JPWO2011102117A1 - 四重極型質量分析計 - Google Patents

Abstract

試験体内のガス成分を分析するために用いられる四重極型質量分析計を、グリッドの通電加熱が実現でき、感度低下を防止して高精度なガス成分の分析が可能で低コストな構成とする。四重極型質量分析計（ＭＡ１）は、試験体（ＴＰ）に着脱自在に装着し得るセンサ部（Ｍ１）を備える。試験体に対するセンサ部の装着方向を上方として、センサ部は、下端に設けられた所定形状の支持体（１）と、この支持体上に設けられた、フィラメント（２２）及びグリッド（２１）を有して上記ガスをイオン化するイオン源（２）と、このイオン源上に設けられた、４本の柱状電極（３１）を周方向に所定間隔で配置してなる四重極部（３）と、この四重極部上に設けられた、相対する電極間に直流電圧と交流電圧とを印加することで四重極部を通過した所定のイオンを捕集するイオン検出部（４）と、を備える。

Description

本発明は、真空容器等の試験体内のガス成分を分析（分圧測定）するために用いられる四重極型質量分析計に関する。

例えばスパッタリングや蒸着による成膜等の真空プロセスにおいては、プロセス時の圧力だけでなく、処理室たる真空チャンバ内に残留する気体の組成が膜質等に大きな影響を与える場合がある。このような残留する気体の組成（ガス成分）を分析するために、四重極型質量分析計が従来から用いられている。

四重極型質量分析計は、試験体に着脱自在に装着されるセンサ部と、制御ユニットとから構成されている。試験体に対するセンサ部の装着方向を上方として、センサ部は、下端に設けられた円板状の支持体と、支持体上に設けられ、イオンを捕集するイオン検出部と、このイオン検出部上方に設けられ、４本の円柱状の電極を周方向に所定間隔で配置してなる四重極部と、この四重極部上に設けられ、フィラメント及びグリッドを有して上記ガスをイオン化するイオン源とを備えたものが従来から使用されている（例えば、特許文献１参照）。

通常、イオン源のフィラメント及びグリッドや四重極部等は、フィラメント及びグリッド間でイオン化電圧を印加したり、四重極部にて電場を形成したりするため、支持体に設けられた接続端子との間で配線により接続され、この接続端子を介して制御ユニットから電力供給されるようになっている。フィラメント、グリッドや四重極部と、接続端子との間の配線としては、絶縁を確保するために銅等の金属素線をセラミック製カバーで被覆したものが用いられる。このため、上記従来例のように、支持体側からイオン検出部、四重極部、そしてイオン源と順に配置されていると、長い配線が複数本必要になり、製造コストが高くなる。その上、センサ部の組付も面倒になるという不具合がある。

ところで、上記フィラメントとしては、近年、Ｉｒ線の表面を酸化イットリウムで覆ってなるものがタングステン製のものに代えて用いられており、フィラメント寿命が大幅に延びている。このようにフィラメント寿命が延びたことで、真空雰囲気中の分子や原子が付着してグリッドが汚染され、この汚染に起因して感度低下を起こすことが顕在化してきた。

汚染されたグリッドをクリーニングする方法としては、フィラメントとグリッドとの間に電圧（３００Ｖ程度）を印加してグリッド表面に電子を衝突させてその表面に付着した分子、原子を除去する電子衝突方式と、グリッドに電流を流してジュール熱にてその表面に付着した分子、原子を蒸発除去する所謂通電加熱方式とが一般に知られている（例えば、特許文献２参照）。

通電加熱方式を採用する場合、通電加熱用の直流電源からの正負の出力とグリッドとの間で閉回路をつくる必要がある。この場合、支持体に設けた接続端子との間で更に別個の配線により接続することになるが、上記従来例では、グリッドまでの配線が長くなる。このため、電力損失が大きくて通電加熱に適さず、また、四重極型質量分析計の構造が更に複雑になってその組付が一層困難となる。結果として、従来においては通電加熱方式が殆ど採用されていない。

他方、電子衝突方式を採用する場合、グリッド表面に電子を衝突させる間、質量分析計による質量分析(測定）ができず、しかも、高電圧で電子を衝突させるときの圧力が高いと、放電を引き起こす虞があるという問題がある。

