JP2020119901A - Ultra compact size accelerator, ultra compact size mass spectroscope, and ion implantation device - Google Patents

Ultra compact size accelerator, ultra compact size mass spectroscope, and ion implantation device Download PDF

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Abstract

To provide an accelerator and a mass spectroscope, which can be miniaturized and manufactured in a low cost, and are available by anyone.SOLUTION: In each of a mass spectroscope and an accelerator, which is structured by a plurality of substrates containing a first main substrate, a first upper substrate adhered onto an upper face of the first main substrate, and a first lower substrate adhered onto a lower face of the first main substrate, a penetration chamber is formed in the first main substrate, and is penetrated to the lower face of the first main substrate from the upper face of the first main substrate, a vertical direction (a Z direction) of the substrate surface is surrounded by an upper substrate and a lower substrate, and both sides which are a right angle direction with the Z direction and of a charged particle and a traveling direction (an X direction) of a charged particle are surrounded by the first main substrate, and both side faces which have a right angle direction (a Y direction) to the Z direction and the X direction are surrounded by the first main substrate. A central hole of a first main substrate side board, which is incident to the charged particle is opened, and the charged particle is incident to a mass analysis chamber or an acceleration chamber from the central hole formed on the first main substrate side board.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、加速器を用いた加速装置およびその製造方法に関する。たとえば、シンクロトロン、マイクロトロン、線形加速器、質量分析装置、イオン注入装置に関する。 The present invention relates to an accelerator using an accelerator and a manufacturing method thereof. For example, it relates to a synchrotron, a microtron, a linear accelerator, a mass spectrometer, and an ion implanter.

加速装置は、陽子同士を衝突させて物質の成立を知るために使用したり、加速粒子軌道を曲げたときに発生する放射光を用いた微細パターン形成に使用したり、半導体の表面にイオンを打ち込むイオン注入を行ない活性層や表面改質を行なったり、物質から出るイオンを質量分析して物質の組成や構造を調査したり、ガン細胞に荷電粒子を打ち込み破壊するなど人間の病気治療に利用したりするなど、様々な分野で利用されている。
しかし、加速粒子の運動には超真空(10−3〜10−6torr以下)が必要であり、高速の加速粒子にはかなり大きなサイズの空洞(たとえば、500mm以上)が必要であり、その中を通る加速粒子を加速したり、曲げたり、収束するには、大きな電場や大きな磁場を発生する電場発生装置や磁場発生装置が必要である。たとえば、荷電粒子を加速するには静電レンズを用いるが、数枚の静電レンズ(加速電極)を正確に平行にして荷電粒子の通る孔を正確にそろえなければならないので、それなりに大きなサイズの電極(たとえば、孔サイズ20mm径以上、電極サイズ300mm径以上)が必要で、しかもそれらを超真空の空洞内に入れる必要がある。従って、真空系も大きくなり、真空ポンプもかなり大きくて性能の良いものを使用する必要がある。さらに、磁場発生装置はその空洞(真空ライン)に入れるほどの大きさにすることができないため、しかもその空洞を囲む側壁も存在するため、目標とする荷電粒子までの距離が長くなる(たとえば、500mm以上)ので、大きな磁場発生装置が必要となる。そのような大きな磁場発生装置を超伝導材料の電磁石を用いて小さくしても冷却システムが大きくなるので、全体の磁場発生装置のサイズは殆ど変わらない。
近年、国際リニアコライダ(ILC)を日本で建設しようという計画が出ているが、この建設には1兆円以上の費用がかかり、その維持費も500億円/年はかかるので、その建設も決断できないでいる。
The accelerator is used to detect the formation of a substance by colliding protons with each other, to form a fine pattern using synchrotron radiation generated when an accelerated particle orbit is bent, and to use ions on the surface of a semiconductor. Used for human disease treatment such as implanting ion implantation to modify the active layer and surface, mass spectrometric analysis of the ions emitted from the substance to investigate the composition and structure of the substance, and implanting and destroying charged particles in cancer cells It is used in various fields such as
However, ultra-vacuum (10 -3 to 10 -6 torr or less) is required for the motion of the accelerating particles, and a cavity of a considerably large size (for example, 500 mm or more) is required for the high-speed accelerating particles. To accelerate, bend, or converge the accelerated particles that pass through, an electric field generator or a magnetic field generator that generates a large electric field or a large magnetic field is required. For example, an electrostatic lens is used to accelerate charged particles, but several electrostatic lenses (accelerating electrodes) must be precisely parallel to align the holes through which charged particles pass, so a large size Electrodes (for example, a hole size of 20 mm or more and an electrode size of 300 mm or more) are required, and they must be placed in an ultra-vacuum cavity. Therefore, the vacuum system becomes large, and it is necessary to use a vacuum pump having a large size and good performance. Further, since the magnetic field generator cannot be made large enough to fit in the cavity (vacuum line), and since the side wall surrounding the cavity also exists, the distance to the target charged particle becomes long (for example, 500mm or more), so a large magnetic field generator is required. Even if such a large magnetic field generator is reduced in size by using an electromagnet made of a superconducting material, the size of the entire magnetic field generator is hardly changed because the cooling system becomes large.
In recent years, there is a plan to build an International Linear Collider (ILC) in Japan, but this construction will cost more than 1 trillion yen, and the maintenance cost will also be 50 billion yen/year, so I decided to build it. I can't.

さらに、近年、食の安全性が叫ばれているが、食品や飲料水に含まれている物質を簡便に迅速に、しかも個人で知ることは困難である。福島原発事故による土壌等の環境汚染がどの程度身近に迫っているか、個人では把握する術がない。知らない間に人間は放射能や毒物に汚染され、気が付いた時には深刻な事態となっていることも多い。現状の装置では、サイズが大きく、重く、携帯できる精密分析装置はない。しかも装置価格が高いため入手が困難である。
犯罪も複雑化し原因特定・犯人特定まで長期間要しているが、犯罪現場で迅速な分析が行なわれていれば、迅速に解決されるケースも多い。たとえば、昨今脱法ドラッグによる事故や犯罪が問題になるが、販売店の摘発が追いつかない理由は現物を現場で押さえられないからである。そのために、その場で正確で精度の高い分析ができる測定装置が求められている。
考古学、環境科学等の現地調査を行ないながら科学研究を進める分野では、携帯用の精度の高い質量分析があれば、飛躍的に研究が前進する。また、装置が安価で小型であれば、大量な試料の分析を短時間に処理できるようになる。
Furthermore, although food safety has been sought in recent years, it is difficult to know the substances contained in food and drinking water easily, quickly, and individually. There is no way for an individual to grasp how close environmental pollution such as soil due to the Fukushima nuclear accident is approaching. Unknowingly, humans are often contaminated with radioactivity and poisons, and when they become aware, they are often in serious trouble. In the current state of the art, there is no precision analyzer that is large in size, heavy and portable. Moreover, since the device price is high, it is difficult to obtain.
Crime becomes complicated and it takes a long time to identify the cause and the criminal, but if a quick analysis is performed at the crime scene, it is often resolved quickly. For example, although accidents and crimes due to illegal drugs have become a problem these days, the reason why the detection of dealers can not catch up is that the actual thing cannot be suppressed on site. Therefore, there is a demand for a measuring device that can perform accurate and highly accurate analysis on the spot.
In the field of advancing scientific research while conducting field research such as archeology and environmental science, if mass spectrometry with high accuracy for portable use is carried out, the research will advance dramatically. Further, if the device is inexpensive and small, it becomes possible to process a large amount of samples in a short time.

特開2003-036996JP2003-036996 特公平5-36902Japanese Patent Fair 5-36902

従来の加速装置は、荷電粒子を加速したり、曲げたり、また収束したりするために大きなサイズの電場発生装置や磁場発生装置を用いている。それらを精密に位置合わせする技術もかなり高度となり、加速装置の作製は手作りであるので、大量に安く早く作ることは不可能であった。
また、超小型軽量で携帯可能であり、現場で簡便に迅速に測定できる質量分析装置を提供する。しかも価格も従来品より格段に安価であり、さらに測定精度も従来と同等以上である。具体的には、半導体・MEMS技術により、4〜8インチ基板(このサイズより大きな基板でも良い)を用いて、当該基板内に試料供給部・イオン化部・引き出し電極部・質量分析部(二重収束型)・イオン検出部を持つ高性能・高精度・超小型の質量分析装置を作製する。超小型軽量で、携帯可能であり、その場分析も可能なので、137Cs等の放射性元素等の現地計測や家庭での食品・飲料水分析も迅速に行なうことができる。従来型の1/10〜1/100のコストになるので、1台/1人の質量分析装置を持つ時代を実現し、安全安心の社会を作ることが求められている。
Conventional accelerators use large-sized electric field generators and magnetic field generators for accelerating, bending, and converging charged particles. The technology for precisely aligning them has become quite sophisticated, and the accelerator is made by hand, so it was impossible to make it in large quantities cheaply and quickly.
Also provided is a mass spectrometer that is ultra-compact, lightweight, portable, and capable of performing simple and quick measurement on site. Moreover, the price is much cheaper than the conventional product, and the measurement accuracy is equal to or higher than the conventional one. Specifically, using a semiconductor/MEMS technology, a 4 to 8 inch substrate (a substrate larger than this size may be used), and a sample supply unit, an ionization unit, an extraction electrode unit, a mass analysis unit (double (Focusing type) ・High-performance, high-accuracy, ultra-compact mass spectrometer with an ion detector is manufactured. It is ultra-compact, lightweight, portable, and capable of in-situ analysis, so it is possible to quickly perform on-site measurement of radioactive elements such as 137Cs and food/drinking water analysis at home. Since the cost will be 1/10 to 1/100 of that of the conventional type, it is required to realize an era with one mass spectrometer for one person and to create a safe and secure society.

本発明は、Si基板等の半導体基板等に形成された貫通室の上下を、ガラス基板や石英基板等の絶縁基板で塞ぎ、その貫通室を加速イオン等の荷電粒子の通り道とし、かつその貫通室の中に引き出し電極、加速電極、加速空洞、四重極電極、四重極トラップ等の加速装置や質量分析装置等に必要なものをLSIプロセスを用いて形成する。
具体的には、本発明は次のような特徴を有する。
(1)
本発明は、第1主基板、第1主基板の上面に付着した第1上部基板、および第1主基板の下面に付着した第1下部基板を含む複数の基板から構成される質量分析装置であって、質量分析室は、<ここからは後>
第1主基板に形成された、第1主基板の上面から第1主基板の下面へ貫通する貫通室であり、基板面に垂直方向(Z方向)が上部基板および下部基板に、Z方向と直角方向でありかつ荷電粒子の進行方向(X方向)の両側は第1主基板側板に、およびZ方向およびX方向に直角方向(Y方向)の両側面は第1主基板に囲まれており、荷電粒子の入射する第1主基板側板は中央孔が空いていて、荷電粒子は前記第1主基板側板に形成された中央孔より質量分析室へ入射することを特徴とする質量分析装置であり、
第1主基板は、絶縁体基板、半導体基板、導電体基板、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
上部基板および下部基板は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、アルミナ基板、AlN基板、セラミック基板、高分子基板、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
前記主基板が絶縁体基板である場合は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、アルミナ基板、AlN基板、セラミック基板、高分子基板、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
前記主基板が半導体基板である場合は、Si基板、SiC基板、C基板、GaAS基板、InP基板、GaN基板、CdS基板、2元化合物半導体、3元化合物半導体、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
前記主基板が半導体基板である場合は、導電体基板である場合は、Cu、Al、Ti、Zn、Fe、これらの金属を含む合金、またはこれらの積層基板であることを特徴とする。
According to the present invention, the upper and lower sides of a penetration chamber formed in a semiconductor substrate such as a Si substrate are covered with an insulating substrate such as a glass substrate or a quartz substrate, and the penetration chamber is used as a path for charged particles such as accelerated ions and the penetration of In a chamber, necessary components for an accelerator such as an extraction electrode, an acceleration electrode, an acceleration cavity, a quadrupole electrode, a quadrupole trap, a mass spectrometer, etc. are formed by using an LSI process.
Specifically, the present invention has the following features.
(1)
The present invention is a mass spectrometer including a plurality of substrates including a first main substrate, a first upper substrate attached to the upper surface of the first main substrate, and a first lower substrate attached to the lower surface of the first main substrate. So, the mass spectrometry room is <after this>
A through-chamber formed on the first main substrate from the upper surface of the first main substrate to the lower surface of the first main substrate, the direction perpendicular to the substrate surface (Z direction) being the Z direction to the upper substrate and the lower substrate. Both sides in the direction perpendicular to each other and in the traveling direction (X direction) of the charged particles are surrounded by the first main substrate side plate, and both sides in the directions perpendicular to the Z direction and the X direction (Y direction) are surrounded by the first main substrate. In the mass spectrometer, the first main substrate side plate on which the charged particles are incident has a central hole, and the charged particles are incident on the mass analysis chamber through the central hole formed in the first main substrate side plate. Yes,
The first main substrate is an insulator substrate, a semiconductor substrate, a conductor substrate, or a laminated substrate thereof,
The upper substrate and the lower substrate are glass substrates, quartz substrates, plastic substrates, alumina substrates, AlN substrates, ceramic substrates, polymer substrates, or laminated substrates of these,
When the main substrate is an insulating substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, an alumina substrate, an AlN substrate, a ceramic substrate, a polymer substrate, or a laminated substrate of these,
When the main substrate is a semiconductor substrate, it may be a Si substrate, a SiC substrate, a C substrate, a GaAs substrate, an InP substrate, a GaN substrate, a CdS substrate, a binary compound semiconductor, a ternary compound semiconductor, or a laminated substrate thereof. Characterized by
When the main substrate is a semiconductor substrate, and when it is a conductor substrate, it is Cu, Al, Ti, Zn, Fe, an alloy containing these metals, or a laminated substrate thereof.

(2)
本発明は、質量分析室は四重極質量分析室であり、質量分析室において、
前記上部基板の下面に付着または形成した2本の四重極電極および前記下部基板の上面に付着または形成した2本の四重極電極を有し、
前記上部基板の下面に配置した2本の四重極電極に接続する上部基板に形成されたコンタクト配線(上部基板コンタクト配線)および前記上部基板コンタクト配線に接続する上部基板上面に形成された電極・配線(上部基板上面電極・配線)、並びに
前記下部基板の上面に配置した2本の四重極電極に接続する下部基板に形成されたコンタクト配線(下部基板コンタクト配線)および前記下部基板コンタクト配線に接続する下部基板下面に形成された電極・配線(下部基板下面電極・配線)を有し、
前記上部電極・配線および前記下部電極・配線から高周波電圧および/または直流電圧を印加することを特徴とする質量分析装置であり、
上部基板の下面に配置された2つの四重極電極および下部基板の上面に配置された2つの四重極電極のうち、互いに隣り合わない2つの四重極電極の間の距離はほぼ同じであり、それらの間の中点はほぼ一致することを特徴とし、
上部基板の下面に配置された2つの四重極電極および下部基板の上面に配置された2つの四重極電極のうち、互いに隣り合う2つの四重極電極の間の距離はほぼ同じであることを特徴とする。
(2)
In the present invention, the mass spectrometer is a quadrupole mass spectrometer, and in the mass spectrometer,
Two quadrupole electrodes attached or formed on the lower surface of the upper substrate and two quadrupole electrodes attached or formed on the upper surface of the lower substrate;
A contact wiring (upper substrate contact wiring) formed on the upper substrate connected to the two quadrupole electrodes arranged on the lower surface of the upper substrate, and an electrode formed on the upper surface of the upper substrate connected to the upper substrate contact wiring. Wiring (upper substrate upper surface electrode/wiring), contact wiring (lower substrate contact wiring) formed on the lower substrate connected to two quadrupole electrodes arranged on the upper surface of the lower substrate, and the lower substrate contact wiring Has electrodes/wirings (lower board lower surface electrodes/wirings) formed on the lower board lower surface to be connected,
A mass spectrometer characterized by applying a high-frequency voltage and/or a DC voltage from the upper electrode/wiring and the lower electrode/wiring,
Of the two quadrupole electrodes arranged on the lower surface of the upper substrate and the two quadrupole electrodes arranged on the upper surface of the lower substrate, two quadrupole electrodes which are not adjacent to each other have substantially the same distance. Yes, and the midpoints between them are almost the same,
Of the two quadrupole electrodes arranged on the lower surface of the upper substrate and the two quadrupole electrodes arranged on the upper surface of the lower substrate, the distances between two adjacent quadrupole electrodes are substantially the same. It is characterized by

(3)
本発明は、上部基板(第1上部基板)上または上方に第2主基板が付着し、さらに第2主基板上に第2の上部基板(第2上部基板)が付着し、前記貫通室(第1貫通室)の上部において第2主基板に第2上部基板から第1上部基板へ貫通する貫通室(第2貫通室)が形成され、第1貫通室と第2貫通室との間の第1上部基板の一部に開口部が設けられており、前記開口部は第1上部基板の下面に配置した2つの四重極電極の間に形成されており、前記第1上部基板の下面に配置した四重極電極に接続する第1上部基板上に形成された電極・配線は、第2貫通室側面に形成された配線(第2配線)に接続し、第2配線は第2上部基板下面に形成された電極・配線に接続し、さらに第2上部基板下面に形成された電極・配線は第2上部基板に形成されたコンタクト配線(第2上部基板コンタクト配線)に接続し、第2上部基板コンタクト配線は第2上部基板上に形成された電極・配線(第2上部電極・配線)に接続することを特徴とし、
下部基板(第1下部基板)の下面にまたは下方に第3主基板が付着し、さらに第3主基板の下面に第2の下部基板(第2下部基板)が付着し、前記貫通室(第1貫通室)の下部において第3主基板に第2下部基板から第1下部基板へ貫通する貫通室(第3貫通室)が形成され、第1貫通室と第3貫通室との間の第1下部基板の一部に開口部が設けられており、前記開口部は第1下部基板の上面に配置した2つの四重極電極の間に形成されており、
前記第1下部基板の上面に配置した四重極電極に接続する第1下部基板の下面に形成された電極・配線は、第3貫通室側面に形成された配線(第3配線)に接続し、第3配線は第2下部基板上面に形成された電極・配線に接続し、さらに第2下部基板上面に形成された電極・配線は第2下部基板に形成されたコンタクト配線(第2下部基板コンタクト配線)に接続し、第2下部基板コンタクト配線は第2上部基板の下面に形成された電極・配線(第2下部電極・配線)に接続することを特徴とし、
前記第2上部電極・配線および前記第2下部電極・配線から高周波電圧および/または直流電圧を印加することを特徴とする質量分析装置であり、
第2上部基板および第2下部基板は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、アルミナ基板、AlN基板、セラミック基板、高分子基板、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
前記第2主基板および第3主基板が絶縁体基板である場合は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、アルミナ基板、AlN基板、セラミック基板、高分子基板、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
前記第2主基板および第3主基板が半導体基板である場合は、Si基板、SiC基板、C基板、GaAS基板、InP基板、GaN基板、CdS基板、2元化合物半導体、3元化合物半導体、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
前記第2主基板および第3主基板が半導体基板である場合は、導電体基板である場合は、Cu、Al、Ti、Zn、Fe、これらの金属を含む合金、またはこれらの積層基板であることを特徴とする。
(3)
According to the present invention, the second main substrate is attached on or above the upper substrate (first upper substrate), and the second upper substrate (second upper substrate) is attached on the second main substrate, and the through chamber ( A through chamber (second through chamber) penetrating from the second upper substrate to the first upper substrate is formed on the second main substrate in the upper part of the (first through chamber), and between the first through chamber and the second through chamber. An opening is provided in a part of the first upper substrate, and the opening is formed between two quadrupole electrodes arranged on the lower surface of the first upper substrate. The electrode/wiring formed on the first upper substrate connected to the quadrupole electrode arranged in the above is connected to the wiring (second wiring) formed on the side surface of the second penetration chamber, and the second wiring is the second upper portion. The electrode/wiring formed on the lower surface of the substrate is further connected to the contact wiring (second upper substrate contact wiring) formed on the second upper substrate, 2. The upper substrate contact wiring is connected to an electrode/wiring (second upper electrode/wiring) formed on the second upper substrate,
A third main substrate is attached to or below the lower surface of the lower substrate (first lower substrate), and a second lower substrate (second lower substrate) is attached to the lower surface of the third main substrate, and the through chamber (first (1st penetration chamber), a penetration chamber (third penetration chamber) penetrating from the second lower substrate to the first lower substrate is formed in the third main substrate, and a first penetration chamber between the first penetration chamber and the third penetration chamber is formed. 1. An opening is provided in a part of the lower substrate, and the opening is formed between two quadrupole electrodes arranged on the upper surface of the first lower substrate,
The electrode/wiring formed on the lower surface of the first lower substrate connected to the quadrupole electrode arranged on the upper surface of the first lower substrate is connected to the wiring (third wiring) formed on the side surface of the third penetration chamber. , The third wiring is connected to an electrode/wiring formed on the upper surface of the second lower substrate, and the electrode/wiring formed on the upper surface of the second lower substrate is a contact wiring (second lower substrate). Contact wiring), and the second lower substrate contact wiring is connected to an electrode/wiring (second lower electrode/wiring) formed on the lower surface of the second upper substrate,
A mass spectrometer characterized by applying a high-frequency voltage and/or a DC voltage from the second upper electrode/wiring and the second lower electrode/wiring,
The second upper substrate and the second lower substrate are glass substrates, quartz substrates, plastic substrates, alumina substrates, AlN substrates, ceramic substrates, polymer substrates, or laminated substrates thereof,
When the second main substrate and the third main substrate are insulator substrates, they may be glass substrates, quartz substrates, plastic substrates, alumina substrates, AlN substrates, ceramic substrates, polymer substrates, or laminated substrates thereof. Characteristic,
When the second main substrate and the third main substrate are semiconductor substrates, Si substrate, SiC substrate, C substrate, GaAs substrate, InP substrate, GaN substrate, CdS substrate, binary compound semiconductor, ternary compound semiconductor, or Characterized by being a laminated substrate of these,
When the second main substrate and the third main substrate are semiconductor substrates, when they are conductor substrates, they are Cu, Al, Ti, Zn, Fe, alloys containing these metals, or laminated substrates thereof. It is characterized by

(4)
本発明は、質量分析室は四重極質量分析室であり、質量分析室の上部に付着した上部基板の上面に1本の四重極電極が配置され、質量分析室の下部に付着した下部基板の下面に1本の四重極電極が配置され、質量分析室の隣に設けた主基板に形成された左右の貫通室のそれぞれに1本の四重極電極が配置されていることを特徴とする質量分析装置であり、
質量分析室の隣に主基板に形成された左右の貫通室は、質量分析室との間に基板側壁が存在することを特徴とし、
四重極電極は、棒材であり、当該棒材を上部基板、下部基板、および主基板の所定箇所に付着させたものであることを特徴とし、
四重極電極は、上部基板または下部基板にCVD法、PVD法、メッキ法、電鋳法、スクリーン印刷、スキージ法、スピンコート法、ディスペンス法、またはこれらの組合せ法により積層し、所定形状に加工した導電体膜電極であることを特徴し、
質量分析室は四重極質量分析室であり、質量分析室の上部に付着した上部基板の下面であって質量分析室側の面に付着または形成した2本の四重極電極が配置され、質量分析室の下部に付着または形成した下部基板の上面であって質量分析室側の面に付着した2本の四重極電極が配置されていることを特徴とする質量分析装置であり、
2本の四重極電極を付着または形成した上部基板(第1上部基板)の上方にさらに貫通室(第2貫通室)が形成され、第2貫通室の上部に第2上部基板が付着し、前記質量分析室(第1貫通室)と第2貫通室との間にある第1上部基板の一部が除去されて、第1貫通室と第2貫通室の圧力は、ほぼ同じであることを特徴とし、
2本の四重極電極を付着または形成した下部基板(第1下部基板)の下方にさらに貫通室(第3貫通室)が形成され、第3貫通室の下部に第2下部基板が付着し、前記質量分析室(第1貫通室)と第3貫通室との間にある第1下部基板の一部が除去されて、第1貫通室と第3貫通室の圧力は、ほぼ同じであることを特徴とする。
(5)
本発明は、質量分析室は、上部基板の下面に付着または形成した1本の四重極電極(第1四重極電極)、下部基板の上面に付着または形成した1本の四重極電極(第2四重極電極)、質量分析室の一方の側面の基板の一部が質量分析室内のY方向に伸び、その伸びた側面の基板の上面または下面に付着または形成した1本の四重極電極(第3四重極電極)、および質量分析室の他方の側面の基板の一部が質量分析室内のY方向に伸び、その伸びた側面の基板の上面または下面に付着または形成した1本の四重極電極(第4四重極電極)を含むことを特徴とし、
上部基板は、第1四重極電極に接続するコンタクト配線(第1上部基板コンタクト配線)およびその上面に前記第1コンタクト配線に接続する電極・配線(第1上部基板電極・配線)を有し、
下部基板は、第2四重極電極に接続するコンタクト配線(第1下部基板コンタクト配線)およびその下面に前記第2コンタクト配線に接続する電極・配線(第1下部基板電極・配線)を有し、
第3四重極電極が付着または形成した側面基板は、第3四重極電極と接続する配線を有し、その配線は主基板の側面に形成された配線に接続し、さらにその側面に形成された配線は上部基板または下部基板に形成された配線に接続し、さらにその配線は上部基板または下部基板に形成されたコンタクト配線(第2上部基板コンタクト配線または第2下部基板コンタクト配線)に接続し、さらにその第2上部基板コンタクト配線または第2下部基板コンタクト配線は上部基板の上面または下部基板の下面に形成された電極・配線(第2上部基板電極・配線または第2下部基板電極・配線)に接続することを特徴とする。
(4)
In the present invention, the mass analysis chamber is a quadrupole mass analysis chamber, one quadrupole electrode is arranged on the upper surface of the upper substrate attached to the upper part of the mass analysis chamber, and the lower portion attached to the lower part of the mass analysis chamber. One quadrupole electrode is arranged on the lower surface of the substrate, and one quadrupole electrode is arranged on each of the left and right penetration chambers formed on the main substrate adjacent to the mass analysis chamber. A characteristic mass spectrometer,
The left and right penetration chambers formed on the main substrate next to the mass analysis chamber are characterized in that the substrate sidewall exists between the mass analysis chamber and
The quadrupole electrode is a rod, and is characterized in that the rod is attached to a predetermined portion of the upper substrate, the lower substrate, and the main substrate,
The quadrupole electrode is laminated on the upper substrate or the lower substrate by a CVD method, a PVD method, a plating method, an electroforming method, a screen printing method, a squeegee method, a spin coating method, a dispensing method, or a combination thereof to form a predetermined shape Characterized in that it is a processed conductor film electrode,
The mass spectrometry chamber is a quadrupole mass spectrometry chamber, and two quadrupole electrodes attached or formed on the lower surface of the upper substrate attached to the upper portion of the mass spectrometry chamber and on the surface on the mass spectrometry chamber side are arranged. A mass spectrometer characterized in that two quadrupole electrodes attached to the upper surface of a lower substrate attached to or formed on the lower portion of the mass analysis chamber and attached to the surface on the mass analysis chamber side are arranged.
A through chamber (second through chamber) is further formed above the upper substrate (first upper substrate) having two quadrupole electrodes attached or formed thereon, and the second upper substrate is attached above the second through chamber. A part of the first upper substrate between the mass analysis chamber (first penetration chamber) and the second penetration chamber is removed, and the pressures of the first penetration chamber and the second penetration chamber are substantially the same. Characterized by
A penetration chamber (third penetration chamber) is further formed below the lower substrate (first lower substrate) having the two quadrupole electrodes attached or formed thereon, and the second lower substrate is adhered to the lower portion of the third penetration chamber. A part of the first lower substrate between the mass analysis chamber (first penetration chamber) and the third penetration chamber is removed, and the pressures of the first penetration chamber and the third penetration chamber are substantially the same. It is characterized by
(5)
In the present invention, the mass spectrometry chamber includes one quadrupole electrode (first quadrupole electrode) attached or formed on the lower surface of the upper substrate, and one quadrupole electrode attached or formed on the upper surface of the lower substrate. (Second quadrupole electrode), a part of the substrate on one side surface of the mass analysis chamber extends in the Y direction in the mass analysis chamber, and one of the four electrodes attached or formed on the upper or lower surface of the substrate on the extended side surface. A part of the quadrupole electrode (third quadrupole electrode) and the substrate on the other side surface of the mass analysis chamber extends in the Y direction in the mass analysis chamber, and is attached or formed on the upper surface or the lower surface of the substrate on the extended side surface. Characterized by including one quadrupole electrode (fourth quadrupole electrode),
The upper substrate has a contact wiring (first upper substrate contact wiring) connected to the first quadrupole electrode and an electrode/wiring (first upper substrate electrode/wiring) connected to the first contact wiring on the upper surface thereof. ,
The lower substrate has a contact wiring (first lower substrate contact wiring) connected to the second quadrupole electrode and an electrode/wiring (first lower substrate electrode/wiring) connected to the second contact wiring on the lower surface thereof. ,
The side substrate on which the third quadrupole electrode is attached or formed has a wiring for connecting to the third quadrupole electrode, and the wiring is connected to the wiring formed on the side surface of the main substrate and further formed on the side surface. The formed wiring is connected to the wiring formed on the upper substrate or the lower substrate, and the wiring is further connected to the contact wiring (the second upper substrate contact wiring or the second lower substrate contact wiring) formed on the upper substrate or the lower substrate. In addition, the second upper substrate contact wiring or the second lower substrate contact wiring is an electrode/wiring (second upper substrate electrode/wiring or second lower substrate electrode/wiring) formed on the upper surface of the upper substrate or the lower surface of the lower substrate. ) Is connected to.

(6)
本発明は、前記上部基板(第1上部基板)の上方にさらに貫通室(第2貫通室)が形成され、第2貫通室の上部に第2上部基板が付着し、前記質量分析室(第1貫通室)と第2貫通室との間にある第1上部基板の一部が除去されて、第1貫通室と第2貫通室の圧力は、ほぼ同じであることを特徴とし、
前記下部基板(第1下部基板)の下方にさらに貫通室(第3貫通室)が形成され、第3貫通室の下部に第2下部基板が付着し、前記質量分析室(第1貫通室)と第3貫通室との間にある第1下部基板の一部が除去されて、第1貫通室と第3貫通室の圧力は、ほぼ同じであることを特徴とし、
質量分析室は四重極質量分析室であり、質量分析室において、
前記上部基板の下面に付着または形成した四重極電極(第1四重極電極)および前記下部基板の上面に付着または形成した四重極電極(第3四重極電極)を有し、
前記上部基板の下面に配置した四重極電極(第1四重極電極)に接続する上部基板に形成されたコンタクト配線(上部基板コンタクト配線)および前記上部基板コンタクト配線に接続する上部基板上面に形成された電極・配線(上部基板上面電極・配線)、並びに
前記下部基板の上面に配置した四重極電極(第3四重極電極)に接続する下部基板に形成されたコンタクト配線(下部基板コンタクト配線)および前記下部基板コンタクト配線に接続する下部基板下面に形成された電極・配線(下部基板下面電極・配線)を有し、
前記主基板のY方向の2つの側面に形成した四重極電極(第2四重極電極および第4四重極電極)を有し、
第2四重極電極および第4四重極電極は、前記上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線、および上部基板の上面および/または下部基板の下面に形成された電極・配線(上部基板上面電極・配線および/または下部基板下面電極・配線))を有し、
前記上部基板上面電極・配線および前記下部基板下面電極・配線から高周波電圧および/または直流電圧を印加することを特徴とする。
(6)
According to the present invention, a penetration chamber (second penetration chamber) is further formed above the upper substrate (first upper substrate), a second upper substrate is attached to an upper portion of the second penetration chamber, and the mass analysis chamber (first (1 through chamber) and a portion of the first upper substrate between the second through chamber are removed, the pressure of the first through chamber and the second through chamber is substantially the same,
A through chamber (third through chamber) is further formed below the lower substrate (first lower substrate), a second lower substrate is attached to a lower portion of the third through chamber, and the mass spectrometry chamber (first through chamber) is formed. A part of the first lower substrate between the first and third through chambers is removed, and the pressures of the first and third through chambers are substantially the same,
The mass spectrometer is a quadrupole mass spectrometer, and in the mass spectrometer,
A quadrupole electrode (first quadrupole electrode) attached or formed on the lower surface of the upper substrate, and a quadrupole electrode (third quadrupole electrode) attached or formed on the upper surface of the lower substrate,
Contact wiring (upper substrate contact wiring) formed on the upper substrate connected to the quadrupole electrode (first quadrupole electrode) arranged on the lower surface of the upper substrate and an upper substrate upper surface connected to the upper substrate contact wiring The formed electrodes/wirings (upper substrate upper surface electrodes/wirings) and contact wirings (lower substrate) formed on the lower substrate connected to the quadrupole electrode (third quadrupole electrode) arranged on the upper surface of the lower substrate. Contact wiring) and electrodes/wirings (lower substrate lower surface electrodes/wirings) formed on the lower substrate lower surface connected to the lower substrate contact wiring,
A quadrupole electrode (second quadrupole electrode and fourth quadrupole electrode) formed on two side surfaces of the main substrate in the Y direction,
The second quadrupole electrode and the fourth quadrupole electrode are the contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate, and the electrode/wiring formed on the upper surface of the upper substrate and/or the lower surface of the lower substrate ( Upper substrate upper surface electrode/wiring and/or lower substrate lower surface electrode/wiring)),
A high frequency voltage and/or a DC voltage is applied from the upper substrate upper surface electrode/wiring and the lower substrate lower surface electrode/wiring.

(7)
本発明は、前記第2四重極電極および第4四重極電極は主基板に形成された貫通室内に積層された導電体膜であり、前記導電体膜の一部はメッキ膜であることを特徴とし、
質量分析室は、磁場印加型であり、質量分析室を形成する主基板の上部に付着した上部基板の上側に配置された1つまたは複数のコイルおよび/または質量分析室を形成する主基板の下部に付着した下部基板の下側に配置された1つまたは複数のコイルにより、主基板の基板面に対して垂直方向の磁場が発生することによって、荷電粒子の軌道が変化することを用いたことを特徴とし、
質量分析室は、磁場印加型であり、質量分析室を形成する主基板の上部に付着した上部基板の上側および/または前記主基板の下部に付着した下部基板の下側に配置された電磁石により、主基板の基板面に対して垂直方向の磁場が発生することによって、荷電粒子の軌道が変化することを用いたことを特徴とし、
上部基板の上側および/または下部基板の下側に配置される1つまたは複数のコイルは、第2主基板に積層により形成されたものであることを特徴とし、
荷電粒子は、荷電粒子引き出し室または荷電粒子加速室から質量分析室に出射され、荷電粒子引き出し室または荷電粒子加速室と質量分析室との間には、中央孔を有する基板側壁板(前方基板側壁板)が配置され、荷電粒子は前記前方基板側壁板の中央孔を通って質量分析室へ出射されることを特徴とし、
質量分析室を出た荷電粒子はイオン検出室でイオン検出され、前記イオン検出室は主基板に形成された貫通室であり、質量分析室とイオン検出室との間には、中央孔を有する基板側壁板(後方基板側壁板)が配置され、荷電粒子は前記後方基板側壁板の中央孔を通ってイオン検出室側へ出射されることを特徴とし、
荷電粒子は、磁場により360度方向へ曲げられることを特徴とし、イオン検出室は360度の領域において、複数配置されることを特徴とする。
(7)
In the present invention, the second quadrupole electrode and the fourth quadrupole electrode are conductor films stacked in a through chamber formed in the main substrate, and a part of the conductor film is a plating film. Characterized by
The mass spectrometric chamber is of a magnetic field application type and includes one or more coils arranged above the upper substrate attached to the upper part of the main substrate forming the mass spectrometric chamber and/or of the main substrate forming the mass spectrometric chamber. It was used that the orbit of charged particles was changed by generating a magnetic field in the direction perpendicular to the substrate surface of the main substrate by one or more coils arranged on the lower side of the lower substrate attached to the lower portion. Characterized by
The mass spectrometric chamber is of a magnetic field application type and includes an electromagnet disposed above the upper substrate attached to the upper part of the main substrate forming the mass spectrometric chamber and/or below the lower substrate attached to the lower part of the main substrate. , Characterized in that the orbit of the charged particles is changed by generating a magnetic field in a direction perpendicular to the substrate surface of the main substrate,
One or more coils arranged on the upper side of the upper substrate and/or the lower side of the lower substrate are formed on the second main substrate by lamination,
The charged particles are emitted from the charged particle extraction chamber or the charged particle acceleration chamber to the mass analysis chamber, and a substrate side wall plate (front substrate) having a central hole between the charged particle extraction chamber or the charged particle acceleration chamber and the mass analysis chamber. A side wall plate) is disposed, and the charged particles are emitted to the mass analysis chamber through a central hole of the front side plate.
The charged particles that have left the mass analysis chamber are subjected to ion detection in the ion detection chamber, and the ion detection chamber is a penetration chamber formed in the main substrate, and has a central hole between the mass spectrometry chamber and the ion detection chamber. A substrate side wall plate (rear substrate side wall plate) is arranged, and the charged particles are emitted to the ion detection chamber side through a central hole of the rear substrate side wall plate,
The charged particles are characterized by being bent in a 360-degree direction by a magnetic field, and a plurality of ion detection chambers are arranged in a 360-degree region.

(8)
本発明は、質量分析室は、電場印加型をさらに付加した二重収束型であり、前記電場印加型における荷電粒子が通過する領域は、主基板に形成され、上面(Z方向)が上部基板に下面(Z方向)が下部基板に側面(Y方向)が主基板側面に囲まれた扇型形状の貫通室(扇型領域貫通室)を含む貫通室(電場印加型貫通室)であり、電場印加型貫通室のX方向は中央孔を有する基板側壁板により囲まれており、荷電粒子は一方の基板側壁板の中央孔より侵入し、電場印加型貫通室で荷電粒子の軌道が曲げられて、他方の基板側壁板の中央孔より出射することを特徴とし、電場印加型貫通室は、中心軌道が半径R0、中心角がα、中心軌道から一定距離d0の対面する主基板両側面に電極が形成され、荷電粒子は両側面に形成された電極に印加された電圧により発生する電界によって曲げられることを特徴とし、
電場印加型貫通室における側面電極は、CVD法またはPVD法により積層された導電体膜にさらにメッキ膜を積層したものであることを特徴とし、
側面電極と接続するコンタクト配線は、電場印加型貫通室の上面に付着した上部基板に形成され、上部基板の上面に形成された電極・配線に接続し、および/または電場印加型貫通室の下面に付着した下部基板に形成され、下部基板の下面に形成された電極・配線に接続することを特徴とする。
(8)
In the present invention, the mass spectrometric chamber is a double-focusing type in which an electric field application type is further added, and a region in the electric field application type through which charged particles pass is formed on a main substrate, and an upper surface (Z direction) is an upper substrate. The lower surface (Z direction) is a penetration chamber (electric field application type penetration chamber) including a fan-shaped penetration chamber (fan-shaped region penetration chamber) surrounded by a lower substrate and a side surface (Y direction) surrounded by the main substrate side surface, The X-direction of the electric field type penetration chamber is surrounded by a substrate side wall plate having a central hole, and charged particles enter through the central hole of one of the substrate side wall plates, and the orbits of the charged particles are bent in the electric field type penetration chamber. And the light is emitted from the central hole of the other side wall plate of the substrate, and the electric field application type penetration chamber has a central orbit of radius R0, a central angle α, and a constant distance d0 from the central orbit on both sides of the facing main substrate. An electrode is formed, and the charged particles are bent by an electric field generated by a voltage applied to the electrodes formed on both sides,
The side electrode in the electric field application type penetration chamber is characterized in that a plating film is further laminated on a conductor film laminated by a CVD method or a PVD method,
The contact wiring connected to the side surface electrode is formed on the upper substrate attached to the upper surface of the electric field type penetration chamber, is connected to the electrode/wiring formed on the upper surface of the upper substrate, and/or is the lower surface of the electric field type penetration chamber. It is characterized in that it is formed on the lower substrate attached to the substrate and is connected to the electrodes and wiring formed on the lower surface of the lower substrate.

(9)
荷電粒子が進入しサイクロトロン運動をする貫通室(ICR室)は、イオン源からの荷電粒子の進入口である中央孔を有する基板側壁板(引き出し電極用基板側壁板)、荷電粒子の進行方向にあり、引き出し電極用基板側壁板と対面し、サイクロトロン運動した荷電粒子が衝突する基板側壁(トラップ電極用基板側壁)、ICR室の上部に付着する上部基板、およびICR室の下部に付着する下部基板、荷電粒子と進行方向と略平行な2つの基板側壁(レシーバー電極用基板側壁)により囲まれており、引き出し電極用基板側壁板の表面は荷電粒子を中央孔からICR室へ引き寄せる引き出し電極となる導電体膜電極が形成されており、トラップ電極用基板側壁の表面は荷電粒子をトラップする電圧が印加される導電体膜電極が形成されており、上部基板および下部基板には荷電粒子を励起する電圧が印加される導電体膜電極が形成されていることを特徴とし、
ICR室において、荷電粒子の進行方向となる引き出し電極からトラップ電極へ向かう方向に平行な磁場が印加されていることを特徴とし、
前記磁場を発生させるコイル配線は、上部基板および下部基板に密着して形成され、さらに、主基板の外側側面に密着して形成されているか、または主基板および上部基板および下部基板の内部に形成されていることを特徴とし、
上部基板上に支柱基板が付着し、さらに支柱基板の上に第2上部基板が付着しており、下部基板上に支柱基板が付着し、さらに支柱基板の上に第2下部基板が付着しており、前記磁場を発生させるコイル配線は、上部基板および下部基板に密着して形成され、さらに、主基板の外側側面に密着して形成されており、
さらに、ICR室内の引き出し電極、トラップ電極、2つの対向するイオン励起電極、および2つの対向するレシーバー電極と接続する電極配線は、上部基板および/または下部基板に形成されるとともに、上部基板、支柱基板、および第2上部基板に囲まれた空間内に存在するか、および/または下部基板、支柱基板、および第2下部基板に囲まれた空間内に存在し、さらにそれらの電極配線は、第2上部基板上および/または第2下部基板上に形成された電極配線と接続しており、コイルに接続する電極は第2上部基板上および/または第2下部基板上に形成された電極配線と接続していることを特徴とする。
(9)
The through chamber (ICR chamber) in which charged particles enter and perform cyclotron motion is provided in a substrate side wall plate (substrate side wall plate for extraction electrode) having a central hole which is an entrance of charged particles from an ion source, and in a traveling direction of charged particles. Yes, the substrate side wall facing the extraction electrode substrate side wall, the side wall of the substrate on which the cyclotron-moved charged particles collide (trap electrode substrate side wall), the upper substrate attached to the upper part of the ICR chamber, and the lower substrate attached to the lower part of the ICR chamber. , Is surrounded by two substrate side walls (receiver electrode substrate side walls) substantially parallel to the charged particles, and the surface of the extraction electrode substrate side wall plate serves as an extraction electrode for drawing the charged particles from the central hole to the ICR chamber. A conductor film electrode is formed, a conductor film electrode to which a voltage for trapping the charged particles is applied is formed on the surface of the side wall of the trap electrode substrate, and the upper substrate and the lower substrate excite the charged particles. Characterized in that a conductor film electrode to which a voltage is applied is formed,
In the ICR chamber, a magnetic field parallel to the direction from the extraction electrode to the trap electrode, which is the traveling direction of the charged particles, is applied,
The coil wiring for generating the magnetic field is formed in close contact with the upper substrate and the lower substrate and further formed in close contact with the outer side surface of the main substrate, or formed inside the main substrate, the upper substrate and the lower substrate. Is characterized by
The support substrate is attached on the upper substrate, the second upper substrate is further attached on the support substrate, the support substrate is attached on the lower substrate, and the second lower substrate is further attached on the support substrate. The coil wiring for generating the magnetic field is formed in close contact with the upper substrate and the lower substrate, and further formed in close contact with the outer side surface of the main substrate,
Further, the electrode wirings connected to the extraction electrode, the trap electrode, the two opposing ion excitation electrodes, and the two opposing receiver electrodes in the ICR chamber are formed on the upper substrate and/or the lower substrate, and the upper substrate and the pillar It exists in the space surrounded by the substrate and the second upper substrate, and/or in the space surrounded by the lower substrate, the pillar substrate, and the second lower substrate, and their electrode wirings are 2 is connected to the electrode wiring formed on the upper substrate and/or the second lower substrate, and the electrode connected to the coil is the electrode wiring formed on the second upper substrate and/or the second lower substrate. It is characterized by being connected.

