50 年以上にわたる工業用質量分析
リヒテンシュタインのバルザースから世界へ、そしてその先へ

工業用質量分析分野で50年以上の経験を有するINFICONは、深い技術的専門知識と長年のイノベーションの伝統を誇りに思っております。この道のりは、エンジニアリングの卓越性と、リヒテンシュタインのバルツァースAGで元主任電気エンジニアを務めたディプロム・エル・インゲンieur ETHZ レモ・ヴォルゲサンクのような先駆者の精神によって形作られてきました。彼は1970年代に世界で初めてデジタル制御式四重極質量分析計の開発を主導しました。彼と彼のチームの画期的な貢献がなければ、現在の質量分析計は存在しなかったでしょう。
数十年にわたる開発を振り返り、これらの成果を称えたいと思います。最近、私たちはレモ・ヴォルグサン氏と、現在では半導体製造から月探査、火山活動監視まで幅広い分野で重要な役割を果たす産業用質量分析計の初期についてお話しする機会を得ました。
このイノベーションのルーツは、リヒテンシュタインを拠点とする真空蒸着技術における先駆的企業であるLeybold INFICONとBalzers AGに遡ります。時が経つにつれ、バルツァースAGは再編を繰り返し、その計測機器事業の一部はINFICONに分離されました。私たちはこの遺産を誇りを持って継承し、複雑なセンサーと測定システムの産業化に特化しています。
1967年にバルツァースAGが初めて四重極質量分析計を発売してから、現在のINFICONのAI搭載スマートセンサーまで、私たちは多様な産業において精密なガス分析を可能にしてきました。システム統合の堅固な基盤とイノベーションへの明確なコミットメントを基盤に、当社は質量分析を重要なアプリケーションにおいてよりアクセスしやすく、信頼性が高く、影響力のある技術として普及させる上で重要な役割を果たしてきました。Vogelsang氏との対話は、機器開発の画期的な時代を浮き彫りにし、質量分析の初期から現在までの道のりを再認識させるものです。


QMG 511 の設計:チューブからチップまで
1972年、レモ・フォーゲルザングは、電子機器が急速な変革期を迎えていた当時、バルザースAGに入社しました。真空管が半導体へと置き換えられ、集積回路が小型化と高性能化の可能性を開いていました。真空管ベースのシステムで訓練を受けたフォーゲルザングは、この変革の真っ只中に身を置きました。
ハンス・ペーター・エグリと共に、フォーゲルザングはQMG 511の核心開発チームを構成しました。彼らの目標は、成功を収めたQMG 300モデルを、より高性能で量産可能な装置に進化させることでした。チームは、新しいアナライザーを開発していた物理学者のDr. Huber、Dr. Rettinghaus、Dr. Selhoferと密接に協力し、マーケティングの専門家であるCarlo HofmannやDr. Clinckemaillieとも連携して、装置が実際の産業ニーズを満たすように努めました。


1972年9月中旬までに、チームは詳細な技術仕様を完成させました。QMG 511は発売準備が整い、高真空ガス分析の新たな章が幕を開けました。ヴォルグサンは回想します:「QMG 300とその前モデルは研究室では良好な性能を発揮しましたが、完全アナログ設計のため産業用には適していませんでした。ユーザーが常にノブを調整する必要があり、結果が不一致になるのは受け入れがたかったのです。」
QMG 511では、その優秀さから人々が積極的に採用するデバイスを目指しました。ヴォルグサンには2つの主要な優先事項がありました。まず、マーケティングの観点から、人々が積極的に採用するほど優れた製品を望んでいました。次に、信頼性が不可欠であり、自身で高い基準を設定しました。そのため、QMG 511は使いやすく、製造も簡単な設計となり、技術的な障害なくスムーズな生産を可能にしました。これは完全デジタルで堅牢なシステムであり、ついにアナログとデジタル技術のギャップを埋めることができました。