特開２００４−３４９１０２号公報 特開２０００−３９３７５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、グリッドの通電加熱が実現でき、感度低下を防止して高精度なガス成分の分析が可能な低コストの四重極型質量分析計を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の四重極型質量分析計は、試験体内のガス成分を分析し得る四重極型質量分析計であって、試験体に着脱自在に装着し得るセンサ部を備え、この試験体に対するセンサ部の装着方向を上方として、センサ部は、下端に設けられた所定形状の支持体と、この支持体上に設けられた、フィラメント及びグリッドを有して上記ガスをイオン化するイオン源と、このイオン源上に設けられた、４本の柱状電極を周方向に所定間隔で配置してなる四重極部と、この四重極部上に設けられた、相対する電極間に直流電圧と交流電圧とを印加することで四重極部を通過した所定のイオンを捕集するイオン検出部と、を備えることを特徴とする。

本発明の第１の態様によれば、イオン源を支持体側に位置させたことで、イオン源用の高価な配線の長さを短くできる。この場合、イオン検出部への配線は、従来例のものとは逆に長くなるが、イオン電流検知用の配線は１本あれば済む。このため、上記従来例のものと比較して、その構造を簡単にできて組付が容易になるだけでなく、低コスト化を図ることができる。

ところで、上記第１の態様のように、イオン検出部が、支持体から最も離れた位置、つまり、ガス分析しようとする試験体内の雰囲気に接する位置に存すると、試験体内に存在するガス成分のイオンまでもがイオン検出部にて検出される虞があり、試験体によっては、高精度の分析ができない虞がある。このため、前記イオン検出部上に、このイオン検出部を遮蔽する遮蔽手段を更に備える構成を採用することが好ましい。

また、本発明の第１の態様においては、イオン源を囲うようにして、イオン源の上方まで延びる筒状壁を備え、この筒状壁の上端に、試験体に固定可能なフランジが設けられている構成を採用することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様の四重極型質量分析計は、試験体内のガス成分を分析し得る四重極型質量分析計であって、試験体に着脱自在に装着し得るセンサ部を備え、この試験体に対するセンサ部の装着方向を上方として、このセンサ部は、下端に設けられた所定形状の支持体と、この支持体上に配置された、フィラメント及びグリッドを有して上記ガスをイオン化するイオン源と、支持体上でイオン源に隣接配置された、４本の円柱状電極を上下方向に対して直交する方向に平行にかつ周方向に所定間隔で配置してなる四重極部と、支持体上で四重極部に隣接配置された、相対する電極間に直流電圧と交流電圧とを印加することでこの四重極部を通過した所定のイオンを捕集するイオン検出部と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様によれば、支持板上にイオン源、四重極部及びイオン検出部を並設して構成したため、上記第１の態様と同様に、イオン源用の高価な配線の長さを短くでき、しかも、イオン検出部への配線の長さは上記従来例と同じにできる。このため、上記従来例のものと比較して、その構造を簡単にできて組付が容易になるだけでなく、更なる低コスト化を図ることができる。

ここで、上記センサ部を試験体に装着する際、このセンサ部を管体内に収容し、この状態で試験体に装着することがある。このような場合、上記第２の態様の構成を採用すれば、第１の態様のものと比較して管体の長さを短くでき、ひいては、試験体に装着したときのこの試験体からの突出量が少なくなり、有利である。

上記第１及び第２の両態様においては、前記イオン源のフィラメント及びグリッドの自由端は、前記支持体を上下方向に貫通して固定された接続端子に配線なしに接続されていることが好ましい。これによれば、フィラメント及びグリッドの両自由端を支持体の接続端子に所謂直付けすることで、イオン源用の高価な配線は不要にでき、その上、配線ロスがなくなることで効率よくグリッドの通電加熱を行う構成が実現できる。結果として、イオン源用の配線を不要にできて配線からの脱ガスの影響が少なくなることと、通電加熱により効率よくグリッドの汚染を防止できることとが相俟って、高感度にて精度よくガス成分の分析（分圧測定）を行うことが可能になる。

また、センサ部の組付や取扱を容易にするためには、前記四重極部の各電極は絶縁性のホルダで保持され、このホルダが前記支持体に着脱自在に取り付けられていることが有利である。