(10)
荷電粒子を発生させる荷電粒子発生室は、上部が上部基板に、下部が下部基板に付着した主基板に形成された2つの貫通室(荷電粒子発生室1、2)を含み、荷電粒子発生室1および荷電粒子発生室2は中央孔を有する基板側壁板(第1基板側壁板)で隔てられた隣室同士であり、上部基板に開口された開口部から挿入された試料板は荷電粒子発生室1に配置され、上部基板に開口された開口部からレーザービームが前記試料板に付着した試料に照射されることにより、試料が粒子状に分解され、分解された粒子(分解粒子)は基板側壁板が有する中央孔を通り荷電粒子発生室2に入り、レーザー光、電子ビーム、シンクロトロン放射光、X線から選択された1つのイオン化ビームが上部基板または下部基板の外側から荷電粒子発生室2内に存在する前記分解粒子へ照射されることにより荷電粒子が発生することを特徴とし、
荷電粒子発生室2の隣には中央孔を有する基板側壁板(第2基板側壁板)で隔てられた引き出し電極・加速室があり、
引き出し電極・加速室は、上部が上部基板に、下部が下部基板に付着した主基板に形成された貫通室であり、
荷電粒子発生室2の内面において、上部基板および下部基板、および/または第1基板側壁板の側面、および/または第2基板側壁板の側面、および/または他の2つの基板側壁の側面に導電体膜電極が形成され、
前記導電体膜電極は上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線に接続し、さらに前記コンタクト配線は上部基板および/または下部基板の外表面に形成された導電体膜電極・配線に接続することを特徴とし、
前記導電体膜電極に印加された電圧と同符号の荷電粒子は、引き出し電極・加速室に配置された引き出し電極により第2基板側壁板が有する中央孔を通って引き出し電極・加速室に引き寄せられることを特徴とし、
前記引き出し電極・加速室に入った荷電粒子は、前記引き出し電極・加速室から出て質量分析室に入ることを特徴とする質量分析装置であり、
荷電粒子発生室1において、試料板の背面は基板側壁の側面に密着して配置され、前記基板側壁には中央孔が備わり、さらの当該中央孔には上部基板または下部基板の開口部につながる主基板の厚み方向の空洞がつながり、当該上部基板または下部基板の開口部から真空引きされて試料板は基板側壁の側面に吸着されることを特徴とする。
(10)
The charged particle generating chamber for generating charged particles includes two through chambers (charged particle generating chambers 1 and 2) formed on a main substrate having an upper portion on an upper substrate and a lower portion on a lower substrate. 1 and the charged particle generation chamber 2 are adjacent chambers separated by a substrate side wall plate (first substrate side wall plate) having a central hole, and the sample plate inserted from the opening formed in the upper substrate is a charged particle generation chamber. 1, the laser beam is applied to the sample attached to the sample plate from the opening formed in the upper substrate, and the sample is decomposed into particles, and the decomposed particles (decomposed particles) are the side walls of the substrate. The ionization beam selected from laser light, electron beam, synchrotron radiation, and X-rays passes through the central hole of the plate and enters the charged particle generation chamber 2 from the outside of the upper substrate or the lower substrate. Characterized in that charged particles are generated by irradiating the decomposed particles present in the inside,
Next to the charged particle generation chamber 2, there is an extraction electrode/acceleration chamber separated by a substrate side wall plate having a central hole (second substrate side wall plate),
The extraction electrode/acceleration chamber is a penetration chamber formed on the upper substrate on the upper side and on the lower substrate on the lower side.
In the inner surface of the charged particle generation chamber 2, the upper substrate and the lower substrate, and/or the side surface of the first substrate side wall plate, and/or the side surface of the second substrate side wall plate, and/or the side surface of the other two substrate side walls are electrically conductive. Body membrane electrodes are formed,
The conductor film electrode is connected to a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate, and the contact wiring is connected to a conductor film electrode/wiring formed on the outer surface of the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized by
The charged particles having the same sign as the voltage applied to the conductor film electrode are attracted to the extraction electrode/acceleration chamber through the central hole of the second substrate side wall plate by the extraction electrode arranged in the extraction electrode/acceleration chamber. Characterized by
The charged particles that have entered the extraction electrode/acceleration chamber are mass spectrometers that are characterized in that they exit the extraction electrode/acceleration chamber and enter the mass analysis chamber,
In the charged particle generating chamber 1, the back surface of the sample plate is arranged in close contact with the side surface of the substrate side wall, the substrate side wall is provided with a central hole, and the central hole is connected to the opening of the upper substrate or the lower substrate. It is characterized in that cavities in the thickness direction of the main substrate are connected to each other, and the sample plate is sucked to the side surface of the substrate side wall by being evacuated from the opening of the upper substrate or the lower substrate.

(11)
本発明は、荷電粒子を発生させる荷電粒子発生室は、上部が上部基板に、下部が下部基板に付着した主基板に形成された2つの貫通室(荷電粒子発生室1、2)を含み、荷電粒子発生室1および荷電粒子発生室2は中央孔を有する基板側壁板(第1基板側壁板)で隔てられた隣室同士であり、
上部基板に開口された開口部から挿入された試料板は荷電粒子発生室1に配置され、
荷電粒子発生室1において、試料板の背面は基板側壁の側面に密着して配置され、前記基板側壁には中央孔が備わり、さらの当該中央孔には上部基板または下部基板の開口部につながる主基板の厚み方向の空洞がつながり、当該上部基板または下部基板の開口部から真空引きされて試料板は基板側壁の側面に吸着され、
前記基板側壁側面に導電体膜が形成され、前記基板側壁側面に形成された導電体膜は上部基板および/または下部基板の荷電粒子発生室1側の表面に形成された導電体膜と接続し、その導電体膜はさらに上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線に接続し、そのコンタクト配線はさらに上部基板および/または下部基板の外側表面に形成された導電体膜電極配線に接続し、
その導電体膜電極配線から導電体である試料板に電圧が印加されており、
上部基板に開口された開口部からレーザービームが前記試料板に付着した試料に照射されることにより、試料が粒子状に分解されて荷電粒子が発生し、
試料板の電荷と同符号の荷電粒子は試料板から飛び出し、
試料板と対面する方向に中央孔を有する基板側壁板(第3基板側壁板)が配置され、第3基板側壁板の表面には導電体膜が形成され、前記第3基板側壁板表面に形成された導電体膜は上部基板および/または下部基板の荷電粒子発生室1側の表面に形成された導電体膜と接続し、その導電体膜はさらに上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線に接続し、そのコンタクト配線はさらに上部基板および/または下部基板の外側表面に形成された導電体膜電極配線に接続し、
その導電体膜電極配線から第3基板側壁板表面導電体に形成された導電体膜に試料板に印加された電圧と逆の電圧が印加され、試料板から飛び出した荷電粒子を引き出して、
前記荷電粒子は、第3基板側壁板に形成された中央孔を通り、さらに第1基板側壁板の中央孔を通って荷電粒子発生室2に入り、
荷電粒子発生室2の内面において、上部基板および下部基板、および/または第1基板側壁板の側面、および/または第2基板側壁板の側面、および/または他の2つの基板側壁の側面、および/または第1基板側壁板の中央孔の内面に導電体膜電極が形成され、
前記導電体膜電極は上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線に接続し、さらに前記コンタクト配線は上部基板および/または下部基板の外表面に形成された導電体膜電極・配線に接続することを特徴とし、
前記導電体膜電極に印加される電圧は荷電粒子と同符号の電圧であり、当該電圧を調整することによって、荷電粒子を収束し、荷電粒子発生室2と隣室を隔てる基板側壁板(第2基板側壁板)が有する中央孔を通って隣室へ入射することを特徴とし、
前記第2基板側壁板が有する中央孔を通った荷電粒子は質量分析室に入ることを特徴とする質量分析装置である。
(11)
According to the present invention, a charged particle generation chamber for generating charged particles includes two through chambers (charged particle generation chambers 1 and 2) formed on a main substrate having an upper portion attached to an upper substrate and a lower portion attached to a lower substrate, The charged particle generation chamber 1 and the charged particle generation chamber 2 are adjacent chambers separated by a substrate side wall plate (first substrate side wall plate) having a central hole,
The sample plate inserted from the opening formed in the upper substrate is arranged in the charged particle generation chamber 1,
In the charged particle generating chamber 1, the back surface of the sample plate is arranged in close contact with the side surface of the substrate side wall, the substrate side wall is provided with a central hole, and the central hole is connected to the opening of the upper substrate or the lower substrate. The cavities in the thickness direction of the main substrate are connected, and the sample plate is sucked to the side surface of the substrate side wall by being evacuated from the opening of the upper substrate or the lower substrate.
A conductive film is formed on the side surface of the side wall of the substrate, and the conductive film formed on the side surface of the side wall of the substrate is connected to the conductive film formed on the surface of the upper substrate and/or the lower substrate on the charged particle generation chamber 1 side. , The conductor film is further connected to a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate, and the contact wiring is further connected to a conductor film electrode wiring formed on the outer surface of the upper substrate and/or the lower substrate. Then
A voltage is applied to the sample plate, which is a conductor, from the conductor film electrode wiring,
By irradiating the sample attached to the sample plate with a laser beam from the opening formed in the upper substrate, the sample is decomposed into particles and charged particles are generated,
Charged particles with the same sign as the charge of the sample plate jump out of the sample plate,
A substrate side wall plate (third substrate side wall plate) having a central hole in a direction facing the sample plate is arranged, a conductor film is formed on the surface of the third substrate side wall plate, and is formed on the surface of the third substrate side wall plate. The formed conductor film is connected to the conductor film formed on the surface of the upper substrate and/or the lower substrate on the charged particle generation chamber 1 side, and the conductor film is further formed on the upper substrate and/or the lower substrate. Connecting to a contact wiring, and the contact wiring is further connected to a conductor film electrode wiring formed on the outer surface of the upper substrate and/or the lower substrate,
A voltage opposite to the voltage applied to the sample plate is applied to the conductor film formed on the surface conductor of the third side wall plate from the conductor film electrode wiring, and the charged particles jumping out of the sample plate are extracted,
The charged particles pass through the central hole formed in the side wall plate of the third substrate and further enter the charged particle generating chamber 2 through the central hole of the side wall plate of the first substrate.
On the inner surface of the charged particle generating chamber 2, the upper substrate and the lower substrate, and/or the side surface of the first substrate side wall plate, and/or the side surface of the second substrate side wall plate, and/or the side surface of the other two substrate side wall plates, and / Or a conductor film electrode is formed on the inner surface of the central hole of the first substrate side wall plate,
The conductor film electrode is connected to a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate, and the contact wiring is connected to a conductor film electrode/wiring formed on the outer surface of the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized by
The voltage applied to the conductor film electrode has the same sign as that of the charged particles, and by adjusting the voltage, the charged particles are converged and the side wall plate of the substrate (second part) separating the charged particle generation chamber 2 from the adjacent chamber is formed. Incident on the adjacent chamber through a central hole of the substrate side wall plate),
The charged particle that has passed through the central hole of the side wall plate of the second substrate enters the mass analysis chamber.

(12)
本発明は、主基板の上面に上部基板、主基板の下面に下部基板を付着し、主基板に形成した貫通室をイオン化室とし、前記イオン化室へ接続する中央孔を有し、前記中央孔は上部基板または下部基板の開口部(試料導入用開口部)につながる主基板に形成された縦孔(基板面と垂直方向)に接続し、
中央孔内面に導電体膜(第2導電体膜)が形成され、イオン化室内面に導電体膜(第1導電体膜)が形成され、第1導電体膜および第2導電体膜はイオン化室主基板の側面に形成された導電体膜により接続され、第1導電体膜は上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極に接続することを特徴とし、
試料液または試料ガスは、試料導入用開口部から導入し、縦孔および中央孔を通して、イオン化室への出口でスプレーガスとしてイオン化室へ導入することを特徴とし、
上部基板および/または下部基板に形成された外側電極から電圧を印加することにより中央孔内面に形成された導電体膜に電圧が印加され、これによりイオン化室の出口部で噴出したガス(スプレーガス)はイオン化することを特徴とする、イオン化法である。
(13)
本発明は、主基板の上面に上部基板、主基板の下面に下部基板を付着し、主基板に形成した貫通室をイオン化室とし、前記イオン化室へ接続する中央孔を有し、前記中央孔は上部基板または下部基板の開口部(試料導入用開口部)につながる主基板に形成された縦孔(基板面と垂直方向)に接続し、
中央孔内面において上部および下部に平行平板導電体膜電極、または中央孔内面において2つの側面に平行平板導電体膜電極が形成され、それぞれの平行平板導電体膜電極はイオン化室内側面に形成された導電体膜を通して、イオン化室内の上部基板および下部基板に形成した導電体膜に接続し、さらに上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極に接続することを特徴とし、
試料液または試料ガスは、試料導入用開口部から導入し、縦孔および中央孔を通して、イオン化室への出口でスプレーガスとしてイオン化室へ導入することを特徴とし、
上部基板および/または下部基板に形成された外側電極から高周波電圧を印加することにより中央孔内面に形成された導電体膜に高周波電圧が印加され、これによりイオン化室の出口部で噴出したガス(スプレーガス)はイオン化することを特徴とする、イオン化法である。
(12)
According to the present invention, an upper substrate is attached to an upper surface of a main substrate, a lower substrate is attached to a lower surface of the main substrate, a through chamber formed in the main substrate is used as an ionization chamber, and a central hole is connected to the ionization chamber. Is connected to a vertical hole (perpendicular to the substrate surface) formed in the main substrate that connects to the opening (sample introduction opening) of the upper or lower substrate,
A conductor film (second conductor film) is formed on the inner surface of the central hole, a conductor film (first conductor film) is formed on the inner surface of the ionization chamber, and the first conductor film and the second conductor film are formed in the ionization chamber. The first conductor film is connected by a conductor film formed on the side surface of the main substrate, and the first conductor film is connected to an outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate through a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized by
Sample liquid or sample gas is introduced from the sample introduction opening, through the vertical hole and the central hole, is introduced into the ionization chamber as a spray gas at the outlet to the ionization chamber,
By applying a voltage from the outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate, a voltage is applied to the conductor film formed on the inner surface of the central hole, and the gas (spray gas) ejected at the outlet of the ionization chamber is thereby generated. ) Is an ionization method characterized by ionization.
(13)
According to the present invention, an upper substrate is attached to an upper surface of a main substrate, a lower substrate is attached to a lower surface of the main substrate, a through chamber formed in the main substrate is used as an ionization chamber, and a central hole is connected to the ionization chamber. Is connected to a vertical hole (perpendicular to the substrate surface) formed in the main substrate that connects to the opening (sample introduction opening) of the upper or lower substrate,
Parallel plate conductor film electrodes were formed on the upper and lower sides of the inner surface of the central hole, or parallel plate conductor film electrodes were formed on two side surfaces of the inner surface of the central hole, and each parallel plate conductor film electrode was formed on the inner surface of the ionization chamber. The conductor film is connected to the conductor films formed on the upper substrate and the lower substrate in the ionization chamber, and the outer side is formed on the upper substrate and/or the lower substrate through the contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized by connecting to electrodes,
Sample liquid or sample gas is introduced from the sample introduction opening, through the vertical hole and the central hole, is introduced into the ionization chamber as a spray gas at the outlet to the ionization chamber,
By applying a high-frequency voltage from the outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate, a high-frequency voltage is applied to the conductor film formed on the inner surface of the central hole, which causes gas (gas) ejected at the outlet of the ionization chamber ( Spray gas) is an ionization method characterized by being ionized.

(14)
本発明は、イオン化室の周囲の一部を囲む凹部および開口部を主基板および、上部基板および/または下部基板に形成し、この凹部に冷却用または加熱用媒体を通すことにより、イオン化室および/または中央孔を冷却または加熱を行なうことを特徴とする質量分析装置であり、
上部基板および/または下部基板に形成した導電体膜の一部を用いてイオン化室を加熱することを特徴とし
中央孔に形成した導電体膜の一部を用いてイオン化室を加熱することを特徴とし、
引き出し電極室と対面する基板側壁板または基板側壁に導電体膜電極を設けて、当該導電体膜電極にイオンと同符号の電圧を印加することにより、イオンを引き出し電極室へ押し出すことを特徴とする。
(15)
本発明は、主基板の上面に上部基板、主基板の下面に下部基板を付着し、主基板に形成した1つの貫通室をイオン化室とし、イオン化室の隣に主基板に形成した貫通室である加熱室を設けて、イオン化室と加熱室は中央孔(第2中央孔)を有する基板側壁板で仕切られているか、またはイオン化室と加熱室とは同じ貫通室であり仕切る基板側壁板はないかであり、
前記加熱室へ接続する中央孔(第1中央孔)を有し、第1中央孔は上部基板または下部基板の開口部(試料導入用開口部)につながる主基板に形成された縦孔(基板面と垂直方向)に接続し、
中央孔内面に導電体膜(第2導電体膜)が形成され、加熱室内面に導電体膜(第1導電体膜)が形成され、第1導電体膜および第2導電体膜は加熱室主基板の側面に形成された導電体膜により接続され、第1導電体膜は上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極に接続することを特徴とし、
試料液または試料ガスは、試料導入用開口部から導入し、縦孔および中央孔を通して、加熱室への出口でスプレーガスとして加熱室へ導入することを特徴とし、
上部基板および/または下部基板に形成された外側電極から電圧を印加し、第1導電体膜へ電流を流して第1導電体膜を加熱することにより加熱室を加熱することを特徴とし、
イオン化室において、上部基板および/または下部基板に尖塔電極を配置して、前記尖塔電極は上部基板および/または下部基板に形成したコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成した外側電極に接続し、外側電極に電圧を印加することによって、尖塔電極で放電させて加熱されたスプレーガスをイオン化することを特徴とするイオン化法である。
(14)
According to the present invention, a recess and an opening that surround a part of the periphery of the ionization chamber are formed in the main substrate and the upper substrate and/or the lower substrate, and a cooling or heating medium is passed through the recess to form the ionization chamber and / Or a mass spectrometer characterized by cooling or heating the central hole,
Characterized by heating a part of the conductor film formed on the upper substrate and/or the lower substrate to heat the ionization chamber, and heating a part of the conductor film formed on the central hole in the ionization chamber age,
A conductive film electrode is provided on a substrate side wall plate or a substrate side wall facing the extraction electrode chamber, and a voltage having the same sign as the ion is applied to the conductive film electrode to push out the ions into the extraction electrode chamber. To do.
(15)
According to the present invention, an upper substrate is attached to the upper surface of the main substrate and a lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate, and one penetration chamber formed in the main substrate is used as an ionization chamber, and a penetration chamber formed in the main substrate next to the ionization chamber is used. A heating chamber is provided, and the ionization chamber and the heating chamber are partitioned by a substrate side wall plate having a central hole (second central hole), or the ionization chamber and the heating chamber are the same through chambers, and the partitioned substrate side wall plate is Or not
There is a central hole (first central hole) connected to the heating chamber, and the first central hole is a vertical hole (substrate) formed in the main substrate connected to the opening (sample introduction opening) of the upper substrate or the lower substrate. (In the direction perpendicular to the plane),
A conductor film (second conductor film) is formed on the inner surface of the central hole, a conductor film (first conductor film) is formed on the inner surface of the heating chamber, and the first conductor film and the second conductor film are formed in the heating chamber. The first conductor film is connected by a conductor film formed on the side surface of the main substrate, and the first conductor film is connected to an outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate through a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized by
Sample liquid or sample gas is introduced from the sample introduction opening, through the vertical hole and the central hole, is introduced into the heating chamber as a spray gas at the outlet to the heating chamber,
A heating chamber is heated by applying a voltage from an outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate and flowing a current to the first conductive film to heat the first conductive film.
In the ionization chamber, a steeple electrode is arranged on the upper substrate and/or the lower substrate, and the steeple electrode is connected to an outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate through a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate. Then, by applying a voltage to the outer electrode, the spray gas heated by being discharged at the steeple electrode is ionized, which is an ionization method.

(16)
本発明は、イオン化室の周囲の一部を囲む凹部および開口部を主基板および、上部基板および/または下部基板に形成し、この凹部に冷却用または加熱用媒体を通すことにより、イオン化室および/または中央孔を冷却または加熱を行なうことを特徴とする質量分析装置であり、
上部基板および/または下部基板に形成した導電体膜の一部を用いてイオン化室を加熱することを特徴とし、
中央孔に形成した導電体膜の一部を用いてイオン化室を加熱することを特徴とし
引き出し電極室と対面する基板側壁板または基板側壁に導電体膜電極を設けて、当該導電体膜電極にイオンと同符号の電圧を印加することにより、イオンを引き出し電極室へ押し出すことを特徴とする。
(17)
本発明は、主基板の上面に上部基板、主基板の下面に下部基板を付着し、主基板に形成した貫通室をイオン化室とし、
前記イオン室へ接続する中央孔(第1中央孔)を有し、第1中央孔は上部基板または下部基板の開口部(試料導入用開口部)につながる主基板に形成された縦孔(基板面と垂直方向)に接続し、
試料液は、試料導入用開口部から導入し、縦孔および中央孔を通して、イオン化室への出口でマトリックスが形成され、マトリックスへ上部基板または下部基板に形成された開口部を通して、外側からレーザーまたは高速原子ビームを照射し、その結果マトリックス中の分子がイオン化することを特徴とするイオン化法であり、
主基板の上面に上部基板、主基板の下面に下部基板を付着し、主基板に形成した貫通室をイオン化室とし、
前記イオン室へ接続する中央孔(第1中央孔)を有し、第1中央孔は上部基板または下部基板の開口部(試料導入用開口部)につながる主基板に形成された縦孔(基板面と垂直方向)に接続し、
試料液は、試料導入用開口部から導入し、縦孔および中央孔を通して、イオン化室への出口でマトリックスが形成され、
イオン化室の隣にレーザーまたは高速原子ビーム室が配置され、レーザーまたは高速原子ビーム室からレーザーまたは高速原子ビーム室がマトリックスへ照射され、その結果マトリックス中の分子がイオン化することを特徴とする、イオン化法である。
(16)
According to the present invention, a recess and an opening that surround a part of the periphery of the ionization chamber are formed in the main substrate and the upper substrate and/or the lower substrate, and a cooling or heating medium is passed through the recess to form the ionization chamber and / Or a mass spectrometer characterized by cooling or heating the central hole,
Characterized in that the ionization chamber is heated by using a part of the conductor film formed on the upper substrate and/or the lower substrate,
The ionization chamber is heated by using a part of the conductor film formed in the central hole, and a conductor film electrode is provided on the substrate side wall plate or the substrate side wall facing the extraction electrode chamber. It is characterized in that ions are pushed out to the extraction electrode chamber by applying a voltage having the same sign as that of the ions.
(17)
The present invention, an upper substrate on the upper surface of the main substrate, a lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate, the penetration chamber formed in the main substrate is an ionization chamber,
There is a central hole (first central hole) connected to the ion chamber, and the first central hole is a vertical hole (substrate) formed in the main substrate connected to the opening (sample introduction opening) of the upper substrate or the lower substrate. (In the direction perpendicular to the plane),
The sample solution is introduced from the sample introduction opening, the matrix is formed at the outlet to the ionization chamber through the vertical hole and the central hole, and the matrix is formed from the outside through the opening formed on the upper substrate or the lower substrate to the laser or It is an ionization method characterized by irradiating a fast atom beam and as a result, the molecules in the matrix are ionized.
The upper substrate is attached to the upper surface of the main substrate, the lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate, and the penetration chamber formed in the main substrate is used as the ionization chamber,
There is a central hole (first central hole) connected to the ion chamber, and the first central hole is a vertical hole (substrate) formed in the main substrate connected to the opening (sample introduction opening) of the upper substrate or the lower substrate. (In the direction perpendicular to the plane),
The sample solution is introduced through the sample introduction opening, passes through the vertical hole and the central hole, and a matrix is formed at the outlet to the ionization chamber,
Ionization, characterized in that a laser or fast atom beam chamber is placed next to the ionization chamber, the laser or fast atom beam chamber irradiates the laser or fast atom beam chamber onto the matrix, which results in the molecules in the matrix being ionized. Is the law.

(18)
本発明は、イオン化室に隣接して主基板に形成した貫通室は引き出し電極室であり、引き出し電極室とイオン化室は中央孔(第2中央孔)を有する基板側壁板で仕切られており、基板側壁板と対面する基板側壁の側面に導電体膜電極が形成され、導電体膜はイオンと同符号の電圧が印加され、発生したイオンは当該導電体膜電極により押し出されて基板側壁板の第2中央孔を通って引き出し電極室へ出射されることを特徴し、
イオン化室の周囲の一部を囲む凹部および開口部を主基板および、上部基板および/または下部基板に形成し、この凹部に冷却用または加熱用媒体を通すことにより、イオン化室および/または中央孔を冷却または加熱を行なうことを特徴とし、
中央孔内面および/または貫通室内面に導電体膜を形成し、当該導電体膜に電流を流して発熱させて、中央孔および/または貫通室を加熱することを特徴とする。
(19)
本発明は、主基板の上面を上部基板が、主基板の下面を下部基板が付着し、主基板にリング電極が形成され、リング電極の中央に形成された貫通室はイオントラップ室であり、イオントラップ室の上部は、上部基板に形成された上部電極(イオントラップ上部電極)が配置され、イオントラップ室の下部は、下部基板に形成された下部電極(イオントラップ下部電極)が配置され、
リング電極は、主基板のリング形状に導電体膜(リング導電体膜電極)を形成し、リング導電体膜電極は、上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極に接続し、
イオントラップ上部電極およびイオントラップ下部電極は、上部基板および下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および下部基板に形成された外側電極に接続し、リング電極は、中央孔を有する主基板であり、イオントラップ室の隣に配置された一方の貫通室であるイオン化室または引き出し電極・加速電極室とイオントラップ室の間に配置され、またイオントラップ室の隣に配置された他方の貫通室であるイオン検出室とイオントラップ室の間に配置され、一方の中央孔はイオン化室からイオントラップ室に接続し、他方の中央孔はイオントラップ室からイオン検出室に接続し、
リング導電体膜電極、イオントラップ上部電極、およびイオントラップ下部電極に所定の電圧を印加することによって、イオン化室または引き出し電極・加速電極室からイオントラップ室に接続した中央孔を通ってイオントラップ室に入ったイオンはイオントラップ室に捕捉され、さらに捕捉されたイオンは、イオントラップ室からイオン検出室に接続した中央孔を通ってイオン検出室に出射され、イオン検出されることを特徴とする、イオントラップ型質量分析装置である。
(18)
According to the present invention, the penetrating chamber formed adjacent to the ionization chamber on the main substrate is the extraction electrode chamber, and the extraction electrode chamber and the ionization chamber are partitioned by the substrate side wall plate having the central hole (second central hole), A conductor film electrode is formed on the side surface of the substrate side wall facing the substrate side wall plate, a voltage having the same sign as that of the ions is applied to the conductor film, and the generated ions are pushed out by the conductor film electrode to cause the substrate side wall plate to move. It is characterized in that it is emitted to the extraction electrode chamber through the second central hole,
A recess and an opening that surround a part of the periphery of the ionization chamber are formed in the main substrate and the upper substrate and/or the lower substrate, and a cooling or heating medium is passed through the recess to form the ionization chamber and/or the central hole. Characterized by cooling or heating,
The present invention is characterized in that a conductor film is formed on the inner surface of the central hole and/or the inner surface of the penetration chamber, and a current is passed through the conductor film to generate heat to heat the central hole and/or the penetration chamber.
(19)
The present invention, an upper substrate on the upper surface of the main substrate, a lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate, a ring electrode is formed on the main substrate, the penetration chamber formed in the center of the ring electrode is an ion trap chamber, An upper electrode (ion trap upper electrode) formed on the upper substrate is arranged on an upper portion of the ion trap chamber, and a lower electrode (ion trap lower electrode) formed on a lower substrate is arranged on a lower portion of the ion trap chamber,
The ring electrode forms a conductor film (ring conductor film electrode) in a ring shape of the main substrate, and the ring conductor film electrode passes through the contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate to the upper substrate and/or the lower substrate. Connect to the outer electrode formed on the lower substrate,
The ion trap upper electrode and the ion trap lower electrode are connected to the outer electrodes formed on the upper substrate and the lower substrate through the contact wirings formed on the upper substrate and the lower substrate, and the ring electrode is a main substrate having a central hole. , One of the penetration chambers adjacent to the ion trap chamber is the ionization chamber or between the extraction electrode/accelerating electrode chamber and the ion trap chamber, and the other penetration chamber adjacent to the ion trap chamber. Located between an ion detection chamber and an ion trap chamber, one central hole connects from the ionization chamber to the ion trap chamber, the other central hole connects from the ion trap chamber to the ion detection chamber,
By applying a predetermined voltage to the ring conductor film electrode, the ion trap upper electrode, and the ion trap lower electrode, the ion trap chamber is passed through the central hole connected from the ionization chamber or the extraction electrode/acceleration electrode chamber to the ion trap chamber. The ion that entered is trapped in the ion trap chamber, and the trapped ion is emitted from the ion trap chamber through the central hole connected to the ion detection chamber to the ion detection chamber and is detected. , An ion trap mass spectrometer.

(20)
本発明は、主基板の上面を上部基板が、主基板の下面を下部基板が付着し、主基板にリング電極が形成され、リング電極の中央に形成された貫通室はイオントラップ室であり、イオントラップ室の上部は、上部基板に形成された上部電極(イオントラップ上部電極)が配置され、イオントラップ室の下部は、下部基板に形成された下部電極(イオントラップ下部電極)が配置され、
リング電極は、主基板のリング形状に導電体膜(リング導電体膜電極)を形成し、リング導電体膜電極は、上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極に接続し、
イオントラップ上部電極およびイオントラップ下部電極は、上部基板および下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および下部基板に形成された外側電極に接続し、リング電極は、中央孔を有する主基板であり、
イオントラップ室の上部に配置された一方の貫通室であるイオン化室または引き出し電極・加速電極室とイオントラップ室の間に配置され、またイオントラップ室の隣に配置された他方の貫通室であるイオン検出室とイオントラップ室の間に配置され、一方の中央孔はイオン化室からイオントラップ室に接続し、他方の中央孔はイオントラップ室からイオン検出室に接続し、
リング導電体膜電極、イオントラップ上部電極、およびイオントラップ下部電極に所定の電圧を印加することによって、イオン化室または引き出し電極・加速電極室からイオントラップ室に接続した中央孔を通ってイオントラップ室に入ったイオンはイオントラップ室に捕捉され、さらに捕捉されたイオンは、イオントラップ室からイオン検出室に接続した中央孔を通ってイオン検出室に出射され、イオン検出されることを特徴とする、イオントラップ型質量分析装置である。
(20)
The present invention, an upper substrate on the upper surface of the main substrate, a lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate, a ring electrode is formed on the main substrate, the penetration chamber formed in the center of the ring electrode is an ion trap chamber, An upper electrode (ion trap upper electrode) formed on the upper substrate is arranged on an upper portion of the ion trap chamber, and a lower electrode (ion trap lower electrode) formed on a lower substrate is arranged on a lower portion of the ion trap chamber,
The ring electrode forms a conductor film (ring conductor film electrode) in a ring shape of the main substrate, and the ring conductor film electrode passes through the contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate to the upper substrate and/or the lower substrate. Connect to the outer electrode formed on the lower substrate,
The ion trap upper electrode and the ion trap lower electrode are connected to the outer electrodes formed on the upper substrate and the lower substrate through the contact wirings formed on the upper substrate and the lower substrate, and the ring electrode is a main substrate having a central hole. ,
One of the penetration chambers located above the ion trap chamber is the ionization chamber or between the extraction electrode/acceleration electrode chamber and the ion trap chamber, and the other penetration chamber adjacent to the ion trap chamber. It is arranged between the ion detection chamber and the ion trap chamber, one central hole is connected from the ionization chamber to the ion trap chamber, the other central hole is connected from the ion trap chamber to the ion detection chamber,
By applying a predetermined voltage to the ring conductor film electrode, the ion trap upper electrode, and the ion trap lower electrode, the ion trap chamber is passed through the central hole connected from the ionization chamber or the extraction electrode/acceleration electrode chamber to the ion trap chamber. The ion that entered is trapped in the ion trap chamber, and the trapped ion is emitted from the ion trap chamber through the central hole connected to the ion detection chamber to the ion detection chamber and is detected. , An ion trap mass spectrometer.

(21)
本発明は、上面から下面に貫通する複数の貫通室を有する主基板、主基板の上面に付着した上部基板、主基板の下面に付着した下部基板、貫通室を仕切る中央孔を有する基板側壁板を含む加速装置であって、荷電粒子は貫通室および基板側壁板の中央孔を通ることを特徴とする加速装置であり、
加速装置は、荷電粒子発生機構、線形加速機構を含み、荷電粒子発生機構、線形加速機構は貫通室に形成されることを特徴とし、
貫通室内に形成される電極および配線は、CVD法、PVD法、メッキ法、電鋳法から選択された1つまたは複数の方法により積層された導電体膜であり、上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極と接続することを特徴とし、
線形加速機構は、中央孔を有する基板側壁板に導電体膜を形成した電極(基板側壁板電極)を複数配置して構成され、前記基板側壁板電極に静電圧または高周波電圧を印加することにより、荷電粒子を加速または減速(集束)させることを特徴とし、
加速装置は、さらに減速(集束)機構を有しており、減速(集束)機構は、中央孔を有する基板側壁板に導電体膜を形成した電極(基板側壁板電極)を複数配置して構成され、前記基板側壁板電極に荷電粒子と逆電圧を印加することにより、荷電粒子を減速(集束)させることを特徴とする。
(21)
The present invention relates to a main substrate having a plurality of through chambers penetrating from the upper surface to the lower surface, an upper substrate attached to the upper surface of the main substrate, a lower substrate attached to the lower surface of the main substrate, and a substrate side wall plate having a central hole separating the through chambers. Wherein the charged particles pass through the through hole and the central hole of the side wall of the substrate.
The accelerating device includes a charged particle generation mechanism and a linear acceleration mechanism, and the charged particle generation mechanism and the linear acceleration mechanism are formed in the through chamber,
The electrodes and wirings formed in the penetrating chamber are conductor films laminated by one or more methods selected from a CVD method, a PVD method, a plating method, and an electroforming method, and the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized in that it is connected to the outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate through the contact wiring formed on
The linear acceleration mechanism is configured by arranging a plurality of electrodes (substrate side wall plate electrodes) having a conductor film formed on a substrate side wall plate having a central hole, and applying a static voltage or a high frequency voltage to the substrate side wall plate electrodes. , Characterized by accelerating or decelerating (focusing) charged particles,
The accelerating device further has a deceleration (focusing) mechanism, and the deceleration (focusing) mechanism is configured by arranging a plurality of electrodes (substrate sidewall plate electrodes) having a conductor film formed on a substrate sidewall plate having a central hole. The charged particles are decelerated (focused) by applying a reverse voltage to the charged particles on the substrate side wall plate electrode.

(22)
本発明は、さらに減速(集束)機構を有しており、減速(集束)機構は、四極磁石で行なうことを特徴とする加速装置であり、
四極磁石は、荷電粒子の通路である基板内に作製した貫通室を有する基板の外側から縦方向(基板面に対して垂直方向)において上下方向に電磁石を配置し、荷電粒子の通路である基板内に作製した貫通室を有する基板の外側から横方向(垂直方向に対して直角方向)において両側に電磁石を配置することを特徴とし、
電磁石を横方向に配置する場合において、電磁石の配置場所における基板領域を切断して、その開口部に電磁石を配置することを特徴とし、
切断方法は、レーザーダイシングまたは高圧液体ジェットダイシングであることを特徴とし、
コイルを貫通室の両側の主基板内に配置することを特徴とし、
コイルは、上下基板および主基板を貫通する貫通孔内に導電体膜(貫通孔配線)を形成し、上下基板で貫通孔配線を結線する配線を形成してコイル配線を形成し、コイルの両端電極は上部基板および/または下部基板に形成されることを特徴とする。
(23)
本発明は、貫通室(荷電粒子収束用貫通室)の両側に貫通室(コイル配置用貫通室)を形成し、コイル配置用貫通室へコイルを挿入してコイルを荷電粒子収束用貫通室の両側に配置することを特徴とし、
コイルは、支持基板に付着したコイルをコイル配置用貫通室に挿入して配置することを特徴とし、
コイルをコイル配置用貫通室の上部および下部に配置することを特徴とし、
コイルは上部基板および下部基板に密着または接近して配置することを特徴とし、
コイルを形成した基板(コイル形成基板)を上部基板および下部基板に付着させてコイルを配置することを特徴とする。
(22)
The present invention further has a deceleration (focusing) mechanism, and the deceleration (focusing) mechanism is an accelerating device characterized by being performed by a quadrupole magnet,
The quadrupole magnet has electromagnets arranged vertically in the vertical direction (perpendicular to the substrate surface) from the outside of the substrate having a through-hole formed in the substrate which is the passage of the charged particles. Characterized in that electromagnets are arranged on both sides in a lateral direction (a direction perpendicular to the vertical direction) from the outside of the substrate having a through chamber formed inside,
When arranging the electromagnets in the lateral direction, the substrate area at the location where the electromagnets are arranged is cut, and the electromagnets are arranged in the openings,
The cutting method is characterized by laser dicing or high pressure liquid jet dicing,
Characterized in that the coil is arranged in the main substrate on both sides of the penetration chamber,
For the coil, a conductor film (through-hole wiring) is formed in through holes penetrating the upper and lower substrates and the main substrate, and wiring for connecting the through-hole wiring is formed on the upper and lower substrates to form coil wiring. The electrodes are formed on the upper substrate and/or the lower substrate.
(23)
The present invention forms a through chamber (through chamber for coil placement) on both sides of the through chamber (through chamber for focusing charged particles), inserts a coil into the through chamber for coil placement, and inserts the coil into the through chamber for focusing charged particles. Characterized by placing on both sides,
The coil is characterized in that the coil attached to the support substrate is inserted and arranged in a through chamber for coil arrangement,
Characterizing that the coils are arranged in the upper and lower parts of the coil-arranging penetration chamber,
The coil is arranged in close contact with or close to the upper substrate and the lower substrate,
It is characterized in that a coil-formed substrate (coil-forming substrate) is attached to the upper substrate and the lower substrate to arrange the coils.

本発明は、LSIやMEMSプロセスを用いて、加速装置や質量分析装置に必要な各機能を基板内に一挙に形成するので、各機能部分(たとえば、加速電極)の相互間の位置関係が極めて正確に形成される。しかも電極間距離や荷電粒子の通る通路をmmオーダーやμmオーダーで精密に形成できるので、サイズが極めて小さくなる。たとえば、電極間の距離が小さくなると電界強度が大きくなり、荷電粒子の加速や減速を効率的に制御できる。また、電極へ供給する高周波の周波数を大きくすることができるので、短距離でより大きな加速を行なうこともできる。さらに各機能部品を一括で作製できるので、製造コストが劇的に低減する。 According to the present invention, the functions required for the accelerator and the mass spectrometer are formed at once in the substrate by using the LSI or the MEMS process. Therefore, the positional relationship between the functional portions (for example, the acceleration electrodes) is extremely high. Accurately formed. Moreover, since the distance between the electrodes and the passage through which the charged particles pass can be precisely formed on the order of mm or μm, the size becomes extremely small. For example, as the distance between the electrodes decreases, the electric field strength increases, and the acceleration and deceleration of charged particles can be efficiently controlled. Further, since the frequency of the high frequency supplied to the electrodes can be increased, it is possible to perform greater acceleration in a short distance. Furthermore, since each functional component can be manufactured at once, the manufacturing cost is dramatically reduced.

本発明を質量分析装置へ適用した場合、本発明のような4インチ〜8インチ{直径100mm〜200mm、厚み3mm以下(Si基板2mm、ガラス基板0.3mm×2)、8インチ以上も可能}の基板を使用して、微小な試料供給部、イオン化室、引き出し電極・加速室、電場室、磁場室、イオン検出室(これらを機能部と呼ぶ)を作製したことは報告されていない。また、特許等のアイデアも発見されていない。増して、これらを一括して同じ基板で実現したことも報告はなく、新規性および進歩性・優位性を有する。 When the present invention is applied to a mass spectrometer, it is 4 inches to 8 inches like the present invention {diameter 100 mm to 200 mm, thickness 3 mm or less (Si substrate 2 mm, glass substrate 0.3 mm x 2), 8 inches or more} It has not been reported that a minute sample supply unit, an ionization chamber, an extraction electrode/acceleration chamber, an electric field chamber, a magnetic field chamber, and an ion detection chamber (these are referred to as functional units) were produced using a substrate. In addition, no idea such as a patent has been found. Furthermore, it has not been reported that they are implemented on the same substrate all at once, and it has novelty, inventive step, and superiority.

本質量分析装置は超小型{本体:サイズ6インチウエハ(50cm3)以下、重量130g以下}であり、一括製造であるから、製造コストは10万円以下{本体:サイズ6インチウエハ}を実現できる。従来品は、同性能であれば、50cm×50cm×50cm以上、20kg以上であるから、大きさ(体積)で1/2500以下、重量で1/100以下、価格で1/20以下であり、優位性は十分ある。(もちろん、これよりも大きなサイズも可能である。)各機能部を一括してしかも精度良く(1μm以下)作製できるので、他方式の部品組み立て方式に比較すると、はるかに正確に作製できるので、検出精度も従来と同程度以上は期待できる。本発明は超小型で軽いので携帯が可能であるから、その場観測ができる。しかし、従来品は携帯が殆どできないことから、その場観測は極めて困難であり、この点でも大きな優位性がある。 This mass spectrometer is ultra-compact {main body: size 6 inch wafer (50 cm 3 ) or less, weight 130 g or less} and it is a batch manufacturing, so the manufacturing cost is 100,000 yen or less {main body: size 6 inch wafer} it can. With the same performance, the conventional products are 50 cm x 50 cm x 50 cm or more and 20 kg or more, so the size (volume) is 1/2500 or less, the weight is 1/100 or less, and the price is 1/20 or less. There is enough advantage. (Of course, larger size is also possible.) Since each functional part can be manufactured collectively and with high accuracy (1 μm or less), it can be manufactured much more accurately than other parts assembly method, The detection accuracy can be expected to be more than that of the conventional one. Since the present invention is ultra-compact and lightweight, it can be carried, so that in-situ observation is possible. However, in-situ observation is extremely difficult because conventional products can hardly be carried, and this is also a great advantage.

さらに、本質量分析装置では、磁場室に基板作製のコイルを使用する。基板同士でアライメントしてコイルを配置するので、配置精度が10μm以下で非常に良い。しかもコイルの大きさも1mm〜10mmと小さいので、全体のサイズも大きくならない。このような基板コイルを使用した磁場室は新規性および進歩性が高い。価格やサイズも小さく、精度も高いので、従来品より格段に優位性を有する。尚、コイルは電子イオン化法にも使用する。これも新規性および進歩性が高い。 Further, in this mass spectrometer, a coil for making a substrate is used in the magnetic field chamber. Since the coils are arranged by aligning between the substrates, the arrangement accuracy is 10 μm or less, which is very good. Moreover, the size of the coil is as small as 1 mm to 10 mm, so the overall size does not increase. A magnetic field chamber using such a substrate coil is highly novel and innovative. The price and size are small and the accuracy is high, so it has a significant advantage over conventional products. The coil is also used in the electron ionization method. This is also highly novel and inventive.