これらの2つの原則、強い市場魅力と絶対的な信頼性は、ヴォルグサングにとって不可欠であり、現在も同様に重要です。主要な技術的課題の一つは、16ビットデジタル・アナログ変換器の欠如でした。
「私たちは2つの8ビットコンバーターを組み合わせる必要がありました」とVogelsangは説明します。「これにより一部の誤差が生じましたが、手動ポテンショメータで補正する巧妙な対処法を採用し、驚くほど効果的に機能しました。」
チームはまた、高周波信号生成の制限に対処するため、ゲート制御されたクロック駆動スイッチング方式を採用しました。


感度、速度、精度の向上
時間とともに、質量分析技術は著しい進歩を遂げてきました。初期のシステムは大型で、複雑な校正が必要であり、感度が限られていました。現在、現代の質量分析計は高度に自動化され、リアルタイムデータ処理を提供し、産業生産ラインにシームレスに統合可能です。INFICONは、Balzers AGの遺産を基盤に、グローバルな拠点で専門知識を拡大することで、これらの改善を推進する上で重要な役割を果たしてきました。
Vogelsangの視点では、質量分析の根本的な原理は過去50年間で変わっていませんが、それ以外のすべてが改善されました。「変化したのは、信頼性、精度、そして異なる市場ニーズに対応するための機器の専門性です」と彼は述べました。「基本的な原理は依然として同じですが、現在はより高速でコンパクトになり、現実の性能に最適化されています。」
これらの改善は、質量分析技術の発展におけるいくつかの重要なマイルストーンに反映されています。具体的には:
- 感度向上:四重極とイオン源の設計改善により、半導体およびポータブルGCMSアプリケーションに不可欠な感度を実現
- 耐久性と携帯性:宇宙対応型質量分析計や車載型GCMSアプリケーションに不可欠な耐久性と携帯性を実現
- 電子増倍管の改善:半導体製造工程における非常に低濃度の検出に対応
- 制御システムの近代化:小型・コンパクトな高速センサーシステム向けに制御システムを近代化
- 四重極の小型化:極限の高圧アプリケーション向けに四重極を小型化
- 過酷な化学アプリケーション向けのコンパクトなポンプシステムへの統合
- ディスプレイの進化:組み込みディスプレイからディスプレイを模倣するソフトウェア(SQXおよびMQX)へ、さらにWindowsベースのソフトウェア制御へ
- FabGuardソフトウェアの導入:ツールと直接統合し、サポートする製造ツールの文脈内でRGAデータを活用してより賢明な意思決定を支援
- 半導体アプリケーション向けに設計されたカスタムRGAには、以下のものが含まれます
- 金属PVDモニタリング
- CVD/ALDおよび過酷な環境での寿命向上
- 炉およびアニール監視
- 選択的エッチング監視
- 拡張市場アプリケーション向けカスタムRGAには以下が含まれます:
- 環境
- 冷媒、自動車、空調の監視を目的とした漏洩試験アプリケーション
- リチウムイオン電池試験
未来:これから私たちが向かう先
当社は、質量分析分野におけるグローバルリーダーとして誇りを持っています。当社の技術は、世界中の半導体メーカー(ツールメーカーおよびチップメーカー)から信頼されています。アジア、ヨーロッパ、米国にある最先端のファブでは、当社の質量分析計が毎日使用され、プロセス制御、トレースガス検出、汚染分析を最高水準の精度で実現しています。
このすべては、世界初の産業用質量分析装置であるQMG 511から始まりました。以来、当社の各世代製品は常に最先端の基準を確立し、半導体メーカーが技術と信頼性の限界を突破するのを支援してきました。
しかし、当社のイノベーションは半導体だけに留まりません。当社は、EV(電気自動車)と消費者向けバッテリーの漏洩検出分野でもリーダーシップを発揮し、電気自動車、スマートフォン、その他の重要なデバイスにおける安全性と性能を確保しています。当社のHAPSITEモバイルラボは、緊急対応、環境保護、軍事用途向けに、迅速な現場での化学分析を提供しています。
私たちは研究室を飛び出しました。当社の機器は、月面分析を行い、極限環境下での技術の堅牢性を実証した NASA の PRIME-1 月探査ミッションに参加しました。当社は、火山予測など、自然災害の早期警報に役立つガスシグネチャを検出するシステムを用いた先駆的な研究プロジェクトも支援しています。さらに、質量分析を水中に持ち込み、深海でのリアルタイム分析も可能にしています。