この場合、前記イオン検出部は、前記ホルダまたは支持体に着脱自在に取り付けられていることが有利である。

さらに、前記支持体上に、イオン源のグリッドを挟んでイオン検出部に対向配置された板状のイオンコレクタを更に備え、試験体内の全圧を測定可能とする構成を採用することができる。

他方、前記支持体上に、フィラメント及びグリッドを有するイオン源を囲繞するように配置された筒状のイオンコレクタを更に備え、試験体内の全圧を測定可能とした構成を採用することもできる。

上記によれば、１個の四重極型質量分析計にて、ガス成分の分析に加えて試験体の全圧をも測定でき、しかも、イオンコレクタを支持体に設けた接続端子に直付けすれば、イオン電流検知用の高価な配線が不要となり、低コストで全圧測定用の構成を実現できる。また、上記第１の態様の構成を採用し、四重極部やイオン検出部が支持体に着脱自在な構成を採用すれば、これらの部品を離脱するだけで、試験体の全圧を測定するための真空計として構成でき、用途に応じて真空計として、または、真空計を備えた四重極型質量分析計として使い分けることができる。

なお、イオンコレクタを板状に形成した場合、その表面が汚染され易く、感度の低下を招き易い一方で、イオンコレクタを円筒状に形成した場合、軟Ｘ線の影響等により低い圧力まで高精度で全圧を測定できない虞がある。このため、イオンコレクタの種類は、用途に応じて適宜選択する必要がある。

さらに、本発明においては、大気圧から、前記フィラメントから熱電子を放出し得るまでの圧力範囲内で圧力測定できる真空計を更に備える構成を採用するのがよい。これによれば、試験体を真空排気した後、ガス分析を開始するまでの試験体の圧力を測定するために、ピラニ真空計等の測定手段が不要になり、本発明の四重極型質量分析計を真空計のない試験体に装着して分析を行うときに有利である。

本発明の第１の実施形態に係る四重極型質量分析計の構成を説明する図。 図１に示す四重極型質量分析計の変形例の構成を説明する図。 (ａ)は、図１に示す四重極型質量分析計の他の変形例の構成を説明する図、（ｂ）は、他の変形例に係る四重極型質量分析計を分離した状態を示す図。 四重極型質量分析計の制御ユニットの変形例の構成を説明する図。 本発明の第２の実施形態に係る四重極型質量分析計の構成を説明する図。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図。

以下、図面を参照して、試験体ＴＰを真空チャンバとし、この試験体ＴＰのテストポートＴＰ１に装着して試験体ＴＰ内のガス成分を分析する場合を例に本発明の第１の実施形態の四重極型質量分析計を説明する。

図１を参照して、ＭＡ１は四重極型質量分析計であり、この四重極型質量分析計ＭＡ１は、センサ部Ｍ１と制御ユニットＣとをから構成される。センサ部Ｍ１は円板状の支持体１を有する。支持体１は、アルミやステンレス等の金属製であり、その上面外周縁部にはＯリング（シール手段）１１が設けられている。以下、試験体ＴＰに対するセンサ部Ｍ１の装着方向を上方として説明する。

支持体１上にはイオン源２が設けられている。イオン源２は、支持体１の中央部上方に配置されたらせん状のグリッド２１と、このグリッド２１の周囲に配置された、Ｉｒ線の表面を酸化イットリウムで覆ってなるフィラメント２２とから構成されている。グリッド２１とフィラメント２２との両自由端は、支持体１を上下に貫通して立設したグリッド用の接続端子２３ａ、２３ｂ及びフィラメント用の接続端子２４ａ、２４ｂにそれぞれ接続（直付け）されている。

イオン源２上には、４本の円柱状の電極３１が周方向に所定間隔で配置され、相対する電極３１が電気的に結合された四重極部３が設けられている。各電極３１は、絶縁材料からなる筒状のホルダ３２にてその各電極３１の上部がホルダ３２から上方に突出するように支持されている。ホルダ３２の下面には、配線３３を介して電極３１にそれぞれ接続された２個のソケット式コネクタ３４が設けられている。そして、支持体１に立設した２本の接続端子３５ａ、３５ｂに対して、上方からホルダ３２の各ソケット式コネクタ３４に嵌着することで、接続端子３５ａ、３５ｂにて、ひいては支持体１にホルダ３２が着脱自在に支持されると共に電気的に接続される。これにより、センサ部Ｍ１の構造が簡素化される。なお、ホルダ３２の支持体１での支持方法は、上記に限定されるものではなく、支持体１に別個の支持部材（図示せず）を設けて、これにホルダ３２が支持されるようにしてもよい。