図1は、本発明の超小型加速装置の実施形態の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of a micro-accelerator of the present invention. 図2は、本発明の粒子発生装置11の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the particle generator 11 of the present invention. 図3は、荷電粒子の線形加速装置の構造を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the structure of a linear accelerator for charged particles. 図4は、高周波導波管を用いた荷電粒子加速管の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a charged particle accelerator tube using a high frequency waveguide. 図5は、本発明の荷電粒子加速装置を複数連結させた加速装置を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an accelerator in which a plurality of charged particle accelerators of the present invention are connected. 図6は、本発明の荷電粒子加速装置の製造方法の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a method of manufacturing the charged particle accelerator of the present invention. 図7は、本発明の荷電粒子加速装置の製造方法の一例を示す図で、基板側壁形成後、導電体膜パターニングまでのプロセスを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a method of manufacturing the charged particle accelerator according to the present invention, which is a diagram showing a process from the formation of the side wall of the substrate to the patterning of the conductor film. 図8は、上側基板(主基板201U、上部基板202)と下側基板(主基板201B、下部基板203)の間にガラス基板251を挟んで静電結合で付着させる場合の荷電粒子加速装置の作製方法を示す図である。FIG. 8 shows a charged particle accelerator in which a glass substrate 251 is sandwiched between an upper substrate (main substrate 201U, upper substrate 202) and a lower substrate (main substrate 201B, lower substrate 203) to be attached by electrostatic coupling. It is a figure which shows the manufacturing method. 図9は、引き出し電極構造の別の実施形態を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the extraction electrode structure. 図10は、中央孔を有する基板側壁電極を複数配置した加速空洞室を示す図である。FIG. 10 is a view showing an accelerating cavity chamber in which a plurality of substrate side wall electrodes having a central hole are arranged. 図11は、電磁石(コイル)の作製法を示す一実施形態である。FIG. 11 is an embodiment showing a method for producing an electromagnet (coil). 図12は、比透磁率μの高いコアを挿入した高性能のコイルを作製する方法を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a method for producing a high-performance coil in which a core having a high relative permeability μ is inserted. 図13は、上下基板に配置するコイルの作製方法を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a method of manufacturing the coils arranged on the upper and lower substrates. 図14は、本発明のコイル(電磁石)によって作製された四極電磁石構造を示す図である。FIG. 14: is a figure which shows the quadrupole electromagnet structure produced by the coil (electromagnet) of this invention. 図15は、図1における偏向電磁石25、30、34、37等の荷電粒子通過空洞およびそこに配置された電磁石を示す図である。FIG. 15 is a view showing charged particle passage cavities such as the deflection electromagnets 25, 30, 34, 37 in FIG. 1 and electromagnets arranged therein. 図16は、図1で示した円形加速器(シンクロトロン)8−1を有する超小型加速装置10−1をさらに1回り大きい円形加速器8−2に接続した図で、2重シンクロトロン(あるいは2サイクルシンクロトロン)を示す図である。FIG. 16 is a diagram in which the micro-accelerator 10-1 having the circular accelerator (synchrotron) 8-1 shown in FIG. 1 is connected to the circular accelerator 8-2 which is one size larger, and is a double synchrotron (or 2). It is a figure which shows a cycle synchrotron. 図17は、円形加速器8を分割して基板に作製する場合の模式図を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a schematic diagram in the case where the circular accelerator 8 is divided and manufactured on a substrate. 図18は、本発明のマイクロ波イオン源を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a microwave ion source of the present invention. 図19は、本発明の質量分析の一実施形態を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing an embodiment of the mass spectrometry of the present invention. 図20は、四重極型質量分析室の作製方法の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of a method for manufacturing a quadrupole mass spectrometer. 図21は、四重極電極を基板に付着させる構造と方法の一例について説明する図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a structure and method for attaching a quadrupole electrode to a substrate. 図22は、四重極電極を基板に付着させる構造と方法に関する別の例について説明する図である。FIG. 22 is a diagram illustrating another example of the structure and method for attaching the quadrupole electrode to the substrate. 図23は、本発明の四重極電極の作製方法を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a method for producing a quadrupole electrode of the present invention. 図24は、四重極電極棒407を基板に付着する方法を説明する図である。FIG. 24 is a diagram illustrating a method of attaching the quadrupole electrode rod 407 to the substrate. 図25は、薄膜形成法を用いて四重極電極を質量分析室内部へ配置する方法について説明する図である。FIG. 25 is a diagram illustrating a method of arranging a quadrupole electrode inside a mass spectrometry chamber using a thin film forming method. 図26は、八重極電極型の構造を示す図である。FIG. 26 is a diagram showing an octopole electrode type structure. 図27は、本発明の主基板に扇型磁場が作用する質量分析室となる貫通室を持つ扇型磁場方式の質量分析装置を示す模式図である。FIG. 27 is a schematic diagram showing a fan-type magnetic field type mass spectrometer having a penetration chamber, which is a mass analysis chamber in which a fan-shaped magnetic field acts, on the main substrate of the present invention. 図28は、質量分析室で磁場により力を受けたイオンを多方向に配置したイオン検出装置でイオン検出する質量分析装置を示す図であり、FIG. 28 is a diagram showing a mass spectroscope for detecting ions with an ion detector arranged in multiple directions for ions that have been subjected to a magnetic field in the mass spectroscope. 図29は、本発明の二重収束型質量分析装置を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing a double-focusing mass spectrometer of the present invention. 図30は、単収束扇型磁場アナライザーおよび二重収束扇型磁場アナライザーの1つの設計指針を示した図である。FIG. 30 is a diagram showing one design guideline for the single-focusing sector magnetic field analyzer and the double-focusing sector magnetic field analyzer. 図31は、本発明のFTICRを示す図である。FIG. 31 is a diagram showing the FTICR of the present invention. 図32は、ICR室のサイズを大きくする場合の構造を示す図である。FIG. 32 is a diagram showing a structure for increasing the size of the ICR chamber. 図33は本発明のコイルを配置したFTICRである。FIG. 33 shows an FTICR in which the coil of the present invention is arranged. 図34は、図33とは異なる本発明のコイルを配置したFTICRである。34 is an FTICR in which the coil of the present invention different from that of FIG. 33 is arranged. 図35は、図19において説明したものとは別のイオン化法を示す図である。FIG. 35 is a diagram showing an ionization method different from that described in FIG. 図36は、別のイオン化法の実施形態を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing another embodiment of the ionization method. 図37は、大気圧化学イオン化法について説明する図である。FIG. 37 is a diagram for explaining the atmospheric pressure chemical ionization method. 図38は、尖塔電極を有するイオン化室の作製方法を示す図である。FIG. 38 is a diagram showing a method for manufacturing an ionization chamber having a steeple electrode. 図39は、高速原子衝撃法(FAB)の一種である連続フロー(CF)−FABイオン化を本発明に適用した実施形態を示す図である。FIG. 39 is a diagram showing an embodiment in which continuous flow (CF)-FAB ionization, which is a type of fast atom bombardment method (FAB), is applied to the present invention. 図40は、イオントラップ型質量分析装置の作製方法を示す図である。FIG. 40 is a diagram showing a method for manufacturing an ion trap mass spectrometer. 図41は、荷電粒子がエンドキャップ電極609を通るイオントラップ質量分析装置を示す図である。FIG. 41 is a diagram showing an ion trap mass spectrometer in which charged particles pass through the end cap electrode 609. 図42は、本発明を用いたダイノードを多数配置したイオン検出室を示す図である。FIG. 42 is a diagram showing an ion detection chamber in which a large number of dynodes according to the present invention are arranged. 図43は、図42で示す平行平板型電極を作製する方法の一実施形態を示す図である。FIG. 43 is a diagram showing one embodiment of a method for producing the parallel plate electrode shown in FIG. 42. 図44は、本発明の中央孔をチャネル形二次電子増倍管に適用した実施例を示す図である。FIG. 44 is a diagram showing an embodiment in which the central hole of the present invention is applied to a channel type secondary electron multiplier. 図45は、本発明の質量分析装置の概要図(基板面に垂直な断面図)である。FIG. 45 is a schematic diagram (cross-sectional view perpendicular to the substrate surface) of the mass spectrometer of the present invention. 図46は、二重収束型質量分析部(電場部+磁場部)(平面図)および(b)多種イオン同時検出法(平面図)を示す図である。FIG. 46 is a diagram showing a double-focusing mass spectrometric section (electric field section+magnetic field section) (plan view) and (b) multiple ion simultaneous detection method (plan view). 図47は、電子イオン化部(断面図)を示す図である。FIG. 47 is a diagram showing an electron ionization section (cross-sectional view). 図48は、本発明の最終製品(本体のみ)のイメージ完成図である。FIG. 48 is an image completed drawing of the final product (only the main body) of the present invention. 図49は、縦方向に形成したイオントラップ型質量分析装置を示す図である。FIG. 49 is a diagram showing an ion trap mass spectrometer formed in the vertical direction. 図50は、基板貫通孔また基板凹部の側壁へパターンを形成する方法または装置を示す図である。FIG. 50 is a diagram showing a method or apparatus for forming a pattern on a side wall of a substrate through hole or a substrate recess. 図51は、貫通孔側壁エッチング装置を示す図である。FIG. 51 is a diagram showing a through hole side wall etching apparatus. 図52は、型(モールド)を用いて本発明の加速器や質量分析装置の貫通室を作製する方法を示す図である。FIG. 52 is a diagram showing a method of producing a through chamber of an accelerator or a mass spectrometer of the present invention using a mold. 図53は、前面および後面に発光体を配置した露光装置を示す図である。FIG. 53 is a diagram showing an exposure apparatus in which light emitters are arranged on the front surface and the rear surface. 図54は、モールドインゴット法を用いた中央孔を形成する方法を示す図である。FIG. 54 is a diagram showing a method of forming a central hole using the mold ingot method. 図55は、中央孔が形成される部分の中央孔高さの略半分の位置で切断した基板に中央孔を形成する方法を示す図である。FIG. 55 is a diagram showing a method of forming a central hole in a substrate cut at a position approximately half the height of the central hole in the portion where the central hole is formed. 図56は、貫通室内壁を研磨して平滑でなめらかな面にするための方法((a))および貫通室内壁へパターンを転写する方法について説明する図((b)、(c))である。FIG. 56 is a diagram ((b), (c)) for explaining a method for polishing the inner wall of the through-hole to obtain a smooth and smooth surface ((a)) and a method for transferring a pattern to the inner wall of the through-hole. is there. 図57は、本発明のシンクロトロン方式基板型イオン注入装置を基板面に平行に見た平面図である。FIG. 57 is a plan view of the synchrotron system substrate type ion implantation apparatus of the present invention viewed parallel to the substrate surface. 図58は2つの環状軌道を有するシンクロトロン型イオン注入装置を示す図で(平面図)ある。FIG. 58 is a diagram (plan view) showing a synchrotron type ion implanter having two orbits. 図59は、イオン出射ライン2143と2段目環状軌道2145との接続領域の状態を拡大したもの(基板と平行な平面図)である。FIG. 59 is an enlarged view of a state of a connection region between the ion emission line 2143 and the second-stage annular orbit 2145 (a plan view parallel to the substrate). 図60は、2段に積層したイオン注入装置の軌道連結部の断面を示す図である。FIG. 60 is a view showing a cross section of the track connecting portion of the ion implantation apparatus stacked in two stages. 図61はRFQ(Radio Frequency Quadrouple)型線形加速器の一例を示す図である。FIG. 61 is a diagram showing an example of an RFQ (Radio Frequency Quadrouple) type linear accelerator. 図62は図61に示すRFQ型線形加速器の作製方法を示す図である。FIG. 62 is a diagram showing a method of manufacturing the RFQ linear accelerator shown in FIG. 図63は、線形加速器の別の加速方法(IH型)を示す図である。FIG. 63 is a diagram showing another acceleration method (IH type) of the linear accelerator. 図64は、別の線形加速室における加速方法を示す図である。FIG. 64 is a diagram showing an acceleration method in another linear acceleration chamber.

本発明は、基板または薄板(主基板または第1基板)において、その厚み方向に貫通溝(凹部とも記載)または貫通孔(以下、空洞とも記載)が形成されており、その空洞内を電子やイオン等の荷電粒子が高速で移動する加速器である。空洞の上には基板または薄板(第2基板)が、その空洞の両側の基板側壁上に付着しており、空洞の下にも基板または薄板(第3基板)(貫通溝の場合は、主基板の底面)が、その空洞の両側の基板側壁下に付着している。従って、空洞は、その上下を第2基板および第3基板で、その横側を第1基板側壁で挟まれた気密空間となっている。気密空間である空洞の一部において、その空洞の上、および/または下、および/または両側の基板側壁の一部または全部がくり抜かれ(または孔が形成され)、そのくり抜かれた部分または孔(以下、真空伝達孔とも記載)から、空洞内の気体(空気、酸素、窒素など)が排気され、空洞内は所定の低圧状態(たとえば、真空に近い低圧状態)になっている。 According to the present invention, in a substrate or a thin plate (main substrate or first substrate), a through groove (also referred to as a recess) or a through hole (hereinafter also referred to as a cavity) is formed in a thickness direction thereof, and electrons or This is an accelerator in which charged particles such as ions move at high speed. A substrate or a thin plate (second substrate) is adhered on the cavity above the side walls of the substrate on both sides of the cavity, and a substrate or a thin plate (third substrate) (main substrate in the case of a through groove) is also formed under the cavity. The bottom surface of the substrate) is attached below the sidewalls of the substrate on both sides of the cavity. Therefore, the cavity is an airtight space in which the upper and lower sides are sandwiched by the second substrate and the third substrate, and the lateral side is sandwiched by the first substrate side walls. In a part of the cavity which is an airtight space, part or all of the substrate side wall above and/or below and/or on both sides of the cavity is hollowed out (or a hole is formed), and the hollowed out part or hole is formed. Gas (air, oxygen, nitrogen, etc.) in the cavity is exhausted from (hereinafter, also referred to as a vacuum transmission hole), and the cavity is in a predetermined low pressure state (for example, a low pressure state close to vacuum).

空洞内の一部(または空洞の外側)において、空洞の上および/または下にコイルや電磁石や永久磁石が配置され、コイル等の作る磁界により空洞内を通る電子やイオン(以下、荷電粒子)は力を受けて、加速および/または偏向する。および/または、空洞内の一部(または空洞の外側)において、空洞の一方の横側および/または他方の横側にコイルが配置され、コイルの作る磁界により空洞内を通る荷電粒子は力を受けて、加速および/または偏向する。あるいは/および、空洞内の一部(または空洞の外側)において、空洞の上および/または下に電極配置され、電極の作る電界により空洞内を通る荷電粒子は力を受けて、加速および/または偏向する。および/または、空洞内の一部(または空洞の外側)において、空洞の一方の横側および/または他方の横側に電極が配置され、電極の作る電界により空洞内を通る荷電粒子は力を受けて、加速および/または偏向する。 Electrons and ions (hereinafter, charged particles) that pass through the inside of the cavity due to the magnetic field created by the coil, etc., where coils, electromagnets, and permanent magnets are placed above and/or below the cavity in part of the inside (or outside of the cavity). Receives a force to accelerate and/or deflect. And/or in a part of the cavity (or outside of the cavity), a coil is arranged on one side and/or the other side of the cavity, and a magnetic field generated by the coil causes charged particles passing through the cavity to generate a force. Receive, accelerate and/or deflect. Alternatively and/or in some part (or outside of the cavity), electrodes are arranged above and/or below the cavity, and the electric field created by the electrodes causes the charged particles passing through the cavity to receive a force to accelerate and/or accelerate. To deflect. And/or in a part of the cavity (or outside of the cavity), electrodes are arranged on one side and/or the other side of the cavity, and the electric field created by the electrodes causes charged particles passing through the cavity to generate force. Receive, accelerate and/or deflect.

第1基板内に荷電粒子発生部(室)を作製し、その荷電粒子発生部で発生させた荷電粒子を第1基板内に作製した空洞(これを(荷電粒子)導入空洞と呼ぶこともある)を通して、荷電粒子を加速させることができる空洞(これを(荷電粒子)加速空洞と呼ぶこともある)へ導くこともできる。あるいは、外部の荷電粒子発生装置を第1基板内に作製した空洞(これを(荷電粒子)(外部)導入空洞と呼ぶこともある)の外部との入り口(これを(荷電粒子)(外部)導入空洞入口と呼ぶこともある)と接続し、外部導入空洞を通して、荷電粒子を主基板内の空洞や加速空洞へ導くことができる。加速空洞内を運動する荷電粒子は、第1基板と外部とつながる荷電粒子排出出口(これを(荷電粒子)排出出口と呼ぶこともある)から外部へ出ていく。荷電粒子排出出口と加速空洞は第1基板内に作製した空洞(これを(荷電粒子)排出空洞と呼ぶこともある)でつながっている。加速された荷電粒子は、荷電粒子排出出口から出て、医療用途、分析用途、商品改質用途等種々の目的に適用できる。あるいは、荷電粒子排出出口はなく、主基板内に形成された分析室等でイオン分析される。 A charged particle generation part (chamber) is formed in the first substrate, and charged particles generated in the charged particle generation part are formed in the first substrate (this may be referred to as a (charged particle) introduction cavity). ), it is also possible to lead to a cavity capable of accelerating charged particles (this is also called a (charged particle) accelerating cavity). Alternatively, an entrance to the outside of a cavity (which may be referred to as a (charged particle) (external) introduction cavity) in which an external charged particle generator is formed in the first substrate (this is referred to as (charged particle) (external)) It may be referred to as an introduction cavity inlet), and charged particles can be guided to the cavity in the main substrate or the acceleration cavity through the external introduction cavity. The charged particles moving in the accelerating cavity go out from a charged particle discharge outlet (which may be referred to as a (charged particle) discharge outlet) connected to the first substrate and the outside. The charged particle discharge outlet and the acceleration cavity are connected by a cavity formed in the first substrate (this is also called a (charged particle) discharge cavity). The accelerated charged particles exit from the charged particle discharge outlet and can be applied to various purposes such as medical use, analytical use, and product reforming use. Alternatively, there is no charged particle discharge outlet, and ion analysis is performed in an analysis room or the like formed in the main substrate.

本発明の加速器(これを基板加速器と呼ぶこともある)は、フォトリソグラフィ法を用いたり、レーザーパターニング法、金型を用いた金型形成法、打ち抜きで作製する打ち抜き法などを用いて作製できるので、空洞幅や空洞深さが、0.1mm〜0.5mm、または0.5mm〜1.00mm、あるいは、1.0mm〜10mm、あるいは、1cm〜2cm、あるいは2cm〜10cm、あるいは10cm以上のものが極めて正確に作製でき、また、直線形、多角形、円形、楕円形、双曲線形、あるいは他の曲線形の形状の加速器が所望の寸法で作製できる。たとえば、直線形であれば、1枚の基板の中に多数の直線空洞を形成し、その直線空洞を空洞の長さ方向に切りだし(たとえば、ダイシング法により)、その切りだしたものを空洞同士で連結していけば、任意の長さの線形加速器が作製できる。 The accelerator of the present invention (this may be referred to as a substrate accelerator) can be produced by using a photolithography method, a laser patterning method, a die forming method using a die, a punching method produced by punching, or the like. Therefore, if the cavity width or cavity depth is 0.1 mm to 0.5 mm, or 0.5 mm to 1.00 mm, or 1.0 mm to 10 mm, or 1 cm to 2 cm, or 2 cm to 10 cm, or 10 cm or more is extremely accurate. Also, linear, polygonal, circular, elliptical, hyperbolic, or other curvilinear shaped accelerators can be fabricated with desired dimensions. For example, in the case of a linear shape, a large number of linear cavities are formed in one substrate, the linear cavities are cut out in the length direction of the cavity (for example, by the dicing method), and the cutouts are used as cavities. If they are connected to each other, a linear accelerator of arbitrary length can be manufactured.

たとえば、第1基板はSi基板であり、加速空洞幅を5mm、加速空洞深さを5mmとし、加速空洞の両横側における第1基板内に複数のコイル(長さ10mm)が形成され、加速空洞の上下において厚さ0.5mmのガラス基板(第2基板、第3基板)が第1基板に付着しており、その上下に複数のコイル(長さ20mm)が配置されている場合、第1基板のサイズが500mm×500mmであるとき(あるいは、このサイズのものが作製できる円形ウエハ(直径が500√2=707mm以上)であるとき)、1つの線形加速器は長さ500mm、幅15mm、高さ6mm程度になり、1枚の基板(第1基板に第2基板と第3基板が付着し、その上下および/または左右にコイルが配置)から、約33個(この1個1個を単位加速器と呼ぶ)が取れる。この単位加速器を10個連結させると、5mの線形加速器となるから、1枚の基板から16.5mの線形加速器ができる。従って、1kmの加速器なら、61枚の基板があれば良い。 For example, the first substrate is a Si substrate, the acceleration cavity width is 5 mm, the acceleration cavity depth is 5 mm, and multiple coils (10 mm in length) are formed in the first substrate on both lateral sides of the acceleration cavity to accelerate the acceleration. In the case where glass substrates (second substrate and third substrate) having a thickness of 0.5 mm are attached to the first substrate above and below the cavity and a plurality of coils (20 mm in length) are arranged above and below the first substrate, When the substrate size is 500 mm × 500 mm (or when it is a circular wafer (diameter 500√2=707 mm or more) that can be manufactured in this size), one linear accelerator has a length of 500 mm, a width of 15 mm, and a height of 15 mm. The length is about 6 mm, and from one board (the second board and the third board are attached to the first board, and the coils are arranged on the top and bottom and/or the left and right of the first board), about 33 pieces (each one is a unit) Called accelerator) can be taken. When 10 unit accelerators are connected, a linear accelerator of 5 m is formed, and thus a 16.5 m linear accelerator can be formed from one substrate. Therefore, if it is a 1 km accelerator, 61 substrates are enough.

円形加速器の場合も、1枚の基板だけで作製できる超小型加速器の場合、サイズの異なる円形軌道(円形空洞)を多数作製し、それらの間をつなぐ空洞(これを接続空洞と呼ぶこともある)を作製し、段階的に速度を上げて、それに応じて軌道を移動させていき、最後の軌道(通常は、最外側となる)で最終速度まで加速させて荷電粒子を外部へ放出する。本発明では、すべての空洞、コイル、電極等のパターンを同時に形成できるので、円形軌道の数に関係なくプロセスステップ数(製造工程の数)は変化なく、コストは殆ど変化がない。たとえば、最初に半径10mmの円形軌道とし、空洞の幅を5mm、次の円形軌道の大きさを25mmとし、その次の円形軌道の大きさを半径40mmとし、順次15mmずつ半径を大きくした同心円状の円形加速器にしたとき(空洞幅は、すべて5mm、空洞と空洞の間の間隔は10mm)、500mm円形ウエハでは、16個の円形軌道ができる。これらを順次接続し、各円形軌道で加速させていく。最初の小さな円形軌道で10m/secの速度で円運動をし、次の円軌道で4倍の速度にし、n番目で10×4n−1m/secにすると、最終の16番目の円軌道で10万km/secになり、光の1/3の速度にできる。1つのウエハで超高速の荷電粒子を作製できる。 In the case of a circular accelerator as well, in the case of a microminiature accelerator that can be manufactured using only one substrate, a large number of circular orbits (circular cavities) of different sizes are manufactured and cavities that connect them are formed (this is also called a connection cavity). ) Is produced, the velocity is increased stepwise, the orbit is moved accordingly, and the final orbit (usually the outermost) is accelerated to the final velocity to discharge the charged particles to the outside. In the present invention, since all the patterns of cavities, coils, electrodes, etc. can be formed at the same time, the number of process steps (the number of manufacturing steps) does not change regardless of the number of circular orbits, and the cost hardly changes. For example, a circular orbit with a radius of 10 mm is first used, the width of the cavity is 5 mm, the size of the next circular orbit is 25 mm, the size of the next circular orbit is a radius of 40 mm, and the radius is increased by 15 mm. When the circular accelerator is used (the cavity widths are all 5 mm and the space between the cavities is 10 mm), 16 circular orbits can be made in a 500 mm circular wafer. These are connected in sequence and accelerated in each circular orbit. Circular motion at a speed of 10 m/sec in the first small circular orbit, quadruple speed in the next circular orbit, and 10 × 4 n-1 m/sec at the nth , the final 16th circular orbit. Can reach 100,000 km/sec, which is 1/3 the speed of light. Ultrafast charged particles can be produced with one wafer.

円形加速器のサイズが大きくなる場合は、線形加速器と同様に、基板を連結させて作製することができる。たとえば、1枚の基板のサイズが500mm×500mmであり、円形加速器の直径が1000mm(1m)である場合、4枚の基板に1/4円分ずつ作製し、その1/4円の基板4枚を接続すれば良い。もっと大きな円形加速器を作製するときは、たとえば、10000mm(10m)の円形加速器の場合、1000mm×1000mmの基板なら、約100枚の基板を接続すれば良い。 When the size of the circular accelerator is large, the substrates can be connected to each other to fabricate the same as in the linear accelerator. For example, if the size of one substrate is 500 mm × 500 mm, and the diameter of the circular accelerator is 1000 mm (1 m), make 1/4 yen for each of 4 substrates and Just connect the sheets. When manufacturing a larger circular accelerator, for example, in the case of a 10000 mm (10 m) circular accelerator, a substrate of 1000 mm×1000 mm may be connected to about 100 substrates.

本発明は、加速器を基板上に作製したもので、加速空洞等の荷電粒子が通る空洞、荷電粒子を加速・減速または偏向する電界を発生する電極、荷電粒子を加速・減速または偏向する磁界を発生するコイル・電磁石を搭載するものである。図1は、本発明の超小型加速装置の実施形態の一例を示す図で、超小型加速装置は1枚の基板9に搭載され、荷電粒子発生装置11、線形(型)加速装置13、各種電磁石15、17、19、21、22、23、26、28、29、31、32、35、36、偏向電磁石25、30、34、37、荷電粒子が通る空洞12、14、16、18、20、24、27、33、38、40、線形加速装置39を有する。これらは一例であるから、ここに記載したものを省いたり、さらに加えたり、あるいは別の機能を有するものを付加することもできる。 The present invention is one in which an accelerator is formed on a substrate, and a cavity through which charged particles such as an acceleration cavity passes, an electrode for generating an electric field for accelerating/decelerating or deflecting charged particles, and a magnetic field for accelerating/decelerating or deflecting charged particles. It is equipped with a coil and electromagnet that generate it. FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of a micro-accelerator of the present invention. The micro-accelerator is mounted on one substrate 9, a charged particle generator 11, a linear (type) accelerator 13, and various types. Electromagnets 15, 17, 19, 21, 22, 23, 26, 28, 29, 31, 32, 35, 36, deflection electromagnets 25, 30, 34, 37, cavities 12, 14, 16, 18, through which charged particles pass. It has 20, 24, 27, 33, 38, 40 and a linear accelerator 39. Since these are examples, those described here may be omitted, further added, or one having another function may be added.

荷電粒子発生装置11で発生した荷電粒子は、空洞12を通り線形加速装置13で加速され、空洞14を通り偏向電磁石15で軌道を偏向し、さらに空洞16を通り偏向電磁石17で軌道を偏向いよび/または収束し、さらに空洞18を通り偏向電磁石19で軌道を偏向し、次の空洞20を通過し、インフレクター21を介して、円形加速器8において荷電粒子が通る空洞である蓄積リング24に入射する。空洞20の途中に線形加速装置42を設けて、インフレクター21へ入る荷電粒子の速度を調節することもできる。また、荷電粒子発生装置11からインフレクター21へ入射する途中で、他の偏向電磁石、加速電極、減速電極、線形加速装置等を設けても良い。また、その途中に他の偏向電磁石、加速電極、減速電極、線形加速装置、収束電磁石等を設けても良い。 The charged particles generated by the charged particle generation device 11 pass through the cavity 12 and are accelerated by the linear acceleration device 13, pass through the cavity 14 and are deflected by the deflection electromagnet 15, and further pass through the cavity 16 and are deflected by the deflection electromagnet 17. And/or converge and further deflects the trajectory through the cavity 18 with the deflection electromagnet 19, passes through the next cavity 20, and through the inflector 21 to the storage ring 24 which is the cavity through which charged particles pass in the circular accelerator 8. Incident. A linear accelerator 42 may be provided in the middle of the cavity 20 to control the velocity of charged particles entering the inflector 21. Further, another deflecting electromagnet, an accelerating electrode, a decelerating electrode, a linear accelerating device, etc. may be provided on the way from the charged particle generator 11 to the inflector 21. In addition, another deflection electromagnet, an acceleration electrode, a deceleration electrode, a linear acceleration device, a focusing electromagnet, etc. may be provided on the way.

インフレクター21から円形加速器8の蓄積リング24に入射した荷電粒子は、(水平方向用)収束電磁石22、(垂直方向用)収束電磁石22で収束し、偏向電磁石25で偏向・加速し、次の蓄積リング27へ入り、ここでも高周波加速空洞29でさらに加速し、(垂直方向用)収束電磁石26、(水平方向用)収束電磁石28で収束し、偏向電磁石30で偏向・加速し、次の蓄積リング33へ入り、ここでも(垂直方向用)収束電磁石31、(水平方向用)収束電磁石32で収束し、偏向電磁石34で偏向・加速し、次の蓄積リング38へ入り、ここでも(垂直方向用)収束電磁石35、(水平方向用)収束電磁石36で収束し、次の偏向電磁石37で偏向・加速し、次の蓄積リング24へ入る。このようにして、荷電粒子は、蓄積リング24、27、33、38中を加速しながら回り続け、所望の速度および所望の数の荷電粒子が得られたら、荷電粒子を外部へ導く空洞(これを荷電粒子排出空洞と呼ぶこともある)40へ入り、荷電粒子排出空洞40の出口41から外部へ取り出す。荷電粒子排出空洞40の途中に線形加速装置39を設けて荷電粒子をさらに加速させても良い。また、その途中に他の偏向電磁石、加速電極、減速電極、線形加速装置、収束電磁石等を設けても良い。 The charged particles that have entered the storage ring 24 of the circular accelerator 8 from the inflector 21 are converged by the focusing electromagnet 22 (for horizontal direction) and the focusing electromagnet 22 (for vertical direction), and are deflected/accelerated by the deflection electromagnet 25. After entering the storage ring 27, the high frequency accelerating cavity 29 again accelerates the beam, and the focusing electromagnet 26 (for the vertical direction) and the focusing electromagnet 28 (for the horizontal direction) converge and the deflection electromagnet 30 deflects and accelerates the next storage. It enters the ring 33, and again, it is converged by the focusing electromagnet 31 (for vertical direction) and the focusing electromagnet 32 (for horizontal direction), deflected and accelerated by the deflection electromagnet 34, and enters the next storage ring 38, and again (vertical direction). Focusing electromagnet 35 (for horizontal direction) and focusing electromagnet 36 (for horizontal direction) are used for focusing, then deflection electromagnet 37 is used for deflection/acceleration, and then the next storage ring 24 is entered. In this way, the charged particles continue to rotate while accelerating in the storage rings 24, 27, 33, 38, and when the desired velocity and the desired number of charged particles are obtained, the charged particles are guided to the outside. (Also referred to as charged particle discharge cavity) 40, and is taken out from the outlet 41 of the charged particle discharge cavity 40. A linear accelerator 39 may be provided in the middle of the charged particle discharge cavity 40 to further accelerate the charged particles. In addition, another deflection electromagnet, an acceleration electrode, a deceleration electrode, a linear acceleration device, a focusing electromagnet, etc. may be provided on the way.

以上のように、蓄積リング24、27、33、38は1つなぎになった環状通路となっている。また、種々の空洞は、各所に孔が形成され、その孔は真空引きラインにつながり、その真空引きラインはさらに外部の真空ポンプに接続し、各種空洞は真空に近い状態まで圧力が低下する。さらに、種々の空洞は、各所に孔が形成され、その孔から窒素、He、Ar等の不活性ガス等のガスを導入することもでき、適宜空洞内部をクリーニングしたり、ガスパージできる。 As described above, the storage rings 24, 27, 33, and 38 form a connected annular passage. Further, various cavities have holes formed at various places, the holes are connected to a vacuum drawing line, and the vacuum drawing line is further connected to an external vacuum pump, and the pressure of each of the various cavities is reduced to a state close to a vacuum. Further, various cavities have holes formed at various places, and a gas such as an inert gas such as nitrogen, He, Ar or the like can be introduced through the holes, and the inside of the cavities can be appropriately cleaned or gas purged.

図1に示すように、本発明は、電子またはイオンの粒子発生装置11も主基板(第1基板)9内に配置する。この粒子発生装置11の一例を図2に示す。図2に示す粒子(イオン発生装置は平行平板型電極を有するイオン発生装置である。図2(a)は基板平面に対して垂直な(基板厚み方向の)断面構造で、図2(b)は平面構造図である。主基板51内に、プラズマ発生室である空洞76、プラズマ発生室76で発生した電子、陽子や各種イオン等の荷電粒子を取り出し加速装置(図1の13)へ導く空洞77が形成され、主基板51の上面に第2基板(上部基板)53、主基板51の下面に第3基板(下部基板)52が付着されている。 As shown in FIG. 1, the present invention also arranges an electron or ion particle generator 11 in the main substrate (first substrate) 9. An example of this particle generator 11 is shown in FIG. The particles shown in FIG. 2 (the ion generator is an ion generator having a parallel plate type electrode. FIG. 2A is a sectional structure perpendicular to the substrate plane (in the substrate thickness direction), and FIG. Is a plan view of the structure.In the main substrate 51, a cavity 76 which is a plasma generation chamber, and charged particles such as electrons, protons and various ions generated in the plasma generation chamber 76 are taken out and guided to an accelerator (13 in FIG. 1). A cavity 77 is formed, and a second substrate (upper substrate) 53 is attached to the upper surface of the main substrate 51, and a third substrate (lower substrate) 52 is attached to the lower surface of the main substrate 51.

プラズマ発生室76において、下部基板52上に(下部)電極54が形成され、その周囲はシリコン酸化膜(またはシリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜)等の絶縁膜55が積層されて被覆されている。上部基板53上に(上部)電極58が形成され、その周囲はシリコン酸化膜(またはシリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜)等の絶縁膜59が積層されて被覆(保護)されている。これらの電極54および58は対向するようにパターニング・配置され、主基板51の上下両面に第2基板53および第3基板52が付着される。下部基板52にはコンタクト孔が開けられそのコンタクト孔にコンタクト電極(導電体膜)56が形成され、さらに、下部基板52の片面に取り出し電極57が形成されている。上部基板53にもコンタクト孔が開けられそのコンタクト孔にコンタクト電極60が形成され、さらに、上部基板53の片面に取り出し電極61が形成されている。これらの電極57および61は、上下基板52、53を主基板51に付着させたときに、外側に配置され、これらの電極間に整合回路78および交流または高周波電極79が接続され、一方の電極はアース接地される。 In the plasma generation chamber 76, a (lower) electrode 54 is formed on the lower substrate 52, and the periphery thereof is covered with an insulating film 55 such as a silicon oxide film (or a silicon nitride film or a silicon oxynitride film) which is laminated. .. An (upper) electrode 58 is formed on the upper substrate 53, and an insulating film 59 such as a silicon oxide film (or a silicon nitride film or a silicon oxynitride film) is laminated and covered (protected) around the (upper) electrode 58. These electrodes 54 and 58 are patterned and arranged so as to face each other, and the second substrate 53 and the third substrate 52 are attached to the upper and lower surfaces of the main substrate 51. A contact hole is formed in the lower substrate 52, a contact electrode (conductor film) 56 is formed in the contact hole, and an extraction electrode 57 is formed on one surface of the lower substrate 52. Contact holes are also formed in the upper substrate 53, contact electrodes 60 are formed in the contact holes, and lead electrodes 61 are formed on one surface of the upper substrate 53. These electrodes 57 and 61 are arranged outside when the upper and lower substrates 52 and 53 are attached to the main substrate 51, a matching circuit 78 and an AC or high frequency electrode 79 are connected between these electrodes, and one electrode Is grounded.

上部基板53には、ガス導入孔71、プラズマ発生室76の気体を排気して低圧にする気体排気孔72、73、さらに加速装置側の空洞77にも気体を排気して低圧にする気体排気孔74が開けられている。これらのガス導入孔71、気体排気孔72、73、74には、上部基板53の上面側にシール部62が形成されており、このシール部62にガス導入ライン63、気体排気ライン64、65、66が接続し、外部から外部気体(空気など)等がプラズマ発生室76や空洞77へ入らないように気密シールされている。気体排気ライン64、65は真空ポンプ68、69に接続され、プラズマ発生室76は所定の圧力(たとえば、0.1atm〜0.001atm)まで下げられ、その状態で取り出し電極57、61を通して上下電極54および58に高周波電圧印加すると、気体がプラズマ電離し、電子が発生したり、イオンになったりして、荷電粒子が発生する。たとえば、アルゴンガス(Ar)を導入すれば、Ar+や電子等が発生する。メタン(CH4)ガスを導入すれば、種々のイオン(C−、CH+、CH2+、CH3+、CH4+等)が発生する。ヒ素ガス(As)を導入すれば、As+や電子等が発生する。 The upper substrate 53 is provided with a gas introduction hole 71, gas exhaust holes 72, 73 for exhausting gas in the plasma generation chamber 76 to lower the pressure, and gas exhaust to the cavity 77 on the accelerator side to lower the gas pressure. The hole 74 is opened. A seal portion 62 is formed on the upper surface side of the upper substrate 53 in each of the gas introduction hole 71 and the gas exhaust holes 72, 73 and 74, and the gas introduction line 63 and the gas exhaust lines 64 and 65 are formed in the seal portion 62. , 66 are connected, and are hermetically sealed so that an external gas (air or the like) does not enter the plasma generation chamber 76 or the cavity 77 from the outside. The gas exhaust lines 64 and 65 are connected to vacuum pumps 68 and 69, the plasma generation chamber 76 is lowered to a predetermined pressure (for example, 0.1 atm to 0.001 atm), and in that state, the upper and lower electrodes 54 and 61 are passed through the extraction electrodes 57 and 61. When a high-frequency voltage is applied to 58, the gas is plasma-ionized to generate electrons or ions to generate charged particles. For example, when argon gas (Ar) is introduced, Ar+, electrons, etc. are generated. When methane (CH4) gas is introduced, various ions (C-, CH+, CH2+, CH3+, CH4+, etc.) are generated. If Arsenic gas (As) is introduced, As+ and electrons will be generated.

電極54および電極58の電極間距離d1は、主基板51の厚みとほぼ同じ(厳密には、主基板の厚み−上下の電極厚み)であるから、主基板の厚みを1mmとすれば、100Vの印加により、1KV/cmの高電界が印加できるので、低電圧でプラズマ発生が可能である。もっと高電界を印加するには、高電圧をかける以外に、主基板の厚みを薄くしたり、あるいは、主基板(全体)の厚みを薄くできない場合は、電極を設ける部分だけの距離d1を小さくするために、主基板を所定厚みだけエッチングしてその底部に電極を形成したり、あるいは上部基板または下部基板に突部を設けてその突部に電極を形成すれば良い。この突部は上部基板または下部基板に別基板を付着して作製することもでき、その突部を付けた上部基板または下部基板を主基板の上下に付着すれば良い。 The inter-electrode distance d1 between the electrodes 54 and 58 is almost the same as the thickness of the main substrate 51 (strictly speaking, the thickness of the main substrate minus the upper and lower electrode thicknesses). Since a high electric field of 1 KV/cm can be applied by applying, plasma can be generated at a low voltage. In order to apply a higher electric field, in addition to applying a high voltage, the thickness of the main substrate can be reduced, or if the thickness of the main substrate (whole) cannot be reduced, the distance d1 only between the electrodes is reduced. For this purpose, the main substrate may be etched by a predetermined thickness to form an electrode on the bottom thereof, or a protrusion may be provided on the upper substrate or the lower substrate and the electrode may be formed on the protrusion. The protrusion may be manufactured by attaching another substrate to the upper substrate or the lower substrate, and the upper substrate or the lower substrate having the protrusion may be attached above and below the main substrate.

加速装置側空洞77にも気体排気ライン66が接続し、真空ポンプ70に接続されるが、加速装置側空洞77の圧力は、プラズマ発生室76に比較して、かなり低く(たとえば、10−3atm〜10−12atm)なっている。従って、プラズマ発生室76で発生したプラズマの一部は加速装置側空洞77に導入される。また、加速装置側空洞77には加速空洞が接続しているので、荷電粒子が加速装置側空洞77へ引き寄せられる。尚、プラズマ発生室76は加速装置側空洞77より大きく記載しているが、プラズマが発生できる面積があれば良いので、加速装置側空洞77が大きくなる場合もある。その場合、加速装置側空洞77の方が低圧なので、プラズマ発生室76と加速装置側空洞77との間に開閉バルブを備えても良いし、プラズマ発生室76と加速装置側空洞77との間の一部を狭くしても良い。プラズマ流は80の方向へ流れ、加速装置側へ入り込む。 The gas exhaust line 66 is also connected to the accelerator side cavity 77 and connected to the vacuum pump 70, but the pressure in the accelerator side cavity 77 is considerably lower than that in the plasma generation chamber 76 (for example, 10 −3 ). atm to 10-12 atm). Therefore, a part of the plasma generated in the plasma generating chamber 76 is introduced into the accelerator cavity 77. Further, since the accelerator cavity is connected to the accelerator cavity 77, charged particles are attracted to the accelerator cavity 77. Although the plasma generation chamber 76 is described as being larger than the cavity 77 on the accelerator side, the cavity 77 on the accelerator side may be large because it may have an area where plasma can be generated. In that case, since the pressure in the accelerator-side cavity 77 is lower, an opening/closing valve may be provided between the plasma generation chamber 76 and the accelerator-side cavity 77, or between the plasma generation chamber 76 and the accelerator-side cavity 77. May be partly narrowed. The plasma flow flows in the direction of 80 and enters the accelerator side.

プラズマ発生室76と加速装置側空洞77との間に引き出し電極83が配置され、プラズマ発生室76で発生したイオンを引き出しても良い。引き出し電極83は、中央孔84を有する主基板51の基板側壁81の周囲を導電体膜82で覆った構造である。主基板51の基板側壁81は断面図(立面図)2(a)および平面図2(b)からも分かるように加速装置空洞77の内面周囲に張り出して形成され、中央に中央孔84が形成されている。また、上部基板53の下面(加速装置側空洞77の内側面の上面)に導電体膜配線85−1が形成され、この導電体膜配線85−1は導電体膜82と接続している。上部基板53に形成されたコンタクト孔およびそこに形成された導電体膜86は導電体膜配線85−1とつながり、コンタクト孔内導電膜86は上部基板53上面に形成された外側電極・配線87に接続する。この結果、引き出し電極83に外側電極・配線87からイオンや電子を引き出す電圧を印加することができる。 The extraction electrode 83 may be disposed between the plasma generation chamber 76 and the cavity 77 on the accelerator side to extract the ions generated in the plasma generation chamber 76. The lead electrode 83 has a structure in which the periphery of the substrate side wall 81 of the main substrate 51 having the central hole 84 is covered with a conductor film 82. The substrate side wall 81 of the main substrate 51 is formed so as to project around the inner surface of the accelerator cavity 77 as can be seen from the sectional view (elevation view) 2(a) and plan view 2(b), and the central hole 84 is formed in the center. Has been formed. Further, a conductor film wiring 85-1 is formed on the lower surface of the upper substrate 53 (upper surface of the inner side surface of the cavity 77 on the accelerator side), and the conductor film wiring 85-1 is connected to the conductor film 82. The contact hole formed in the upper substrate 53 and the conductor film 86 formed therein are connected to the conductor film wiring 85-1, and the conductive film 86 in the contact hole is the outer electrode/wiring 87 formed on the upper surface of the upper substrate 53. Connect to. As a result, a voltage for extracting ions or electrons from the outer electrode/wiring 87 can be applied to the extraction electrode 83.

図2の引き出し電極83には加装置側へ導くイオンと逆電荷の電圧を印加するが、図2の場合の引き出し電極82は直接イオンに直面しているので、中央孔84に入って加速するイオンのほかに引き出し電極82の側面に衝突するイオンも多いので、イオンの引き出し効率が悪くなる可能性がある。そこで、中央孔84の孔のサイズを調整してイオンを通り易くしても良い。たとえば、孔サイズを加速装置側空洞77と同じサイズ、すなわち基板側壁81を設けず、加速装置側空洞77の周囲電極85(上部基板下面の電極配線85−1、主基板51の側面電極85−2、下部基板下面の電極配線85−3、主基板51の側面電極85−4が連続して繋がった環状(矩形帯状)電極)だけにする場合、中央孔84を基板側壁82に設けてその中央孔サイズの大きさを変化させて最適値にし、その上に導電体膜82を形成する場合などである。他に、引き出し電極83の手前、イオン発生室76側に導電体膜を設けない中央孔を有する基板側壁を設けて、引き出し電極83の前方側の垂直壁電極を遮り、イオンが中央孔の方へ向かうようにする方法もある。 A voltage having an opposite charge to that of the ions guided to the addition device side is applied to the extraction electrode 83 of FIG. 2, but since the extraction electrode 82 in the case of FIG. 2 directly faces the ions, it enters the central hole 84 and is accelerated. In addition to the ions, many ions collide with the side surface of the extraction electrode 82, so that the extraction efficiency of the ions may deteriorate. Therefore, the size of the central hole 84 may be adjusted to facilitate passage of ions. For example, the hole size is the same as the cavity 77 on the accelerator side, that is, the substrate side wall 81 is not provided, and the peripheral electrode 85 of the cavity 77 on the accelerator side (electrode wiring 85-1 on the lower surface of the upper substrate, side electrode 85- of the main substrate 51- 2. If only the annular (rectangular band) electrode in which the electrode wiring 85-3 on the lower surface of the lower substrate and the side surface electrode 85-4 of the main substrate 51 are continuously connected) is provided, the central hole 84 is provided in the substrate side wall 82. This is the case, for example, when the size of the central hole is changed to an optimum value and the conductor film 82 is formed thereon. In addition, before the extraction electrode 83, a substrate side wall having a central hole not provided with a conductor film is provided on the side of the ion generating chamber 76 to block the vertical wall electrode on the front side of the extraction electrode 83 so that ions are directed toward the central hole. There is also a way to go to.