「最初の質量分析計を開発した当時、私たちは真空チャンバーとファブに焦点を当てていました。私たちの技術の系譜が月まで到達する日が来るとは、信じられないことです」と、QMG 511の共同開発者であるレモ・フォーゲルザングは振り返ります。
次世代のエンジニアたちへのアドバイスとして、彼は次のように述べています:「本当に興味を惹かれるもの、情熱を注げるものを見つけてください。エンジニアリングでは、すべての詳細が重要です。小さな部品一つが故障すれば、全体が機能しなくなる可能性があります。プロジェクトが完了したら、次に進みましょう。技術は常に進化しています。それがこの分野をこれほど興奮させる理由です」
私たちは、質量分析の未来を推進する使命を胸に、この旅を続けていきます。50年を超える卓越した実績に感謝し、質量分析の未来に待ち受ける新たな革新に乾杯!


質量分析の画期的な出来事の年表
過去50年間、四重極質量分析装置の開発は、継続的な技術進歩によって特徴づけられてきました。以下の年表では、初期のプロトタイプから今日のスマートで接続可能なプラットフォームに至るまで、当社の装置の進化における重要なマイルストーンをご紹介します。
年 | マイルストーン |
---|---|
1962 年 | リヒテンシュタインのバルツァースAGで、最初の四重極質量分析計の開発を開始 |
1967 年 | 広く実用可能な最初の四重極質量分析計「QMG 101」を発売 |
1972 年 | 産業用として開発された、最初のデジタル制御式四重極質量分析計「QMG 511」を発売 |
1973 年 | QMG 511のコスト効果の高いアナログ代替品であるQMG 311を発売 |
1977 年 | IQ200(Leybold INFICON)質量分析計を発売。マイクロプロセッサ制御のデジタルRGAとして初めて登場 |
1978年 | QMG 064を発売。部分圧力を直接出力するインテリジェントRGA |
1985 年 | Quadrex 200(INFICON)を発売。RGA用センサーヘッドを初めて搭載 |
1986 年 | QMG 420に新しい制御ユニットとRFジェネレーターを導入 |
1987 年 | Quadstar 420とPlus 420:メニューナビゲーション、分析モード、マルチストリームシーケンサーを搭載 |
1992 年 | QMG 421に統合型検出モード(ファラデー、SEM、イオンカウント)を搭載 QuadStar 421/2はMicrosoft Windowsに対応 Transpector残留ガス分析器を導入。コンパクトな電子筐体センサーを搭載し、PCとのインターフェースには+24Vとシリアル通信のみを必要とします。自動レンジングエレクトロメータとデュアル検出器(FC/EM)を搭載。 |
1996 年 | Transpector XPR残留ガス分析器を導入—世界初の拡張圧力範囲に対応したRGA |
1997 年 | QMG 422が高速自動レンジングと新しいエレクトロメーターアンプを導入 |
2000 年 | FabGuardセンサー統合分析システムを導入 |
2002 年 | Quadstar 32ビットソフトウェアプラットフォーム |
2004 年 | HiQuadとQMG 700を発売:モジュール式、高速、イーサネットインターフェース QUADERAソフトウェアスイート:直感的なマルチドキュメントインターフェース |
2025 年 | QMG 800を発売:INFICONの次世代分析プラットフォーム |
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チューリッヒ工科大学のロボットシステム研究所と共同で、ARAMMIS(Autonomous Robots for Area Mapping, Monitoring, and In-situ Sensing)というプロジェクトに取り組んでいます。私たちの焦点は、先進的なガス検知ペイロードを車輪付き脚ロボットに統合することです。

半導体、エネルギー、セキュリティーなど多くの産業におけるガス検知と真空測定のエキスパートとして、私たちのチームは常に「次のイノベーション」を模索しています。

月ガス検出による宇宙探査を強力推進