四重極部３の各電極３１の内側上方には、イオン検出部４が設けられている。イオン検出部４は、イオン源２によりイオン化され、四重極部３の各電極３１間を通ってその上方に到達するガス分子を捕集するファラデーカップから構成されている。そして、イオン検出部４からの配線４１もまた、ホルダ３２の下面に設けたソケット式コネクタ４２に接続され、上記と同様、支持体１に立設した接続端子４３に接続されるようになっている。なお、配線３３、４１としては、銅等の金属素線をセラミック製カバーで被覆したものが用いられる。

他方、制御ユニットＣは、コンピュータ、メモリやシーケンサ等を備えた制御部５１を備え、制御部５１は、後述の各電源の作動、電源回路中のスイッチング素子の切換や電流計にて測定された電流値の図示省略のディスプレイへの出力等を統括制御する。また、制御ユニットＣは、フィラメント用の電源Ｅ１と、試験体ＴＰ内のガスをイオン化するイオン化用の電源Ｅ２とを備える。電源Ｅ１からの出力（正）の一方はフィラメント用の接続端子２４ｂに接続され、電源Ｅ２からの出力（正）の一方はグリッド用の一方の接続端子２３ａに接続されている。そして、両電源Ｅ１、Ｅ２からの他方（負）の出力が相互に接続されていると共に、この負の出力に、フィラメント用の他の接続端子２４ａからの配線が接続されている。また、制御ユニットＣは、グリッド２１の通電加熱用の電源Ｅ３とスイッチング素子ＳＷ１とを備える。電源Ｅ３からの一方（負）の出力は接続端子２３ｂに接続され、その他方の出力（正）は、スイッチング素子ＳＷ１を介して電源Ｅ２からの出力の他方に接続されている。

さらに、制御ユニットＣは、電気的に結合された電極３１それぞれに直流電圧と高周波電圧とを印加するＤＣ＋ＲＦ電源Ｅ４を備え、ＤＣ＋ＲＦ電源Ｅ４の出力が、相対する電極３１のうちいずれか一方にそれぞれ接続されている（図１中、一方のみを表示）。また、制御ユニットＣは、イオン加速用の電源Ｅ５と中心電場形成用の電源Ｅ６とを直列に備え、電源Ｅ５からの一方の出力が、電源Ｅ２からの一方（正）の出力に接続され、その他方の出力がアース接地されている。さらに、制御ユニットＣには、イオン検出部４に捕集されてアースへと流れるイオン電流値を測定する電流計５２が付設されている。

上記第１の実施形態の四重極型質量分析計ＭＡ１は、試験体内の全圧をも測定できるようになっている。即ち、支持体１上に、グリッド２１を挟んでイオン検出部４に対向配置されるように、板状のイオンコレクタ６１が設けられている。イオンコレクタ６１は、支持体１に上下に貫通して設けた接続端子６２に直付けされている。また、制御ユニットＣには、イオンコレクタ６１に捕集されてアースへと流れるイオン電流値を測定する電流計６３が付設されている。

次に、上記四重極型質量分析計ＭＡ１の使用例を説明する。四重極型質量分析計ＭＡ１の使用に際しては、センサ部Ｍ１の周囲に、両端にフランジＰ１、Ｐ２を備えた管体Ｐを取り付ける。即ち、センサ部Ｍ１の上方から管体Ｐを外挿し、管体Ｐの下側のフランジＰ２を支持体１の上面外縁部に面接触させ、この状態でクランプ等により固定する。これにより、Ｏリング１１により真空シールされる。この状態で、管体Ｐの上側のフランジＰ１を、Ｏリング１２を介して試験体ＴＰのテストポートＴＰ１のフランジＴＰ２に面接触させ、この状態でクランプ等により固定することでセンサ部Ｍ１の取付が完了する。なお、管体Ｐを用いることなく、センサ部Ｍ１を直接テストポートＴＰ１に装着することもできる。そして、試験体ＴＰ内を真空ポンプにより真空引きし、所定真空圧に達すると、ガス分析を開始する。