その他に図9に示す方法もある。図9は、引き出し電極構造の別の実施形態を示す図である。図9(a)は垂直断面図、図9(b)は平面断面図である。図9においては、引き出し電極83の手前、イオン発生用電極54、58との間に収束用電極89が存在する。図2における引き出し電極83の基板側壁81は上下基板53、52、主基板51の側面にほぼ垂直になっているが、本実施形態では、基板側壁が傾斜していて加速装置側空洞77−2(基板側壁81を挟んで右側(加速空洞側)の空洞)の方へ徐々に狭くなり中央孔84へつながる。中央孔84のサイズが加速装置側空洞77−2へ向かうにつれて徐々に小さくなると言っても良い。またこの部分を加速装置側空洞77−2の入り口部88としたとき、入り口部88が加速装置側空洞77−2側へ徐々に小さくなると言うこともできる。逆に、中央孔84のサイズが加速装置側空洞77−1(基板側壁81を挟んで左側(イオン発生用電極側)の空洞)の方へテーパー状に傾斜して大きくなっていると言うこともできる。基板側壁51−2が加速装置側空洞77−2の方向に徐々に厚くなっているとも言える。さらに、図9(b)に示すように、プラズマ(イオン)発生室76の出口が加速装置側空洞77の入り口より大きい場合に、平面的に見た時に、出口部48が徐々に狭くなる形状に形成されている。(図2に示す場合は、図2(b)に示すように、プラズマ(イオン)発生室76の出口サイズと加速装置側空洞77の入り口サイズは急に変化している。)この加速装置側空洞77の入り口部88の傾斜した主基板側面に導電体膜電極89が形成され、この導電体膜電極89には上部基板53または下部基板に形成された導電体膜配線45へ繋がり、その導電体膜配線45は上部基板53または下部基板に形成されたコンタクト孔およびその中の導電体膜配線46を通して外側電極47へ接続する。 In addition, there is a method shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the extraction electrode structure. 9A is a vertical sectional view, and FIG. 9B is a plan sectional view. In FIG. 9, a focusing electrode 89 exists before the extraction electrode 83 and between the ion generating electrodes 54 and 58. Although the substrate side wall 81 of the extraction electrode 83 in FIG. 2 is substantially vertical to the side faces of the upper and lower substrates 53, 52 and the main substrate 51, in the present embodiment, the substrate side wall is inclined and the accelerator side cavity 77-2. (Cavity on the right side (acceleration cavity side) with the substrate side wall 81 sandwiched) is gradually narrowed and connected to the central hole 84. It can be said that the size of the central hole 84 gradually decreases toward the cavity 77-2 on the accelerator side. It can also be said that, when this portion is the entrance 88 of the cavity 77-2 on the accelerator side, the entrance 88 becomes gradually smaller toward the cavity 77-2 on the accelerator side. On the contrary, the size of the central hole 84 is increased by tapering toward the accelerator cavity 77-1 (cavity on the left side (on the side of the electrode for ion generation) with the substrate side wall 81 interposed). Can also It can be said that the substrate side wall 51-2 is gradually thickened toward the accelerator cavity 77-2. Further, as shown in FIG. 9B, when the exit of the plasma (ion) generation chamber 76 is larger than the entrance of the accelerator-side cavity 77, the exit 48 is gradually narrowed in plan view. Is formed in. (In the case shown in FIG. 2, the exit size of the plasma (ion) generation chamber 76 and the entrance size of the cavity 77 on the accelerator side are suddenly changed as shown in FIG. 2B.) A conductor film electrode 89 is formed on the inclined main substrate side surface of the entrance portion 88 of the cavity 77, and the conductor film electrode 89 is connected to the conductor film wiring 45 formed on the upper substrate 53 or the lower substrate, and its conductivity The body film wiring 45 is connected to the outer electrode 47 through the contact hole formed in the upper substrate 53 or the lower substrate and the conductor film wiring 46 therein.

この導電体膜電極89はプラズマ(イオン)発生室76の出口部の(平面的に見て傾斜した)主基板側面にも伸びて形成されている。また、中央孔の一部と加速装置側空洞77−2の基板側壁81の側面には導電体膜電極82が形成されていて、外側電極87へ接続している。導電体膜89と導電体膜82は接続していないので、外側電極47と87から異なった電圧を印加できる。すなわち、導電体膜89にはイオンと同電荷の電圧を印加しておき、イオンが空洞の中央部へ収束するようにする。また、引き出し電極82にはイオンと逆電荷の電圧を印加するので、イオンは引き出し電極82へ引かれて加速して、空洞77−1の中央孔84を通って隣の加速空洞77−2へ入る。加速が弱ければ、加速空洞77−2へさらに中央孔を有する基板側壁に導電体膜を積層した加速電極(静電レンズ)を設けて、イオンを加速する。加速しすぎていれば、逆電位をかけて減速電極にすれば良い。本発明は、短い距離でも多数の加速電極および減速電極を設けて、それぞれに外側電極を簡単に作製できるので、所望の速度でイオンを加速空洞側空洞77−1および77−2の中を通すことができる。このように図9に示す構造によって、引き出し電極によりイオンが加速装置側空洞77へ引き寄せられること、出口部や入り口部に印加したイオンと同電位によりイオンが収束されること(すなわち、中央側へ集まること)、出口部や入り口部が徐々に狭くなっているために出口部や入り口部がイオンと同電位でも反発して押し戻されるイオンは少ないことなどから、イオン発生室76で発生したイオン(引き出し電極と逆電位)の多くが加速装置側空洞77−2へ入っていき、加速されているためにさらに加速装置側へ進んでいく。テーパー状になった導電体膜89をイオンの進行方向に対して幾つかに分割しておき、それぞれの電極に異なる電圧をかけるようにすることもできる。たとえば、イオンの進行方向に対して徐々に電圧を弱めていけば、イオンに印加される電界を一定にできるか、少しずつ弱めることもできる。(イオンの進行方向に対して見れば、イオンと電極との距離は小さくなるので同じ電圧印加だと電界が強くなる。)この結果、安定してイオンを進行方向(加速空洞77−2側)へ送り出すことができる。あるいは、分割した導電体膜89電極に収束電圧と加速電圧を選択して印加して、イオンを収束しつつ加速させることもできる。このように導電体膜89電極を分割して個々に調整しながら電圧印加すれば、イオンを効率的に加速空洞77−2側へ送り出すことが可能となる。 The conductor film electrode 89 is also formed so as to extend to the side surface (inclined in plan view) of the main substrate at the exit of the plasma (ion) generation chamber 76. A conductor film electrode 82 is formed on a part of the central hole and on the side surface of the substrate side wall 81 of the cavity 77-2 on the accelerator side, and is connected to the outer electrode 87. Since the conductor film 89 and the conductor film 82 are not connected, different voltages can be applied from the outer electrodes 47 and 87. That is, a voltage having the same charge as that of the ions is applied to the conductor film 89 so that the ions converge on the central portion of the cavity. Further, since a voltage having a charge opposite to that of the ions is applied to the extraction electrode 82, the ions are attracted to the extraction electrode 82 and accelerated, and pass through the central hole 84 of the cavity 77-1 to the adjacent acceleration cavity 77-2. enter. If the acceleration is weak, an acceleration electrode (electrostatic lens) having a conductor film laminated on the side wall of the substrate having a central hole is further provided in the acceleration cavity 77-2 to accelerate the ions. If it is accelerated too much, a reverse potential may be applied to form a deceleration electrode. According to the present invention, a large number of accelerating electrodes and decelerating electrodes can be provided even at a short distance, and the outer electrodes can be easily produced respectively, so that ions are passed through the accelerating cavity side cavities 77-1 and 77-2 at a desired velocity. be able to. As described above, according to the structure shown in FIG. 9, the extraction electrodes attract ions to the cavity 77 on the accelerator side, and the ions are converged by the same potential as the ions applied to the exit portion and the entrance portion (that is, toward the center side). Since the exit portion and the entrance portion are gradually narrowed, the number of ions that repel and are pushed back even if the exit portion and the entrance portion have the same potential as the ions is small. Most of the potential (reverse potential of the extraction electrode) enters the cavity 77-2 on the accelerator side, and further accelerates to the accelerator side because it is accelerated. It is also possible to divide the tapered conductor film 89 into several parts in the ion traveling direction and apply different voltages to the respective electrodes. For example, if the voltage is gradually weakened in the traveling direction of the ions, the electric field applied to the ions can be made constant or can be weakened little by little. (The distance between the ion and the electrode is smaller when viewed from the ion traveling direction, so the electric field becomes stronger when the same voltage is applied.) As a result, the ion is stably propagated in the traveling direction (acceleration cavity 77-2 side). Can be sent to. Alternatively, the focusing voltage and the accelerating voltage may be selected and applied to the divided conductor film 89 electrodes to accelerate the ions while focusing. As described above, by applying the voltage while dividing the electrode of the conductor film 89 and adjusting the electrodes individually, it becomes possible to efficiently send out the ions to the acceleration cavity 77-2 side.

あるいは、傾斜した電極89へイオンと逆電位の電位をかけて、さらにその電位より高い逆電位の電位を引き出し電極に印加することによっても多数のイオンを加速装置側空洞77−2へ導くことができる。すなわち、イオン49が進んでいくほど電界が大きくなっていくので、イオン49が中央に集まって進んでいくようになる。 Alternatively, a large number of ions can be guided to the cavity 77-2 on the accelerator side by applying a potential having a reverse potential to the ions to the inclined electrode 89 and further applying a potential having a reverse potential higher than the potential to the extraction electrode. it can. That is, since the electric field increases as the ions 49 advance, the ions 49 gather in the center and proceed.

次に、図2、図9に示すプラズマ(イオン)発生装置、加速空洞側空洞、引き出し電極、加速(減速)電極のプロセスについて説明する。まず、中央孔を持たない空洞を有するプラズマ(イオン)発生装置等について説明する。主基板(第1基板)51として、導電体基板(Cu、Al、Ti、Zn等の金属やこれらの合金、導電性C(カーボンナノチューブ、グラフェン等も含む)、導電性プラスチック、導電性セラミック等も含む)、Si、SiC、C、化合物半導体等の半導体、プラスチック、ガラス、石英、アルミナ(Al),AlN、高分子樹脂、セラミック等の絶縁体等、これらの複合体を使用できる。上部基板(第2基板)や下部基板(第3基板)として、最適な基板は、内部にコンタクト孔を作製するので、プラスチック、ガラス、石英、アルミナ(Al),AlN、高分子樹脂、セラミック等の絶縁体であるが、主基板51と同じ材料も使用できる。 Next, the processes of the plasma (ion) generator, the cavity on the acceleration cavity side, the extraction electrode, and the acceleration (deceleration) electrode shown in FIGS. 2 and 9 will be described. First, a plasma (ion) generator having a cavity without a central hole will be described. As the main substrate (first substrate) 51, a conductor substrate (metal such as Cu, Al, Ti, Zn or an alloy thereof, conductive C (including carbon nanotube, graphene, etc.), conductive plastic, conductive ceramic, etc. (Including also), semiconductors such as Si, SiC, C, compound semiconductors, plastics, glass, quartz, alumina (Al 2 O 3 ), AlN, polymer resins, insulators such as ceramics, and the like, and composites thereof can be used. .. Optimal substrates for the upper substrate (second substrate) and lower substrate (third substrate) have contact holes inside, so plastic, glass, quartz, alumina (Al 2 O 3 ), AlN, polymer resin Although it is an insulator such as ceramic, the same material as the main substrate 51 can be used.

主基板51上に感光性膜を塗布法や貼り付け法等により付着し、露光法により感光性膜をパターニングする。主基板51と感光性膜の間に絶縁膜やエッチングストッパー用の材料や感光性膜との密着性向上膜を付着させた後に感光性膜を付着しても良い。パターニングされた感光性膜をマスクにして主基板51をエッチング除去し、主基板51の上面から下面に貫通する貫通室を形成する。貫通室は寸法通り作製するためにサイドエッチングの小さい側面がほぼ垂直な形状が望ましいが、サイドエッチングをコントロールできれば垂直形状でなくても良い。主基板がSi基板の場合、表面を酸化、窒化したり、SiO2膜やSiN膜等の絶縁膜を積層した後に感光性膜シートを付着したり、レジストを塗布した後、適度な熱処理(プリベークなど)をし、露光法で所定の部分を窓開けする。この窓から、絶縁膜等を垂直エッチング(異方性エッチング)し、さらにこれらをマスクにして窓開け部分を垂直エッチング(異方性エッチング、DRIE、ボッシュ法等各種ある)して、貫通室を作製する。貫通室内に導電体膜パターンを形成する場合、ここで行なっても良い。主基板が半導体基板、導電体基板の場合、主基板の表面および貫通室の側面に絶縁膜を形成してから導電体膜を形成する。主基板51に感光性膜シート付着法や、レジスト塗布法、感光性膜の電着法等により主基板51の表面および側面に感光性膜を形成する。次に、露光法(斜め露光法、焦点深度の深い露光装置を使用)により、主基板51の表面や側面の感光性膜パターニングを行なう。次に、この感光性膜のパターンをマスクにしてウエットエッチング法または等方性ドライエッチング法により導電体膜をエッチングし、所望の導電体膜パターンを形成する。この後必要なら導電性膜パターン上に絶縁膜の保護膜を形成する。後の上下基板の導電体膜と接続する部分については、同様のフォトリソ法+エッチング法を用いて、その接続部分の導電体膜の窓開けを行なう。次に、上下基板の導電体膜との接続を良くするために窓開けした部分に導電体膜で凸状にしても(少し盛り上げておくと)良い。この方法として、再度の導電体膜の積層を行ない同様のフォトリソ法+エッチング法を用いて、接続部分だけに導電体膜を残す方法や、あるいは選択CVD法やメッキ法等でその接続部に金属等を積層しておいても良い。 A photosensitive film is attached on the main substrate 51 by a coating method, a sticking method, or the like, and the photosensitive film is patterned by an exposure method. The photosensitive film may be attached after the insulating film, the material for the etching stopper or the adhesion improving film with the photosensitive film is attached between the main substrate 51 and the photosensitive film. The main substrate 51 is removed by etching using the patterned photosensitive film as a mask to form a through chamber penetrating from the upper surface to the lower surface of the main substrate 51. In order to form the through chamber according to the dimensions, it is desirable that the side surface with small side etching is substantially vertical, but it may not be vertical if side etching can be controlled. When the main substrate is a Si substrate, the surface is oxidized or nitrided, a photosensitive film sheet is attached after laminating an insulating film such as a SiO2 film or SiN film, or a resist is applied, followed by an appropriate heat treatment (prebaking, etc.). ) And open a predetermined portion of the window by an exposure method. The insulating film or the like is vertically etched (anisotropic etching) from this window, and the window opening portion is vertically etched (there are various types such as anisotropic etching, DRIE, and Bosch method) using these as masks to form the through chamber. Create. When the conductor film pattern is formed in the penetration chamber, it may be performed here. When the main substrate is a semiconductor substrate or a conductor substrate, the conductor film is formed after forming the insulating film on the surface of the main substrate and the side surface of the through chamber. A photosensitive film is formed on the surface and side surfaces of the main substrate 51 by a method of attaching a photosensitive film sheet to the main substrate 51, a resist coating method, an electrodeposition method of the photosensitive film, or the like. Next, the photosensitive film patterning on the surface and the side surface of the main substrate 51 is performed by an exposure method (oblique exposure method, using an exposure apparatus having a deep depth of focus). Next, the conductor film is etched by a wet etching method or an isotropic dry etching method using the pattern of the photosensitive film as a mask to form a desired conductor film pattern. After this, if necessary, a protective film for an insulating film is formed on the conductive film pattern. For the portions of the upper and lower substrates to be connected to the conductor films later, the conductor film of the connection portions is opened by using the same photolithography method+etching method. Next, in order to improve the connection with the conductor films on the upper and lower substrates, the portions where the windows are opened may be made convex (raised up a little) with the conductor films. As this method, the conductor film is laminated again and the same photolithography method + etching method is used to leave the conductor film only in the connection portion, or the metal is formed on the connection portion by the selective CVD method or the plating method. Etc. may be laminated.

上部基板および下部基板には予め電極となる導電体膜パターンを形成する。上下基板がガラス基板、石英基板、プラスチック基板等の絶縁基板である場合は、直接導電体膜を積層できるが、密着性向上用に絶縁膜を積層後、導電体膜を積層しても良い。導電体膜は、Cu、Al、Ti、W、Mo、Au、Cr、Ni、導電性C、導電性PolySi,導電性プラスチック等、これらの合金、複合膜、積層膜等である。CVD法、PVD法、メッキ法、塗布法、スクリーン印刷法、これらの組合せ等を用いることができる。導電体膜を積層後、感光性膜を用いて露光法等で感光性膜パターンを作り、それをマスクにして導電体膜電極や必要な配線を形成する。導電体膜のエッチングはドライエットングやウエットエッチングを用いることができる。その導電体膜パターンを形成後絶縁膜等でカバーして保護膜を形成しても良い。絶縁膜等でカバーした場合は、上下基板に形成する導電体膜パターンとの接続部については、同様のフォトリソ法+エッチング法を用いて、その接続部分の導電体膜の窓開けを行なう。次に、上下基板の導電体膜との接続を良くするために窓開けした部分に導電体膜で凸状にしても(少し盛り上げておくと)良い。この方法として、再度の導電体膜の積層を行ない同様のフォトリソ法+エッチング法を用いて、接続部分だけに導電体膜を残す方法や、あるいは選択CVD法やメッキ法等でその接続部に金属等を積層しておいても良い。その後、コンタクト孔、その中の導電体膜の形成、コンタクト孔上およびその他の部分への導電体膜、電極の形成を行なっても良い。また、上下基板にガス導入孔や真空引き用の開口部を設けても良い。この開口部は、ドライエッチングやウエットエッチングで行なうことができる。 A conductor film pattern serving as an electrode is previously formed on the upper substrate and the lower substrate. When the upper and lower substrates are insulating substrates such as a glass substrate, a quartz substrate, and a plastic substrate, the conductor film can be directly laminated, but the conductor film may be laminated after the insulating film is laminated to improve the adhesion. The conductor film is Cu, Al, Ti, W, Mo, Au, Cr, Ni, conductive C, conductive PolySi, conductive plastic, or an alloy of these, a composite film, a laminated film, or the like. A CVD method, a PVD method, a plating method, a coating method, a screen printing method, a combination thereof, or the like can be used. After stacking the conductor films, a photosensitive film pattern is formed by using a photosensitive film by an exposure method or the like, and the conductor film electrodes and necessary wirings are formed using the photosensitive film pattern as a mask. As the etching of the conductor film, dry etching or wet etching can be used. After forming the conductor film pattern, it may be covered with an insulating film or the like to form a protective film. When covered with an insulating film or the like, the same photolithography method+etching method is used for the connection portion with the conductor film pattern formed on the upper and lower substrates to open the conductor film of the connection portion. Next, in order to improve the connection with the conductor films on the upper and lower substrates, the portions where the windows are opened may be made convex (raised up a little) with the conductor films. As this method, the conductor film is laminated again and the same photolithography method + etching method is used to leave the conductor film only in the connection portion, or the metal is formed on the connection portion by the selective CVD method or the plating method. Etc. may be laminated. After that, the contact hole, the conductor film in the contact hole, and the conductor film and the electrode on the contact hole and other portions may be formed. In addition, a gas introduction hole or an opening for vacuuming may be provided in the upper and lower substrates. This opening can be formed by dry etching or wet etching.

次に、貫通室や導電体膜配線パターンを形成した主基板に上下基板をパターン合わせをしながら付着させる。主基板の導電体膜と上下基板の導電体膜との接続において、互いの接続領域が重なるようにお互いの導電体膜パターンを形成しておくと、接続しやすい。導電体膜同士の接続部には導電性接着剤(接着剤には低融点半田合金も含む)を付着して接着する。接着後所定の熱処理をして接続を確実にする。接着剤を用いない場合でも導電体膜の融点前後での熱処理や融着法により接続を確実にできる。圧力をかければ融点以下の熱処理でも導電体膜同士を接続できる。その他の部分も接着剤を用いた接着法や、常温接合法、拡散接合法、高温接合法を用いて接着できる。主基板51がSi等の半導体基板や導電体基板であり、上下基板がガラス基板や石英基板や、アルミナ基板等である場合は陽極接合法を用いて接着できる。上下基板に設けたコンタクト穴を通して主基板の導電体膜へ接続することもできる。接着剤を用いた場合でも用いない場合でも、接合した後に、上下基板に設けた開口部を利用して、選択CVD法やメッキ法や電鋳法を用いて、接続部に導電体膜を積層できる。さらに、保護膜等でカバーされていない導電体膜部分にも導電体膜を積層できるので、確実な接続を行なうことができる。たとえば、開口部に石英チューブ、ガラスチューブ、耐熱性プラスチックチューブ、SUS等の金属チューブを接続して(耐熱性プラスチックパッキングを接触部に介在しても良い)そこから反応性ガス(たとえば、WF6ガス)を主基板の貫通室へ導入し、別の開口部からポンプで引きながら、反応性ガスを主基板の貫通室を流し、所定の温度で熱処理することによって、導電体膜同士の接続部など導電体膜が露出した部分に導電体膜(たとえば、W膜)を選択的に積層できる。また、それらのチューブを通してメッキ液(銅や各種半田メッキ液)を流して、外側電極から通電すれば導電体膜(銅や各種半田メッキ膜)が露出した部分にメッキ膜を積層できる。その後所定の熱処理を行なえば接続部の接続がより確実になる。 Next, the upper and lower substrates are attached to the main substrate on which the penetrating chamber and the conductor film wiring pattern are formed while pattern matching. In the connection between the conductor film of the main substrate and the conductor films of the upper and lower substrates, if the conductor film patterns are formed so that the connection regions of the main substrate and the conductor films of the upper and lower substrates are overlapped with each other, the connection is facilitated. A conductive adhesive (adhesive also includes a low melting point solder alloy) is attached and bonded to the connection portion between the conductor films. After the bonding, a predetermined heat treatment is performed to ensure the connection. Even if an adhesive is not used, the connection can be surely made by a heat treatment or a fusion method around the melting point of the conductor film. If pressure is applied, the conductor films can be connected to each other even by heat treatment below the melting point. Other parts can also be bonded by a bonding method using an adhesive, a room temperature bonding method, a diffusion bonding method, or a high temperature bonding method. When the main substrate 51 is a semiconductor substrate such as Si or a conductor substrate, and the upper and lower substrates are glass substrates, quartz substrates, alumina substrates, etc., they can be bonded by using the anodic bonding method. It is also possible to connect to the conductor film of the main substrate through the contact holes provided in the upper and lower substrates. With or without an adhesive, after joining, use the openings provided in the upper and lower substrates to stack a conductor film on the connection using selective CVD, plating, or electroforming. it can. Furthermore, since the conductor film can be laminated on the conductor film portion not covered with the protective film or the like, reliable connection can be performed. For example, connect a quartz tube, a glass tube, a heat-resistant plastic tube, or a metal tube such as SUS to the opening (a heat-resistant plastic packing may be interposed in the contact part), and then a reactive gas (for example, WF6 gas). ) Is introduced into the penetrating chamber of the main substrate, and a reactive gas is caused to flow through the penetrating chamber of the main substrate while being pumped from another opening, and heat treatment is performed at a predetermined temperature, thereby connecting the conductor films to each other. A conductor film (for example, a W film) can be selectively stacked on the exposed portion of the conductor film. Further, by flowing a plating solution (copper or various solder plating solutions) through these tubes and energizing from the outer electrode, the plating film can be laminated on the exposed portion of the conductor film (copper or various solder plating films). Then, if a predetermined heat treatment is performed, the connection of the connection portion becomes more reliable.

上記では、主基板51の貫通室の形成では支持基板を用いていないが、支持基板を用いて貫通室を形成できる。主基板51の貫通室の形成後にストレス等で基板変形が発生するときには支持基板を用いると良い。主基板に支持基板を付着させて支持基板との付着面と賀ン体側の主基板面を感光性膜等でパターニングして、主基板をエッチングすることによって主基板に貫通室を作製する。支持基板に到達するまでエッチングすれば良い。支持基板を後で取り外す場合は、支持基板と主基板の付着は、軟化性接着剤や低融点金属(合金)(接着材Aとする)を使うと良い。主基板と支持基板を付着した後に上述した方法で主基板に貫通室を形成する。このとき、支持基板もエッチングされるが、選択比の高いエッチング法を用いれば支持基板のエッチングも少なくて済む。その後、絶縁膜や導電体膜や保護膜、それらのパターニングは同じであるが、支持基板は取り外すので、その接続部における膜はエッチング除去しておくことが望ましい。次に、上部基板または下部基板を開口している主基板にパターン同士を合わせながら付着させる。接着剤等(接着材Bとする)を用いる場合、支持基板を取り外すときの温度で付着が外れたり、ずれたりしないような接着剤等を選択する必要がある。たとえば、接着材Bの硬化温度Tは接着材(金属)Aの軟化温度(融点)Tより低い熱硬化性接着剤とすれば良い。上部基板または下部基板を主基板に接着した後で、T以上の温度で熱処理することによって支持基板を主基板から分離させることができる。あるいは、接着剤Aを光剥離接着剤として、接着剤Bを熱硬化性接着剤として、接着剤Bで上部基板または下部基板を接着した後に光照射によって支持基板をはがせば良い。その後他方の基板(上部基板または下部基板)を付着させる。 In the above, the supporting substrate is not used for forming the penetrating chamber of the main substrate 51, but the penetrating chamber can be formed by using the supporting substrate. When the substrate is deformed due to stress or the like after the penetration chamber of the main substrate 51 is formed, a supporting substrate may be used. A support substrate is attached to the main substrate, and a surface of the support substrate and the main substrate surface on the side of the body are patterned with a photosensitive film or the like, and the main substrate is etched to form a through chamber in the main substrate. It suffices to etch until it reaches the supporting substrate. When the support substrate is later removed, the support substrate and the main substrate may be attached using a softening adhesive or a low melting point metal (alloy) (adhesive A). After the main substrate and the supporting substrate are attached, the through chamber is formed in the main substrate by the method described above. At this time, the supporting substrate is also etched, but the etching of the supporting substrate can be reduced if an etching method with a high selection ratio is used. After that, the insulating film, the conductor film, the protective film, and the patterning thereof are the same, but since the supporting substrate is removed, it is desirable to remove the film at the connecting portion by etching. Next, the upper substrate or the lower substrate is attached to the opened main substrate while aligning the patterns. When using an adhesive or the like (referred to as the adhesive B), it is necessary to select an adhesive or the like that does not come off or shift at the temperature at which the supporting substrate is removed. For example, the curing temperature T B of the adhesive B may be a thermosetting adhesive lower than the softening temperature (melting point) T A of the adhesive (metal) A. After bonding the upper substrate or the lower substrate in the main board, it is possible to separate the supporting substrate from the main substrate by heat treatment at T A or higher. Alternatively, the adhesive A may be used as a light release adhesive, the adhesive B may be used as a thermosetting adhesive, and the upper substrate or the lower substrate may be bonded with the adhesive B, and then the support substrate may be peeled off by light irradiation. Then, the other substrate (upper substrate or lower substrate) is attached.

支持基板の代わりに最初から上部基板または下部基板を付着させる場合も可能である。上部基板と主基板を付着させ、その反対側から主基板のパターニングおよび貫通室を形成する。このとき、上部基板が余りエッチングされないように、選択比の高いエッチング条件を設定することが望ましい。上部基板または下部基板に導電体膜等のパターンが必要な場合は、それらのパターンを形成した後に主基板と付着させる。特にパターン形成面が主基板側に面するときには、予め上部基板または下部基板に導電体膜等のパターンを形成しておく。この上部基板または下部基板のパターン面を主基板のパターン面に合わせて付着させる。主基板のパターン面とは、予め貫通室が形成されている場合はその貫通室パターン、さらに主基板に導電体膜等のパターン面が形成されている場合はその導電体膜等のパターンに合わせても良い。貫通室を付着した後で形成する場合は、付着の際は余り正確なパターン合わせは必要ではない。貫通室を形成した後、絶縁膜、導電体膜、保護膜を積層し、これらのパターニングを行なう。このとき、上部基板にも電極・配線形成が必要なので、および/あるいは貫通室側壁へ電極・配線形成が必要なので、感光性シート法、電着レジスト法や焦点深度の高い露光法、回転露光法、斜め露光法等を用いて感光性膜パターンを作製し、ウエットエッチングやドライエッチングで導電体膜等のパターン形成を行なう。その後、電極・配線パターンを形成した上部基板または下部基板を主基板に付着させる。 It is also possible to attach the upper substrate or the lower substrate from the beginning instead of the supporting substrate. The upper substrate and the main substrate are attached to each other, and patterning of the main substrate and a through chamber are formed from the opposite side. At this time, it is desirable to set etching conditions with a high selection ratio so that the upper substrate is not etched much. When patterns such as a conductor film are required on the upper substrate or the lower substrate, these patterns are formed and then attached to the main substrate. In particular, when the pattern formation surface faces the main substrate side, a pattern such as a conductor film is previously formed on the upper substrate or the lower substrate. The pattern surface of the upper substrate or the lower substrate is attached to match the pattern surface of the main substrate. The pattern surface of the main substrate matches the pattern of the through chamber when the through chamber is formed in advance, and the pattern surface of the conductive film when the main substrate has a pattern surface such as the conductive film. May be. If the through chamber is formed after deposition, less precise pattern alignment is required during deposition. After the through chamber is formed, an insulating film, a conductor film, and a protective film are stacked and these are patterned. At this time, since it is necessary to form electrodes/wirings on the upper substrate and/or electrodes/wirings are formed on the sidewalls of the through chamber, a photosensitive sheet method, an electrodeposition resist method, an exposure method with a high depth of focus, or a rotary exposure method. Then, a photosensitive film pattern is formed using a diagonal exposure method or the like, and a pattern of a conductor film or the like is formed by wet etching or dry etching. After that, the upper substrate or the lower substrate on which the electrode/wiring pattern is formed is attached to the main substrate.

上記で上部基板に電極・配線パターンを予め作製したものを用意しておき、また主基板に予めその上部基板のパターン部分を逃がした凹部を形成しておく。この主基板の凹部と上部基板のパターンを合わせて上部基板と主基板を付着させる。その後、主基板に貫通室を形成する。このとき、上部基板に既に形成した電極・配線パターンがあるので、この電極・配線パターンがエッチングされない(されにくい)ような条件で貫通室を形成する。たとえば、主基板がSiの場合、SiはCF系ガスで高速にエッチングできるが、上部基板にAlや銅の電極・配線を形成しておけば、CF系ガスでこれらは殆どエッチングされない条件を選定できる。この後、絶縁膜を形成し導電体膜を形成した後、主基板の側面だけ導電体膜のパターニングを行なうことができる。上部基板にも導電体膜は形成されるが、上部基板上は感光性膜がカバーしていないので、上部基板の導電体膜はエッチングできて、しかも既にパターニングされた上部基板の電極・配線は絶縁膜で被われているのでエッチングされない。上部基板の電極・配線と主基板の導電体膜の接続は、絶縁膜形成後にその接続部分の絶縁膜を除去するパターニングを行なっておけば良い。その後で導電体膜を積層するので、接続は十分可能である。あるいは、上部基板の電極・配線部分上の絶縁膜を全部(殆ど)除去しておいても良い。導電体膜のパターニングのときに、上部基板の電極・配線部分にも重ねてパターン形成しておけば良い。 In the above, an electrode/wiring pattern prepared in advance is prepared for the upper substrate, and a concave portion for escaping the pattern portion of the upper substrate is formed in the main substrate in advance. The upper substrate and the main substrate are attached by aligning the concave portion of the main substrate and the pattern of the upper substrate. Then, a penetration chamber is formed in the main substrate. At this time, since the electrode/wiring pattern is already formed on the upper substrate, the through chamber is formed under the condition that the electrode/wiring pattern is not (or is not) easily etched. For example, if the main substrate is Si, Si can be etched at a high speed with a CF-based gas, but if electrodes and wiring of Al or copper are formed on the upper substrate, a condition is selected in which these are hardly etched by the CF-based gas. it can. After that, after forming the insulating film and the conductor film, the conductor film can be patterned only on the side surface of the main substrate. A conductor film is also formed on the upper substrate, but since the photosensitive film does not cover the upper substrate, the conductor film on the upper substrate can be etched, and the electrodes/wirings on the already patterned upper substrate cannot be removed. Since it is covered with the insulating film, it is not etched. The electrodes/wirings of the upper substrate and the conductor film of the main substrate may be connected by patterning after removing the insulating film after the insulating film is formed. After that, the conductor films are laminated, so that the connection is sufficiently possible. Alternatively, all (most) of the insulating film on the electrode/wiring portion of the upper substrate may be removed. At the time of patterning the conductor film, it may be formed by patterning it on the electrode/wiring portion of the upper substrate.

次に、中央孔を形成する場合の方法について述べる。主基板は分割し(主基板の厚みの半分の主基板を用いる、それを半主基板とする)、中央孔を形成するパターニングをする。このとき、主基板に絶縁膜等を形成したり、感光性膜密着性用の膜を形成したり、エッチングストッパー用のマスク(レジストが削れたときに主基板をエッチングしないためのもの)としての膜を形成しても良い。そのパターンで中央孔を形成する。曲線を持って形成したいときには、ウエットエッチングやドライエッチングのサイドエッチングを利用する。垂直パターンのときには異方性エッチングを行なう。次に、貫通室形成および基板側壁(中央孔を含む)形成用のパターニングを行なう。垂直パターンを形成する部分と図9(a)に示すような傾斜した主基板側面を形成する部分がある場合には、パターニングは別々に行なう。さらに、傾斜角度を複数持つ場合にはそのつどパターニングを行ない、垂直エッチング、傾斜エッチング1、傾斜エッチング2、・・・と分けてエッチングする。主基板を一部残す場合にも同様である。基本的には、主基板に貫通室を形成する。この結果、半主基板中に中央孔(これも半分)、中央孔を有する基板側壁(これも半分)、貫通室(これも半分)が形成される。中央孔のサイズもエッチング条件により自由に大きさを変えることができる。また傾斜角度もエッチング条件により自由に選択できる。また、図9(b)の平面方向に傾斜した出口部のパターンもマスクで自由に変えることができる。従って、任意の所望の形状を作製できる。この後、絶縁膜を形成し、導電体膜を形成し、導電体膜のパターニングを行なうことができる。高さが半分になっているので、膜形成やパターニングがより簡単になる。中央孔内にも当然絶縁膜や導電体膜を形成でき、それらをエッチング除去もできる。本発明では、LSIプロセスを用いているので、基板側壁や貫通室の大きさなどは非常に正確に形成できる。導電体膜のパターニングでは貫通室のパターニングが深い所でむずかしい部分もあるが、1μm〜10μm以内の精度で加工はできるので、本発明の加速装置の精度には殆ど問題ない。 Next, a method for forming the central hole will be described. The main substrate is divided (a main substrate having a thickness half that of the main substrate is used, which is referred to as a semi-main substrate), and patterning is performed to form a central hole. At this time, an insulating film or the like is formed on the main substrate, a film for adhering a photosensitive film is formed, or a mask for an etching stopper (for preventing the main substrate from being etched when the resist is scraped) A film may be formed. A central hole is formed in the pattern. When it is desired to form a curve, side etching such as wet etching or dry etching is used. For vertical patterns, anisotropic etching is performed. Next, patterning for forming the through chamber and forming the substrate side wall (including the central hole) is performed. When there is a portion for forming a vertical pattern and a portion for forming an inclined main substrate side surface as shown in FIG. 9A, patterning is performed separately. Further, when a plurality of tilt angles are provided, patterning is performed each time, and the vertical etching, the tilt etching 1, the tilt etching 2,... The same applies when a part of the main substrate is left. Basically, a penetration chamber is formed in the main substrate. As a result, a central hole (also half), a substrate side wall having the central hole (also half), and a through chamber (also half) are formed in the semi-main substrate. The size of the central hole can be freely changed depending on the etching conditions. Further, the inclination angle can be freely selected depending on the etching conditions. Further, the pattern of the outlet portion inclined in the plane direction of FIG. 9B can be freely changed by using a mask. Therefore, any desired shape can be produced. After that, an insulating film is formed, a conductor film is formed, and the conductor film can be patterned. Since the height is halved, film formation and patterning become easier. Of course, an insulating film and a conductor film can be formed in the central hole, and they can be removed by etching. In the present invention, since the LSI process is used, the size of the side wall of the substrate and the size of the through chamber can be formed very accurately. In the patterning of the conductor film, patterning of the through chamber may be difficult at deep places, but since it can be processed with an accuracy within 1 μm to 10 μm, there is almost no problem with the accuracy of the accelerator of the present invention.

半主基板を2つ同じものを作製し、それらを中央孔が一致するように付着させれば良い。付着法はこれまでに述べた方法でできる、さらに静電陽極結合をする場合は、間に薄いガラス基板、石英基板等を介すれば良い。そのガラス基板等にも同じサイズで貫通室や基板側壁や中央孔、必要な部分に導電体膜を形成して、それを半主基板と順次または同時に付着させれば良い。支持基板を半主基板に用いるときも同様に可能である。この場合、たとえば、上部基板に半主基板を付着させてから支持基板を外し、その後でさらに半主基板を付着させて、支持基板を外し、最後に下部基板を付着させる方法を取ることができる。あるいは、上部基板に半基板を付着させてから支持基板を外し、下部基板にも半基板を付着させてから支持基板を外し、それらを半基板同士を付着させるという方法でも可能である。最後に、上部基板および下部基板にコンタクト孔・その中の導電体膜、さらに外側電極を形成できる。あるいは予めこれらのコンタクト孔・外側電極を形成しておくことも可能である。さらに、貫通室の深さを深くしたい場合には、上記のプロセスを何回も重ねていけば良い。同じものを同時に何枚も作りそれらをさらに重ねて付着させていけば工程が長くなることもなく貫通室の深さが深いものも自由に簡単に作製できる。たとえば、0.5mm〜1mmの主基板を用いて順次積層していけば、4回の重ね合わせで8mm〜16mmの貫通室を持つ加速装置を作製できる。
<他のプラズマ発生法>
Two identical semi-main substrates may be prepared and they may be attached so that the central holes are aligned. The attachment method can be performed by the method described above, and when electrostatic anodic bonding is performed, a thin glass substrate, a quartz substrate, or the like may be interposed therebetween. A conductive film may be formed on the glass substrate or the like with the same size in the through chamber, the side wall of the substrate, the central hole, and a required portion, and the conductive film may be sequentially or simultaneously attached to the semi-main substrate. The same is possible when the supporting substrate is used as the semi-main substrate. In this case, for example, a method of attaching the semi-main substrate to the upper substrate, removing the supporting substrate, then further attaching the semi-main substrate, removing the supporting substrate, and finally attaching the lower substrate can be adopted. .. Alternatively, it is also possible to attach the half substrates to the upper substrate, remove the supporting substrate, attach the half substrates to the lower substrate, remove the supporting substrate, and attach them to each other. Finally, a contact hole, a conductor film therein, and an outer electrode can be formed in the upper substrate and the lower substrate. Alternatively, these contact holes and outer electrodes can be formed in advance. Furthermore, when it is desired to increase the depth of the penetration chamber, the above process may be repeated many times. If the same thing is made several times at the same time and they are further stacked and adhered, the process does not become long, and the thing with a deep penetration chamber can be easily made freely. For example, if the main substrates of 0.5 mm to 1 mm are sequentially stacked, the accelerator having the penetration chamber of 8 mm to 16 mm can be manufactured by stacking four times.
<Other plasma generation methods>

図3は、荷電粒子の線形加速装置の構造を示す図である。図1では13や39に使用でき、その他、単独でも線形加速器としても使用できる。図3(a)は基板(主基板91の上面に第2基板(上部基板)92が、下面に第3基板(下部基板)が付着)の厚み方向断面構造図(加速空洞99の進行方向、すなわち荷電粒子Gの進行方向)、図3(b)は基板面に平行な平面図で、図3(c)は厚み方向断面構造図(加速空洞99の進行方向、すなわち荷電粒子Gの進行方向に対して垂直方向)である。 FIG. 3 is a diagram showing the structure of a linear accelerator for charged particles. In FIG. 1, it can be used for 13 and 39, and can also be used alone or as a linear accelerator. FIG. 3A is a sectional view in the thickness direction of the substrate (the second substrate (upper substrate) 92 is attached to the upper surface of the main substrate 91 and the third substrate (lower substrate) is attached to the lower surface) (the traveling direction of the acceleration cavity 99, That is, FIG. 3B is a plan view parallel to the substrate surface, and FIG. 3C is a sectional view in the thickness direction (the traveling direction of the acceleration cavity 99, that is, the traveling direction of the charged particles G). Vertical direction).

加速装置内の荷電粒子Gが通る加速空洞99は、主基板(第1基板)91(厚みh1)に形成した貫通孔(室)99(幅a1)の上部を第2基板(上部基板)92で、下部を第3基板(下部基板)93で付着して内部の貫通孔(加速空洞)99は気密空間となっている。この加速空洞99内に長手方向(荷電粒子の進行方向)に環状電極(貫通孔99の側壁、上部基板92下面、下部基板93の上面に形成された連続した(電気的に一繋ぎとなった)電極)94が離間して多数形成される。(94−1、2、・・・)たとえば、環状電極94−1は、深さh1、幅a1の貫通孔99において、貫通孔99の側壁に導電体電極94S1および94S2が形成され、さらに、上部基板92の下面に導電体電極94U、並びに下部基板93の上面に導電体電極94Bが形成され、これらの導電体電極94S1、94S2、94Uおよび94Bは電気的に接続し、長さ(加速空洞99の長手方向)k1であり、より正確な形状は矩形形状である。導電体電極の厚みをt1(すべて一定と仮定する)と、導電体電極94S1と94S2の距離b1は、a1−2t1で、導電体電極94Uと94Bの距離d4は、h1−2t1である。たとえば、ai=1mm、h1=1mm、導電体膜の厚みを10μmとすれば、bi=0.98mm、di=0.98mmとなる。 The accelerating cavity 99 through which the charged particles G pass in the accelerating device has a second substrate (upper substrate) 92 at the upper part of a through hole (chamber) 99 (width a1) formed in a main substrate (first substrate) 91 (thickness h1). The lower portion is attached by the third substrate (lower substrate) 93, and the through hole (accelerating cavity) 99 inside is an airtight space. In the acceleration cavity 99, continuous (electrically connected) electrodes are formed in the longitudinal direction (the traveling direction of the charged particles) on the annular electrodes (the sidewall of the through hole 99, the lower surface of the upper substrate 92, and the upper surface of the lower substrate 93). ) Electrodes) 94 are spaced apart and formed in large numbers. (94-1, 2,...) For example, in the annular electrode 94-1, the conductor electrodes 94S1 and 94S2 are formed on the side wall of the through hole 99 in the through hole 99 having the depth h1 and the width a1. A conductor electrode 94U is formed on the lower surface of the upper substrate 92 and a conductor electrode 94B is formed on the upper surface of the lower substrate 93. The conductor electrodes 94S1, 94S2, 94U and 94B are electrically connected to each other and have a length (acceleration cavity). 99 longitudinal direction) k1, and a more accurate shape is a rectangular shape. When the thickness of the conductor electrodes is t1 (all are assumed to be constant), the distance b1 between the conductor electrodes 94S1 and 94S2 is a1-2t1, and the distance d4 between the conductor electrodes 94U and 94B is h1-2t1. For example, if ai=1 mm, h1=1 mm, and the thickness of the conductor film is 10 μm, then bi=0.98 mm and di=0.98 mm.

