２だけ離間して配置されたコレクタ７３ｂとを備える。

ＴＯＦ型質量分析装置は、イオンを断続的に発生させて、イオンがある距離を飛行する時間から質量分別する。本実施形態では、イオン源７１から飛行距離Ｌ１だけ飛行したイオンを検出するようにコレクタ７３ａが設けられているので、符号７４ａが、第１の飛行距離Ｌ１にて質量分別を行う質量分別領域となる。また、イオン源７１から飛行距離Ｌ２だけ飛行したイオンを検出するようにコレクタ７３ｂが設けられているので、符号７４ｂが、第２の飛行距離Ｌ２にて質量分別を行う質量分別領域となる。

本実施形態では、イオン源７１のイオン放出面とコレクタ７３ａのイオン検出面との間の領域であって、イオン源７１から発生したイオンが通過する領域が第１の移動経路となる。また、イオン源７１のイオン放出面とコレクタ７３ｂのイオン検出面との間の領域であって、イオン源７１から発生したイオンが通過する領域が第２の移動経路となる。よって、ＴＯＦ型の質量分析装置１００７は、該第１の移動経路の終端（コレクタ７３ａ）でイオン電流ＩＬ１（検出すべきイオンの第１の電流値）を検出する。すなわち、質量分析装置１００７は、コレクタ７３ａにて検出されたイオンの電流の測定結果から第１のイオン電流値であるイオン電流ＩＬ１を検出する。また、質量分析装置１００７は、第１の移動経路よりも長い第２の移動経路の終端（コレクタ７３ｂ）でイオン電流ＩＬ２（検出すべきイオンの第２の電流値）を検出する。すなわち、質量分析装置１００７は、コレクタ７３ｂにて検出されたイオンの電流の測定結果から第２のイオン電流値であるイオン電流ＩＬ２を検出する。

イオンの断続発生には、引き出し電極７２の電位を矩形波状で変化させる。直線飛行の場合には飛行空間は無電界となり電極は不要となる。

なお、本実施形態では、質量分析装置をＴＯＦ型に構成すること以外は第２の実施形態と同じ構造であり、予備測定・実際の測定・計算などの方法はすべて第１の実施形態と同じである。
本実施形態では電極（ロッド）が不要なので、第２の実施形態に比べてよりシンプルな構成となっている。

（第６の実施形態）
図８Ａは、本発明の第６の実施形態に係る質量分析装置１００７を示す図である。本実施形態に係る質量分析装置１００７は、一つのイオン源８１を持つＴＯＦ（Time of fly：飛行時間）型の質量分析装置であるが、イオンの飛行領域８４は内外２組の偏向リング８６ａ、８６ｂによる円弧状となっている。本実施形態では、図８Ｂに示すように、内側の偏向リング８６ａと外側の偏向リング８６ｂとには直流（ＤＣ）電源が接続されており、これら内側の偏向リング８６ａと外側の偏向リング８６ｂとに所定の直流電圧を印加することにより、イオン８５は、円弧状に飛行する。

また、イオン源８１からのイオンは投入用の偏向電極８７ａによって円周軌道に入り、複数回の周回を行なった後、取り出し用の偏向電極８７ｂによって円周軌道からはずれてコレクタ８３にて検出される。周回の回数（すなわち、イオンの飛行距離（移動距離））は、取り出し用の偏向電極８７ｂへの電圧印加のタイミングで任意に決定できる。すなわち、投入用の偏向電極８７ａおよび取り出し用の偏向電極８７ｂへの印加電圧を制御することにより、イオンの飛行距離（イオンの軌道）を調節することができる。したがって、ひとつのイオン源、ひとつのコレクタにも関わらず、実質的に異なる飛行距離での質量分析を行なうことが出来る。

例えば、第１の飛行距離Ｌ１をイオン８５が飛行領域８４中を１回周回した時のイオンの飛行距離とし、第２の飛行距離Ｌ２をイオン８５が飛行領域８４中を３回周回した時のイオンの飛行距離とする。