先ず、電源Ｅ１によりフィラメント２２に直流電流を流してこのフィラメント２２を赤熱させ、熱電子を放出させる。そして、電源Ｅ２により、グリッド２１に正電圧を印加することで、放出された熱電子を引き込む。このとき、熱電子と衝突したフィラメント２２周辺の気体原子、分子から正イオンが生じる。そして、グリッド２１と電極３１との間に電源Ｅ５から所定電圧を印加することで、イオン化されたガス成分のイオンがグリッド２１側から四重極部３へと引き込まれる。上記状態では、スイッチング素子ＳＷ１はオフ（遮断）に保持されている。また、イオンコレクタ６１を通って流れるイオン電流値が電流計６３で測定され、そのときの全圧をも測定できる。

四重極部３の４本の電極３１には、ＤＣ＋ＲＦ電源Ｅ４によって、アース電位より電源Ｅ６による中心電場電圧だけ浮上した直流電圧を重畳した所定の交流電圧が印加される。これにより、四重極部３中をイオン群が通過する時、これらが振動しながら通過し、交流電圧や周波数に応じて、一定のイオンのみが安定振動して通過することで、イオン検出部４へと到達する。そして、イオン検出部４に付設された電流計５２にてイオン電流が測定され、そのときのイオン電流値が制御部５１に出力される。また、上記直流電圧と交流電圧の比を一定に保ちつつ交流電圧を直線的に変化させることでスペクトルがとられ、イオン電流値から試験体内のガス成分が分析される。この場合、特定のガス成分についてイオン電流値から算出した指示値を表示することもできる。

次に、例えば、感度が低下して特定のガス成分における指示値が所定範囲を超えて変動（低下）してくると、制御部５１によりグリッド２１が汚染されたと判断される。グリッド２１の汚染が判断されると、制御部５１によりスイッチング素子ＳＷ１がオン（接続）され、電源Ｅ３により２Ａ程度の電流がグリッド２１に供給されて所定時間だけ通電加熱が行われる。これにより、グリッド２１の表面に付着した分子、原子が蒸発除去される。

以上説明したように、第１の実施形態の四重極型質量分析計ＭＡ１によれば、イオン源２を支持体１側に位置させ、フィラメント２２及びグリッド２１の両自由端を支持体１に立設した接続端子２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂに直付けすることで、高価な配線は不要にできる。この場合、イオン検出部４への配線は、従来例のものとは逆に長くなるが、イオン電流検知用の配線は１本あれば済む。このため、上記従来例のものと比較してその構造を簡単にできてその組付が容易になるだけでなく、低コスト化をも図ることができる。その上、配線ロスがなくなることで効率よくグリッド２１の通電加熱を行う構成が実現できる。結果として、イオン源２用の配線を不要にできて配線からの脱ガスの影響がなくなることと、通電加熱により効率よくグリッドの汚染を防止できることとが相俟って、高感度にて精度よく残留ガス成分の分析を行うことが可能になる。

また、上記第１の実施形態においては、四重極部３の各電極３１をホルダ３２で保持させ、イオン検出部４をホルダ３２に着脱自在に取付けると共に、このホルダ３２にソケット式コネクタ３４、４２を設けておき、支持板１に立設した接続端子３５ａ、３５ｂ、４３に嵌着すれば、組付けられる構造を採用したため、その組付や取扱を一層容易にでき、有利である。さらに、１個の四重極型質量分析計ＭＡ１にて、ガス成分の分析（分圧測定）に加えて試験体の全圧をも測定でき、しかも、イオンコレクタ６１を支持板１に設けた接続端子６２に直付けしたため、イオン電流検知用の高価な配線が不要となり、低コストで全圧測定用の構成を実現できる。

以上、上記第１の本実施形態の四重極型質量分析計ＭＡ１について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態のものでは、センサ部３と制御ユニットＣとを別体としているが、同一の筐体に一体に組み込んで構成することもできる。また、上記実施形態のものでは、イオン検出部４が支持体１側から最も離れた位置、つまり、ガス分析しようとする試験体内の雰囲気に接する位置に存することとなる。このような場合、試験体内に存在するイオンまでもがイオン検出部４にて検出される虞があり、試験体ＴＰによっては、高精度のガス成分の分析ができない場合がある。