この環状電極94−1の隣には、距離j1で離間して長さk2の環状電極94−2が形成され、その隣には、距離j2で離間して長さk3の環状電極94−3が形成され、加速空洞99内には多数の環状電極94が形成される。荷電粒子Gの進行方向において、i番目の環状電極94−iの長さをkiとし、その次のi+1番目の環状電極94−(i+1)との距離をjiとする。環状電極94(94−i:i=1、2、・・・)の上部基板92にコンタクト孔が形成され、そのコンタクト孔にコンタクト電極95(95−i:i=1、2、・・・)が形成され、さらにそのコンタクト電極95に接続する上部電極96(96−i:i=1、2、・・・)が形成され、上部電極96は上部基板92の下面に形成されている導電体電極94Uと電気的に接続する。また、環状電極94(94−i:i=1、2、・・・)の下部基板93にコンタクト孔が形成され、そのコンタクト孔にコンタクト電極97(97−i:i=1、2、・・・)が形成され、さらにそのコンタクト電極97に接続する下部電極98(96−i:i=1、2、・・・)が形成され、下部電極98は下部基板93の上面に形成されている導電体電極94Bと電気的に接続する。 Next to this annular electrode 94-1 is formed an annular electrode 94-2 having a length k2 spaced apart by a distance j1, and next to it is formed an annular electrode 94-3 having a length k3 spaced apart by a distance j2. And a large number of annular electrodes 94 are formed in the acceleration cavity 99. In the traveling direction of the charged particles G, the length of the i-th annular electrode 94-i is ki, and the distance to the next i+1-th annular electrode 94-(i+1) is j i. A contact hole is formed in the upper substrate 92 of the annular electrode 94 (94-i: i=1, 2,...) And a contact electrode 95 (95-i:i=1, 2,...) Is formed in the contact hole. ) Is formed, and an upper electrode 96 (96-i: i=1, 2,...) Connected to the contact electrode 95 is formed, and the upper electrode 96 is a conductive layer formed on the lower surface of the upper substrate 92. It is electrically connected to the body electrode 94U. Further, a contact hole is formed in the lower substrate 93 of the annular electrode 94 (94-i: i=1, 2,...) And the contact electrode 97 (97-i:i=1, 2,... .) is formed, and a lower electrode 98 (96-i: i=1, 2,...) Connected to the contact electrode 97 is formed, and the lower electrode 98 is formed on the upper surface of the lower substrate 93. It is electrically connected to the existing conductor electrode 94B.

このように空洞99の主基板91の内面に形成された各環状電極94(94−i)には上下基板上に形成された外側電極96(96−i)および98(98−i)から電圧を印加できるが、どちらか一方だけでも良い。従って、どちらか一方だけでも良いが、同時に印加すれば効果的に即座に環状電極94(94−i)内が同電位になる。各環状電極94(94−i)にイオンGと逆電位の電圧を印加すれば、各電環状電極94(94−i)の電位Viによってイオンは加速して進んでいく。たとえば、イオンの質量をm、各環状電極94(94−i)で増える速度をΔuiとすれば、1/2m(Δui)2=zeVが成り立つ。従って、多数個並べるとイオンを非常に高速にできる。たとえば、m=10−25kg、z=1、V=10Vとすれば、Δui=5.6km/sec(1電極あたり)、そこで1万個並べれば、5.6万km/secとなる。すなわち、ki=10μm,ji=5μmとすれば、15cmの長さの加速空洞を作製すれば良い。このように、非常に短い距離で超高速のイオンを実現できる。ただし、イオンは環状電極にも引かれて発散もするので、収束も行なう必要がある。イオンを収束するには、イオンと同電位の電圧を印加する電極を配置するか、四重極磁場をかける。これらを組み合わせながら所望の速度を有するイオンを得ることができる。また、図3に示す加速室では、上部基板92および/または下部基板93に開口部100が1つまたは複数空いていて、この開口部100を通して空洞99を真空びきしたり、あるいは不活性ガス等を導入して内部をクリーニングしたりパージできるようになっている。 Thus, the voltage is applied to each annular electrode 94 (94-i) formed on the inner surface of the main substrate 91 of the cavity 99 from the outer electrodes 96 (96-i) and 98 (98-i) formed on the upper and lower substrates. Can be applied, but only one of them may be applied. Therefore, only one of them may be applied, but if they are applied simultaneously, the inside of the annular electrode 94 (94-i) is effectively and immediately brought to the same potential. When a voltage having a potential opposite to that of the ion G is applied to each annular electrode 94 (94-i), the ions are accelerated and proceed by the potential Vi of each electroannular electrode 94 (94-i). For example, if the mass of ions is m and the speed of increase in each annular electrode 94 (94-i) is Δui, then 1/2 m(Δui) 2 =zeV holds. Therefore, if a large number of ions are arranged, the ions can be made very fast. For example, if m=10 −25 kg, z=1, and V=10 V, Δui=5.6 km/sec (per electrode), and if 10,000 pieces are lined up, it will be 56,000 km/sec. That is, if ki=10 μm and ji=5 μm, an acceleration cavity having a length of 15 cm may be produced. Thus, ultrafast ions can be realized in a very short distance. However, since the ions are also attracted to the annular electrode and diverge, it is necessary to converge. To focus the ions, an electrode for applying a voltage having the same potential as the ions is arranged or a quadrupole magnetic field is applied. Ions having a desired velocity can be obtained by combining these. Further, in the acceleration chamber shown in FIG. 3, one or a plurality of openings 100 are vacant in the upper substrate 92 and/or the lower substrate 93, and the cavity 99 is vacuumed through the openings 100, or an inert gas or the like is used. The inside can be cleaned and purged.

加速空洞室は、中央孔を有する基板側壁電極を複数配置して作製することもできる。図10は、中央孔を有する基板側壁電極を複数配置した加速空洞室を示す図である。図10(a)は基板面に垂直な断面図で、図10(b)は基板面に平行な平面図であり、図10(c)はA1−A2における断面図で、図10(a)および図10(b)の左右方向から見た図である。図10に示すように、主基板101にその上面から下面に貫通する貫通室104が形成され、その上部は上部基板102、その下部は下部基板103が付着し、貫通室104の横側面は主基板101の側面となっている。貫通室であるプラズマ発生室やイオン化室104−1で発生したイオン等の荷電粒子G(破線矢印で示す)は、基板側壁101−0の中央部に設けた中央孔105−0を通って貫通室である加速空洞室104−2へ入る。加速空洞室104−2には中央孔105(105−1、・・・、4、・・・)を有する複数の基板側壁101−1(101−1、・・・、4、・・・)が配置されている。基板側壁101(101−1、・・・、4、・・・)の周囲には導電体膜電極106(106−1、・・・、4、・・・)が形成されている。この導電体膜電極106(106−1、・・・、4、・・・)は各基板側壁101(101−1、・・・、4、・・・)の中央孔105(105−1、・・・、4、・・・)の内面にも積層されている。この導電体膜電極106(106−1、・・・、4、・・・)は、上部基板102の下面に形成された導電体膜配線107(107−1、・・・、4、・・・)と接続し、および/または下部基板103の上面に形成された導電体膜配線108(108−1、・・・、4、・・・)と接続する。この導電体膜配線107(107−1、・・・、4、・・・)は上部基板102内に形成されたコンタクト孔およびコンタクト配線109を通して上部基板102上に形成された外側電極・配線110(110−1、・・・、4、・・・)に接続する。また、この導電体膜配線108(108−1、・・・、4、・・・)は下部基板103内に形成されたコンタクト孔およびコンタクト配線111を通して下部基板103下に形成された外側電極・配線112(112−1、・・・、4、・・・)に接続する。 The acceleration cavity chamber can also be produced by disposing a plurality of substrate side wall electrodes having a central hole. FIG. 10 is a view showing an accelerating cavity chamber in which a plurality of substrate side wall electrodes having a central hole are arranged. 10A is a cross-sectional view perpendicular to the substrate surface, FIG. 10B is a plan view parallel to the substrate surface, and FIG. 10C is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG. FIG. 11 is a view seen from the left and right direction in FIG. As shown in FIG. 10, the main substrate 101 is formed with a through chamber 104 penetrating from the upper surface to the lower surface, the upper substrate 102 is attached to the upper portion of the main substrate 101, and the lower substrate 103 is attached to the lower portion thereof. It is the side surface of the substrate 101. Charged particles G (indicated by a dashed arrow) such as ions generated in the plasma generation chamber or the ionization chamber 104-1, which is a penetration chamber, penetrates through a central hole 105-0 provided in the central portion of the substrate side wall 101-0. Enter the acceleration cavity chamber 104-2 which is a chamber. A plurality of substrate side walls 101-1 (101-1,..., 4,...) Having a central hole 105 (105-1,..., 4,...) In the acceleration cavity chamber 104-2. Are arranged. Conductor film electrodes 106 (106-1,..., 4,...) Are formed around the substrate side walls 101 (101-1,..., 4,... ). The conductor film electrodes 106 (106-1,..., 4,...) Are the central holes 105 (105-1,..., 1) of the substrate side walls 101 (101-1,. (4,...) is also laminated on the inner surface. The conductor film electrodes 106 (106-1,..., 4,...) Have conductor film wirings 107 (107-1,..., 4,...) Formed on the lower surface of the upper substrate 102. .) and/or the conductor film wiring 108 (108-1,..., 4,...) Formed on the upper surface of the lower substrate 103. The conductor film wirings 107 (107-1,..., 4,...) Outer electrodes/wirings 110 formed on the upper substrate 102 through the contact holes and the contact wirings 109 formed in the upper substrate 102. (110-1,..., 4,...). Further, the conductor film wiring 108 (108-1,..., 4,...) is an outer electrode formed under the lower substrate 103 through a contact hole and a contact wiring 111 formed in the lower substrate 103. The wiring 112 (112-1,..., 4,...) Is connected.

基板側壁電極・配線106には外側電極・配線112から電圧を印加できるようになっている。通常は、この電圧は荷電粒子の電荷と逆の電圧が印加されているので、加速空洞室へ入射した荷電粒子Gは、最初の基板側壁電極配線106−1によって引かれ加速して基板側壁中央孔105−1を通りぬけていき、次の基板側壁電極配線106−2によって引かれ加速して基板側壁中央孔106−1を通りぬけていき、これを繰り返して加速されて、最後の基板側壁電極配線106−nによって引かれ加速して基板側壁中央孔106−nを通りぬけて、(n個の基板側壁電極配線等があるとする)貫通室である隣室104−3へ出射する。隣室104−3は、たとえば、図1における空洞室14や偏向電磁石室15等である。加速空洞室104−2と隣室104−3の間にも中央孔105−5を有する基板側壁101−5があり、荷電粒子はこの中央孔105−5を通って隣室104−3へ入る。この中央孔を有する基板側壁電極は、荷電粒子Gが通る領域が狭いので、荷電粒子Gは余り広がらずに中央付近を通っていく。しかし、やはり荷電粒子の一部は電極側へも引かれていくので、所々に荷電粒子と同電位(プラスまたはマイナス)の電圧を印加して荷電粒子を収束することが望ましい。ここでは荷電粒子と同電位なので少し減速するが、次の加速電極でまた加速させていく。この収束・発散、加速・減速を繰り返しながら、多数の中央孔を有する基板側壁電極を配置して全体として大きく加速させていく。本発明は、LSIプロセスを用いているので、従来では実現できない非常に小さな中央孔および距離の短い基板側壁を用いることができるので、短い距離でも多数の基板側壁電極を配置でき、短い距離で大きな速度まで加速させることができる。さらに、印加電圧も小さくて済むので、大きな電源は必要がなくなる。尚、大きな電源にして大きな電圧も印加でき、その場合は大きな加速を得ることもできる。 A voltage can be applied to the substrate sidewall electrode/wiring 106 from the outer electrode/wiring 112. Normally, this voltage is applied with a voltage opposite to the charge of the charged particles, so that the charged particles G that have entered the accelerating cavity are drawn by the first substrate side wall electrode wiring 106-1 and accelerated to be centered on the side wall of the substrate. It passes through the hole 105-1 and is drawn by the next substrate side wall electrode wiring 106-2 to be accelerated and passes through the substrate side wall central hole 106-1, and this is repeated to accelerate the last substrate side wall. It is drawn by the electrode wiring 106-n and accelerated, passes through the substrate side wall central hole 106-n, and is emitted to the adjacent chamber 104-3 which is a penetration chamber (assuming that there are n substrate side wall electrode wirings). The adjacent chamber 104-3 is, for example, the cavity chamber 14 or the deflection electromagnet chamber 15 in FIG. There is also a substrate side wall 101-5 having a central hole 105-5 between the acceleration cavity chamber 104-2 and the adjacent chamber 104-3, and charged particles enter the adjacent chamber 104-3 through the central hole 105-5. Since the substrate side wall electrode having the central hole has a narrow region through which the charged particles G pass, the charged particles G pass through the vicinity of the center without spreading very much. However, since some of the charged particles are also attracted to the electrode side, it is desirable to apply a voltage having the same potential (plus or minus) as the charged particles in some places to converge the charged particles. Here, the potential is the same as that of the charged particles, so the speed is slowed down a little, but it is accelerated again by the next acceleration electrode. While repeating the convergence/divergence and the acceleration/deceleration, the substrate side wall electrode having a large number of central holes is arranged to greatly accelerate the whole. Since the present invention uses the LSI process, it is possible to use a very small central hole and a substrate side wall with a short distance, which cannot be realized conventionally, so that a large number of substrate side wall electrodes can be arranged even with a short distance and a large distance can be achieved with a short distance. Can be accelerated to speed. Further, since the applied voltage can be small, a large power source is not needed. In addition, a large power source can be used to apply a large voltage, and in that case, a large acceleration can be obtained.

また、荷電粒子Gの進行方向に各基板側壁電極へ徐々に電圧を印加することもでき、大きな加速を短時間で短距離で得ることもできる。あるいは、高周波電圧を各基板側壁電極へ印加して、それぞれが同期するようにすれば、収束と発散、および加速と減速を繰り返しながら、全体として大きな加速を得ることもできる。加速空洞室104−2には上部基板または下部基板に開口部113を設けて、真空引きやクリーニングやパージを行なうこともできる。また、各基板側壁の間にそれぞれ開口部113を設けて、それぞれ真空引き等を行なうこともできる。 Further, a voltage can be gradually applied to each substrate side wall electrode in the traveling direction of the charged particles G, and large acceleration can be obtained in a short distance in a short time. Alternatively, if a high frequency voltage is applied to each substrate side wall electrode so that they are synchronized with each other, it is possible to obtain large acceleration as a whole while repeating convergence and divergence, and acceleration and deceleration. An opening 113 may be provided in the upper substrate or the lower substrate in the acceleration cavity chamber 104-2 to perform evacuation, cleaning, or purging. Further, the openings 113 may be provided between the side walls of the respective substrates to perform vacuuming or the like.

隣室との間にある基板側壁105−0や105−5は必要なければ配置しなくても良い。たとえば、隣室104−1からの荷電粒子Gが最初の基板側壁電極106−1の前方側側面へ衝突しても問題がない場合や、隣室104−1との圧力が同じで良い場合、荷電粒子Gが十分加速し収束して最初の基板側壁電極106−1の中央孔105−1を通りぬけることができる場合などである。また、基板側壁101−0の中央孔105−0のサイズは、最初の基板側壁電極106−1の中央孔105−1のサイズより小さくして、荷電粒子Gが最初の基板側壁電極106−1に引かれ易くすることもできる。基板側壁電極106(106−1、・・・)の中央孔105(105−1、・・・)のサイズは、同じサイズである方が加速性を均一にできるので望ましい。隣室104−3との仕切りである基板側壁101−5の中央孔105−5のサイズは最後の基板側壁電極106(図では101−4)の中央孔105(図では105−4)のサイズより大きくし、荷電粒子が基板側壁101−5に衝突しないようにすることが望ましい。 The substrate side walls 105-0 and 105-5 between the adjacent chambers may be omitted if not necessary. For example, when the charged particles G from the adjacent chamber 104-1 collide with the front side surface of the first substrate side wall electrode 106-1 without any problem, or when the pressure in the adjacent chamber 104-1 is the same, the charged particles For example, G can be sufficiently accelerated and converged to pass through the central hole 105-1 of the first substrate sidewall electrode 106-1. Further, the size of the central hole 105-0 of the substrate side wall 101-0 is made smaller than the size of the central hole 105-1 of the first substrate side wall electrode 106-1 so that the charged particles G are the first substrate side wall electrode 106-1. You can also make it easier to draw. It is desirable that the central holes 105 (105-1,...) Of the substrate side wall electrodes 106 (106-1,...) Have the same size because uniform acceleration can be achieved. The size of the central hole 105-5 of the substrate side wall 101-5, which is a partition from the adjacent chamber 104-3, is larger than the size of the central hole 105 (105-4 in the diagram) of the last substrate side wall electrode 106 (101-4 in the diagram). It is desirable to increase the size so that charged particles do not collide with the side wall 101-5 of the substrate.

図4は、高周波導波管を用いた荷電粒子加速管の一例を示す図で、円板装荷型進行波型加速管の一種である。図4(a)は基板面に垂直な断面図(の模式図)で荷電粒子ビームGの進行方向に平行な図で、図4(b)は基板面に平行な断面図(の模式図)で、図4(c)は基板面に垂直な断面図(の模式図)で図4(a)および図4(b)の左右方向から見た図で、中央孔の断面図である。図4に示す荷電粒子加速管200は、主基板201に形成され、荷電粒子の通路となる貫通孔空洞204、主基板201の上面および下面に付着し、貫通孔空洞204を気密空間とする上部基板202および下部基板203で構成される。荷電粒子加速管200は、荷電粒子の進行方向(貫通項空洞の長手方向)Gにおいて、その両側は中心部が孔(中央孔)の空いた基板隔壁201S−Aおよび201S−Bで仕切られ、さらにその間に中心部が孔(中央孔)の空いた基板隔壁201S−i(i=1、2、3、・・・)で仕切られた複数の空間が形成され、それらの空間の両側には、マイクロ波等の高周波の導入口208が上部基板202にあいている(下部基板203にあいていても良い)空間(これを高周波導入室と記載することもある)204C−Aおよびマイクロ波等の高周波の導出口209が上部基板202にあいている(下部基板203にあいていても良い)空間(これを高周波導出室と記載することもある)204C−Bがあり、それらの間に荷電粒子を加速する複数の空間(加速キャビティと記載することもある)204C−i(i=1、2、3、・・・)がある。また、これらの空間には、上部基板202または下部基板203に真空排気口210が適宜あいていて、この真空排気口210は真空ポンプ213に接続し、荷電粒子の通る空間を真空に近い状態にしている。図4では真空排気口213は高周波導入室または高周波導出室に開いているが、これらに限定されず他の空間や空洞に設けても良い。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a charged particle accelerating tube using a high frequency waveguide, which is a kind of a disk-loaded traveling wave accelerating tube. 4A is a sectional view perpendicular to the substrate surface (schematic diagram thereof) parallel to the traveling direction of the charged particle beam G, and FIG. 4B is (schematic diagram) parallel to the substrate surface. 4(c) is a cross-sectional view (schematic diagram) perpendicular to the substrate surface as seen from the left and right directions of FIGS. 4(a) and 4(b), and is a cross-sectional view of the central hole. The charged particle accelerating tube 200 shown in FIG. 4 is formed on the main substrate 201 and is attached to the through-hole cavity 204 that serves as a passage for charged particles, the upper surface and the lower surface of the main substrate 201, and has the through-hole cavity 204 as an airtight space. It is composed of a substrate 202 and a lower substrate 203. In the charged particle acceleration tube 200, in the traveling direction (longitudinal direction of the penetrating cavity) G of charged particles, both sides of the charged particle acceleration tube 200 are partitioned by substrate partition walls 201S-A and 201S-B having holes (center holes) in the center. Further, a plurality of spaces partitioned by the substrate partition walls 201S-i (i=1, 2, 3,...) With a hole (central hole) in the center are formed between them, and on both sides of these spaces. , A space in which a high-frequency introduction port 208 for microwaves or the like is provided in the upper substrate 202 (may be provided in the lower substrate 203) (this may be referred to as a high-frequency introduction chamber) 204C-A, microwaves, etc. There is a space (which may be referred to as a high-frequency outlet chamber) 204C-B in which the high-frequency outlet 209 of the high-frequency outlet 209 is open in the upper substrate 202 (may be in the lower substrate 203), and the space between them is charged. There are multiple spaces (sometimes referred to as acceleration cavities) 204C-i (i=1, 2, 3,...) That accelerate the particles. In addition, a vacuum exhaust port 210 is appropriately provided in the upper substrate 202 or the lower substrate 203 in these spaces, and the vacuum exhaust port 210 is connected to a vacuum pump 213 to make the space through which the charged particles pass close to a vacuum. ing. In FIG. 4, the vacuum exhaust port 213 is opened to the high frequency introducing chamber or the high frequency introducing chamber, but it is not limited to these and may be provided in another space or cavity.

本発明で使用する主基板としてシリコン基板等の半導体基板を用いる場合、主基板は電気抵抗が高いので荷電粒子加速管200内の多数の貫通孔空洞204内には導電体膜206を形成する。すなわち、主基板201に形成された空洞204において、主基板201の空洞側面に導電体膜206S1および206S2が、上部基板202の下面に導電体膜206Uが、下部基板203の上面に導電体膜206Bが形成される。図4(c)は中央孔205における断面図であるから、導電体膜206S1、S2、U、Bは見えないが、ここは透視しているとして描いている。中央孔205は基板側壁201S−i(i=1、2、・・・)の中央に配置され、その中央孔205の内面にも導電体膜206が環状に形成されている。中央孔205の断面は長方形状に記載されているが、中央孔205は主基板201を分割した状態でエッチング法(ウエットまたはドライ)で形成するので、台形を上下に合わせた形状や楕円状、あるいは円状など種々の形状に形成することができる。 When a semiconductor substrate such as a silicon substrate is used as the main substrate used in the present invention, since the main substrate has a high electric resistance, a conductor film 206 is formed in a large number of through-hole cavities 204 in the charged particle acceleration tube 200. That is, in the cavity 204 formed in the main substrate 201, the conductor films 206S1 and 206S2 are formed on the cavity side surface of the main substrate 201, the conductor film 206U is formed on the lower surface of the upper substrate 202, and the conductor film 206B is formed on the upper surface of the lower substrate 203. Is formed. Since FIG. 4C is a cross-sectional view of the central hole 205, the conductor films 206S1, S2, U, and B are not visible, but the conductor films 206S, S2, U, and B are illustrated as being transparent. The central hole 205 is arranged at the center of the substrate side wall 201S-i (i=1, 2,...) And the conductor film 206 is formed in an annular shape on the inner surface of the central hole 205. Although the cross section of the central hole 205 is described as a rectangular shape, since the central hole 205 is formed by an etching method (wet or dry) in a state where the main substrate 201 is divided, a shape in which a trapezoid is vertically matched or an elliptical shape, Alternatively, it can be formed into various shapes such as a circular shape.

加速キャビティ204C−i(i=1、2、3、・・・)の内壁に高周波の電流が流れるので、導電体膜206は導電性が良い方が良く、たとえば銅や金、銀、アルミニウム、タングステン、コバルト等がベターである。温度が上がる可能性がある場合は、融点の高い金属膜が良い。本発明の荷電粒子加速管は小さくすることも可能なので、超伝導体膜を使いこの装置全体を低温に冷やして使用することもできる。超伝導体膜として、ニオブ(Nb)、ニオブ−チタン(Nb−Ti)、ニオブ−スズ(Nb−Sb)、二硼化マグネシウム、酸化物高温超電導体(イットリウム系、ビスマス系等)がある。これらをスパッター膜、塗布膜として形成できる。主基板201の厚みをh2、横幅(平面幅)をa2とし、導電体膜206の厚みをt2とすれば、貫通孔空洞204の深さd5はh2−2t2、貫通孔空洞204の横幅b2はa2−2t1となる。主基板201と導電体膜206の間に絶縁膜(たとえば、シリコン酸化膜)や密着性向上膜(たとえば、Ti、TiN膜)を形成する場合、導電体膜206の上に絶得膜(保護膜)を形成する場合は、それらの膜の厚みも考慮する必要がある。 Since a high-frequency current flows through the inner wall of the acceleration cavity 204C-i (i=1, 2, 3,... ), the conductive film 206 preferably has good conductivity, such as copper, gold, silver, aluminum, or the like. Tungsten, cobalt, etc. are better. When the temperature may rise, a metal film having a high melting point is preferable. Since the charged particle accelerating tube of the present invention can be made small, it is possible to cool the entire apparatus to a low temperature by using a superconductor film. Examples of the superconductor film include niobium (Nb), niobium-titanium (Nb-Ti), niobium-tin (Nb-Sb), magnesium diboride, and high-temperature oxide superconductors (yttrium-based, bismuth-based, etc.). These can be formed as a sputter film or a coating film. If the thickness of the main substrate 201 is h2, the lateral width (planar width) is a2, and the thickness of the conductor film 206 is t2, the depth d5 of the through hole cavity 204 is h2-2t2, and the lateral width b2 of the through hole cavity 204 is It becomes a2-2t1. When an insulating film (for example, a silicon oxide film) or an adhesion improving film (for example, Ti or TiN film) is formed between the main substrate 201 and the conductor film 206, an excellent film (protection film) is formed on the conductor film 206. When forming a film, it is necessary to consider the thickness of the film.

荷電粒子Gは荷電発生装置等から発射され、空洞204−1の内部を通過して、荷電粒子加速管200の入り口である基板隔壁201S−Aの中央孔205を通り荷電粒子加速管200へ進入する。荷電粒子Gは、高周波導入空間204C−Aへ入った後、基板隔壁(側壁)201S−1の中央孔205を通って加速空間204−1に入り、次々と基板隔壁201S−i(i=1、2、3、・・・)の中央孔205を通って加速空間204C−i(i=1、2、3、・・・)に入り、最後に高周波導出空間204C−Bへ入った後、荷電粒子加速管200の出口である基板隔壁201S−Bの中央孔205を通り、荷電粒子加速管200の外側の空洞204−2へ出ていく。高周波211は、高周波導入口208から高周波導入空間204C−Aへ入り、各基板隔壁の中央孔205を通り、各加速空間204C−i(i=1、2、3、・・・)で荷電粒子を加速する高周波電界を形成し、高周波導出空間204C−Bへ出て、高周波導出口209から高周波212として出ていく。従って、荷電粒子は各加速空間204C−i(i=1、2、3、・・・)で発生する加速電界により次々に加速されて、基板隔壁201S−Bの中央孔205を通って荷電粒子加速管200を出ていく。 The charged particles G are emitted from a charge generator or the like, pass through the inside of the cavity 204-1 and enter the charged particle accelerator tube 200 through the central hole 205 of the substrate partition wall 201S-A which is the entrance of the charged particle accelerator tube 200. To do. The charged particles G enter the high frequency introduction space 204C-A, then enter the acceleration space 204-1 through the central hole 205 of the substrate partition wall (side wall) 201S-1, and successively enter the substrate partition 201S-i (i=1). , 2, 3,...) into the acceleration space 204C-i (i=1, 2, 3,...) Through the central hole 205, and finally into the high frequency derivation space 204C-B, It passes through the central hole 205 of the substrate partition 201S-B, which is the exit of the charged particle acceleration tube 200, and exits into the cavity 204-2 outside the charged particle acceleration tube 200. The high frequency wave 211 enters the high frequency wave introducing space 204C-A from the high frequency wave introducing port 208, passes through the central hole 205 of each substrate partition wall, and is charged in each acceleration space 204C-i (i=1, 2, 3,...). A high-frequency electric field for accelerating is generated, goes out to the high-frequency derivation space 204C-B, and goes out as a high-frequency 212 from the high-frequency derivation port 209. Therefore, the charged particles are sequentially accelerated by the accelerating electric field generated in each accelerating space 204C-i (i=1, 2, 3,...) And pass through the central hole 205 of the substrate partition 201S-B. Exit the accelerator tube 200.

加速管200には、加速された荷電粒子の発散を収束する収束用電磁石207を設けることもできる。収束用電磁石207は、荷電粒子Gが基板隔壁201S−Bの中央孔205を出た後の空洞204の部分に設置される。たとえば、図4に示すように4極電磁石207(207−1、2、3、4)を空洞204の周囲に配置する。図4(d)は、4極電磁石が配置された部分において空洞204の長手方向に垂直な断面構造を示す図である。空洞204の両横側面には基板側壁201S−S1および201S−S2を挟んで、コイル207−2およびコイル207−4が形成されている。コイル207は空洞204の中心部に近いほど磁束密度(または磁界)が強くなり、荷電粒子の制御が容易となる(荷電粒子Gは空洞204の中央部を通る)ので、基板側壁201S−S1および201S−S2は薄い方が良い。LSIプロセスを使用できるので、たとえば、10μm〜1000μmと非常に薄い基板側壁も形成可能である。 The accelerating tube 200 may be provided with a focusing electromagnet 207 that converges the divergence of the accelerated charged particles. The focusing electromagnet 207 is installed in the portion of the cavity 204 after the charged particles G have left the central hole 205 of the substrate partition wall 201S-B. For example, as shown in FIG. 4, a quadrupole electromagnet 207 (207-1, 2, 3, 4) is arranged around the cavity 204. FIG. 4D is a view showing a sectional structure perpendicular to the longitudinal direction of the cavity 204 in the portion where the quadrupole electromagnet is arranged. A coil 207-2 and a coil 207-4 are formed on both lateral sides of the cavity 204 with the substrate side walls 201S-S1 and 201S-S2 sandwiched therebetween. The closer the coil 207 is to the center of the cavity 204, the stronger the magnetic flux density (or magnetic field) becomes, and the easier it is to control the charged particles (the charged particles G pass through the center of the cavity 204). 201S-S2 should be thin. Since the LSI process can be used, a very thin substrate side wall of, for example, 10 μm to 1000 μm can be formed.

空洞204の上部には上部基板202が存在するが、この上部基板202の上方に、または上部基板202の内部に埋め込んで、または上部基板202の上部または内部に、コイル207−1を配置する。コイル207は空洞204の中心部に近いほど磁束密度(または磁界)が強くなり、荷電粒子の制御が容易となる。従って、上部基板202の上方に配置する場合は、コイル207−1をできるだけ上部基板202の上面に近づける。最適にはコイル207−1を上部基板202の上面と接するようにすれば良い。コイル207−1を上部基板202の内部に埋め込むか、上部基板202の内部に形成する場合は、空洞204とコイル207−1の底面と空洞の間に存在する上部基板202は、上部基板202−Uであるが、この部分の厚みは上部基板202の厚みより薄い。この上部基板202−Uの厚みは薄いほど良いが、たとえば、10μm〜1000μmと非常に薄くすることもできる。 Although the upper substrate 202 exists above the cavity 204, the coil 207-1 is arranged above the upper substrate 202, embedded in the upper substrate 202, or above or inside the upper substrate 202. The closer the coil 207 is to the center of the cavity 204, the stronger the magnetic flux density (or magnetic field) becomes, which facilitates control of charged particles. Therefore, when the coil 207-1 is arranged above the upper substrate 202, the coil 207-1 is placed as close to the upper surface of the upper substrate 202 as possible. Optimally, the coil 207-1 may be in contact with the upper surface of the upper substrate 202. When the coil 207-1 is embedded in the upper substrate 202 or formed inside the upper substrate 202, the upper substrate 202 existing between the cavity 204 and the bottom surface of the coil 207-1 and the cavity is the upper substrate 202- U, the thickness of this portion is thinner than the thickness of the upper substrate 202. The thinner the upper substrate 202-U, the better. However, the upper substrate 202-U can be made extremely thin, for example, 10 μm to 1000 μm.

空洞204の下部には下部基板203が存在するが、この下部基板203の下方に、または下部基板203の内部に埋め込んで、または下部基板203の内部に、コイル207−3を配置する。コイル207は空洞204の中心部に近いほど磁束密度(または磁界)が強くなり、荷電粒子の制御が容易となる。従って、下部基板203の下方に配置する場合は、コイル207−3をできるだけ下部基板203の下面に近づける。最適にはコイル207−3を下部基板203の下面と接するようにすれば良い。コイル207−3を下部基板203の内部に埋め込むか、下部基板203の内部に形成する場合は、空洞204とコイル207−3の上面と空洞の間に存在する下部基板203は、下部基板203−Bであるが、この部分の厚みは下部基板203の厚みより薄い。この下部基板203−Bの厚みは薄いほど良いが、たとえば、10μm〜1000μmと非常に薄くすることもできる。 The lower substrate 203 exists below the cavity 204, and the coil 207-3 is arranged below the lower substrate 203, embedded in the lower substrate 203, or inside the lower substrate 203. The closer the coil 207 is to the center of the cavity 204, the stronger the magnetic flux density (or magnetic field) becomes, which facilitates control of charged particles. Therefore, when the coil 207-3 is arranged below the lower substrate 203, the coil 207-3 should be as close to the lower surface of the lower substrate 203 as possible. Optimally, the coil 207-3 may be in contact with the lower surface of the lower substrate 203. When the coil 207-3 is embedded in the lower substrate 203 or formed inside the lower substrate 203, the lower substrate 203 existing between the cavity 204 and the upper surface of the coil 207-3 is the lower substrate 203- However, the thickness of this portion is thinner than the thickness of the lower substrate 203. The lower substrate 203-B is preferably as thin as possible, but it can be made extremely thin, for example, 10 μm to 1000 μm.

図4(d)に示すように、主基板201の横方向中心線をC1としたとき、空洞204の中心O1は横方向中心線C1上にあり、コイル207−2およびコイル207−4の軸が横方向中心線C1と揃うようにコイル207−2およびコイル207−4を主基板201内に配置する。また、コイル207−1およびコイル207−3の軸が、空洞204の中心O1を通り横方向中心線C1と直交する縦方向中心線C2と揃うようにコイル207−1およびコイル207−3を配置する。このように4極電磁石(コイル)を配置することによって、空洞204内の磁界分布を対称形に近い状態にできるので、荷電粒子を空洞204の中心O1の近傍に収束することができる。特に基板側壁201S−S1および201S−S2の厚みをほぼ等しくし、コイル207−2およびコイル207−4の特性を同じくし、また空洞204の中心O1に対して対称な位置に配置すること、さらに202−Uおよび202−Bの厚みをほぼ等しくし、コイル207−1およびコイル207−3の特性を同じくし、また空洞204の中心O1に対して対称な位置に配置すること、さらにコイル207−1、コイル207−2、コイル207−3およびコイル207−4の特性を同じくすることによって、空洞204内の磁界分布を対称形に近い状態にできる。ただし、本発明の四重極電磁石は構成するコイルの特性や配置、基板側壁や基板の厚みが多少異なっても、個別のコイルに印加する電圧を自由に設定でき、空洞204の内部磁界を自由に変化させることができるので、荷電粒子のビームを空洞中心O1の近傍に収束することは容易である。尚、空洞204の中心O1は、荷電粒子の進行方向Gであり、従って、中央孔205の中心は空洞204の中心O1と一致するようにすることが望ましい。 As shown in FIG. 4D, when the horizontal centerline of the main substrate 201 is C1, the center O1 of the cavity 204 is on the horizontal centerline C1 and the axes of the coils 207-2 and 207-4 are located. The coil 207-2 and the coil 207-4 are arranged in the main substrate 201 so that the lines are aligned with the lateral centerline C1. The coils 207-1 and 207-3 are arranged so that the axes of the coils 207-1 and 207-3 are aligned with the vertical centerline C2 that passes through the center O1 of the cavity 204 and is orthogonal to the horizontal centerline C1. To do. By arranging the quadrupole electromagnets (coils) in this way, the magnetic field distribution in the cavity 204 can be brought into a state close to a symmetrical shape, so that the charged particles can be converged in the vicinity of the center O1 of the cavity 204. In particular, the substrate sidewalls 201S-S1 and 201S-S2 have substantially the same thickness, the coils 207-2 and 207-4 have the same characteristics, and they are arranged at positions symmetrical with respect to the center O1 of the cavity 204. The thicknesses of 202-U and 202-B are made substantially equal, the characteristics of the coil 207-1 and the coil 207-3 are made the same, and they are arranged symmetrically with respect to the center O1 of the cavity 204. By making the characteristics of the coil 1, the coil 207-2, the coil 207-3, and the coil 207-4 the same, the magnetic field distribution in the cavity 204 can be made to be in a nearly symmetrical state. However, in the quadrupole electromagnet of the present invention, the voltage applied to each coil can be freely set and the internal magnetic field of the cavity 204 can be freely set even if the characteristics and arrangement of the constituent coils, the side wall of the substrate and the thickness of the substrate are slightly different. Since it can be changed to, it is easy to converge the beam of charged particles in the vicinity of the center O1 of the cavity. The center O1 of the cavity 204 is the traveling direction G of the charged particles, and therefore, the center of the central hole 205 is preferably aligned with the center O1 of the cavity 204.

基板側壁201S−iの幅、すなわち中央孔205の長さをm1、加速キャビティ204C−iの長さ(荷電粒子加速装置200の長手方向のサイズ)をp1とすると、高周波導入室204C−Aおよび高周波導出室204C−Bの距離は、(n+1)×m1+n×p1となる。(荷電粒子加速装置200がn個の加速キャビティを有するとき)それぞれの加速キャビティの長さp1や中央孔205の長さをm1の長さを変化させて、加速電界分布を変化させても良い。また、空洞204のサイズ(a2、h2)や中央孔205のサイズ(たとえば、中央孔205が矩形の場合は、縦や横の長さ、中央孔205が円形の場合は、直径)を変化させて、加速電界分布を変化させても良い。本発明の荷電粒子加速装置は、LSIプロセスを用いて作製できるので、これらの大きさを容易に安価に変化させることができる。また、四極電磁石の大きさや数も空洞204のサイズに合わせて自由に変化させることができる。 Assuming that the width of the substrate side wall 201S-i, that is, the length of the central hole 205 is m1 and the length of the acceleration cavity 204C-i (the size of the charged particle accelerator 200 in the longitudinal direction) is p1, the high frequency introduction chamber 204C-A and The distance of the high frequency extraction chamber 204C-B is (n+1)×m1+n×p1. (When the charged particle accelerator 200 has n accelerating cavities) The accelerating electric field distribution may be changed by changing the length p1 of each accelerating cavity or the length of the central hole 205 by m1. .. In addition, the size (a2, h2) of the cavity 204 and the size of the central hole 205 (for example, if the central hole 205 is rectangular, the length or width, and if the central hole 205 is circular, the diameter) are changed. Then, the acceleration electric field distribution may be changed. Since the charged particle accelerator of the present invention can be manufactured by using an LSI process, these sizes can be easily and inexpensively changed. Further, the size and number of quadrupole electromagnets can be freely changed according to the size of the cavity 204.

次に電磁石(コイル)の作製法を説明する。図11は、電磁石(コイル)の作製法を示す一実施形態である。サポート基板114−1にコイル作製基板115−1を付着させる。サポート基板114−1はコイル作製基板115−1と後に分離するので、軟化性接着剤(軟化温度T1)による付着が良い。サポート基板114−1はガラス基板、石製基板、アルミナ基板、プラスチック、エポキシ基板、高分子基板等の絶縁体基板や、Si等の半導体基板、Cu、Al等の導電体基板である。コイル作製基板115−1は、非磁性体基板で、ガラス基板、石製基板、アルミナ基板、セラミック基板、プラスチック、エポキシ基板、高分子基板等の絶縁体基板や、Si等の半導体基板である。図11(a)に示すように、コイル作製基板115−1にコイル導線パターン用の感光性膜パターンを形成し、コイル作製基板115−1をエッチングする。このエッチングは感光性膜パターンに忠実な垂直エッチングが望ましい。あるいは、金型で打ち抜いたコイル導線パターンを形成したコイル作製基板115−1をサポート基板114−1に付着しても良い。あるいは、コイル導線用パターンを形成したプラスチックまたは高分子樹脂フィルムをサポート基板114−1に付着しても良い。コイル作製基板115−1がSi等の半導体基板であるときは、コイル配線間がショートしないように凹部側面に導電体膜を積層しておく。 Next, a method of manufacturing the electromagnet (coil) will be described. FIG. 11 is an embodiment showing a method for producing an electromagnet (coil). The coil production substrate 115-1 is attached to the support substrate 114-1. Since the support substrate 114-1 is separated from the coil forming substrate 115-1 later, the support substrate 114-1 can be attached by a softening adhesive (softening temperature T1). The support substrate 114-1 is an insulating substrate such as a glass substrate, a stone substrate, an alumina substrate, a plastic, an epoxy substrate, a polymer substrate, a semiconductor substrate such as Si, or a conductor substrate such as Cu or Al. The coil production substrate 115-1 is a non-magnetic substrate, and is an insulating substrate such as a glass substrate, a stone substrate, an alumina substrate, a ceramic substrate, a plastic, an epoxy substrate, or a polymer substrate, or a semiconductor substrate such as Si. As shown in FIG. 11A, a photosensitive film pattern for a coil conducting wire pattern is formed on the coil production substrate 115-1 and the coil production substrate 115-1 is etched. It is desirable that this etching be vertical etching faithful to the photosensitive film pattern. Alternatively, the coil production board 115-1 having a coil conductor wire pattern punched by a die may be attached to the support board 114-1. Alternatively, a plastic or polymer resin film having a coil conductor pattern formed thereon may be attached to the support substrate 114-1. When the coil production substrate 115-1 is a semiconductor substrate made of Si or the like, a conductor film is laminated on the side surface of the recess so that the coil wirings are not short-circuited.

次に、凹部のコイル導線用パターンを導電体膜で充填する。導電体膜は、たとえば、Cu、Ni、Cr、Au、Al、W、Mo、Ti、Zr、各種半田、これらの合金や複合金属、あるいは各種シリサイド膜、超伝導体である。この充填方法として、CVD法、PVD法で積層し、研磨(たとえば、CMP)して凹部だけに導電体膜を充填する方法、選択CVD法により凹部に導電体膜を充填する方法、あるいはメッキ法により凹部に導電体膜を充填する方法、あるいは導電性ペースト塗布法がある。これらに研磨を行ない平坦化することもできる。これらの方法によって、幅がa、深さがc1のコイル配線パターンの1層目(116−1)が完成する。1層目の平面パターンは、たとえば図11(g)に示すような長さd(幅a)、距離bの配線パターンである。 Next, the coil conductor pattern in the recess is filled with a conductor film. The conductor film is, for example, Cu, Ni, Cr, Au, Al, W, Mo, Ti, Zr, various solders, alloys or composite metals thereof, various silicide films, and superconductors. As the filling method, a method of laminating by CVD or PVD method and polishing (for example, CMP) to fill only the concave portion with the conductive film, a method of filling the concave portion with the conductive film by selective CVD method, or a plating method There is a method of filling the recess with a conductor film or a method of applying a conductive paste. It is also possible to polish these to make them flat. By these methods, the first layer (116-1) of the coil wiring pattern having the width a and the depth c1 is completed. The plane pattern of the first layer is a wiring pattern having a length d (width a) and a distance b as shown in FIG. 11(g), for example.

次に2層目のパターンを同様にして作製する。2層目もサポート基板114−2にコイル作製基板115−2を付着し、感光性膜等で2層目のコイル配線パターン116−2を形成する。2層目のパターンの断面パターンは図11(a)と同様であるが、平面パターンは図11(h)に示すように(横)幅a、距離bで、(縦)幅eの矩形パターンで、重ねたときに1層目のパターンに合うようになっている。コイル線幅は、(横)幅a×(縦)幅eとなるので、eはほぼaに等しく取るのが良い。次に図11(b)に示すように1層目のコイル配線パターンに2層目のコイル配線パターンをパターン合わせしながら付着する。すなわち、サポート基板114−1に付着した1層目のコイル導線パターンを形成したコイル作製基板115−1に、サポート基板114−2に付着した2層目のコイル導線パターンを形成したコイル作製基板115−2を付着させる。この付着法として、常温接合法、拡散接合法、高温接合法、コイル作製基板115−1または2がガラス基板や石英基板等の絶縁体基板で、コイル作製基板115−2または1がSi等の半導体基板であるときは、静電陽極接合法も使用できる。また、接着剤を用いて付着することもでき、導電体膜同士の接合部は導電性接着剤を用い、他の部分は絶縁性接着剤を用いる。他の接合法でも導電体膜同士の接合部は導電性接着剤を用いることができる。配線間距離bが10μm以上であれば(現時点でも)、メタルマスクを用いて導電性接着剤を接合部パターンに塗布できるし、感光性膜導電性接着剤や感光性膜パターン+エッチング法を用いれば、配線間距離bが1μmでも導電性接着剤を接合部パターンに塗布できる。さらに、半田を接合部に塗布またはメッキして、付着させることもできる。2層目の凹部もc1の深さとすれば、C2は2c1となる。コイル作製基板115同士の接合に用いる接着剤は、後の熱処理で分離しないように熱硬化性接着剤が望ましい。半田金属や熱可塑性接着剤を用いる場合は、その後の熱処理でコイル作製基板115同士が移動してパターンずれを起こしたり分離しないようにする。 Next, a pattern for the second layer is produced in the same manner. Also for the second layer, the coil production substrate 115-2 is attached to the support substrate 114-2, and the coil wiring pattern 116-2 for the second layer is formed with a photosensitive film or the like. The cross-sectional pattern of the pattern of the second layer is the same as that of FIG. 11A, but the plane pattern is a rectangular pattern of (horizontal) width a, distance b, and (vertical) width e, as shown in FIG. 11H. So, when they are stacked, they match the pattern of the first layer. Since the coil wire width is (horizontal) width a×(longitudinal) width e, it is preferable to take e substantially equal to a. Next, as shown in FIG. 11B, the coil wiring pattern of the second layer is attached to the coil wiring pattern of the first layer while pattern matching. That is, the coil manufacturing substrate 115-1 having the coil conductive wire pattern of the first layer attached to the support substrate 114-1 and the coil manufacturing substrate 115 having the coil conductive wire pattern of the second layer attached to the support substrate 114-2 have been formed. -2 is attached. As this attachment method, a room temperature bonding method, a diffusion bonding method, a high temperature bonding method, the coil production substrate 115-1 or 2 is an insulating substrate such as a glass substrate or a quartz substrate, and the coil production substrate 115-2 or 1 is made of Si or the like. When it is a semiconductor substrate, the electrostatic anodic bonding method can also be used. It is also possible to use an adhesive to attach the conductive films. A conductive adhesive is used for the joint between the conductor films, and an insulating adhesive is used for the other portions. With other joining methods, a conductive adhesive can be used for the joint between the conductor films. If the distance b between the wirings is 10 μm or more (at the present time), the conductive adhesive can be applied to the joint pattern using a metal mask, or the photosensitive film conductive adhesive or the photosensitive film pattern+etching method can be used. For example, the conductive adhesive can be applied to the joint pattern even when the distance b between the wirings is 1 μm. Further, solder may be applied or plated on the joint to be attached. If the depth of the recess of the second layer is also c1, C2 is 2c1. The adhesive used to bond the coil-forming substrates 115 to each other is preferably a thermosetting adhesive so as not to separate in the subsequent heat treatment. When a solder metal or a thermoplastic adhesive is used, the coil-making substrates 115 are not moved by the subsequent heat treatment to cause pattern shift or separation.