このとき、第１の飛行距離Ｌ１だけ飛行したイオンのイオン電流を検出する際には、制御部１０００は、投入用の偏向電極８７ａに所定の電圧を印加してイオン源８１からイオン８５が飛行領域８４中に入射するように質量分析装置１００７を制御する。次いで、制御部１０００は、上記イオン８５が飛行領域８４中を１周回するタイミングで取り出し用の偏向電極８７ｂに所定の電圧を印加して飛行領域８４中のイオン８５がコレクタ８３に入射するように質量分析装置１００７を制御する。このようにして、イオン源８１から放出され、第１の飛行距離Ｌ１だけ飛行したイオン８５がコレクタ８３にて検出される。このとき、飛行領域８４中をイオン８５が第１の飛行距離Ｌ１だけ飛行してコレクタ８３にて検出されるので、飛行領域８４が、第１の飛行距離にて質量分別を行う第１の質量分別領域として機能することになる。本実施形態では、イオン源８１から発生したイオン８５が、イオンの進行方向を変化させるための、偏向リング８６ａおよび偏向リング８６ｂの間の領域である円状の飛行空間８４中を所定回数（本実施形態では１回）旋回してコレクタ８３に入射する際にイオン８５が辿る軌跡が第１の移動経路となる。ＴＯＦ型の質量分析装置１００７は、該第１の移動経路の終端（コレクタ８３）でイオン電流ＩＬ１（検出すべきイオンの第１の電流値）を検出する。

一方、第２の飛行距離Ｌ２だけ飛行したイオンのイオン電流を検出する際には、制御部１０００は、投入用の偏向電極８７ａに所定の電圧を印加してイオン源８１からイオン８５が飛行領域８４中に入射するように質量分析装置１００７を制御する。次いで、制御部１０００は、上記イオン８５が飛行領域８４中を３周回するタイミングで取り出し用の偏向電極８７ｂに所定の電圧を印加して飛行領域８４中のイオン８５がコレクタ８３に入射するように質量分析装置１００７を制御する。このようにして、イオン源８１から放出され、第２の飛行距離Ｌ２だけ飛行したイオン８５がコレクタ８３にて検出される。このとき、飛行領域８４中をイオン８５が第２の飛行距離Ｌ２だけ飛行してコレクタ８３にて検出されるので、飛行領域８４が、第２の飛行距離にて質量分別を行う第２の質量分別領域として機能することになる。本実施形態では、イオン源８１から発生したイオン８５が、上記飛行空間８４中を、第１の電流値測定時よりも多い回数（本実施形態では３回）旋回してコレクタ８３に入射する際にイオン８５が辿る軌跡が第２の移動経路となる。ＴＯＦ型の質量分析装置１００７は、該第２の移動経路の終端（コレクタ８３）でイオン電流ＩＬ２（検出すべきイオンの第２の電流値）を検出する。

このように、本実施形態では、投入用の偏向電極８７ａおよび取り出し用の偏向電極８７ｂへの電圧の印加タイミングによりイオン８５の飛行距離を変化させて、第１の飛行距離および第２の飛行距離によるイオン電流の検出を行っている。

なお、本実施形態では、飛行距離の変更以外は第５の実施形態と同じ構造であり、予備測定・実際の測定・計算などの方法はすべて第１の実施形態と同じである。
本実施形態ではイオン源、ひとつのコレクタがひとつなので、第５の実施形態に比べてよりシンプルな構成となっている。

（その他の実施形態）
本発明は、本来のイオン電流の算出には上記実施形態での計算式に限定されることなく、この計算式を基本としながら経験的に得られた補正項（実験式）を加えた式を利用することも出来る。

理想的な状態からの“ずれ”は必ず発生するものであるが、関連する条件（イオン電流、イオンエネルギー、イオン種など）が同じであれば“ずれ”もほぼ同じであることが多い。そこで、実験的（経験的）にこの“ずれ”を測定し、これを補正するような計算式、すなわち実験式（補正項）を入れた計算式を求めておくことが出来る。さらに、補正項は関連する条件に依存するので、いくつかの条件での実験を行なうことにより、関連する条件を変数とした補正項の関数（例えば、実験式Ｆ、Ｇ）を求めることが可能となる。これを使用すると、さらに精度のよい測定を行うことができる。