そこで、第１の実施形態の変形例の四重極型質量分析計のセンサ部Ｍ２は、図２に示すように、試験体内に存在するイオンからこのイオン検出部４を遮蔽するようにイオン検出部４の上部を覆う板状の遮蔽部材７を更に備える。なお、遮蔽部材７の形状は、板状のものに限定されるものではなく、半球状のもの等を用いることもできる。

また、上記第１の実施形態のものにおいては、板状のイオンコレクタ６１を設けて試験体の全圧を測定し得るものを説明したが、板状のものとした場合、その表面が汚染され易く、感度の低下を招き易い。そこで、上記変形例のセンサ部Ｍ２は、図２に示すように、筒状のイオンコレクタ６１０を備える。それに加えて、センサ部Ｍ２は、大気圧から、熱電子がフィラメント２２から放出され得る圧力までの圧力範囲内で圧力測定できるようにピラニ真空計８を更に備える。これにより、試験体を真空排気した後、ガス分析を開始するまでの試験体の圧力を測定するために、他の真空計が不要になり、上記センサ部Ｍ２を、真空計を持たない試験体に装着してガス成分の分析を行うときに有利である。なお、ピラニ真空計８の作動を制御する回路は制御ユニットＣに内蔵される。

さらに、上記実施形態のものにおいては、支持体１が円板状のものを例に説明したが、これに限定されるものではない。上記第１の実施形態の他の変形例に係るセンサ部Ｍ３では、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持板１０が、平板からなる中央の基部１０ａと、この基部１０ａの外周に立設した筒状壁部１０ｂと、この筒状壁部１０ｂの上端に形成したフランジ１０ｃとから構成されている。

基部１０ａには、グリッド用の接続端子２３ａ、２３ｂやフィラメント用の接続端子２４ａ、２４ｂが設けられる。また、フランジ１０ｃ上面は、接続端子２３ａ、２３ｂに接続されたグリッド２１や接続端子２４ａ、２４ｂに接続されたフィラメント２２より上方に位置する。これにより、四重極部３やイオン検出部４を離脱させれば、試験体の全圧を測定するための真空計（電離真空計）として構成される（図３（ｂ）参照）。

また、上記第１の実施形態のものにおいては、１つの制御ユニットＣとしたものを例に説明したが、これに限定されるものではない。図４を参照して説明すれば、変形例に係る制御ユニットは、試験体内の全圧等を測定する主ユニットＣ１と、試験体内のガス成分を分析する従ユニットＣ２とを連結して構成されている。即ち、主ユニットＣ１は第１の筐体Ｃ１１を有し、第１の筐体Ｃ１１には、電力供給を行う電源部Ｃ１２と、制御ユニットの作動を制御するＣＰＵ等の制御部Ｃ１３と、イオン源２への電極供給を行うイオン電源部Ｃ１４と、イオンコレクタ６１、６１０に捕集されたイオンの電流値を測定する電流検出回路Ｃ１５とを備える。他方、主ユニットＣ１に通信自在に接続された従ユニットＣ２は、第２の筐体Ｃ２１を有し、第２の筐体Ｃ２１には、四重極部３の電極３１に直流電圧と高周波電圧とを印加する電源部Ｃ２２と、イオン検出部４に捕集された、イオンの電流値を測定する電流検出回路Ｃ２３とを備える。これにより、四重極型質量分析計ＭＡ１のセンサ部Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を真空計として使用する場合には、それに必要な制御ユニットのみで使用できる。

次に、図５及び図６を参照して、第２の実施形態の四重極型質量分析計ＭＡ２のセンサ部Ｍ４の構成について説明する。なお、同一の部材または要素については同一の符号を用いるものとし、また、制御ユニットＣの構成は同一とする。

センサ部Ｍ４は、円板状の支持体１００を有する。支持体１００は、アルミやステンレス等の金属製であり、その上面外周縁部にはＯリング（シール手段）１１が設けられている。以下、試験体ＴＰに対するセンサ部Ｍ４の装着方向を上方として説明する。支持体１００上にはイオン源２が設けられている。イオン源２は、支持体１００径方向一側でこの支持体１００に平行に配置されたらせん状のグリッド２１と、このグリッド２１の中央空間を貫通して配置された、Ｉｒ線の表面を酸化イットリウムで覆ってなるフィラメント２２とから構成されている。グリッド２１とフィラメント２２との両自由端は、支持体１００を上下に貫通して立設したグリッド用の接続端子２３ａ、２３ｂ及びフィラメント用の接続端子２４ａ、２４ｂにそれぞれ接続（直付け）されている。