次にサポート基板114−2を取り外す。サポート基板114−2とコイル作製基板115−2とを付着させた接着剤は熱可塑性接着剤で軟化温度をT2としたとき、T1>T2になるような接着剤を選定する。この結果T1とT2の間の温度で、サポート基板114−2だけを分離できる。図11(c)はサポート基板114−2を分離した状態を示す図である。3層目以降のパターンも2層目と同じであり、これを次々に付着させることによって、コイルの高さ方向の配線を作製できる。ただし、1枚ずつ重ねていくのは時間がかかるので、図11(d)に示すように、2枚重ねたもの同士を次に重ねて4枚にし(図11(d)の状態)、その次には4枚同士重ねたものを重ねていくことにより8枚になる。c1=0.1mmとすれば、5回の付着で0.8mmの厚さになる。 Next, the support substrate 114-2 is removed. The adhesive to which the support substrate 114-2 and the coil production substrate 115-2 are attached is a thermoplastic adhesive, and when the softening temperature is T2, an adhesive that satisfies T1>T2 is selected. As a result, only the support substrate 114-2 can be separated at a temperature between T1 and T2. FIG. 11C is a diagram showing a state in which the support substrate 114-2 is separated. The patterns of the third and subsequent layers are also the same as those of the second layer, and by sequentially adhering the patterns, wiring in the height direction of the coil can be manufactured. However, since it takes time to stack one sheet at a time, as shown in FIG. 11(d), two sheets are stacked next to each other into four sheets (state of FIG. 11(d)). Next, by stacking four sheets, the number of sheets becomes eight. If c1=0.1 mm, the thickness of 0.8 mm will be obtained after five depositions.

最後のコイル配線パターンは、コイルとしてスパイラルに接続する必要があるので、図11(i)に示すような配線パターンとなる。1層目が図11(g)に示す配線パターンで、最上層が図11(i)示す配線パターンである。(この逆でも良い。)これらの間の配線パターンが図11(h)に示すパターンである。所定の高さc4になったときに、最上層側のサポート基板を分離した後、感光性膜117を付着(塗布)し、感光性膜パターン117を形成する。これをマスクにしてコイル作製基板115をエッチング除去する。サポート基板114−1はまだ分離しないので、コイル作製基板115とサポート基板114−1との選択比の高いエッチングが望ましい。サポート基板114−1とコイル作製基板115との材料を異なったものにすれば、容易にエッチング選択比を大きくできる。たとえば、サポート基板114−1がSiまたはガラスであり、コイル作製基板115がガラスまたはSiである場合である。あるいは、ダイシング法で切断して不要な部分を分離することもできる。たとえば、サポート基板114−1とコイル作製基板115−1を付着するときに、不要な部分として分離する所に光照射で分離できる接着剤を用い、それ以外の所には通常の熱可塑性接着剤を用いることによって、ダイシングして、コイル作製基板115とサポート基板114−1の一部(深さ方向に少し)だけカットして、その後光照射して不要な部分を分離することができる。接着剤を分けて付着するには、たとえば、マスクを用いて塗布すれば良い。この結果、図11(f)で示す形状のコイル118がサポート基板114−1に付着したものが作製される。 Since the last coil wiring pattern needs to be spirally connected as a coil, the wiring pattern is as shown in FIG. 11(i). The first layer is the wiring pattern shown in FIG. 11(g), and the uppermost layer is the wiring pattern shown in FIG. 11(i). (The reverse is also possible.) The wiring pattern between them is the pattern shown in FIG. When the predetermined height c4 is reached, the support substrate on the uppermost layer side is separated, and then the photosensitive film 117 is attached (coated) to form the photosensitive film pattern 117. Using this as a mask, the coil production substrate 115 is removed by etching. Since the support substrate 114-1 is not yet separated, it is desirable to perform etching with a high selection ratio between the coil production substrate 115 and the support substrate 114-1. If the materials of the support substrate 114-1 and the coil production substrate 115 are different, the etching selection ratio can be easily increased. For example, the case where the support substrate 114-1 is Si or glass and the coil production substrate 115 is glass or Si. Alternatively, it may be cut by a dicing method to separate unnecessary portions. For example, when the support substrate 114-1 and the coil production substrate 115-1 are attached, an adhesive that can be separated by light irradiation is used at a place where it is separated as an unnecessary portion, and an ordinary thermoplastic adhesive is used at other places. By using, it is possible to perform dicing, cut only a part (a little in the depth direction) of the coil production substrate 115 and the support substrate 114-1, and then irradiate light to separate unnecessary portions. In order to separately attach the adhesive, for example, a mask may be used for application. As a result, the coil 118 having the shape shown in FIG. 11F is attached to the support substrate 114-1.

次に、下部基板203に付着し、コイル挿入用空洞120(120−1、2)および荷電粒子ビームGが通る空洞204−2(図4を参照)が形成された主基板201に、サポート基板114−1に形成された電磁石(コイル)118−1、118−2を挿入する。下部基板203には、コイル118の端子が接続するための導電体電極・配線119が形成されているので、そのパターンに合わせるように挿入する。コイル118の中心軸が主基板201の中央に来るようにコイル118の大きさを調整する。接続部には予め導電性接着剤や半田金属を付着させておくことが望ましい。熱などをかけながらこれらを軟化させて付着させれば上下方向の高さ調節もできる。コイル118の配線パターンに絶縁膜を積層したり絶縁シートを付着させて、接続部だけ窓開けしておけば、導電性接着剤等を広く塗布できるので、接続も確実だし、高さ調節や水平度調整も容易になる。 Next, the support substrate is attached to the main substrate 201 which is attached to the lower substrate 203 and has the coil insertion cavity 120 (120-1, 2) and the cavity 204-2 (see FIG. 4) through which the charged particle beam G passes. Electromagnets (coils) 118-1 and 118-2 formed on 114-1 are inserted. Since a conductor electrode/wiring 119 for connecting the terminal of the coil 118 is formed on the lower substrate 203, the lower substrate 203 is inserted so as to match the pattern. The size of the coil 118 is adjusted so that the central axis of the coil 118 comes to the center of the main substrate 201. It is desirable to attach a conductive adhesive or solder metal to the connecting portion in advance. If these are softened and attached while applying heat, the height can be adjusted in the vertical direction. If an insulating film is laminated on the wiring pattern of the coil 118 or an insulating sheet is attached and a window is opened only at the connection portion, a conductive adhesive or the like can be widely applied, so that the connection can be made surely, and the height can be adjusted or leveled. Adjustment becomes easy.

また、コイル側の端子をすべて反対側に設けておけば(図11(j)〜(m)に示すコイル118−1のように)、下部基板203に導電体膜電極・配線パターン109を設ける必要がないので、絶縁性接着剤を下部基板203に、および/またはコイル118の下方側に塗布しておけるので、コイル18の付着を確実にでき、また高さ調節や水平度調整も簡単に行なうことができる。たとえば、サポート基板114のリフトプレスの水平度調整や押圧調整を簡単に行なうことができる。尚、コイル挿入用空洞120(120−1、2)の大きさはそれほど制約がないので、コイル118よりかなり大きめに開けられるので、コイルの挿入は特に問題はない。また、導電体膜電極・配線も大きく形成しておけばコイル側との接続も特に問題ない。コイル118の端面(コイル118−1なら右側、コイル118−1なら左側)と空洞204−2の中心との距離は、荷電粒子へ及ぼす磁場に影響を与えるが、現在の挿入による合わせ誤差は1μm〜10μmの間であるから、余り影響はない。 Further, if all the terminals on the coil side are provided on the opposite side (like the coil 118-1 shown in FIGS. 11(j) to 11(m)), the conductor film electrode/wiring pattern 109 is provided on the lower substrate 203. Since it is not necessary, the insulating adhesive can be applied to the lower substrate 203 and/or the lower side of the coil 118, so that the coil 18 can be surely attached, and the height and the level can be easily adjusted. Can be done. For example, it is possible to easily adjust the levelness and pressing of the lift press of the support substrate 114. Since the size of the coil insertion cavity 120 (120-1, 2) is not so limited, it can be opened considerably larger than the coil 118, so that there is no particular problem in coil insertion. In addition, if the conductor film electrode/wiring is also formed large, there is no particular problem in connection with the coil side. The distance between the end surface of the coil 118 (the right side for the coil 118-1 and the left side for the coil 118-1) and the center of the cavity 204-2 affects the magnetic field exerted on the charged particles, but the current alignment error is 1 μm. Since it is between 10 μm, there is not much influence.

さらに、2つのコイル118−1および118−2の距離は全くずれないので、空洞204−2の中心へ及ぼす両方を合わせた磁場は殆ど変化はない。空洞204−2全体へ磁場を均一にするために、コイルの大きさ(端面の)を空洞204−2の大きさ(深さ方向における)よりも大きくすることが望ましいが、予め下部基板203において、コイル挿入用空洞120(120−1、2)における下部基板203を薄くしてコイル挿入用空洞120(120−1、2)の深さを空洞204−2より深くしておけば良い。その場合は当然、コイル118の大きさもそれに対応して大きくしておく。 Furthermore, since the distance between the two coils 118-1 and 118-2 is not deviated at all, the combined magnetic field exerted on the center of the cavity 204-2 is hardly changed. In order to make the magnetic field uniform throughout the cavity 204-2, it is desirable to make the size of the coil (on the end face) larger than the size of the cavity 204-2 (in the depth direction). The lower substrate 203 in the coil insertion cavity 120 (120-1, 2) may be thinned so that the coil insertion cavity 120 (120-1, 2) is deeper than the cavity 204-2. In that case, naturally, the size of the coil 118 is correspondingly increased.

コイル118をコイル挿入用空洞120(120−1、2)における下部基板203に固定した後、サポート基板114−1を分離する。この方法は、たとえば、コイル118と下部基板203との接着に用いる接着剤等の硬化温度T3がT1より低い温度である熱硬化性接着剤等を用いて、コイル118を下部基板203に固定した後に、温度をT1以上に上げてサポート基板114−1を分離する。(図11(k))次に、図11(l)に示すように、コイル端子と接続する導電体膜電極配線121が形成された上部基板121をコイル118の端子に合わせて主基板201に付着する。コイル118の上部に配線パターンが形成されている場合は、絶縁膜を積層したり絶縁性フィルムを付着して接続部を窓開けした状態で導電性接着剤や半田金属を塗布または形成した後に付着させれば良い。 After fixing the coil 118 to the lower substrate 203 in the coil insertion cavity 120 (120-1, 2), the support substrate 114-1 is separated. In this method, the coil 118 is fixed to the lower substrate 203 by using, for example, a thermosetting adhesive having a curing temperature T3 lower than T1 such as an adhesive used for bonding the coil 118 and the lower substrate 203. After that, the temperature is raised to T1 or higher to separate the support substrate 114-1. (FIG. 11(k)) Next, as shown in FIG. 11(l), the upper substrate 121 on which the conductor film electrode wiring 121 connected to the coil terminal is formed is aligned with the terminal of the coil 118 and is attached to the main substrate 201. Adhere to. When the wiring pattern is formed on the coil 118, it is applied after applying or forming a conductive adhesive or solder metal in a state where the insulating film is laminated or an insulating film is attached to open the connection part window. You can do it.

次に上部基板202に導電体膜電極配線121と接続するコンタクト孔導電体膜配線122を形成し、それに接続する外側電極配線123(123−1、2、3)を形成する。下部基板203にも導電体膜電極配線119と接続するコンタクト孔導電体膜配線124を形成し、それに接続する外側電極配線125を形成する。これによって、空洞204−2の両側面に、主基板側壁201S−S2および201S−S1を挟んだコイル挿入用空洞120(120−1、2)内にコイル118(118−1,2)が配置される。しかも非常に正確に配置されている(現状での合わせ誤差は10μm以下である)ので、空洞内の磁場も均一になる。コイル118−1に対しては外側電極123−1と123−2から電流を流すことができ、コイル118−2に対しては外側電極123−3と125から電流を流すことができる。(図11(m)) Next, contact hole conductor film wirings 122 connected to the conductor film electrode wirings 121 are formed on the upper substrate 202, and outer electrode wirings 123 (123-1, 2, 3) connected to the contact hole conductor film wirings 122 are formed. Contact hole conductor film wirings 124 connected to the conductor film electrode wirings 119 are also formed on the lower substrate 203, and outer electrode wirings 125 connected to the contact hole conductor film wirings 125 are formed. As a result, the coils 118 (118-1, 2) are arranged in the coil insertion cavities 120 (120-1, 2) sandwiching the main substrate side walls 201S-S2 and 201S-S1 on both sides of the cavity 204-2. To be done. Moreover, since they are arranged very accurately (the current alignment error is 10 μm or less), the magnetic field in the cavity is also uniform. Current can be passed from the outer electrodes 123-1 and 123-2 to the coil 118-1, and current can be passed from the outer electrodes 123-3 and 125 to the coil 118-2. (Fig. 11(m))

図11のプロセスにおいて、1層目のパターンからサポート基板に付着する方法を採用したが、1層目のコイルパターンを下部基板上に作製しておき、サポート基板へは2層目から付着して形成することもできる。この方法を取れば、最初の1層目のプロセスを省くことができる。同様に最後の最上層目のパターンを上部基板(の下面)に形成することもできる。これでさらに最上層目のプロセスも省略できる。さらに、この場合、2層目からn―1層目(n層目を最上層目とする)までのコイル配線パターンは同じなので、単純に積み上げていっても良いし、積層したもの同士を所望の大きさになるように重ねて作製することもできる。最後にそれらを下部基板の1層目のパターンに、n−1層目を上部基板の最上層目のパターンに合わせて付着すれば良い。 In the process of FIG. 11, the method of adhering to the support substrate from the first layer pattern is adopted. However, the coil pattern of the first layer is prepared on the lower substrate, and the second layer is attached to the support substrate. It can also be formed. If this method is adopted, the first process of the first layer can be omitted. Similarly, the pattern of the last uppermost layer can be formed on (the lower surface of) the upper substrate. This also allows the top layer process to be omitted. Further, in this case, since the coil wiring patterns from the second layer to the n−1th layer (nth layer is the uppermost layer) are the same, they may be simply stacked, or stacked layers may be desired. It can also be manufactured by stacking so as to have the size of. Finally, they may be attached to the first layer pattern of the lower substrate and the (n-1)th layer may be attached to the uppermost layer pattern of the upper substrate.

図11(j)のプロセスでは、荷電粒子ビームGが通る空洞204−2とコイル挿入用空洞120(120−1、2)との間の仕切りとして基板側壁201S−S1および基板側壁201S−S2が存在するが、この仕切りとして基板側壁201S−S1および基板側壁201S−S2は、磁場を弱めたり磁場を乱したりする方向に働くので取り除くこともできる。ただし、空洞204−2は荷電粒子が通るので、空洞204−2と同程度の圧力になるようにしなければならない。そのために、コイル挿入用空洞120(120−1、2)にも上下基板202や203に真空引き用の開口部を設けることもできる。基板側壁201S−S1および基板側壁201S−S2を設けなければ、空洞204−2とコイル挿入用空洞120(120−1、2)は同じ空洞になるので、コイル118−1および2を挿入するときに、コイル118−1および2が基板側壁201S−S1および基板側壁201S−S2に衝突する心配がないので、挿入が簡単になる。 In the process of FIG. 11(j), the substrate side wall 201S-S1 and the substrate side wall 201S-S2 are provided as partitions between the cavity 204-2 through which the charged particle beam G passes and the coil insertion cavity 120 (120-1, 2). Although present, the substrate side walls 201S-S1 and the substrate side walls 201S-S2 act as a partition in the direction of weakening the magnetic field or disturbing the magnetic field, and thus can be removed. However, since charged particles pass through the cavity 204-2, it is necessary to set the pressure to the same level as that of the cavity 204-2. Therefore, the coil insertion cavities 120 (120-1, 2) can also be provided with openings for vacuuming the upper and lower substrates 202 and 203. If the substrate side wall 201S-S1 and the substrate side wall 201S-S2 are not provided, the cavity 204-2 and the coil inserting cavity 120 (120-1, 2) become the same cavity, so when the coils 118-1 and 2 are inserted. In addition, since there is no concern that the coils 118-1 and 2 collide with the substrate side wall 201S-S1 and the substrate side wall 201S-S2, the insertion becomes easy.

さらに、基板側壁201S−S1および基板側壁201S−S2とコイル118−1および2との間の距離について、挿入時の余裕度(余裕距離)を考慮しなくても良い。従って、コイル118−1およびコイル118−2の間の距離を短くすることができるので、空洞内の磁場を作るための電流を小さくできる。あるいは磁場をさらに強めることができる。あるいは、基板側壁201S−S1および基板側壁201S−S2に中央孔を開けておけば、その部分の磁場は基板側壁201S−S1および基板側壁201S−S2の(材料による)影響を受けなくて済み、空洞204−2の圧力もコイル挿入用空洞120(120−1、2)の影響を余り受けなくて済む。 Furthermore, regarding the distances between the board sidewalls 201S-S1 and 201S-S2 and the coils 118-1 and 118, it is not necessary to consider the margin (margin distance) at the time of insertion. Therefore, the distance between the coil 118-1 and the coil 118-2 can be shortened, and the current for creating the magnetic field in the cavity can be reduced. Alternatively, the magnetic field can be further strengthened. Alternatively, by forming a central hole in the substrate sidewall 201S-S1 and the substrate sidewall 201S-S2, the magnetic field at that portion is not affected by the material (material) of the substrate sidewall 201S-S1 and the substrate sidewall 201S-S2. The pressure in the cavity 204-2 does not have to be much affected by the coil insertion cavity 120 (120-1, 2).

さらに、支持基板114−1を用いたが、この代わりに上部基板202または下部基板203を用いれば、図11(j)に示すプロセスで支持基板を取り外さずにそのまま使用できる。また、図12(d)と同様に、支持基板114−1に凸部分を設けてコイル118を作製すれば、コイル挿入時に(図11(j)に示すプロセス)支持基板114−1と主基板201を接触させないで、支持基板114−1を取り外すことができるので、主基板201にダメッジ等を与えずに済む。図11(m)に示すように、コイルの配線端に接続する電極は、上部基板202にも、あるいは下部基板203にも自由に形成できる。図11(j)では下部基板203に電極配線パターンを形成したので、その電極配線パターンへコイル118の端子を合わせる必要があったが、下部基板203に電極配線パターンを形成しなくても良いようにもできるので、コイル挿入時に合わせる必要がないので、プロセスを速く行なうこともできる。さらに導電性接着剤を使用する必要もなく、通常の1種類の接着剤(たとえば、絶縁性接着剤)を用いて下部基板203に付着することもできる。また、そのとき支持基板114−1の代わりに上部基板202または下部基板203を用いれば、下部基板203にコイル118を接触させる必要もなく、コイル118が付着した上部基板204は主基板201と付着させるだけでも良いので、精密な合わせも必要がなくなる。 Further, although the supporting substrate 114-1 is used, if the upper substrate 202 or the lower substrate 203 is used instead of this, the supporting substrate can be used as it is without removing the supporting substrate in the process shown in FIG. Further, as in the case of FIG. 12D, if the supporting substrate 114-1 is provided with a convex portion to form the coil 118, the supporting substrate 114-1 and the main substrate can be inserted when the coil is inserted (process shown in FIG. 11J). Since the support substrate 114-1 can be removed without bringing the main substrate 201 into contact with the main substrate 201, damaging the main substrate 201 is not necessary. As shown in FIG. 11(m), the electrode connected to the wiring end of the coil can be freely formed on the upper substrate 202 or the lower substrate 203. In FIG. 11J, since the electrode wiring pattern is formed on the lower substrate 203, it is necessary to match the terminals of the coil 118 to the electrode wiring pattern, but it is not necessary to form the electrode wiring pattern on the lower substrate 203. Since it is also possible to do so, there is no need to adjust it at the time of inserting the coil, so that the process can be performed at high speed. Furthermore, it is not necessary to use a conductive adhesive, and it is also possible to attach it to the lower substrate 203 using one ordinary type of adhesive (for example, an insulating adhesive). Further, at that time, if the upper substrate 202 or the lower substrate 203 is used instead of the supporting substrate 114-1, it is not necessary to bring the coil 118 into contact with the lower substrate 203, and the upper substrate 204 to which the coil 118 is attached is attached to the main substrate 201. Since you only have to do it, there is no need for precise alignment.

図11のプロセスで、コイルサイズをa=e=30μm、b=20μm、d=1mm(=5×10μm)、高さ=1mm、長さ=5mmとすると、100巻きのコイルができ、コイル導線をCuで作製すると、10A/cmの電流を流せるとすれば(エレクトロマイグレーション耐性からこの程度は可能)、I=9Aの電流をコイルに流すことができる。従って、コイルの端面の中心にできる磁場Hc=8×10A/mとなる。 In the process of FIG. 11, if the coil size is a=e=30 μm, b=20 μm, d=1 mm (=5×10 3 μm), height=1 mm, length=5 mm, a coil with 100 turns is formed, If the coil conductor is made of Cu, and if a current of 10 6 A/cm 2 can be passed (this level is possible due to electromigration resistance), a current of I=9 A can be passed through the coil. Therefore, the magnetic field Hc formed at the center of the end face of the coil is 8×10 5 A/m.

さらにこのコイルに比透磁率μの高いコアを挿入することによって発生する磁場を高めることができる。そこで、本発明の加速器に使用するコイルへ比透磁率μの高いコアを入れる方法を説明する。既にこの方法の類似方法は、特開2012−134329に記載されているので、それらも本発明に適用可能である。図12は、比透磁率μの高いコアを挿入した高性能のコイルを作製する方法を示す図である。図12に示す実施形態では、4種類のコイル作製用パターンを用いる。図12(g)〜(j)がそのパターンを図示した平面図である。図12(g)は図11(g)と同じであるが、コア挿入孔に対応する領域を破線Aで示している。また、コイルの外形に対応する部分を点線Bで示している。図11や図12ではコイルの外側も各レイヤーで同じ基板(層)が存在していて、図11(e)のプロセスで、感光性膜パターン117をマスクにして一気に外側の基板層115をエッチング除去していたが、支持基板114に付着した後で、点線Bで示す部分に感光性膜パターン等を形成して、それをマスクにして点線Bで示す領域の外側の基板115をエッチング除去して、コイル形成領域だけを付着させて重ねることもできる。あるいは、支持基板には付着しないで、このコイルの部分だけ付着して重ねていき、最後に支持基板114の所定部分にコイルを付着させて、図11(f)に示す状態を作製することもできる。 Furthermore, the magnetic field generated can be increased by inserting a core having a high relative permeability μ into this coil. Therefore, a method of inserting a core having a high relative permeability μ into the coil used in the accelerator of the present invention will be described. Since a method similar to this method has already been described in JP 2012-134329 A, they are also applicable to the present invention. FIG. 12 is a diagram showing a method for producing a high-performance coil in which a core having a high relative permeability μ is inserted. In the embodiment shown in FIG. 12, four types of coil manufacturing patterns are used. 12G to 12J are plan views showing the patterns. FIG. 12(g) is the same as FIG. 11(g), but the region corresponding to the core insertion hole is indicated by a broken line A. Further, a portion corresponding to the outer shape of the coil is shown by a dotted line B. In FIG. 11 and FIG. 12, the same substrate (layer) exists in each layer outside the coil, and in the process of FIG. 11E, the outer substrate layer 115 is etched at once by using the photosensitive film pattern 117 as a mask. Although it has been removed, after adhering to the support substrate 114, a photosensitive film pattern or the like is formed in the portion indicated by the dotted line B, and the substrate 115 outside the region indicated by the dotted line B is removed by etching using this as a mask. Then, it is also possible to attach only the coil forming region and stack them. Alternatively, it is possible to fabricate the state shown in FIG. 11F by not adhering to the supporting substrate but adhering only this coil portion and stacking it, and finally adhering the coil to a predetermined portion of the supporting substrate 114. it can.

図12(a)は、図11(c)と同じ図である。すなわち、コイル作製基板130−1は図12(g)に示すコイル配線パターン116を有するコイル作製基板115である。コイル挿入領域は、破線Aで示す矩形(長方形)状であり、縦側(コイルの幅側)において、図12(g)に示すコイル配線パターン116の内側に入り、横側(コイルの軸方向)はコイル配線から左右とも食み出ている。点線Bはコイルの外形となる部分である。コイル作製基板130−2は図12(h)に示すコイル配線パターン116を有するコイル作製基板115である。このコイル配線パターン116はコイルの高さ方向に積み重なってコイル配線パターンとなる。図12(g)および(h)のパターンでは、コイル挿入領域Aはコイル作製基板115と同じであり、平面的には平坦になっている。この上に付着するパターンは図12(i)に示すパターンを有するコイル作製基板115である。すなわち、コイル作製基板130−3は図12(i)に示すパターンを有するコイル作製基板115である。図12(i)では、コイル挿入領域Aがくり抜かれて空洞となっている。この空洞は、図12(h)に示すコイル作製基板115を支持基板に付着させて窓開けして、コイル作製基板115をエッチングしたり、金型で打ち抜いたりして作製できる。さらには、既にコイル領域Bの大きさにした図12(h)に示すコイル作製基板115をエッチングしたり、打ち抜いたりして作製することもできる。このコイル作製基板130−3の上にも。図12(i)に示すコイル挿入領域Aがくり抜かれて空洞となったコイル作製基板115を付着させて、これを所定枚数付着させていく。(図12(b))ここで、コイル作製基板130−4、5、6は図12(i)に示すパターンを有するコイル作製基板115である。図12(i)に示すパターンを有するコイル作製基板115を多数枚付着させたもの(これはすべてコイル挿入領域Aがくり抜かれて空洞となっている)をまとめて、図12(a)で示す、図12(h)に示すコイル挿入領域Aがくり抜かれていないコイル作製基板115であるコイル作製基板130−2上に付着させることもできる。この場合は、図12(b)に破線Aで示す部分が、内側が空洞となっている。この空洞は、基板面に垂直な側面を有すると重ね合わせしたときにやはり垂直形状となるが、この領域Aは、軸方向はコイル領域Bより大きいので、なくなる部分であるから、必ずしも垂直形状でなくても良い。 FIG. 12A is the same diagram as FIG. 11C. That is, the coil production board 130-1 is the coil production board 115 having the coil wiring pattern 116 shown in FIG. The coil insertion area has a rectangular (rectangular) shape indicated by a broken line A, and enters the inside of the coil wiring pattern 116 shown in FIG. 12G on the vertical side (width side of the coil) and the lateral side (axial direction of the coil). ) Is protruding from both sides of the coil wiring. The dotted line B is the portion that becomes the outer shape of the coil. The coil production board 130-2 is the coil production board 115 having the coil wiring pattern 116 shown in FIG. The coil wiring patterns 116 are stacked in the coil height direction to form a coil wiring pattern. In the patterns of FIGS. 12G and 12H, the coil insertion area A is the same as that of the coil-fabricated substrate 115 and is flat in plan view. The pattern deposited on this is a coil production substrate 115 having the pattern shown in FIG. That is, the coil production substrate 130-3 is the coil production substrate 115 having the pattern shown in FIG. In FIG. 12(i), the coil insertion area A is hollowed out to form a cavity. This cavity can be produced by attaching the coil production substrate 115 shown in FIG. 12(h) to a support substrate and opening a window, etching the coil production substrate 115, or punching it with a die. Further, it is also possible to manufacture by coiling or punching the coil manufacturing substrate 115 shown in FIG. Also on this coil production substrate 130-3. The coil insertion area A shown in FIG. 12(i) is hollowed to form a hollow coil-making substrate 115, and a predetermined number of this is prepared. (FIG. 12B) Here, the coil production substrates 130-4, 5 and 6 are the coil production substrates 115 having the pattern shown in FIG. 12(i). A large number of the coil-fabricated substrates 115 having the pattern shown in FIG. 12(i) attached (all of which are hollowed out by hollowing out the coil insertion area A) are collectively shown in FIG. 12(a). Alternatively, the coil insertion area A shown in FIG. 12(h) may be attached onto the coil production substrate 130-2 which is the coil production substrate 115 which is not hollowed out. In this case, the portion indicated by the broken line A in FIG. 12B has a hollow inside. This cavity also has a vertical shape when superposed if it has a side surface perpendicular to the substrate surface, but since this region A is a portion that is lost because it is larger than the coil region B in the axial direction, it does not necessarily have a vertical shape. You don't have to.

あるいは、図12(a)で示すものに、さらにコイル挿入領域Aがくり抜かれていない図12(h)で示すコイル作製基板115を重ねて付着させても良い。すなわち、コイル作製基板130−2〜130−6はすべてコイル挿入領域Aがくり抜かれていない平坦なものとなっている。その場合は、図12(c)で示すように、感光性膜131をパターニングし、コイル挿入領域Aの部分を窓開けして、その部分にあるコイル作製基板115をエッチングして、コイル挿入領域Aである凹部(開口部)134を形成する。図12(c)では、エッチングしたコイル挿入領域Aである凹部(開口部)134がコイル作製基板130−3の部分まで達しているが、コイル作製基板130−2の部分もエッチングしても良い。コイル作製基板130−1の領域に達すると、コイル配線116が露出するので好ましくない(コイル配線116もエッチングしたり、ダメッジを及ぼさないようにする)ので、コイル配線116が露出しない程度でエッチングをストップする。この後、感光性膜パターン131は除去する。 Alternatively, the coil-fabricated substrate 115 shown in FIG. 12(h) in which the coil insertion area A is not hollowed out may be additionally attached to the one shown in FIG. 12(a). That is, the coil-producing substrates 130-2 to 130-6 are all flat without the coil insertion region A being hollowed out. In that case, as shown in FIG. 12C, the photosensitive film 131 is patterned, a portion of the coil insertion area A is opened, and the coil production substrate 115 in that portion is etched to form the coil insertion area. A concave portion (opening) 134 of A is formed. In FIG. 12C, the recessed portion (opening) 134 that is the etched coil insertion area A reaches the portion of the coil production substrate 130-3, but the portion of the coil production substrate 130-2 may also be etched. .. When reaching the area of the coil manufacturing substrate 130-1, the coil wiring 116 is exposed, which is not preferable (the coil wiring 116 is not etched or damaging is prevented). Therefore, etching is performed to the extent that the coil wiring 116 is not exposed. Stop. Then, the photosensitive film pattern 131 is removed.

次に、この凹部134内に接着剤(塗布液)を入れるか、図12(d)で示すコア部材133に接着剤を付着させて、コア部材133を凹部134内へ挿入する。コア部材133は予め支持基板132に接着剤等で付着させておく。たとえば、コア部材となるコア部材シートまたはフィルムまたは薄板を支持部材133へ付着させた後、フォトリソ法+エッチングで所定パターンを形成したり、或いは、金型で打ち抜いたりして作製しても良い。あるいは、コア部材シート等をダイシングして不要な部分をピックアップして取り除いて良い。その場合、取り除く部分とそのまま付着しておく部分で接着剤を分けておけば、異なった剥離法を用いて不要な部分だけ容易に取り除くこともできる。(たとえば、軟化温度の異なる接着剤を用いる。)接着剤として非磁性の絶縁性接着剤を用いることができるが、フェライト粒子等の強磁性体粒子を含むペースト状または液状の接着剤を用いても良い。これらの強磁性体粒子もコアの一種となるので、コアの効果を高めることができる。 Next, an adhesive (coating liquid) is put into the recess 134, or an adhesive is attached to the core member 133 shown in FIG. 12D, and the core member 133 is inserted into the recess 134. The core member 133 is previously attached to the support substrate 132 with an adhesive or the like. For example, a core member sheet or a film or a thin plate to be a core member may be attached to the supporting member 133, and then a predetermined pattern may be formed by photolithography+etching, or may be punched by a die. Alternatively, the core member sheet or the like may be diced and unnecessary portions may be picked up and removed. In that case, if the adhesive is divided into a part to be removed and a part to be directly attached, only the unnecessary part can be easily removed by using different peeling methods. (For example, an adhesive having a different softening temperature is used.) A non-magnetic insulating adhesive can be used as the adhesive, but a paste-like or liquid adhesive containing ferromagnetic particles such as ferrite particles is used. Is also good. Since these ferromagnetic particles are also a kind of core, the effect of the core can be enhanced.

支持基板132に付着したコア部材133をコイル挿入領域Aである凹部(開口部)134に挿入する。このとき、支持基板132に凸部135を設けておけば、コア部材133の上部が最上部のコイル作製基板130−6の上面より外側に出ないように、すなわちコア部材133の全部が凹部(開口部)134内に入れることができる。(コア部材133の高さh1と接着剤の厚みh2の和は、凹部134の深さh3より小さくなるようにし(すなわち、h1+h2<h3、凸部135の高さをh4としたとき、h1+h2+h4>h3となるように設計すれば、支持基板132がコイル作製基板130−6の上面に当たることはなく、スムーズにコア部材133を凹部(開口部)134内に入れることができる。)凹部内に入れる接着剤はたとえば熱硬化性接着剤(硬化温度T1)とし、コア部材133と支持部材132との接着剤は熱可塑性接着剤(軟化温度T2)としたとき、T1<T2であるような接着剤を用いることによって、まずT1とT2の間でコア部材133を凹部134内に固定し、その後でT2以上の温度にしてコア部材133を支持部材132から分離すれば良い。 The core member 133 attached to the support substrate 132 is inserted into the recess (opening) 134 which is the coil insertion area A. At this time, if the convex portion 135 is provided on the support substrate 132, the upper portion of the core member 133 does not extend outside the upper surface of the uppermost coil-making substrate 130-6, that is, the entire core member 133 is a concave portion ( (Opening) 134. (The sum of the height h1 of the core member 133 and the thickness h2 of the adhesive is set to be smaller than the depth h3 of the concave portion 134 (that is, when h1+h2<h3 and the height of the convex portion 135 are h4, h1+h2+h4>). If designed to be h3, the support substrate 132 does not hit the upper surface of the coil production substrate 130-6, and the core member 133 can be smoothly inserted into the recess (opening) 134.) For example, when the adhesive is a thermosetting adhesive (curing temperature T1) and the adhesive between the core member 133 and the supporting member 132 is a thermoplastic adhesive (softening temperature T2), T1<T2. By using, the core member 133 may be first fixed in the recess 134 between T1 and T2, and then the core member 133 may be separated from the support member 132 at a temperature of T2 or higher.

コア部材133を凹部134内に挿入した後で、接着剤等の異物が最上部のコイル作製基板130−6の表面に付着しないようにすれば、図12(f)で示す工程、すなわち次のコイル作製基板130−7をコイル作製基板130−6に付着できる。接着剤等の異物が最上部のコイル作製基板130−6の表面に付着している場合や、コア部材133を凹部内に完全に埋め込む場合は、コア部材133を凹部134内入れて固定した後に同じ接着剤をコア部材133の上から凹部134内に入れて凹部134の隙間空間を接着剤で充填する。あるいは、絶縁膜を積層したり、塗布しても良い。このとき、当選最上部のコイル作製基板130−6の表面にも接着剤や絶縁膜が付着または積層するので、CMP、BG(グラインダー)やエッチバックにより付着または積層した接着剤や絶縁膜を取り除き、平坦化して、コイル配線パターン116を露出させる。この平坦化は、たとえば、レジスト液等の有機膜を塗布して平坦化した後にCMP、BG(グラインダー)等で研磨したり、エッチバック法によりエチングしたりして、平坦化しながらコイル作製基板130−6表面を出す。(図12(e)) After the core member 133 is inserted into the recess 134, if foreign matter such as adhesive is prevented from adhering to the surface of the uppermost coil manufacturing substrate 130-6, the step shown in FIG. The coil production substrate 130-7 can be attached to the coil production substrate 130-6. When a foreign substance such as an adhesive adheres to the surface of the uppermost coil-making substrate 130-6, or when the core member 133 is completely embedded in the recess, after the core member 133 is put in the recess 134 and fixed. The same adhesive is put into the recess 134 from above the core member 133 to fill the gap space of the recess 134 with the adhesive. Alternatively, insulating films may be laminated or applied. At this time, since the adhesive or the insulating film is also adhered or laminated on the surface of the highest coil production substrate 130-6, the adhesive or the insulating film adhered or laminated by CMP, BG (grinder) or etch back is removed. , And planarize to expose the coil wiring pattern 116. This flattening is performed, for example, by applying an organic film such as a resist solution and flattening, and then polishing by CMP, BG (grinder) or the like, or etching by an etch back method to flatten the coil-making substrate 130. -6 Display the surface. (Fig. 12(e))

この後、図12(h)に示すコイル挿入領域Aがくり抜かれていないコイル作製基板である115であるコイル作製基板130−7をコイル作製基板130−6(少しエッチングまたは研磨されている)に付着させる。その後で、最上部のコイル作製基板である図12(j)に示すコイル配線パターンを有するコイル作製基板130−5であるコイル作製基板130−8をコイル作製基板130−7に付着させる。このようにして、コア部材133を内蔵したコイルを作製できる。支持基板114−1上の必要な場所に必要な数のコア部材133を内蔵したコイルを作製しておく。この後、図11(j)以降に示す工程でコア部材133を内蔵したコイルをコイル挿入用空洞120へ挿入する。多数の加速装置や電磁石を必要とする部分に一括して同時にコア部材133を内蔵したコイルを配置することができる。尚、図12(g)で示すコイルの配線パターンを有するコイル作製基板115であるコイル作製基板130−1の上に絶縁膜を塗布したり積層したりするなどして、絶縁膜を介在すれば、図12(h)で示すコイル挿入領域Aがくり抜かれていないコイル作製基板である115であるコイル作製基板130−2を付着せずに、図12(i)で示すコイル挿入領域Aがくり抜かれているコイル作製基板である115であるコイル作製基板130−3を付着することもできる。(コイル配線パターンとコア部材133が電気的に導通することはないので)また、同様にコア部材133の上面に絶縁膜が介在していれば、図12(h)で示すコイル挿入領域Aがくり抜かれていないコイル作製基板である115であるコイル作製基板130−7をコイル作製基板130−6に付着せずに、図12(j)で示すコイル配線パターンを有するコイル作製基板である115であるコイル作製基板130−8を付着することもできる。この介在する絶縁膜は絶縁性接着剤や絶縁性シートや絶縁膜の積層(CVD、PVD、塗布法等)で実現できる。この結果、図12(h)で示すレイヤーは必要がなくなる。尚、コア部材としては、鉄(μ=約5000)、純鉄(μ=約10000)、ケイ素鉄(μ=約7000)、パーマロイ(μ=約100000)、スーパーマロイ(μ=約1000000)、アモルファス鉄(μ=約3000)、フェライト(μ=約2000)、センダスト(μ=約30000)、バーメンジュール(μ=約5000)等の軟磁性材料が挙げられる。 Then, the coil production substrate 130-7, which is the coil production substrate 115 in which the coil insertion area A shown in FIG. 12(h) is not hollowed out, is changed to the coil production substrate 130-6 (slightly etched or polished). Attach it. After that, the coil manufacturing substrate 130-8, which is the coil manufacturing substrate 130-5 having the coil wiring pattern shown in FIG. 12(j), which is the uppermost coil manufacturing substrate, is attached to the coil manufacturing substrate 130-7. In this way, a coil containing the core member 133 can be manufactured. A coil in which a required number of core members 133 are incorporated is produced at a required location on the support substrate 114-1. Thereafter, the coil having the core member 133 built therein is inserted into the coil insertion cavity 120 in the process shown in FIG. A coil containing the core member 133 can be arranged at the same time in a portion requiring a large number of accelerators and electromagnets. It should be noted that if an insulating film is interposed by applying or laminating an insulating film on the coil manufacturing substrate 130-1 which is the coil manufacturing substrate 115 having the coil wiring pattern shown in FIG. The coil insertion area A shown in FIG. 12( i) is not cut out, and the coil insertion area A shown in FIG. The coil production substrate 130-3, which is the removed coil production substrate 115, may be attached. (Because the coil wiring pattern and the core member 133 are not electrically connected to each other.) Similarly, if an insulating film is interposed on the upper surface of the core member 133, the coil insertion area A shown in FIG. The coil production substrate 115, which is the coil production substrate 115 which has not been hollowed out, is the coil production substrate 115 which has the coil wiring pattern shown in FIG. 12(j) without attaching the coil production substrate 130-7 to the coil production substrate 130-6. It is also possible to attach a certain coil making substrate 130-8. The intervening insulating film can be realized by an insulating adhesive, an insulating sheet, or a stack of insulating films (CVD, PVD, coating method, etc.). As a result, the layer shown in FIG. 12(h) is unnecessary. As the core member, iron (μ=about 5000), pure iron (μ=about 10000), silicon iron (μ=about 7000), permalloy (μ=about 100000), supermalloy (μ=about 1000000), Examples of soft magnetic materials include amorphous iron (μ=about 3000), ferrite (μ=about 2000), sendust (μ=about 30,000), and vermendur (μ=about 5000).

次に、上下基板に配置するコイルの作製方法について説明する。図13は上下基板に配置するコイルの作製方法を示す図である。支持基板141−1に1層目のコイル配線基板142−1を付着させる。このコイル配線基板142−1は、コイル配線のない基板、たとえば図13(i)の導電体膜配線パターン144がないものである。このコイル配線基板142−1がSi等の半導体基板や導電体基板である場合は、基板表面に絶縁膜を形成して配線とコイル配線基板142−1との間が接続しないようにる。コイル配線基板142−1がガラス、石英、サファイヤ、アルミナ、プラスチック、高分子樹脂等の絶縁体であるときは、通常絶縁膜を形成する必要はないが、導電体膜との密着性向上のための絶縁膜が必要な場合もある。1層目のコイル配線基板142−1はこの上に付着する配線基板の配線パターンを保護するものであるが、2層目のコイル配線の下面に絶縁膜を形成して保護することもできるので、この1層目のコイル配線基板142−1を設けなくても良い。ただし、コイルを頑丈にするためにはこの1層目のコイル配線基板142−1を設けた方が良い。 Next, a method of manufacturing the coils arranged on the upper and lower substrates will be described. FIG. 13 is a diagram showing a method of manufacturing the coils arranged on the upper and lower substrates. The coil wiring substrate 142-1 of the first layer is attached to the support substrate 141-1. This coil wiring board 142-1 is a board without coil wiring, for example, without the conductor film wiring pattern 144 of FIG. 13(i). When the coil wiring substrate 142-1 is a semiconductor substrate such as Si or a conductor substrate, an insulating film is formed on the substrate surface so that the wiring and the coil wiring substrate 142-1 are not connected. When the coil wiring board 142-1 is an insulator such as glass, quartz, sapphire, alumina, plastic, or polymer resin, it is not usually necessary to form an insulating film, but in order to improve the adhesion with the conductor film, In some cases, the insulating film of is required. The coil wiring board 142-1 of the first layer protects the wiring pattern of the wiring board adhered on the coil wiring board 142-1. However, an insulating film can be formed on the lower surface of the coil wiring of the second layer for protection. The coil wiring board 142-1 of the first layer may not be provided. However, in order to make the coil strong, it is better to provide the coil wiring substrate 142-1 of the first layer.