本発明は、本装置が設置されている雰囲気ガスを測定対象とするだけでなく、本装置が設置されている雰囲気とは別の（独立した）領域の雰囲気ガスを測定対象とすることも出来る。このためには、被測定対象のガスを配管やキャピラリーで本装置のイオン源に導入すればよい。この場合では、イオン電流を減衰させる雰囲気は被測定対象ではないが、上記実施形態と同じ方法によって本来のイオン電流を算出することが出来る。

本発明は、中性となっているガスを測定対象とするだけでなく、最初から荷電しているイオンを測定対象とすることも出来る。例えば、プラズマなどにはイオンがそのままで存在しているので、プラズマなどのイオン密度を測定する場合がこの例となる。この場合には、質量分析装置側にイオン源を設置する必要はなく、プラズマなどのイオン発生の場所を上記実施形態でのイオン源の場所と考えれば良い。

（さらにその他の実施形態）
本発明は、複数の機器（例えばコンピュータ、インターフェース機器、リーダ、プリンタ、質量分析装置１００７など）から構成されるシステムに適用することも、１つの機器からなる装置に適用することも可能である。

前述した実施形態の制御部１０００の機能を実現するように前述した実施形態の構成を動作させるプログラムを記憶媒体に記憶させ、該記憶媒体に記憶されたプログラムをコードとして読み出し、コンピュータにおいて実行する処理方法も上述の実施形態の範疇に含まれる。即ちコンピュータ読み取り可能な記憶媒体も実施例の範囲に含まれる。また、前述のコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体はもちろんそのコンピュータプログラム自体も上述の実施形態に含まれる。

かかる記憶媒体としてはたとえばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭを用いることができる。

また前述の記憶媒体に記憶されたプログラム単体で処理を実行しているものに限らず、他のソフトウエア、拡張ボードの機能と共同して、ＯＳ上で動作し前述の実施形態の動作を実行するものも前述した実施形態の範疇に含まれる。

このような目的を達成するために、本発明は、質量分析装置であって、異なる２方向にイオンを放出するイオン発生源と、前記イオン発生源から前記異なる２方向の一方に放出された前記特定のイオンを通過させる第１の移動経路の終端で特定のイオンの第１の電流値を検出し、前記第１の移動経路よりも長い第２の移動経路であって、前記イオン発生源から前記異なる２方向の他方に放出された前記特定のイオンを通過させる第２の移動経路の終端で前記特定のイオンの第２の電流値を検出する検出手段と、前記第１および第２の電流値から前記イオン発生源において発生した前記特定のイオンの存在量を算出する算出手段と、前記第１の移動経路の少なくとも一部にて前記特定のイオンだけを通過させる第１の質量分別手段と、前記第２の移動経路の少なくとも一部にて前記特定のイオンだけを通過させる第２の質量分別手段とを備え、前記第１の移動経路と前記第２の移動経路とが重なる領域を有さないことを特徴とする。

さらに、本発明は、特定のイオンの存在量を測定する質量分析方法であって、前記特定のイオンをイオン発生源から異なる２方向に発生させる工程と、前記イオン発生源から前記異なる２方向の一方に発生された前記特定のイオンであって、第１の移動経路中を第１の移動距離だけ移動し質量分別された前記特定のイオンの第１の電流値を検出し、前記イオン発生源から前記異なる２方向の他方に発生された前記特定のイオンであって、前記第１の移動経路と重なる領域を有さない第２の移動経路中を前記第１の移動距離よりも長い第２の移動距離だけ移動し質量分別された前記特定のイオンの第２の電流値を検出する工程と、前記検出された第１および第２の電流から前記特定のイオンの存在量を算出する工程とを有することを特徴とする。

Claims (16)