イオン源２に隣接して支持体１００の径方向内側には環状のフォーカス電極ＦＰが配置されている。フォーカス電極ＦＰは、支持体１００を上下に貫通して立設したグリッド用の接続端子ＦＰ１に直付けされ、この接続端子ＦＰ１は、制御ユニットＣに設けられた電源に接続されている。そして、ガス分析の際にフォーカス電極ＦＰに所定の直流電圧を印加することで、四重極部３に入射するイオンの拡散を抑制するようになっている。

フォーカス電極ＦＰに隣接して支持板１００の径方向内側には、４本の円柱状の電極３１が周方向に所定間隔でかつ支持体１００に平行に配置され、相対する電極３１が電気的に結合された四重極部３００が設けられている（図６参照）。各電極３１は、絶縁材料製で下側が開口した箱状のホルダ３２０にて保持され、このホルダ３２０が支持体１００に着脱自在に取り付けられている。そして、相対する各電極３１のうち２本の電極は、支持体１００に立設した２本の接続端子３５ａ、３５ｂに配線Ｗによりそれぞれ電気的に接続されている。

四重極部３に隣接して支持体１０の径方向他側には、イオン検出部４が設けられている。イオン検出部４は、四重極部３００の各電極３１間を通ってその上方に到達するガス分子を捕集するファラデーカップから構成されている。イオン検出部４もまた、支持体１００に立設した接続端子４０に接続（直付け）されている。また、グリッド２１を挟んでイオン検出部４に対向配置されるように、板状のイオンコレクタ６１が設けられている。イオンコレクタ６１は、支持体１に上下に貫通して設けた接続端子６２に直付けされている。

四重極型質量分析計ＭＡ２の使用に際しては、上記と同様に、センサ部Ｍ４の周囲に、両端にフランジＰ１、Ｐ２を備えた管体Ｐが取り付けられる。これにより、上記センサ部ＭＡ４を試験体ＴＰに装着した場合、第１の態様のものと比較して管体Ｐの長さを短くでき、ひいては、試験体ＴＰに装着したときのこの試験体ＴＰからの突出量が少なくなり、有利である。また、上記第２の実施形態によれば、支持体１００上にイオン源２、四重極部３００及びイオン検出部４を並設して構成したため、配線が不要となり、その構造を簡単にできて組付が容易になるだけでなく、更なる低コスト化を図ることができる。

ＭＡ１、ＭＡ２…四重極型質量分析計、Ｍ１〜Ｍ４…センサ部、Ｃ…制御ユニット、１、１０、１００…支持体、１１…シール手段、２…イオン源、２１…グリッド、２２…フィラメント、３…四重極部、３１…電極、３２…ホルダ、４…イオン検出部、３５a、３５ｂ、４３…接続端子、Ｅ１〜Ｅ６…電源、６１、６１０…イオンコレクタ（全圧測定用）、７…遮蔽部材、８…（ピラニ）真空計

また、上記第１の実施形態のものにおいては、１つの制御ユニットＣとしたものを例に
説明したが、これに限定されるものではない。図４を参照して説明すれば、変形例に係る
制御ユニットは、試験体内の全圧等を測定する主ユニットＣ１と、試験体内のガス成分を
分析する従ユニットＣ２とを連結して構成されている。即ち、主ユニットＣ１は第１の筐
体Ｃ１１を有し、第１の筐体Ｃ１１には、電力供給を行う電源部Ｃ１２と、制御ユニット
の作動を制御するＣＰＵ等の制御部Ｃ１３と、イオン源２への電力供給を行うイオン電源
部Ｃ１４と、イオンコレクタ６１、６１０に捕集されたイオンの電流値を測定する電流検
出回路Ｃ１５とを備える。他方、主ユニットＣ１に通信自在に接続された従ユニットＣ２
は、第２の筐体Ｃ２１を有し、第２の筐体Ｃ２１には、四重極部３の電極３１に直流電圧
と高周波電圧とを印加する電源部Ｃ２２と、イオン検出部４に捕集された、イオンの電流
値を測定する電流検出回路Ｃ２３とを備える。これにより、四重極型質量分析計ＭＡ１の
センサ部Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を真空計として使用する場合には、それに必要な制御ユニット
のみで使用できる。