次に、2層目のコイル配線基板142−2を付着する。1層目のパターンはないのでパターン合わせは不要である。2層目のコイル配線基板142−2は図13(i)に示す配線パターンを有する配線基板である。この付着法は、既に記載したように別の支持基板141−2(図示せず)に2層目のコイル配線基板142−2を付着させて、支持基板141−1に付着したコイル配線基板142−1と支持基板141−2に付着したコイル配線基板142−2を対面させて付着した後、支持基板141−2をコイル配線基板142−2から分離すれば良い。あるいは、コイル配線基板142が単体で支持できるものであれば、直接コイル配線基板142−1と支持基板141−2をアライメントしながら付着させることもできる。あるいは、配線パターンのないコイル配線基板143を支持基板141−2に付着させて、その配線パターンのないコイル配線基板143をパターニングしては配線パターンを開口部とした感光性膜パターンをフォトリソ法で形成し、コイル配線基板143をエッチングし、貫通溝パターンを形成する。この貫通溝パターンは垂直形状が望ましい。あるいは、配線パターンを有する金型等で配線パターンのないコイル配線基板143を打ち抜いて貫通溝パターンを形成することができる。あるいは、支持基板141に感光性樹脂を塗布して貫通溝パターンを開口して開口部以外を硬化させて貫通溝パターンを形成する。あるいは、絶縁膜ペーストを塗布して金型等で貫通溝パターンを開口してペーストを硬化させて貫通溝パターンを形成する。あるいは、スクリーン印刷法でペーストを塗布し貫通溝パターンを開けた後ペーストを硬化させて貫通溝パターンを形成する。 Next, the second-layer coil wiring board 142-2 is attached. Since there is no pattern for the first layer, pattern matching is unnecessary. The second-layer coil wiring board 142-2 is a wiring board having a wiring pattern shown in FIG. In this attachment method, the coil wiring board 142-2 of the second layer is attached to another support board 141-2 (not shown) as described above, and the coil wiring board 142 attached to the support board 141-1. -1 and the coil wiring substrate 142-2 attached to the supporting substrate 141-2 are faced to each other and attached, and then the supporting substrate 141-2 may be separated from the coil wiring substrate 142-2. Alternatively, if the coil wiring substrate 142 can be supported by itself, the coil wiring substrate 142-1 and the supporting substrate 141-2 can be directly attached while being aligned. Alternatively, the coil wiring substrate 143 having no wiring pattern is attached to the support substrate 141-2, the coil wiring substrate 143 having no wiring pattern is patterned, and the photosensitive film pattern having the wiring pattern as an opening is formed by a photolithography method. Then, the coil wiring board 143 is etched to form a through groove pattern. It is desirable that the through groove pattern has a vertical shape. Alternatively, the through groove pattern can be formed by punching out the coil wiring board 143 having no wiring pattern with a die having a wiring pattern. Alternatively, the through hole pattern is formed by applying a photosensitive resin to the support substrate 141, opening the through groove pattern, and curing the area other than the opening. Alternatively, an insulating film paste is applied, the through-groove pattern is opened with a mold or the like, and the paste is cured to form the through-groove pattern. Alternatively, the paste is applied by a screen printing method to open the through groove pattern, and then the paste is cured to form the through groove pattern.

このように貫通溝を形成したコイル配線基板143に必要なら絶縁膜を形成し、次に導電体膜を形成し、貫通溝パターンを導電体膜で充填する。CVD法やPVD法やメッキ法で導電体膜を厚く形成して貫通溝を埋めた後、表面をエッチング(エッチバック法)したり、研磨(BG法やCMP法)したりして、表面の導電体膜を除去して貫通溝だけに導電体膜を充填させる。あるいは、CVD法やPVD法で貫通溝の内壁およびコイル配線基板143の表面に導電体膜(シード層)を薄く積層した後、感光性膜を塗または感光性シートを付着してフォトリソ法を用いて貫通溝パターンを除いた部分を感光性膜で覆い、その後メッキ法で貫通溝パターンをメッキ膜で充填し、その後で、エッチバック法や研磨法でコイル配線基板143の表面に積層した導電体膜を除去し、貫通溝パターンだけに導電体膜が充填したパターン(たとえば、図13(i)〜(k)に示すもの)を形成したコイル配線基板143を作製する。あるいは、導電体ペーストを塗布して貫通溝パターンを充填して、貫通溝パターンを除いた部分のペーストは取り除き、熱処理等で貫通溝内の導電体ペーストを固める。あるいは、溶融メタルを貫通溝パターンに流し込んで冷却して固めて貫通溝内をメタル(導電体)で充填する。2層目のコイル配線基板142−2のコイル配線パターン144−2は図13(i)に示すようなスパイラル状パターンの1枚目である。矩形パターンで形成しているが、円形パターンでも良いし、楕円状パターンでも良い。次に、支持基板141−2にコイル配線基板142−2が付着している場合は、コイル配線基板142−2から支持基板141−2を分離する。(図13(a))尚、図13(i)の右側へ出ている配線パターン144は、コイル端子を上部に作製するためのパターンであるが、これは図面上で分かり易いように記載しただけであり、このパターンは図の左側の方に配線を伸ばして来ても良い。 If necessary, an insulating film is formed on the coil wiring board 143 in which the through-grooves are formed in this manner, then a conductor film is formed, and the through-groove pattern is filled with the conductor film. After the conductor film is thickly formed by the CVD method, the PVD method or the plating method to fill the through groove, the surface is etched (etch back method) or polished (BG method or CMP method) to remove the surface. The conductor film is removed and only the through groove is filled with the conductor film. Alternatively, a conductive film (seed layer) is thinly laminated on the inner wall of the through groove and the surface of the coil wiring substrate 143 by the CVD method or the PVD method, and then a photosensitive film is applied or a photosensitive sheet is attached and the photolithography method is used. The conductor except for the through-groove pattern is covered with a photosensitive film, the through-groove pattern is then filled with a plating film by a plating method, and then the conductor is laminated on the surface of the coil wiring board 143 by an etch-back method or a polishing method. The film is removed, and a coil wiring board 143 having a pattern in which only the through groove pattern is filled with a conductor film (for example, the one shown in FIGS. 13I to 13K) is formed. Alternatively, a conductor paste is applied to fill the through-groove pattern, the paste in the portion excluding the through-groove pattern is removed, and the conductor paste in the through-groove is hardened by heat treatment or the like. Alternatively, the molten metal is poured into the through groove pattern, cooled, solidified, and the inside of the through groove is filled with metal (conductor). The coil wiring pattern 144-2 of the coil wiring substrate 142-2 of the second layer is the first spiral pattern as shown in FIG. 13(i). Although it is formed in a rectangular pattern, it may be a circular pattern or an elliptical pattern. Next, when the coil wiring board 142-2 is attached to the supporting board 141-2, the supporting board 141-2 is separated from the coil wiring board 142-2. (FIG. 13(a)) The wiring pattern 144 on the right side of FIG. 13(i) is a pattern for forming the coil terminal on the upper side, but this is shown for the sake of easy understanding in the drawing. However, this pattern may extend the wiring toward the left side of the figure.

次に、2層目のコイル配線基板142−2の上に3層目のコイル配線基板142−3を付着する。3層目のコイル配線基板142−3の配線パターンは図13(j)に示すような上下の環状配線パターンをコンタクトするもの(144−1)である。右側の配線パターン144−2はコイルの端子電極を上部に設けるためのコンタクト配線である。支持基板141−3にコイル配線基板142−3を付着させて、それをさらに2層目のコイル配線基板142−2の上に3層目のコイル配線基板142−3を付着する。(図13(b))支持基板141−3を分離した図が図13(c)である。このような上下のコンタクト配線では横方向には電流は流れず、縦方向へ電流が流れるので、コイル配線基板143の厚みは薄くても良い。そこで、直接2層目のコイル配線基板142−2の上に絶縁膜をCVD法やPVD法、あるいは塗布法(SOG、ペースト)で形成し必要なら適度な熱処理等を行なった後、フォトリソ法を用いてコンタクト孔を開けて、CVD法やPVD法、メッキ法、あるいは塗布法(ペースト)導電体膜を積層し、コンタクト孔を導電体膜で充填し(コイルに流す電流によっては必ずしも充填する必要はない)、フォトリソ法等およびエッチング法等を用いてコンタクト孔回りの導電体膜パターンおよび上層の配線とのコンタクト導電体膜パターンを形成する。この作製法によれば、コイル配線間の厚み、すなわちコンタクト孔の深さも1μm〜10μm程度にできる。
(この図も図13(c)である。)
Next, the coil wiring board 142-3 of the third layer is attached onto the coil wiring board 142-2 of the second layer. The wiring pattern of the coil wiring substrate 142-3 of the third layer is such that the upper and lower annular wiring patterns as shown in FIG. The wiring pattern 144-2 on the right side is a contact wiring for providing the terminal electrode of the coil on the upper portion. The coil wiring board 142-3 is attached to the support board 141-3, and the coil wiring board 142-3 of the third layer is further attached onto the coil wiring board 142-2 of the second layer. (FIG.13(b)) The figure which separated the support substrate 141-3 is FIG.13(c). In such upper and lower contact wirings, a current does not flow in the horizontal direction but a current flows in the vertical direction. Therefore, the coil wiring board 143 may be thin. Therefore, an insulating film is directly formed on the second-layer coil wiring board 142-2 by a CVD method, a PVD method, or a coating method (SOG, paste), and if necessary, an appropriate heat treatment or the like is performed, and then a photolithography method is performed. The contact hole is opened by using the CVD method, the PVD method, the plating method, or the coating method (paste), and the conductive film is laminated, and the contact hole is filled with the conductive film (it is not always necessary to fill depending on the current flowing through the coil). No.), a photolithography method or an etching method is used to form a conductor film pattern around the contact hole and a contact conductor film pattern with the upper wiring. According to this manufacturing method, the thickness between the coil wirings, that is, the depth of the contact hole can be about 1 μm to 10 μm.
(This figure is also FIG. 13C.)

コンタクト孔サイズ(矩形状の場合、縦aμm、横bμm)はコイルに流す電流によって選択する。(もちろん、上下のコイル配線の幅d、厚みhも)コイルに流す電流はコイルが発生する磁界を決定する。たとえば、メッキ法でコンタクト孔(図13(j)の144−1や144−2)やコイル配線144をメッキ法で形成した場合、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションを考慮して、106A/cm2程度の電流密度は流せるので、a=b=30μm、またはd=30μm、h=30μmで、10A程度の電流を流すことができる。コイルサイズをx=1mm、y=1mmの矩形として、コイルは100回巻きとして、このときに発生するコイル端面の中心磁界は、でかなり大きい。コンタクトの深さを2μmとすれば、1巻き当たりのピッチは32μmとなり、100回巻きで3200μm=3.2mmのコイル長さとなる。コンタクトの深さを20μmとすれば、1巻き当たりのピッチは50μmとなり、100回巻きで5000μm=5.0mmのコイル長さとなる。尚、環状巻きのコイル配線パターンを有するコイル配線基板を付着方式ではなく積層方式で作製することができる。その方法は、上述したコンタクト配線パターンを形成する方法と同じである。 The contact hole size (vertical a μm, horizontal b μm in the case of a rectangular shape) is selected according to the current passed through the coil. (Of course, the width d and the thickness h of the upper and lower coil wirings) The current flowing through the coil determines the magnetic field generated by the coil. For example, when the contact holes (144-1 and 144-2 in FIG. 13(j)) and the coil wiring 144 are formed by plating, a current of about 106 A/cm 2 is taken into consideration in consideration of electromigration and stress migration. Since the density can be passed, a current of about 10 A can be passed when a=b=30 μm, or d=30 μm and h=30 μm. The coil size is a rectangle of x=1 mm and y=1 mm, the coil is 100 turns, and the central magnetic field of the coil end face generated at this time is considerably large. If the contact depth is 2 μm, the pitch per turn is 32 μm, and the coil length is 3200 μm=3.2 mm after 100 turns. If the contact depth is 20 μm, the pitch per winding is 50 μm, and the coil length is 5000 μm=5.0 mm after 100 turns. It should be noted that the coil wiring board having the coil wiring pattern of the annular winding can be manufactured by the lamination method instead of the adhesion method. The method is the same as the method of forming the contact wiring pattern described above.

次に、コンタクト孔パターンを有するコイル配線基板、あるいはコンタクト孔パターンを有する絶縁層142−3の上に、図13(k)に示すようなリング状のコイル配線パターン144を有するコイル配線基板143であるコイル配線基板142−4を付着させる。コイル配線基板142−4も支持基板141−4(図示せず)に付着させた後にコイル配線基板142−3の上に付着させ、その後、支持基板141−4を分離する。単独でコイル配線基板142−4を処理できるときは、コイル配線基板142−4をコイル配線基板142−3の上に直接付着させることもできる。次に、図13(j)で示すようなコンタクトパターンを有するコイル配線基板143であるコイル配線基板142−5を支持基板141−5に付着させた後に、コイル配線基板142−4に付着させる。上述したように、コイル配線基板142−5を使用せずに、コンタクト144−5−1を形成することもできる。また、下側コイル端子を上部の電極まで接続するコンタクト144−3−2、144−4−2、および144−5−2を順次積み上げ接続していく。(図13(d)) Next, a coil wiring board having a contact hole pattern or a coil wiring board 143 having a ring-shaped coil wiring pattern 144 as shown in FIG. 13K is formed on the insulating layer 142-3 having the contact hole pattern. A coil wiring board 142-4 is attached. The coil wiring substrate 142-4 is also attached to the support substrate 141-4 (not shown) and then attached to the coil wiring substrate 142-3, and then the support substrate 141-4 is separated. When the coil wiring board 142-4 can be treated alone, the coil wiring board 142-4 can be directly attached onto the coil wiring board 142-3. Next, a coil wiring board 142-5, which is a coil wiring board 143 having a contact pattern as shown in FIG. 13J, is attached to the support substrate 141-5 and then to the coil wiring board 142-4. As described above, the contacts 144-5-1 can be formed without using the coil wiring board 142-5. Further, the contacts 144-3-2, 144-4-2, and 144-5-2 that connect the lower coil terminal to the upper electrode are sequentially stacked and connected. (Fig. 13(d))

これらを繰り返して、図13(k)に示すような環状のコイル配線パターンと図13(i)に示すようなコンタクトパターンを交互に付着させるか、積層するかして所定の巻き数を持つコイルを形成する。図13(e)では、環状のコイル配線パターンを有するコイル配線基板は、142−2、4、6、8の4層、コンタクト配線パターンを有するコイル配線基板は、142−3、5、7、9の4層である。簡単のためにコイル配線の巻き数は少なくしたが、どんどん積み重ねていくこともできる。あるいは何層か積み重ねたもの同士を重ねることもできる。コイルの中にコアを挿入する場合は、この後コイルを挿入すべき部分、すなわち、環状に形成したコイル配線144の内側部分、図13(e)で破線147で示す部分の内側部分(コイル配線パターン図13(i)〜(k)に破線147で示す部分の内側)を繰り抜くための感光性膜パターン145を形成する。かなりの厚みをエッチングするので、エッチングストッパー用の膜または薄板を介在しても良い。この感光性膜パターン145をマスクにして、開口部146からエッチングして、コイル配線の内側のコイル配線基板を除去する。最下層の配線パターンのあるコイル配線基板142−2における内側のコイル配線基板を全部除去し、さらにその下にある配線パターンのないコイル配線基板142−1の途中まで(あるいは全部でも良い)エッチング除去する。その結果コイル挿入孔148(側面が147となる)が形成される。このエッチングではかなりの量のコイル基板をエッチングするので、感光性膜パターン145(および、エッチングストッパーを介在する場合は、エッチングストッパーも)とコイル基板のエッチング選択比をかなり大きく取る必要がある。あるいは感光性膜を145かなり厚くする必要がある。そこで、前もって、各コイル配線基板を作製する段階で、コイル挿入孔となる部分148をくり抜いておくと良い。たとえば、図13(i)〜(k)に示すように破線147で示す領域の内側部分148も除去しておく。この除去方法は、配線パターン144の形成時における配線溝(貫通孔)を形成するときに同時に形成できるので、プロセスの増加にはならずコストアップにはならない。配線パターン144を形成するときに、繰り抜いた部分148に形成した導電体膜も同時に除去しておくか、マスキングして導電体膜を形成しないようにすれば良い。これもプロセスの増加にはならない。この結果、所定枚数のコイル配線基板を積層すれば、同時にコイル挿入孔148が形成され、感光性膜パターン145やエッチングストッパーを付着するなどのプロセスは不要となる。 By repeating these processes, the coil wiring pattern as shown in FIG. 13(k) and the contact pattern as shown in FIG. 13(i) are alternately attached or laminated to form a coil having a predetermined number of turns. To form. In FIG. 13E, a coil wiring board having an annular coil wiring pattern has four layers 142-2, 4, 6, and 8, and a coil wiring board having a contact wiring pattern has 142-3, 5, 7,. It is 4 layers of 9. Although the number of turns of the coil wiring has been reduced for simplicity, it is possible to stack more and more. Alternatively, several layers can be stacked on top of each other. When the core is inserted into the coil, the portion after which the coil is to be inserted, that is, the inner portion of the annular coil wiring 144, the inner portion of the portion indicated by the broken line 147 in FIG. A photosensitive film pattern 145 for hollowing out the pattern shown in FIGS. 13(i) to 13(k) inside the portion indicated by the broken line 147 is formed. Since a considerable thickness is etched, a film or thin plate for an etching stopper may be interposed. Using the photosensitive film pattern 145 as a mask, etching is performed from the opening 146 to remove the coil wiring substrate inside the coil wiring. The innermost coil wiring board in the coil wiring board 142-2 having the wiring pattern in the lowermost layer is completely removed, and further the coil wiring board 142-1 having no wiring pattern thereunder is partially (or entirely) etched away. To do. As a result, the coil insertion hole 148 (the side surface becomes 147) is formed. Since a considerable amount of the coil substrate is etched in this etching, it is necessary to make the etching selection ratio of the photosensitive film pattern 145 (and also the etching stopper when the etching stopper is present) and the coil substrate considerably large. Alternatively, the photosensitive film needs to be 145 considerably thicker. Therefore, it is advisable to hollow out the portion 148 to be the coil insertion hole in advance at the stage of manufacturing each coil wiring board. For example, as shown in FIGS. 13(i) to 13(k), the inner portion 148 of the region indicated by the broken line 147 is also removed. Since this removing method can be performed simultaneously with the formation of the wiring groove (through hole) at the time of forming the wiring pattern 144, the number of processes does not increase and the cost does not increase. When forming the wiring pattern 144, the conductor film formed in the cut-out portion 148 may be removed at the same time, or may be masked so that the conductor film is not formed. This also does not increase the number of processes. As a result, when a predetermined number of coil wiring boards are laminated, the coil insertion hole 148 is formed at the same time, and the process of attaching the photosensitive film pattern 145 and the etching stopper is unnecessary.

次に、図13(f)に示すように、支持基板149に付着したコア151をコイル挿入孔148に挿入する。支持基板149が最上部のコイル配線基板142−9に衝突しないように、凸部150を設けてコア151をその凸部150に付着させてコア151をコイル挿入孔148に挿入しても良い。これにより、コア151を完全にコイル挿入孔148へ入れることができる。ディスペンサーや塗布等でコイル挿入孔148内へ接着剤を入れてからコア151をコイル挿入孔148内へ挿入しても良いし、あるいはコア151の下面や側面へ接着剤を付着させてからコアを挿入しても良い。接着剤はペースト状、液状、またはゲル状である場合は、緩衝剤にもなるので、コイル配線基板142に及ぼすダメッジを小さくすることもできる。あるいは、コア151に粘着シートを付着しても良く、その粘着シートもクッション性を持たせることにより、緩衝材の役目を果たす。前述したように、粉末状の軟磁性材料を含むペースト、または液状またはゲル状材料を接着剤に用いることによりコアとしての効果をさらに高めることもできる。コア151を用いない場合でも、粉末状の軟磁性材料を含むペースト、または液状またはゲル状材料をコイル挿入孔へ充填することによって、ある程度コイルの磁束密度を高めることもできる。また、粉末状の軟磁性材料を含むペースト、または液状またはゲル状材料をコイル挿入孔148が満たされる程度注入するか、あるいはコア151を入れたときにコイル挿入孔148を充填する程度に上記材料を注入することによって、コア151はこれらの材料に被われるのでこの後で、コイル挿入孔148を充填するための接着剤等の材料を使用する必要がなくなる。
コア151を入れてコイル挿入孔148に接着剤等でコア151を被ったときには、最上部のコイル配線基板142−9の上面で露出している配線層も接着剤等で被われてしまう可能性があるので、研磨法(BG法、CMP法等)やエッチング法で最上部のコイル配線基板142−9の上面に付着している接着剤等を除去する。また、最上部のコイル配線基板142−9の上面を平坦化しておくことが望ましい。
Next, as shown in FIG. 13F, the core 151 attached to the support substrate 149 is inserted into the coil insertion hole 148. In order to prevent the support substrate 149 from colliding with the uppermost coil wiring substrate 142-9, the protrusion 150 may be provided, the core 151 may be attached to the protrusion 150, and the core 151 may be inserted into the coil insertion hole 148. As a result, the core 151 can be completely inserted into the coil insertion hole 148. The core 151 may be inserted into the coil insertion hole 148 after the adhesive is put into the coil insertion hole 148 by a dispenser or coating, or the core 151 may be attached to the lower surface or the side surface of the core 151 before the core is attached. You may insert it. When the adhesive is in the form of paste, liquid, or gel, it also serves as a buffering agent, so that damage to the coil wiring board 142 can be reduced. Alternatively, an adhesive sheet may be attached to the core 151, and the adhesive sheet also functions as a cushioning material by providing cushioning properties. As described above, the effect as a core can be further enhanced by using a paste containing a powdery soft magnetic material or a liquid or gel material as an adhesive. Even when the core 151 is not used, the magnetic flux density of the coil can be increased to some extent by filling the coil insertion hole with a paste containing a powdery soft magnetic material or a liquid or gel material. In addition, a paste containing a powdery soft magnetic material, or a liquid or gel material is injected to the extent that the coil insertion hole 148 is filled, or the above-mentioned material is filled to the extent that the coil insertion hole 148 is filled when the core 151 is inserted. By injecting the core 151, the core 151 is covered with these materials, and thereafter, it is not necessary to use a material such as an adhesive for filling the coil insertion hole 148.
When the core 151 is inserted and the core 151 is covered with the adhesive or the like in the coil insertion hole 148, the wiring layer exposed on the upper surface of the uppermost coil wiring board 142-9 may be covered with the adhesive or the like. Therefore, the adhesive or the like attached to the upper surface of the uppermost coil wiring board 142-9 is removed by a polishing method (BG method, CMP method, etc.) or an etching method. Further, it is desirable to flatten the upper surface of the uppermost coil wiring board 142-9.

次に、図13(g)に示すように、コイルの外形を決めるための感光性膜のパターニング152を行なう。この感光性膜のパターン152をマスクにしてコイル配線基板142をエッチングし、最下層のコイル配線基板142−1まで不要な部分を除去する。このコイル配線基板142も厚いので、コイルの外形を決めた状態で積み重ねることもできる。各コイル配線基板142(142−1、2、・・・)の外形は、最初から決まった外形の基板(たとえば、図13(i)〜(k)で示す外形だけを有する基板143)に配線用の貫通孔および貫通孔内の導電体膜充填のパターンを形成したものを用いても良い。あるいは、広い面積を有するコイル配線基板142(142−1、2、・・・)に外形部分および配線用の貫通孔および貫通孔内の導電体膜充填のパターンを形成したものを多数(あるいは、1個でも作製はできる)作製したものを積み重ねていくこともできる。こうして、図13(h)に示すように、支持基板141−1に付着したコイル140が形成される。 Next, as shown in FIG. 13G, patterning 152 of the photosensitive film for determining the outer shape of the coil is performed. The coil wiring substrate 142 is etched by using the pattern 152 of the photosensitive film as a mask to remove unnecessary portions up to the coil wiring substrate 142-1 in the lowermost layer. Since the coil wiring board 142 is also thick, the coil wiring boards 142 can be stacked in a state where the outer shapes of the coils are determined. The outer shape of each coil wiring board 142 (142-1, 2,...) is wired on a board having a fixed outer shape from the beginning (for example, a board 143 having only the outer shape shown in FIGS. 13( i) to 13 (k )). It is also possible to use a through hole having a pattern and a pattern for filling the conductor film in the through hole. Alternatively, a large number of coil wiring boards 142 (142-1, 2,...) Having a large area on which external portions and through holes for wiring and a pattern for filling a conductor film in the through holes are formed (or It is also possible to stack the manufactured products. Thus, as shown in FIG. 13H, the coil 140 attached to the support substrate 141-1 is formed.

次に第4基板153をコイル140の上面(図13(g)では、コイル配線基板142−9)に付着させる。(図13(l))第4基板153は、ガラス基板、石英基板、サファイヤ基板、アルミナ基板、AlN基板、セラミック基板、エポキシやポリミド等の各種高分子基板、プラスチック基板などの絶縁基板である。導電体基板やSi基板等の半導体基板の場合は、表面やコンタクト孔部分を絶縁膜で被う必要がある。第4基板を付着した後、最上部のコイル配線基板142−9の導電体膜配線パターン144―9−1および144−9−2に対して、第4基板153にコンタクト孔およびその中の導電体膜配線154を形成し、さらに少なくともそのコンタクト154に接続する電極・配線パターン155−1および155−2を作製する。導電体膜配線パターン144−9−2は、最下部のコイル配線基板142−2のコイル配線端子と接続する配線であり、これに接続するものが電極・配線パターン155−2である。他方のコイル配線端子は最上部のコイル配線基板142−9のコイル配線端子144―9−1であり、これに接続するものが電極・配線パターン155−1である。従って、導電体膜配線パターン144―9−1および144−9−2の間でコイル140に電流を流し磁界を発生させることができる。第4基板153が絶縁性基板(または表面に絶縁膜を被った導電体膜基板または半導体基板)の場合は、コンタクト配線パターンだけであるコイル配線基板142−9は省くことができて、環状のコイル配線パターンを有するコイル配線基板142−8を直接付着するっことができる。その場合の接着剤は絶縁性接着剤を使用する。予めコンタクト154や導電体膜・配線電極155を形成した第4基板153をコイル140に付着させることもできるが、導電体膜配線パターン144―9−1および144−9−2とコンタクト154の接続には導電性接着剤を用い、それ以外の部分は絶縁性接着剤を使用する。または直接接合(常温、高温、融着等)で導電体膜配線パターン144―9−1および144−9−2とコンタクト154の接合、および他の部分の接合を行なうこともできる。 Next, the fourth substrate 153 is attached to the upper surface of the coil 140 (the coil wiring substrate 142-9 in FIG. 13G). (FIG. 13(l)) The fourth substrate 153 is an insulating substrate such as a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, an alumina substrate, an AlN substrate, a ceramic substrate, various polymer substrates such as epoxy and polyimide, and a plastic substrate. In the case of a semiconductor substrate such as a conductor substrate or a Si substrate, it is necessary to cover the surface and contact hole portions with an insulating film. After the fourth substrate is attached, contact holes are formed in the fourth substrate 153 and the conductivity inside the conductor film wiring patterns 144-9-1 and 144-9-2 of the uppermost coil wiring substrate 142-9. The body film wiring 154 is formed, and further electrode/wiring patterns 155-1 and 155-2 connected to at least the contact 154 thereof are manufactured. The conductor film wiring pattern 144-9-2 is a wiring connected to the coil wiring terminal of the coil wiring substrate 142-2 at the bottom, and the electrode/wiring pattern 155-2 is connected to this. The other coil wiring terminal is the coil wiring terminal 144-9-1 of the uppermost coil wiring board 142-9, and the one connected to this is the electrode/wiring pattern 155-1. Therefore, a current can be passed through the coil 140 between the conductor film wiring patterns 144-9-1 and 144-9-2 to generate a magnetic field. When the fourth substrate 153 is an insulating substrate (or a conductor film substrate or a semiconductor substrate whose surface is covered with an insulating film), the coil wiring substrate 142-9, which is only the contact wiring pattern, can be omitted, and the coil wiring substrate 142-9 can be omitted. The coil wiring board 142-8 having the coil wiring pattern can be directly attached. In that case, an insulating adhesive is used as the adhesive. The fourth substrate 153 on which the contact 154 and the conductor film/wiring electrode 155 are formed in advance can be attached to the coil 140, but the conductor film wiring patterns 144-9-1 and 144-9-2 and the contact 154 are connected. For this, a conductive adhesive is used, and for other parts, an insulating adhesive is used. Alternatively, the conductor film wiring patterns 144-9-1 and 144-9-2 and the contacts 154 and other portions can be joined by direct joining (normal temperature, high temperature, fusion bonding, etc.).

この後、支持基板141−1を分離する。この結果、第4基板153に付着したコイル140を作製できる。コイル140はコア151をコイル配線内部に有する。コアを用いない場合は、コイル挿入孔148を形成する必要はないのでプロセスは簡単になる。尚、支持基板141−1に第4基板を使用することによって、同様のコイル140を作製することができ、最後の支持基板141−1を分離する必要がないこと、最初の配線パターンのないコイル配線基板142−1を使用しなくても良いことなどのメリットがある。ただし、この第4基板153は製品として使用していくので、耐久性などの信頼性を考慮して材料やプロセスを構築する必要がある。また、このときは、支持基板でもある第4基板153側にコンタクト孔や電極・配線を形成する。 After that, the support substrate 141-1 is separated. As a result, the coil 140 attached to the fourth substrate 153 can be manufactured. The coil 140 has a core 151 inside the coil wiring. When the core is not used, it is not necessary to form the coil insertion hole 148, so that the process is simplified. By using the fourth substrate as the supporting substrate 141-1, the same coil 140 can be manufactured, it is not necessary to separate the last supporting substrate 141-1, and the coil without the first wiring pattern is used. There are merits such as not having to use the wiring board 142-1. However, since the fourth substrate 153 is used as a product, it is necessary to construct materials and processes in consideration of reliability such as durability. At this time, contact holes and electrodes/wirings are formed on the side of the fourth substrate 153 which is also a supporting substrate.

この第4基板153に付着したコイル140を、図11で示した荷電粒子が通る空洞204−2の上下に付着した第2基板(上部基板)202および第3基板(下部基板)203に付着させる。この状態を示した図が、図14である。すなわち、図14は、本発明のコイル(電磁石)によって作製された四極電磁石である。荷電粒子通過空洞204−2の左右(Y方向)に設けた空洞(コイル挿入用空洞)120−1および120−2にはコイル118−1および118−2がそれぞれ配置され、その上部には第2基板(上部基板)202が、その下部には第3基板(下部基板)203が付着している。このような加速装置における荷電粒子通過空洞204−2の上にある第2基板(上部基板)202の上に、第4基板153(153−1)に付着したコイル140(140−1)の下面を付着させる。第2基板(上部基板)202の付着面に接着剤を塗布したり、接着シートを塗布して、コイル140(140−1)を付着する。あるいは、コイル140(140−1)の下面に接着剤を塗布したり、接着シートを塗布して、コイル140(140−1)を付着する。コイル140(140−1)を配置する第2基板(上部基板)202の部分に凹部を作製し、その部分の第2基板(上部基板)202を薄くして、その凹部にコイル140(140−1)を挿入しても良い。荷電粒子通過空洞204−2上の第2基板(上部基板)202の厚さが薄くなっているので、コイル140(140−1)の端面がより荷電粒子通過空洞204−2に近づくので、荷電粒子通過空洞204−2の磁界の強さを高めることができる。第2基板(上部基板)202は磁界を弱めたり、あるいは磁界を乱すので、荷電粒子通過空洞204−2上の第2基板(上部基板)の一部(点線で示す開口部分159−1)を取り除いても良い。その場合、荷電粒子通過空洞204−2の圧力が上昇することを防ぐために、コイル140−1が、その開口部分159−1を完全に塞ぐように接着剤等でシールする。コイル140−1の下側端面のシール部分に導電体膜(導電体薄板)やSi膜(Si基板)等の半導体基板を接着しておけば、第2基板(上部基板)がガラス基板等であれば、陽極静電結合で強固に付着できる。あるいは、コイル配線基板142−1にこれらの膜、層または基板を用いれば、同様に陽極静電結合で強固に付着できる。 The coil 140 attached to the fourth substrate 153 is attached to the second substrate (upper substrate) 202 and the third substrate (lower substrate) 203 attached above and below the cavity 204-2 through which the charged particles shown in FIG. 11 pass. .. FIG. 14 is a diagram showing this state. That is, FIG. 14 shows a quadrupole electromagnet manufactured by the coil (electromagnet) of the present invention. Coils 118-1 and 118-2 are respectively arranged in cavities (coil insertion cavities) 120-1 and 120-2 provided on the left and right (Y direction) of the charged particle passage cavity 204-2, and the coils 118-1 and 118-2 are arranged above them. The second substrate (upper substrate) 202 is attached, and the third substrate (lower substrate) 203 is attached to the lower portion. The lower surface of the coil 140 (140-1) attached to the fourth substrate 153 (153-1) on the second substrate (upper substrate) 202 above the charged particle passage cavity 204-2 in such an accelerator. Attach. The coil 140 (140-1) is attached by applying an adhesive or an adhesive sheet to the attachment surface of the second substrate (upper substrate) 202. Alternatively, an adhesive is applied to the lower surface of the coil 140 (140-1) or an adhesive sheet is applied to attach the coil 140 (140-1). A recess is formed in a portion of the second substrate (upper substrate) 202 where the coil 140 (140-1) is arranged, the second substrate (upper substrate) 202 in that portion is thinned, and the coil 140 (140- 1) may be inserted. Since the thickness of the second substrate (upper substrate) 202 on the charged particle passage cavity 204-2 is thin, the end surface of the coil 140 (140-1) is closer to the charged particle passage cavity 204-2, so that the charged particle passage cavity 204-2 is charged. The magnetic field strength of the particle passage cavity 204-2 can be increased. Since the second substrate (upper substrate) 202 weakens the magnetic field or disturbs the magnetic field, a part of the second substrate (upper substrate) on the charged particle passage cavity 204-2 (the opening portion 159-1 indicated by the dotted line) is removed. May be removed. In that case, in order to prevent the pressure in the charged particle passage cavity 204-2 from rising, the coil 140-1 is sealed with an adhesive or the like so as to completely close the opening 159-1. If a semiconductor substrate such as a conductor film (conductor thin plate) or a Si film (Si substrate) is adhered to the seal portion on the lower end face of the coil 140-1, the second substrate (upper substrate) becomes a glass substrate or the like. If so, it can be firmly attached by anodic electrostatic coupling. Alternatively, if these films, layers or substrates are used for the coil wiring substrate 142-1, they can be strongly adhered similarly by anodic electrostatic coupling.

あるいは、図14に示すように、支柱156−1を第2基板(上部基板)に付着して、その支柱156−1に第4基板153−1を付着して、空洞157−1を形成し、その中にコイル140−1が配置されるようにし、また第4基板153−1に開口部158−1を設けて真空引きできるようにすれば、荷電粒子通過空洞204−2の圧力の上昇を防止できる。この場合、第4基板153−1が支柱156−1に付着したときに、第2基板(上部基板)202とコイル140−1の端面との距離がほぼゼロになるようにすれば、同時に付着することも可能であるし、第2基板(上部基板)202とコイル140−1の端面を付着させなくとも、荷電粒子通過空洞204−2とコイル140−1の端面との距離も固定される。支柱156−1は、コイル配線基板142を用いて形成すれば、プロセスの増加はない。あるいは、コイル140−1の長さと同じか少し長い長さの厚さを持つ基板(これは、絶縁基板、導電体基板、Si基板等の半導体基板を使用できる)に空洞157−1を作製して、第2基板(上部基板)202に付着するか、第4基板153−1に付着しておき、コイル140−1を配置するときに、第2基板(上部基板)202または第4基板153−1に付着することができる。第2基板(上部基板)202や第4基板153−1がガラス基板等であり、支柱156−1が導電体基板またはSi基板等の半導体基板であれば、静電陽極結合で強固に接着することもできる。紙面に垂直方向(荷電粒子の進行方向)は記載していないが、荷電粒子通過空洞204−2より広く支柱156−1によって取り囲むことができるので、荷電粒子通過空洞204−2の上部を完全に空洞157−1の中に含むことができる。従って、荷電粒子通過空洞204−2の外側も圧力制御された空洞157−1に囲まれているので、荷電粒子通過空洞204−2の圧力もより低圧にコントロールできる。尚、コイル118(118−1、2)の電極は空洞157−1の内部に入っているが、配線として引きまわしができるので、空洞の外側へ伸ばすこともできる。 Alternatively, as shown in FIG. 14, the column 156-1 is attached to the second substrate (upper substrate), and the fourth substrate 153-1 is attached to the column 156-1 to form the cavity 157-1. If the coil 140-1 is arranged therein and the opening 158-1 is provided in the fourth substrate 153-1 so that the vacuum can be drawn, the pressure in the charged particle passage cavity 204-2 rises. Can be prevented. In this case, when the fourth substrate 153-1 is attached to the support 156-1, if the distance between the second substrate (upper substrate) 202 and the end face of the coil 140-1 is set to almost zero, the attachment is performed at the same time. Alternatively, the distance between the charged particle passage cavity 204-2 and the end surface of the coil 140-1 is fixed even if the second substrate (upper substrate) 202 and the end surface of the coil 140-1 are not attached. .. If the pillar 156-1 is formed by using the coil wiring board 142, the number of processes does not increase. Alternatively, the cavity 157-1 is formed in a substrate having a thickness equal to or slightly longer than that of the coil 140-1 (this can be a semiconductor substrate such as an insulating substrate, a conductor substrate, or a Si substrate). The second substrate (upper substrate) 202 or the fourth substrate 153-1 and the coil 140-1 is placed, the second substrate (upper substrate) 202 or the fourth substrate 153 is attached. -1 can be attached. If the second substrate (upper substrate) 202 and the fourth substrate 153-1 are glass substrates or the like and the columns 156-1 are semiconductor substrates such as conductor substrates or Si substrates, they are firmly bonded by electrostatic anodic bonding. You can also Although the direction perpendicular to the paper surface (the traveling direction of the charged particles) is not described, since it can be surrounded by the pillars 156-1 wider than the charged particle passage cavity 204-2, the upper portion of the charged particle passage cavity 204-2 is completely covered. It may be included in cavity 157-1. Therefore, since the outside of the charged particle passage cavity 204-2 is also surrounded by the pressure-controlled cavity 157-1, the pressure of the charged particle passage cavity 204-2 can be controlled to a lower pressure. The electrodes of the coils 118 (118-1, 2) are inside the cavity 157-1, but since they can be routed as wiring, they can be extended to the outside of the cavity.

荷電粒子通過空洞204−2の下側も全く同じようにコイル140−2を配置できる。支柱156−2、コイル端面に面した第3基板(下部基板)203の開口部159−2の形成や凹部野形成、空洞157−2の形成、真空引き用の開口部158−2の形成も同様である。また、紙面に垂直方向に、すなわち荷電粒子通過空洞204−2に沿って、複数のコイル118(118−1、2)およびコイル140(140−1、2)を配置でき、複数の四極磁石空間を同時に、しかも簡単に作製できる。この四極電磁石により、荷電粒子通過空洞204−2を通る荷電粒子の収束および発散を制御することができる。 The coil 140-2 can be arranged exactly under the charged particle passage cavity 204-2. The support 156-2, the opening 159-2 of the third substrate (lower substrate) 203 facing the end surface of the coil, the formation of a recess, the formation of the cavity 157-2, and the formation of the opening 158-2 for evacuation are also formed. It is the same. Further, a plurality of coils 118 (118-1, 2) and a plurality of coils 140 (140-1, 2) can be arranged in the direction perpendicular to the paper surface, that is, along the charged particle passage cavity 204-2, and a plurality of quadrupole magnet spaces can be arranged. Can be manufactured simultaneously and easily. This quadrupole electromagnet can control the convergence and divergence of the charged particles passing through the charged particle passage cavity 204-2.

図4では、基板コイルを配置させたが、通常の電磁石を配置しても良い。たとえば、各種電磁石を配置して荷電粒子を収束する部分(たとえば、図1において、15、17、19、21、22、23、26、28、29、31、32、35、36等の部分)に四極磁石を配置することができる。上下方向は簡単に電磁石の一方の磁極を配置でき、磁極を上下基板に接触させるか、接近させれば良い。上下基板に近づけるほど、荷電粒子軌道(貫通室の中央近傍)に近づくので、より小さな磁場でも荷電粒子を収束させることができる。横側は、このままでは電磁石を配置できないので、荷電粒子を収束する部分において、荷電粒子を収束する部分の外側領域(両側)を荷電粒子軌道に略平行に切断して基板に開口部領域(両側)を設けて、その開口部領域に荷電粒子軌道に垂直に磁場が印加されるように、電磁石を配置する。領域としてはスペースが限定されているので、小型で強力磁場を発生するものが望ましい。超伝導磁石の方が容器スペースも考えて磁場強度が所望の大きさを得られるなら超伝導磁石を配置することもできる。本発明の加速器はサイズが小さいので、電磁石を配置する部分全体を超伝導を保持できる温度にする容器内に納めても余り大きな容器サイズとならない。基板に開口部を作製する方法として、レーザーダイシングや高圧水ダイシング等を使用できる。基板内の所望部分を正確に開口することができる。横側に配置する電磁石も基板に接触させるか、接近させて、基板に近づけるほど、荷電粒子軌道(貫通室の中央近傍)に近づくので、より小さな磁場でも荷電粒子を収束させることができる。 Although the substrate coil is arranged in FIG. 4, a normal electromagnet may be arranged. For example, a portion for arranging various electromagnets to converge the charged particles (for example, a portion such as 15, 17, 19, 21, 22, 23, 26, 28, 29, 31, 32, 35, 36 in FIG. 1). A quadrupole magnet can be placed in the. One of the magnetic poles of the electromagnet can be easily arranged in the vertical direction, and the magnetic pole may be brought into contact with or brought close to the upper and lower substrates. The closer to the upper and lower substrates, the closer to the charged particle trajectory (near the center of the through chamber), so that the charged particles can be converged even with a smaller magnetic field. On the lateral side, the electromagnet cannot be placed as it is, so in the part where the charged particles are converged, the outer regions (both sides) of the part where the charged particles are converged are cut substantially parallel to the charged particle trajectories and the opening region (both sides) is formed in the substrate. ) Is provided, and the electromagnet is arranged so that the magnetic field is applied to the opening region perpendicularly to the charged particle trajectories. Since the area is limited in space, it is desirable that the area be small and generate a strong magnetic field. The superconducting magnet can be arranged if the magnetic field strength can obtain a desired magnitude considering the container space. Since the accelerator of the present invention has a small size, the size of the container in which the electromagnet is placed is not too large even if the accelerator is placed in a container at a temperature capable of maintaining superconductivity. Laser dicing, high-pressure water dicing, or the like can be used as a method for forming the opening in the substrate. It is possible to accurately open a desired portion in the substrate. The closer the electromagnet disposed on the lateral side is brought into contact with or closer to the substrate, and the closer it is to the substrate, the closer it is to the charged particle trajectory (near the center of the through chamber), so that the charged particles can be converged even with a smaller magnetic field.