1. イオン発生源と、
   前記イオン発生源で発生したイオンを通過させる第１の移動経路の終端で特定のイオンの第１の電流値を検出し、前記第１の移動経路よりも長い、前記イオンを通過させる第２の移動経路の終端で前記特定のイオンの第２の電流値を検出する検出手段と、
   前記第１および第２の電流値から前記イオン発生源において発生した前記特定のイオンの存在量を算出する算出手段と、
   前記第１の移動経路の少なくとも一部にて前記特定のイオンだけを通過させる第１の質量分別手段と、
   前記第２の移動経路の少なくとも一部にて前記特定のイオンだけを通過させる第２の質量分別手段と
   を備えることを特徴とする質量分析装置。
2. 前記イオン発生源は、雰囲気ガスをイオン化するイオン源であり、
   前記雰囲気ガスの存在量を測定することを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
3. 同一の雰囲気ガス中に前記イオン源を２個備えることを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
4. 前記検出手段は、前記第１の電流値を検出する検出手段と前記第２の電流値を検出する検出手段とを兼用させた１つの検出手段であることを特徴とする請求項３に記載の質量分析装置。
5. 前記第１の移動経路および第２の移動経路の少なくとも一方は、非直線状であることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
6. 前記検出手段は、イオンを検出する検出器であり、前記第１の移動経路の終端でイオンが前記検出器に入射するように構成され、かつ、前記第２の移動経路の終端でイオンが前記検出器に入射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
7. 前記検出器は、前記第１の電流値を検出する検出手段と前記第２の電流値を検出する検出手段とを兼用させた１つの検出手段であるとともに、第１のイオン検出面と該第１のイオン検出面とは異なる第２のイオン検出面とを有し、
   前記検出器は、前記第１の移動経路の終端でイオンが前記第１のイオン検出面に入射するように構成され、かつ前記第２の移動経路の終端でイオンが前記第２のイオン検出面に入射するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の質量分析装置。
8. 前記第１の移動経路は、前記第２の移動経路の一部を構成することを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
9. 前記第１および第２の移動経路の各々は、円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
10. 前記円弧状である第１および第２の移動経路が、同じ直径と同じ中心点を有することを特徴とする請求項９に記載の質量分析装置。
11. 前記検出手段は、
    前記特定のイオンを検出する検出器と、
    前記イオン発生源から前記検出器までの前記特定のイオンの移動距離を調整することにより、前記第１の移動経路の長さおよび前記第２の移動経路の長さを調整手段とを有し、
    前記調整手段により前記特定のイオンの移動距離を変化させることにより、前記検出器は前記第１および第２の電流値を検出することを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
12. 前記検出手段は、
    前記第１の移動経路の終端でイオンを検出する第１の検出器と、
    前記第２の移動経路の終端でイオンを検出する第２の検出器とを有し、
    前記第１の検出器は、到達したイオンのうちその一部を検出するとともに、他の一部のイオンをそのまま通過させるように構成された検出器であることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
13. 前記検出手段は、減衰しなかった場合のイオン電流をＩ０とし、前記第１の移動経路の長さをＬ１とし、前記第２の移動経路の長さをＬ２とし、前記第１の電流値をＩＬ１とし、前記第２の電流値をＩＬ２とする場合の、Ｌ１／Logｅ（ＩＬ１／Ｉ０）=Ｌ２／Logｅ（ＩＬ２／Ｉ０）という式に、前記第１および第２の電流値を代入する工程を実行して前記存在量を算出することを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
14. 特定のイオンの存在量を測定する質量分析方法であって、
    前記特定のイオンをイオン発生源から発生させる工程と、
    前記イオン発生源から第１の移動距離だけ移動し質量分別された前記特定のイオンの第１の電流値を検出し、前記イオン発生源から第１の移動距離よりも長い第２の移動距離だけ移動し質量分別された前記特定のイオンの第２の電流を検出する工程と、
    前記検出された第１および第２の電流から前記特定のイオンの存在量を算出する工程と
    を有することを特徴とする質量分析方法。
15. コンピュータを、
    イオン発生源と、前記イオン発生源で発生したイオンを通過させる第１の移動経路の終端で特定のイオンの第１の電流値を検出し、前記第１の移動経路よりも長い、前記イオンを通過させる第２の移動経路の終端で前記特定のイオンの第２の電流値を検出する検出手段とを備える質量分析装置の制御装置であって、
    前記特定のイオンを発生させるように前記イオン発生源を制御して、前記検出手段にて前記第１および第２の電流値を検出させる手段と、
    前記第１の電流値および第２の電流値を取得する手段と、
    前記第１および第２の電流値から前記特定のイオンの存在量を算出する手段と
    を備える制御装置として機能させるコンピュータプログラム。
16. コンピュータにより読み出し可能なプログラムを格納した記憶媒体であって、請求項１５に記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。

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