四重極部３に隣接して支持体１００の径方向他側には、イオン検出部４が設けられている。イオン検出部４は、四重極部３００の各電極３１間を通ってその上方に到達するガス分子を捕集するファラデーカップから構成されている。イオン検出部４もまた、支持体１００に立設した接続端子４０に接続（直付け）されている。また、グリッド２１を挟んでイオン検出部４に対向配置されるように、板状のイオンコレクタ６１が設けられている。イオンコレクタ６１は、支持体１に上下に貫通して設けた接続端子６２に直付けされている。

四重極型質量分析計ＭＡ２の使用に際しては、上記と同様に、センサ部Ｍ４の周囲に、
両端にフランジＰ１、Ｐ２を備えた管体Ｐが取り付けられる。これにより、上記センサ部
Ｍ４を試験体ＴＰに装着した場合、第１の態様のものと比較して管体Ｐの長さを短くでき、ひいては、試験体ＴＰに装着したときのこの試験体ＴＰからの突出量が少なくなり、有利である。また、上記第２の実施形態によれば、支持体１００上にイオン源２、四重極部３００及びイオン検出部４を並設して構成したため、配線が不要となり、その構造を簡単にできて組付が容易になるだけでなく、更なる低コスト化を図ることができる。

Claims (10)

1. 試験体内のガス成分を分析し得る四重極型質量分析計であって、
   試験体に着脱自在に装着し得るセンサ部を備え、
   この試験体に対するセンサ部の装着方向を上方として、センサ部は、下端に設けられた所定形状の支持体と、この支持体上に設けられた、フィラメント及びグリッドを有して上記ガスをイオン化するイオン源と、このイオン源上に設けられた、４本の柱状電極を周方向に所定間隔で配置してなる四重極部と、この四重極部上に設けられた、相対する電極間に直流電圧と交流電圧とを印加することで四重極部を通過した所定のイオンを捕集するイオン検出部と、を備えることを特徴とする四重極型質量分析計。
2. 前記イオン検出部の上方に、このイオン検出部を遮蔽する遮蔽手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の四重極型質量分析計。
3. 前記支持体は、イオン源を囲うようにして、イオン源の上方まで延びる筒状壁を備え、この筒状壁の上端に、試験体に固定可能なフランジが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の四重極型質量分析計。
4. 試験体内のガス成分を分析し得る四重極型質量分析計であって、
   試験体に着脱自在に装着し得るセンサ部を備え、
   この試験体に対するセンサ部の装着方向を上方として、このセンサ部は、下端に設けられた所定形状の支持体と、この支持体上に配置された、フィラメント及びグリッドを有して上記ガスをイオン化するイオン源と、支持体上でイオン源に隣接配置された、4本の円柱状電極を上下方向に対して直交する方向に平行にかつ周方向に所定間隔で配置してなる四重極部と、支持体上で四重極部に隣接配置された、相対する電極間に直流電圧と交流電圧とを印加することでこの四重極部を通過した所定のイオンを捕集するイオン検出部と、を備えることを特徴とする四重極型質量分析計。
5. 前記イオン源のフィラメント及びグリッドの自由端は、前記支持体を上下方向に貫通して固定された接続端子に配線なしに接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の四重極型質量分析計。
6. 前記四重極部の各電極は絶縁性のホルダで保持され、このホルダが前記支持体に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の四重極型質量分析計。
7. 前記イオン検出部は、前記ホルダまたは支持体に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項６記載の四重極型質量分析計。
8. 前記支持体上に、イオン源のグリッドを挟んでイオン検出部に対向配置された板状のイオンコレクタを更に備え、試験体内の全圧を測定可能としたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の四重極型質量分析計。
9. 前記支持体上に、フィラメント及びグリッドを有するイオン源を囲繞するように配置された筒状のイオンコレクタを更に備え、試験体内の全圧を測定可能としたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の四重極型質量分析計。
10. 大気圧から、前記フィラメントから熱電子を放出し得るまでの圧力範囲内で圧力測定できる真空計を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の四重極型質量分析計。

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