シンクロトロンの場合、偏向磁石25、30、34、37の間の空洞でも加速するとより高速の荷電粒子を発生させることができる。たとえば、後に説明する質量分析装置で用いた加速用電極を用いることができる。すなわち、中央孔を有する基板側壁板に導電体膜電極を積層した加速電極(収束や減速にも使用できる)を貫通室内に平行に多数作製する。荷電粒子の進行方向に対して多数配置された加速電極にだんだんと大きな電圧を加えていけば、加速電極の中央孔を通る荷電粒子は加速していく。たとえば、100枚の基板側壁板をピッチ1mmで並べると、長さは100mmであるが、その間に電圧を分割して、全体で100Vを印加すると、1/2mv2=qV(m:荷電粒子の質量、v:速度、q:電荷、V:印加電圧)であるから、m=10−25kg、q=eとして、v=14km/secとなる。4か所で加速すると56km/secとなる。1000周させると56000km/secとなり、光速の1/5になる。
あるいは、多数配置した加速電極に高周波電圧を印加することによっても荷電粒子は加速され、周波数を大きくしていけば速度を増大させることができる。シンクロトロンの円形軌道を多数並べることもできる(図16参照)ので、それぞれの軌道において徐々に高周波電圧の周波数を上げていけば無理なく荷電粒子の速度を増大させることができる。線形加速器の場合は、貫通室の横側の基板を切断すれば良いので、横側(左右方向)から電磁石を配置することは簡単である。
In the case of a synchrotron, acceleration of the cavity between the deflection magnets 25, 30, 34, and 37 can generate faster charged particles. For example, the acceleration electrode used in the mass spectrometer described later can be used. That is, a large number of accelerating electrodes (which can also be used for focusing and decelerating) in which conductor film electrodes are laminated on a substrate side wall plate having a central hole are formed in parallel in the penetration chamber. If gradually increasing voltage is applied to the accelerating electrodes arranged in large numbers in the traveling direction of the charged particles, the charged particles passing through the central hole of the accelerating electrode are accelerated. For example, if 100 side wall boards are arranged at a pitch of 1 mm, the length is 100 mm, but if the voltage is divided between them and 100 V is applied as a whole, 1/2 mv2=qV (m: mass of charged particles) , V: speed, q: charge, V: applied voltage), m=10 −25 kg and q=e, and v=14 km/sec. Accelerating at 4 places will result in 56 km/sec. After 1000 laps, the speed becomes 56000 km/sec, which is 1/5 of the speed of light.
Alternatively, the charged particles are also accelerated by applying a high frequency voltage to a large number of accelerating electrodes arranged, and the speed can be increased by increasing the frequency. Since a large number of circular orbits of the synchrotron can be arranged (see FIG. 16), the velocity of the charged particles can be reasonably increased by gradually increasing the frequency of the high frequency voltage in each orbit. In the case of a linear accelerator, it is only necessary to cut the substrate on the lateral side of the penetration chamber, so it is easy to arrange the electromagnets from the lateral side (left and right direction).

図5は、本発明の荷電粒子加速装置を複数連結させた加速装置を示す図である。図4に示す加速装置200を多数(200−1、2、3、・・・)接続し、それぞれの加速装置へ高周波を入力する高周波導入管(導波管)223を通して、高周波発生装置225から高周波を入力し、加速装置200で加速電界を作り、荷電粒子発生装置221から加速装置200(200−1)へ入射した荷電粒子の速度を加速させて、最終段加速装置200(200−3)から荷電粒子227を高速で出射する。また、加速装置200内を通過した高周波は高周波導出管224から出ていく。それぞれの高周波発生装置200および荷電粒子発生装置221は制御装置226で周波数や電力、タイミング(パルス等)がコントロールされる。本発明の加速装置はサイズを自由に変化させて作製できるので、用途に応じて選択できる。たとえば、空洞深さ(h1、すなわち主基板の厚み)を1mmとすると、加速装置の幅を3mm程度にできるので、300mm×300mmのウエハ(この場合は矩形)で、300mmの長さの加速装置を100本作製できる。従って、1枚のウエハで30mの長さの加速装置を作製できる。このような幅の小さな加速装置であれば、全体を真空(超低圧)箱で覆うこともできるので、加速装置内も真空引きすれば、さらに超超低圧の空洞を実現できる。また、全体を液体Heや液体窒素等に浸漬することもできるので、高周波印加による発熱を抑えることもできるし、収束用電磁石に超伝導体を使用できるので、電磁石の磁界を高めることもできる。 FIG. 5 is a diagram showing an accelerator in which a plurality of charged particle accelerators of the present invention are connected. A large number of (200-1, 2, 3,...) Accelerators 200 shown in FIG. 4 are connected, and a high-frequency generator 225 is passed through a high-frequency introduction pipe (waveguide) 223 for inputting a high frequency to each accelerator. A high frequency is input and an accelerating device 200 creates an accelerating electric field to accelerate the velocity of the charged particles incident on the accelerating device 200 (200-1) from the charged particle generating device 221 to obtain the final stage accelerating device 200 (200-3). The charged particles 227 are emitted at high speed. Further, the high frequency wave that has passed through the accelerator 200 exits from the high frequency discharge tube 224. The control unit 226 controls the frequency, power, timing (pulses, etc.) of each of the high-frequency generator 200 and the charged particle generator 221. Since the accelerator of the present invention can be manufactured by freely changing the size, it can be selected according to the application. For example, if the cavity depth (h1, that is, the thickness of the main substrate) is 1 mm, the width of the accelerator can be set to about 3 mm, so that a 300 mm×300 mm wafer (rectangle in this case) and an accelerator with a length of 300 mm can be used. 100 can be produced. Therefore, one wafer can be used to fabricate an accelerator having a length of 30 m. If the accelerator has such a small width, the whole can be covered with a vacuum (ultra-low pressure) box. Therefore, if the inside of the accelerator is also evacuated, an ultra-low pressure cavity can be realized. Further, since the whole can be immersed in liquid He, liquid nitrogen or the like, it is possible to suppress heat generation due to high frequency application, and since a superconductor can be used for the focusing electromagnet, it is possible to enhance the magnetic field of the electromagnet.

図6は、本発明の荷電粒子加速装置の製造方法の一例を示す図である。本発明の荷電粒子加速装置は、主基板201内に形成した貫通孔を荷電粒子の加速空洞に用いる。主基板201を下部基板203に付着させる。主基板201は、導電体基板、絶縁体基板、半導体基板等種々の材料を使用できる。導電体基板として、銅、アルミニウム等の金属基板や、高濃度にキャリアをドープした半導体基板(たとえば、低抵抗半導体基板)や導電性プラスチックや導電性セラミックや導電性炭素基板等を使用できる。ただし、強磁性体や常磁性体は高周波の導入で発生する磁場に影響を及ぼすので使用しないことが望ましい。従って、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性体であるステンレス鋼は使用可能である。絶縁体基板として、ガラス基板、石英基板、サファイヤ基板、アルミナ基板、AlN基板、プラスチック基板、セラミック基板等を使用できる。半導体基板として、シリコン基板、SiC基板、炭素基板、化合物半導体基板等を使用できる。本明細書では特に記載がない場合は、主基板は半導体基板であるシリコン基板として説明する。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a method of manufacturing the charged particle accelerator of the present invention. The charged particle accelerator of the present invention uses the through hole formed in the main substrate 201 as the charged particle accelerating cavity. The main substrate 201 is attached to the lower substrate 203. For the main substrate 201, various materials such as a conductor substrate, an insulator substrate, and a semiconductor substrate can be used. As the conductor substrate, a metal substrate such as copper or aluminum, a semiconductor substrate highly doped with carriers (for example, a low resistance semiconductor substrate), a conductive plastic, a conductive ceramic, a conductive carbon substrate, or the like can be used. However, it is desirable not to use a ferromagnetic material or a paramagnetic material because it affects the magnetic field generated by the introduction of high frequency. Therefore, non-magnetic stainless steel such as austenitic stainless steel can be used. As the insulating substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, an alumina substrate, an AlN substrate, a plastic substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. A silicon substrate, a SiC substrate, a carbon substrate, a compound semiconductor substrate, or the like can be used as the semiconductor substrate. In this specification, unless otherwise specified, the main substrate will be described as a silicon substrate which is a semiconductor substrate.

下部基板203も導電体基板、絶縁体基板、半導体基板等種々の材料を使用でき、具体的な材料は主基板201と同様である。本明細書では特に記載がない場合は、下部基板は絶縁体基板であるガラス基板として説明する。主基板201と下部基板203の付着方法は、接着剤を使用して接着する方法、付着面を溶かして接合する融着法、常温接合法、高温接合法、拡散接合法等がある。シリコン基板等の半導体基板または導電体基板とガラス基板の場合、静電接合(陽極接合)法を用いることもできる。主基板201の下面にCVD(化学気相成長)法やPVD(物理的成長)法により絶縁膜や金属膜等を形成してから下部基板203と付着することもできる。次に、図6(a)に示すように、主基板201の上面にフォトレジスト等の感光性膜233を塗布法またはシート付着法で形成してフォトリソ法により窓開けし感光性膜パターン233を形成する。この感光性膜パターン233は、主基板201に貫通孔(貫通室と考えても良い)を形成するためのものである。主基板201と感光性膜の間に絶縁膜や金属膜を形成しても良い。これらの絶縁膜や金属膜は主基板201の保護膜としての役目を果たしたり、主基板201のエッチング中に感光性膜233もエッチングされるが、その際感光性膜233もすべてエッチングされたときのエッチングストッパーとしての役割もある。 For the lower substrate 203, various materials such as a conductor substrate, an insulator substrate, and a semiconductor substrate can be used, and the specific material is the same as that of the main substrate 201. In this specification, unless otherwise specified, the lower substrate will be described as a glass substrate which is an insulator substrate. As a method of attaching the main substrate 201 and the lower substrate 203, there are a method of attaching using an adhesive, a fusion method of melting and attaching the attaching surfaces, a room temperature joining method, a high temperature joining method, a diffusion joining method, and the like. In the case of a semiconductor substrate such as a silicon substrate or a conductor substrate and a glass substrate, an electrostatic bonding (anodic bonding) method can also be used. It is also possible to form an insulating film, a metal film, or the like on the lower surface of the main substrate 201 by a CVD (chemical vapor deposition) method or a PVD (physical growth) method, and then adhere the lower substrate 203. Next, as shown in FIG. 6A, a photosensitive film 233 such as a photoresist is formed on the upper surface of the main substrate 201 by a coating method or a sheet attachment method, and a window is opened by a photolithography method to form a photosensitive film pattern 233. Form. The photosensitive film pattern 233 is for forming a through hole (may be considered as a through chamber) in the main substrate 201. An insulating film or a metal film may be formed between the main substrate 201 and the photosensitive film. These insulating films and metal films serve as a protective film for the main substrate 201, and the photosensitive film 233 is also etched during the etching of the main substrate 201. At that time, when the photosensitive film 233 is also completely etched. Also has a role as an etching stopper.

次に、パターニングされた感光性膜233をマスクにして窓開けされた部分の主基板201をエッチングする。主基板201がシリコンの場合、エッチングガスとしてCF系、SF系、CCl系、SiCl系、Cl系、Br系等を使用でき、貫通孔(空洞)はできるだけ主基板表面に垂直なパターンが望ましく、感光性膜パターン233に忠実な形状(図6(a)の点線234で示す)でエッチングすることが望ましい。このような垂直エッチング法として、RIE(反応性イオンエッチング)法、ボッシュ(Bosch)、クライオ法がある。 Next, using the patterned photosensitive film 233 as a mask, the portion of the main substrate 201 having the window opened is etched. When the main substrate 201 is silicon, CF-based, SF-based, CCl-based, SiCl-based, Cl-based, Br-based, or the like can be used as an etching gas, and the through holes (cavities) are desirably patterns that are as perpendicular to the main substrate surface as possible. It is desirable to perform etching in a shape that is faithful to the photosensitive film pattern 233 (shown by the dotted line 234 in FIG. 6A). As such a vertical etching method, there are an RIE (reactive ion etching) method, a Bosch method, and a cryo method.

下部基板203がガラス基板の場合、上記のエッチングガスやエッチング法においてエッチング選択比を大きく取れるので、主基板201であるシリコンを厚み方向にオーバーエッチングして主基板201の全面を均一性良くエッチングしても、下部基板203のエッチング量は小さい。たとえば、主基板201の厚みを500μmとして、エッチング選択比を50としたとき、25%のオーバーエッチングでも(この程度のオーバーエッチングにより主基板201全体で貫通孔を完全に形成できる)下部基板203のエッチング量は多くても5μmである。従って、下部基板の厚みは10μmあれば十分であるが、一定程度の強度を保持するために100μm程度以上とすることが望ましい。後に補強のために別基板を下部基板203に付着させても良い。厚い下部基板203(たとえば、300μm以上)を付着させて、後に研磨法(CMP法やBG法)やエッチバック法により100μm以下の厚さに薄くする方法もある。 When the lower substrate 203 is a glass substrate, a large etching selection ratio can be obtained by the above-mentioned etching gas or etching method. However, the etching amount of the lower substrate 203 is small. For example, when the thickness of the main substrate 201 is 500 μm and the etching selection ratio is 50, even if overetching is performed by 25%, the through hole can be completely formed in the entire main substrate 201 by this degree of overetching of the lower substrate 203. The etching amount is at most 5 μm. Therefore, it is sufficient for the lower substrate to have a thickness of 10 μm, but it is desirable to set the thickness to about 100 μm or more in order to maintain a certain level of strength. Another substrate may be attached to the lower substrate 203 for reinforcement later. There is also a method in which a thick lower substrate 203 (for example, 300 μm or more) is adhered and then thinned to a thickness of 100 μm or less by a polishing method (CMP method or BG method) or an etch back method.

主基板201をエッチングし貫通孔を形成し、感光性膜233を除去した後の断面図が図6(b)である。この断面は、空洞の長手方向(を左右)に見た図であり、図5(a)に対応し、基板側壁201S−(A)、201S−(1)、201S−(i){i=1、2、・・・}、201S−(B)等が、空洞(貫通孔、貫通溝、貫通室と呼んでも良い)204C−(A)、204C−(i)、204C−(B)等が形成される。ここで括弧( )をつけているのは、後述するように、空洞または基板側壁の半分が形成されているということを意味する。従って、ここでは、主基板201の基板厚みはh2/2となる。図6(a)では主基板201(201H)と半分を示すHを付している。基板側壁201Sは主基板201の表面または裏面に対してほぼ垂直な主基板側壁として形成される。ただし、ほぼ垂直に形成できない場合でも、90度±10度以内に抑えることにより加速器として所定の特性を得ることができる。これ以上になる場合でも、高周波入力電圧や荷電粒子発生装置の条件、収束用電磁石の入力電圧等を調整することによって、荷電粒子の速度や方向を制御することができる。 FIG. 6B is a sectional view after the main substrate 201 is etched to form the through holes and the photosensitive film 233 is removed. This cross section is a view as seen in the longitudinal direction (left and right) of the cavity, and corresponds to FIG. 5A, and substrate side walls 201S-(A), 201S-(1), 201S-(i) {i= 1, 2,...}, 201S-(B), etc. are cavities (may be called a through hole, a through groove, a through chamber) 204C-(A), 204C-(i), 204C-(B), etc. Is formed. The parentheses () here mean that a cavity or a half of the side wall of the substrate is formed, as described later. Therefore, here, the substrate thickness of the main substrate 201 is h2/2. In FIG. 6A, H indicating half of the main substrate 201 (201H) is attached. The substrate side wall 201S is formed as a main substrate side wall substantially perpendicular to the front surface or the back surface of the main substrate 201. However, even if it cannot be formed almost vertically, it is possible to obtain predetermined characteristics as an accelerator by suppressing the angle to within 90°±10°. Even in the case of more than this, the speed and direction of the charged particles can be controlled by adjusting the high frequency input voltage, the conditions of the charged particle generator, the input voltage of the focusing electromagnet, and the like.

図6(c)および(d)は、基板側壁201Sの部分を空洞204の長手方向(荷電粒子の進行方向、図6(a)および図6(b)では左右方向)に対して直角な方向から見た図である。すなわち、中央孔205の形成方法を示す図である。図6(b)に示す基板側壁201Sを形成した後に、感光性膜235を形成し(感光性シート付着法や感光性膜塗布法にフォトリソ法を用いて形成)、中央孔205を形成するための窓236を窓開けする。主基板201の表面に絶縁膜を形成してから感光性膜235を形成しても良い。パターニングされた感光性膜235をマスクにして、窓開け部分236から主基板201をエッチングし、中央孔205を形成する。中央孔の形状が矩形であるとき、縦の長さをe1、横の長さをe2とすれば、感光性膜235をリムーブした後の状態を示す図である図6(d)に示すように、この段階における中央孔の深さ(縦の長さ)は1/2×e1である。図6(c)および(d)では空洞は見えないが、この基板側壁201(たとえば、201S−(i)){i=1、2、3、・・・}の手前または後方に存在し、その境界を点線237で示す。簡単に分かるように、図6(c)および(d)の中央孔205の形成プロセスは、図6(b)に示す基板側壁201Sおよび空洞204を形成する前、すなわち図6(a)の前に形成することもできる。その方が、空洞等の凹凸がないので、感光性膜パターンを形成しやすいというメリットがある。 6C and 6D, the substrate side wall 201S is perpendicular to the longitudinal direction of the cavity 204 (the traveling direction of charged particles, the horizontal direction in FIGS. 6A and 6B). It is the figure seen from. That is, it is a diagram showing a method of forming the central hole 205. In order to form the central hole 205 after forming the substrate side wall 201S shown in FIG. 6B, forming the photosensitive film 235 (using a photolithography method for the photosensitive sheet attachment method or the photosensitive film coating method). Open the window 236 of. The photosensitive film 235 may be formed after forming the insulating film on the surface of the main substrate 201. Using the patterned photosensitive film 235 as a mask, the main substrate 201 is etched from the window opening portion 236 to form the central hole 205. When the shape of the central hole is rectangular and the vertical length is e1 and the horizontal length is e2, the state after removing the photosensitive film 235 is shown in FIG. 6(d). In addition, the depth (vertical length) of the central hole at this stage is ½×e1. Although the cavity is not visible in FIGS. 6C and 6D, the cavity is present before or behind this substrate side wall 201 (for example, 201S-(i)) {i=1, 2, 3,...}, The boundary is indicated by a dotted line 237. As can be easily understood, the process of forming the central hole 205 in FIGS. 6C and 6D is performed before forming the substrate sidewall 201S and the cavity 204 shown in FIG. 6B, that is, before FIG. 6A. It can also be formed. In that case, since there is no unevenness such as cavities, there is an advantage that a photosensitive film pattern can be easily formed.

次に、図6(e)に示すように、主基板201上および貫通孔204内に絶縁膜238を形成する。この絶縁膜238は、主基板201が半導体や導電体の場合において、この後形成される導電体膜206と導通して問題になる場合に形成する。あるいは、導電体膜との密着性向上膜として形成する。尚、主基板201が絶縁体であるときは導通しないので必要ないが、密着性向上用として絶縁膜を形成することができる。絶縁膜238は、CVD法、PVD法等で形成する。たとえば、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、シリコン酸窒化膜(SiNxOy)である。主基板201がシリコンの場合は、酸化または窒化によって形成することもできる。この後、導電体膜206を形成する。この導電体膜206は、高周波による加速電界形成するためのものであるから、導電率が高い方が良い。また、磁場発生に影響がない非磁性体(反磁性体含む)が良い。たとえば、銅、金、銀、Ti、Zr、Ta、タングステン、アルミニウム、炭素(たとえば、導電性ナノチューブ)、各種シリサイド、これらの合金、導電性PolySi、これらの複合膜が良い。これらの導電体膜はCVD法、PVD法やメッキ法により形成することができる。これらの導電体膜206と絶縁膜238、主基板201、下部(上部)基板202、203と密着性向上用の密着性向上膜を形成してから導電体膜206を形成しても良い。密着性向上膜として、たとえば、チタニウム(Ti)、窒化チタン(TiN)がある。 Next, as shown in FIG. 6E, an insulating film 238 is formed on the main substrate 201 and inside the through holes 204. The insulating film 238 is formed in the case where the main substrate 201 is a semiconductor or a conductor and the conductive film 206 to be formed later becomes conductive and causes a problem. Alternatively, it is formed as an adhesion improving film with the conductor film. When the main substrate 201 is an insulator, it is not necessary because it does not conduct, but an insulating film can be formed to improve the adhesion. The insulating film 238 is formed by a CVD method, a PVD method, or the like. For example, a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNx), a silicon oxynitride film (SiNxOy). When the main substrate 201 is silicon, it can also be formed by oxidation or nitridation. After that, the conductor film 206 is formed. Since the conductor film 206 is for forming an acceleration electric field by high frequency, it is preferable that the conductor film 206 has high conductivity. Further, a non-magnetic material (including a diamagnetic material) that does not affect the magnetic field generation is preferable. For example, copper, gold, silver, Ti, Zr, Ta, tungsten, aluminum, carbon (for example, conductive nanotube), various silicides, alloys thereof, conductive PolySi, and composite films of these are preferable. These conductor films can be formed by the CVD method, PVD method, or plating method. The conductor film 206 may be formed after the conductor film 206, the insulating film 238, the main substrate 201, and the lower (upper) substrates 202 and 203 are formed with the adhesiveness improving film for improving the adhesiveness. Examples of the adhesion improving film include titanium (Ti) and titanium nitride (TiN).

荷電粒子加速装置部分以外の空洞における導電体膜は除去またはパターニングする必要があるので、感光性膜を形成しパターニングし、不要な部分の導電体膜206はエッチングする。荷電粒子加速装置内の空洞(加速キャビティ)204C−(i)および高周波導入室204C−(A)や高周波導出室204C−(B)の内部は導電体膜206を形成する。導電体膜206をパターニングした後、保護膜用の絶縁膜を形成することもできるが、保護膜が不要なら形成しなくても良い。 Since it is necessary to remove or pattern the conductor film in the cavities other than the charged particle accelerator portion, a photosensitive film is formed and patterned, and the unnecessary conductor film 206 is etched. A conductor film 206 is formed inside the cavity (acceleration cavity) 204C-(i) in the charged particle accelerator and the high-frequency introduction chamber 204C-(A) and the high-frequency extraction chamber 204C-(B). After patterning the conductor film 206, an insulating film for a protective film can be formed, but if the protective film is unnecessary, it may not be formed.

図7にそのプロセスの詳細を示す。図7は、基板側壁形成後、導電体膜パターニングまでのプロセスを示す図で、簡単のために図6に示す構造の一部だけ図示している。図7(a)に示すように、基板側壁201S(201S−(A)、201S−(1)等)および空洞204(204C−(A)、204C−(1)等)を形成後、絶縁膜238を形成し、次に導電体膜206を形成し、さらに感光性膜241を形成する、感光性膜241は、塗布法や感光性シートを付着させてそのシートを軟化させて形成する。次に、図7(b)に示すように、露光法(現像やベーク含む)により、所望のパターン241を形成し、導電体膜206を除去すべき部分の感光性膜を除去し窓開けする。この窓開けされた部分において露出している導電体膜206をドライエッチングまたはウエットエッチング法によりエッチング除去する。導電体膜206の上に保護膜等が存在する場合は、その保護膜等をエッチング除去した後に導電体膜206をエッチングする。導電体膜206をエッチングした後、その下に絶縁膜238が存在し、それも除去する場合は絶縁膜238もドライエッチングまたはウエットエッチング法によりエッチング除去する。その後、感光性膜241をリムーブすれば、図7(c)に示すように、所望の部分に導電体膜206が形成される。尚、加速装置内の導電体膜206を接続する場合は、基板側壁201Sの凸部分にある導電体膜206を残すことができる。中央孔に導電体膜を形成する場合もその中央孔部分に感光性膜を形成(残す)すれば良い。 FIG. 7 shows the details of the process. FIG. 7 is a diagram showing a process from the formation of the side wall of the substrate to the patterning of the conductor film, and for simplicity, only a part of the structure shown in FIG. 6 is shown. As shown in FIG. 7A, after forming the substrate sidewall 201S (201S-(A), 201S-(1), etc.) and the cavity 204 (204C-(A), 204C-(1), etc.), the insulating film is formed. 238 is formed, then the conductor film 206 is formed, and then the photosensitive film 241 is formed. The photosensitive film 241 is formed by a coating method or by attaching a photosensitive sheet and softening the sheet. Next, as shown in FIG. 7B, a desired pattern 241 is formed by an exposure method (including development and baking), the photosensitive film in a portion where the conductor film 206 is to be removed is removed, and a window is opened. .. The exposed conductor film 206 in the window-opened portion is removed by dry etching or wet etching. When a protective film or the like is present on the conductor film 206, the conductor film 206 is etched after the protective film or the like is removed by etching. After the conductor film 206 is etched, the insulating film 238 exists below it, and when it is also removed, the insulating film 238 is also removed by dry etching or wet etching. Then, if the photosensitive film 241 is removed, the conductor film 206 is formed at a desired portion as shown in FIG. 7C. When the conductor film 206 in the accelerator is connected, the conductor film 206 on the convex portion of the substrate side wall 201S can be left. When the conductor film is formed in the central hole, the photosensitive film may be formed (remained) in the central hole portion.

導電体膜206を残したい部分においてメッキ法で導電体膜を厚く積層する方法について説明する。導電体膜206はメッキのシーズ(種)になれば良いので、薄く積層するだけで良い。たとえば、導電体膜206が銅の場合、100nm程度あれば良い。図7(a)の後で、導電体膜206を積層したい部分を窓開けする。すなわち、図7(d)に示すように感光性膜242をパターニングし、導電体膜206を積層したい部分である加速キャビティ部分等を窓開けする。従って、図7(b)とは逆のパターニングとなる。この状態でメッキ液(たとえば、銅メッキであればたとえば硫酸銅液)に浸漬し電界印加により露出した導電体膜206部分に厚く銅等のメッキ膜243を所定厚みメッキする。尚、無電解メッキ法を用いれば、最初に積層する導電体膜206が不要となる場合もある。この後感光性膜242を除去した後、薄い導電体膜206をエッチングするが、メッキ膜243(+206)に比べ導電体膜206の厚みは薄いので、導電体膜206のエッチング液またはエッチングガスで全面エッチングする。こうすれば新たなマスク(感光性膜など)は不要で、所望の領域だけに導電体膜206および243を形成できる。 A method of thickly laminating the conductor film at a portion where the conductor film 206 is desired to be left will be described. Since the conductor film 206 only needs to be a seed (seed) for plating, it need only be thinly laminated. For example, when the conductor film 206 is copper, it may have a thickness of about 100 nm. After FIG. 7A, a window is opened in a portion where the conductor film 206 is to be laminated. That is, as shown in FIG. 7D, the photosensitive film 242 is patterned, and a window is opened in the acceleration cavity portion or the like where the conductor film 206 is to be laminated. Therefore, the patterning is the reverse of that of FIG. In this state, it is immersed in a plating solution (for example, copper sulfate solution in the case of copper plating) and a thick plating film 243 of copper or the like is plated on the portion of the conductor film 206 exposed by the electric field application. If the electroless plating method is used, the conductor film 206 to be laminated first may be unnecessary. After that, the photosensitive film 242 is removed, and then the thin conductor film 206 is etched. However, since the conductor film 206 is thinner than the plated film 243 (+206), an etching solution or etching gas for the conductor film 206 is used. The entire surface is etched. In this way, a new mask (photosensitive film or the like) is unnecessary, and the conductor films 206 and 243 can be formed only in desired regions.

上部基板202上にも図6(a)〜(e)に示すプロセスで同じ構造を形成する。本発明の荷電粒子加速装置は、空洞204の中心に対して上下および横は(ほぼ)対称形となっている。従って、図6(f)に示すように、下部基板203に形成した図6(e)に示す構造と上部基板202に形成した図6(e)に示す構造を主基板201の上面同士を付着させる。上部基板202や下部基板203はたとえばガラス基板であるから、導電体膜206のない空洞部分204を通して可視光が通るので、直接上側基板(上部基板202と主基板201)と下側基板(下部基板203と主基板201)とをアライメントできるので、極めて正確に合わせ込みができる。本発明の加速装置はLSIプロセスで作製できるので、パターン精度は1μm以下であるから、合わせ精度を3μmとすれば、5μm以下の精度で上側基板と下側基板を付着できる。この精度は加速装置の制御には十分である。 The same structure is formed on the upper substrate 202 by the process shown in FIGS. The charged particle accelerator of the present invention has a (substantially) symmetrical shape vertically and horizontally with respect to the center of the cavity 204. Therefore, as shown in FIG. 6(f), the structure shown in FIG. 6(e) formed on the lower substrate 203 and the structure shown in FIG. 6(e) formed on the upper substrate 202 are attached to each other on the upper surfaces of the main substrate 201. Let Since the upper substrate 202 and the lower substrate 203 are, for example, glass substrates, visible light passes through the hollow portion 204 without the conductor film 206. Therefore, the upper substrate (the upper substrate 202 and the main substrate 201) and the lower substrate (the lower substrate) are directly connected. Since 203 and the main substrate 201) can be aligned, the alignment can be performed extremely accurately. Since the accelerating device of the present invention can be manufactured by the LSI process, the pattern accuracy is 1 μm or less. Therefore, if the alignment accuracy is 3 μm, the upper substrate and the lower substrate can be attached with an accuracy of 5 μm or less. This accuracy is sufficient for controlling the accelerator.

主基板同士の付着は、常温接合法、拡散接合法、高温接合法、あるいは接着剤を用いて強固に行なうことができる。付着部分239に絶縁膜が存在し、付着が不十分となる場合は、この部分の絶縁膜を除去し主基板(たとえば、シリコン)同士を常温接合法、表面活性化法、高温接合法または拡散接合法等で付着できる。あるいは、この部分に金属膜または接着剤を付着して、常温接合、または加熱や圧力をかけて上側基板と下側基板を強固に付着することもできる。さらに、この部分に薄いガラス基板を挟み上下の主基板(たとえば、シリコン)と静電結合(陽極接合)で強固に付着させることもできる。また、導電性接着剤を使用すれば、上側基板に形成される導電体膜206と下側基板に形成される導電体膜206を電気的に接続することが可能である。導電性接着材を使用しなくても、常温接合または適度な温度や圧力をかけて導電体膜206を電気的に接続することも可能である。ここでS1は接合面であり、加速空洞の中心はほぼS1と重なる。また、中央孔の中心もほぼS1と重なる。 The main substrates can be firmly attached to each other by a room temperature bonding method, a diffusion bonding method, a high temperature bonding method, or an adhesive. If the insulating film is present in the adhered portion 239 and the adhesion is insufficient, the insulating film in this portion is removed, and the main substrates (for example, silicon) are bonded to each other at room temperature, surface activation method, high temperature bonding method or diffusion. It can be attached by a joining method. Alternatively, a metal film or an adhesive may be attached to this portion, and the upper substrate and the lower substrate may be firmly attached by room temperature bonding or by applying heat or pressure. Further, a thin glass substrate may be sandwiched in this portion and firmly adhered to the upper and lower main substrates (for example, silicon) by electrostatic coupling (anodic bonding). Further, if a conductive adhesive is used, it is possible to electrically connect the conductor film 206 formed on the upper substrate and the conductor film 206 formed on the lower substrate. Even without using a conductive adhesive, it is possible to bond at room temperature or electrically connect the conductive film 206 by applying an appropriate temperature or pressure. Here, S1 is a joint surface, and the center of the accelerating cavity substantially overlaps with S1. The center of the central hole also overlaps with S1.

図6(g)は、図6(f)における基板側壁201Sの断面を空洞の長手方向と垂直な方向から見た図である。上側基板(上部基板202および主基板201)と下側基板(下部基板203および主基板201)を接合面S2で付着した図で、空洞キャビティの境界を破線237で示す。上部基板202と下部基板203をほぼ同様の基板とした場合は、接合面S2に対して上下がほぼ対称関係となる。その中心には中央孔205が形成される。中央孔205が矩形の場合、図6(d)から分かるように縦がe1で、横がe2である。中央孔205において、基板側壁201Sの表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜239を積層して、さらに導電体膜206を形成しても良い。図6(g)では、上側基板と下側基板203との間にある、導電体膜206は除去しているが、この除去は、導電体膜206を残したい部分を感光性膜でマスクし、除去したい部分について感光性膜の窓開けを行ない、導電体膜206のエッチング液またはエッチングガスでエッチング除去する。接合面(付着面)S2において、絶縁膜239を除去しても良い。この場合は主基板201と主基板201の接合になる。また、主基板201(上側なので、201(U))と主基板201(下側なので、201(B))との間に薄いガラス基板を挟んで、静電(陽極)結合により強固に付着させることもできる。 FIG. 6G is a view of the cross section of the substrate side wall 201S in FIG. 6F as seen from a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cavity. In the figure in which the upper substrate (upper substrate 202 and main substrate 201) and the lower substrate (lower substrate 203 and main substrate 201) are attached at the bonding surface S2, the boundary of the cavity is indicated by the broken line 237. When the upper substrate 202 and the lower substrate 203 are substantially the same substrate, the upper and lower sides are substantially symmetrical with respect to the bonding surface S2. A central hole 205 is formed in the center thereof. When the central hole 205 has a rectangular shape, the vertical is e1 and the horizontal is e2, as can be seen from FIG. In the central hole 205, an insulating film 239 such as a silicon oxide film may be laminated on the surface of the substrate side wall 201S to further form a conductor film 206. In FIG. 6G, the conductor film 206 between the upper substrate and the lower substrate 203 is removed. In this removal, the portion where the conductor film 206 is to be left is masked with a photosensitive film. The window of the photosensitive film is opened in the portion to be removed, and the conductive film 206 is removed by etching with an etchant or etching gas. The insulating film 239 may be removed at the bonding surface (adhesion surface) S2. In this case, the main substrate 201 and the main substrate 201 are joined together. Further, a thin glass substrate is sandwiched between the main substrate 201 (201 (U) because it is on the upper side) and the main substrate 201 (201 (B) because it is on the lower side), and they are firmly attached by electrostatic (anodic) coupling. You can also

以上のようにして、平板状基板(主基板、下部基板、上部基板を含む)を用いて荷電粒子加速装置を作製することができる。従来は、加速管内に配置するディスクを1枚1枚作製し、また加速キャビティも1個ずつ作製してそれらを組立てていくため、装置も大きくなり、組立て時間も組立てコストも膨大になり、さらに精度を高めることも困難であったが、本発明の場合は、LSIプロセスを用いるか、応用しているため、大量に、しかも安価に、精度良く(合わせ誤差は、大きくても1〜5μm以下)作製できる。 As described above, the charged particle accelerator can be manufactured using the flat substrate (including the main substrate, the lower substrate, and the upper substrate). Conventionally, the disks to be placed in the accelerating tube are manufactured one by one, and the accelerating cavities are also manufactured one by one to assemble them, so that the device becomes large, and the assembling time and the assembling cost become enormous. Although it was difficult to improve the accuracy, in the case of the present invention, since the LSI process is used or applied, a large amount, inexpensively and accurately (the alignment error is at most 1 to 5 μm or less). ) Can be made.

図8は、上側基板(主基板201U、上部基板202)と下側基板(主基板201B、下部基板203)の間にガラス基板251を挟んで静電結合で付着させる場合の荷電粒子加速装置の作製方法を示す図である。図6および図7と重複する所は省略している所もある。シリコン基板201(下側になる基板ということで201Bと称している)と下部基板203であるガラス基板または石英ガラス基板を陽極接合で接合する。次に、シリコン基板201のもう一方の面にもガラス基板また石英ガラス基板251を陽極接合で接合する。このとき、シリコン基板201にプラス(+)電圧を印加する必要があるので、シリコン基板201の側面からプラス(+)電圧を印加するか、あるいは、下部基板203の周辺をフォトリソ法でエッチング除去してシリコン基板201を露出して、その露出した部分からプラス(+)電圧を印加する。(尚、シリコン基板201は金属板等の導電体基板でも陽極接合が可能である。また、シリコン基板201上にアルミニウム等の金属膜を薄く積層してからガラス基板と接合すれば、金属膜がない場合の陽極接合より低温接合が可能である。)ガラス基板251等の厚みは薄い方が良いので、100μm以下、望ましくは50μm以下、もっと望ましくは20μm以下が良い。10μm以下でも良い。このように薄くする方法として、最初厚いガラス基板等を付着して、研磨法(CMP、BG等)やエッチング法(ウエット、ドライ等)で薄くすることができる。 FIG. 8 shows a charged particle accelerator in which a glass substrate 251 is sandwiched between an upper substrate (main substrate 201U, upper substrate 202) and a lower substrate (main substrate 201B, lower substrate 203) to be attached by electrostatic coupling. It is a figure which shows the manufacturing method. 6 and 7 are omitted in some places. A silicon substrate 201 (which is referred to as 201B because it is a substrate on the lower side) and a glass substrate or a quartz glass substrate which is the lower substrate 203 are bonded by anodic bonding. Next, the glass substrate or the quartz glass substrate 251 is also bonded to the other surface of the silicon substrate 201 by anodic bonding. At this time, since it is necessary to apply a plus (+) voltage to the silicon substrate 201, a plus (+) voltage is applied from the side surface of the silicon substrate 201, or the periphery of the lower substrate 203 is removed by photolithography. The silicon substrate 201 is exposed by applying a positive (+) voltage from the exposed portion. (Note that the silicon substrate 201 can also be anodically bonded to a conductive substrate such as a metal plate. Further, if a metal film such as aluminum is thinly laminated on the silicon substrate 201 and then bonded to a glass substrate, the metal film is formed. Low temperature bonding is possible as compared with anodic bonding in the case of no glass substrate.) Since the thickness of the glass substrate 251 and the like is preferably thin, 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less. It may be 10 μm or less. As a thinning method, a thick glass substrate or the like may be first attached and then thinning can be performed by a polishing method (CMP, BG, etc.) or an etching method (wet, dry, etc.).

次に、基板側壁201Sを形成するための感光性膜233のパターンをフォトリソ法で形成する。次にこの感光性膜233のパターンを用いて、窓開けされた領域のガラス基板251をエッチング除去する。感光性膜233のパターンにできるだけ忠実にエッチングするために、異方性ドライエッチング(垂直エッチング)が望ましいが、サイドエッチング量を考慮してウエットエッチングや等方性ドライエッチングでも良い。ガラス基板251をエッチング除去した後、シリコン基板201をエッチング除去する。感光性膜233のパターンにできるだけ忠実にエッチングするために、異方性ドライエッチング(垂直エッチング)が望ましいが、サイドエッチング量を考慮してウエットエッチングや等方性ドライエッチングでも良い。図8(a)では、垂直エッチングライン234を破線で示している。 Next, a pattern of the photosensitive film 233 for forming the substrate sidewall 201S is formed by photolithography. Next, using the pattern of the photosensitive film 233, the glass substrate 251 in the region where the window is opened is removed by etching. Anisotropic dry etching (vertical etching) is desirable in order to etch the pattern of the photosensitive film 233 as faithfully as possible, but wet etching or isotropic dry etching may be used in consideration of the side etching amount. After the glass substrate 251 is removed by etching, the silicon substrate 201 is removed by etching. Anisotropic dry etching (vertical etching) is desirable in order to etch the pattern of the photosensitive film 233 as faithfully as possible, but wet etching or isotropic dry etching may be used in consideration of the side etching amount. In FIG. 8A, the vertical etching line 234 is indicated by a broken line.

中央孔205の形成もガラス基板251の上から感光性膜のパターニングを行ない、ガラス基板251および主基板201の一部エッチングを行なう。中央孔サイズがガラス基板251が厚み以下である場合は、ガラス基板251だけのエッチングで良い。逆にガラス基板251の厚みを中央孔サイズと合わせることもでき、その場合、ガラス基板251と主基板201とのエッチング選択比を大きくすることにより、中央孔のサイズがガラス基板の厚みと等しくなり、極めて正確に中央孔のサイズを制御できる。中央孔のパターニングは、基板側壁201S−(A)、201S−(i){i=1、2、・・・}、201S−(B)および貫通孔204C−(A)、204C−(i)、204C−(B)を形成する前に形成することもできる。次に、絶縁膜238を形成し、さらに導電体膜206を形成する。(図8(b))次に、フォトリソ法、エッチング法により、導電体膜の必要なパターニングを行なう。(図8(c))加速空洞となる貫通孔204C−(A)、204C−(i){i=1、2、・・・}、204C−(B)の内側面には導電体膜206が形成される。また、それらを接続する中央孔205内面にも必要な部分に導電体膜206を残す。
もう一方の側(図8では、上側の上部基板202側)も同様に作製し、それらを付着させる。(図8(d))ガラス基板251の側面にも導電体膜206が付着しているので、それらが付着して圧力や熱処理等を行ない接続させることができる。さらに、必要な場合には導電性接着剤や半田金属をこの接続部分に付着させて合わせて付着することにより十分な接続を確保できる。導電性接着剤や半田金属はディスペンサー等でなぞりながら塗布できる。あるいは、接続部分と同じ注入口を持つディスペンサー等を作製し、その注入口から一挙に接続部へ導電性接着剤や半田金属(溶融したもの、またはペースト)を付着できる。あるいは、導電体膜の必要な部分を感光性膜でパターニングして露出させ、その露出部分にメッキ法で半田金属を析出させる。これらを付着させて熱処理すれば良い。さらに、この後真空引き用、またはパージ・クリーニング用の開口部を上部基板202または下部基板203に開口するが。この開口部を利用して、メッキ液を注入して接続部等にメッキすることもできる。あるいは、開口部から選択CVD用のガス(たとえば、WF6)を導入し、接続部等の導電体膜206が露出した部分に選択的に金属膜(たとえば、W)を積層することもできる。あるいは、接続が不十分な場合でも、上下に電極を形成できるので、両方から同じ高周波電圧を印加すれば良い。図8(c)と同じものを互いに付着させたときの接着面は一点鎖線で示す244であり、この接着面244に対し上下にほぼ対称な形状となる。この接着は、ガラス面とガラス面の接着になるので、静電陽極接合を行なえないので、片側はガラス基板251を使わないようにすれば、上下を接着するときに静電陽極接合を使用できるので、強固な接合を実現できる。
The central hole 205 is also formed by patterning the photosensitive film on the glass substrate 251 and partially etching the glass substrate 251 and the main substrate 201. When the size of the central hole is equal to or less than the thickness of the glass substrate 251, only the glass substrate 251 may be etched. On the contrary, the thickness of the glass substrate 251 can be matched with the size of the central hole. In that case, by increasing the etching selection ratio between the glass substrate 251 and the main substrate 201, the size of the central hole becomes equal to the thickness of the glass substrate. , Very accurately control the size of the central hole. The patterning of the central hole is performed by patterning the substrate side walls 201S-(A), 201S-(i) {i=1, 2,...}, 201S-(B) and the through holes 204C-(A), 204C-(i). , 204C-(B) may be formed. Next, the insulating film 238 is formed and then the conductor film 206 is formed. (FIG. 8B) Next, required patterning of the conductor film is performed by photolithography and etching. (FIG. 8C) The conductor film 206 is formed on the inner surface of the through holes 204C-(A), 204C-(i) {i=1, 2,...}, 204C-(B) to be the acceleration cavities. Is formed. Further, the conductor film 206 is left in the necessary portion on the inner surface of the central hole 205 connecting them.
The other side (the upper substrate 202 side on the upper side in FIG. 8) is similarly prepared and they are attached. (FIG. 8D) Since the conductor film 206 is also attached to the side surface of the glass substrate 251, they can be attached and connected by performing pressure or heat treatment. Further, if necessary, a conductive adhesive or a solder metal may be attached to the connection portion and then attached together to ensure sufficient connection. The conductive adhesive or the solder metal can be applied by tracing with a dispenser or the like. Alternatively, a dispenser or the like having the same inlet as the connecting portion can be manufactured, and the conductive adhesive or the solder metal (melted or paste) can be attached to the connecting portion all at once from the inlet. Alternatively, a required portion of the conductor film is patterned and exposed by a photosensitive film, and a solder metal is deposited on the exposed portion by a plating method. These may be adhered and heat treated. Further, after that, openings for vacuuming or purging/cleaning are opened in the upper substrate 202 or the lower substrate 203. It is also possible to use this opening to inject a plating solution to plate the connecting portion and the like. Alternatively, a selective CVD gas (for example, WF6) may be introduced through the opening, and a metal film (for example, W) may be selectively laminated on the exposed portion of the conductor film 206 such as the connection portion. Alternatively, even if the connection is insufficient, the electrodes can be formed above and below, so that the same high-frequency voltage may be applied from both. An adhesive surface when the same objects as those in FIG. 8C are attached to each other is 244 indicated by a chain line, and has a shape that is substantially symmetrical vertically with respect to the adhesive surface 244. Since this bonding is a bonding of glass surfaces to each other, electrostatic anodic bonding cannot be performed. Therefore, if the glass substrate 251 is not used on one side, electrostatic anodic bonding can be used when bonding the upper and lower sides. Therefore, strong joining can be realized.

次に、図8(e)に示すように、下部基板203および絶縁膜238にコンタクト孔を形成し、そこに導電体膜を形成し導電体膜206へ接続するコンタクト245を形成する。さらにこのコンタクト245に接続する導電体膜・電極・配線246を形成する。同様に、上部基板202および絶縁膜238にコンタクト孔を形成し、そこに導電体膜を形成し導電体膜206へ接続するコンタクト248を形成する。さらにこのコンタクト248に接続する導電体膜・電極・配線249を形成する。図8(e)に示すように、これらのコンタクト245、248および電極・配線245、249は、各空洞室204C−A、B、204C−iそれぞれの空洞室内面に形成された導電体膜206へ接続できるようにそれぞれ作製でき、プロセスの増加は全く生じない。これによって、それぞれの空洞室内面に形成された導電体膜206へ外側から個別に電圧を印加できる。さらに、上下の導電体膜206は接合面244で互いに合わさり接合するが、たとえ接合が不十分でも、それぞれ上下の電極246および249から(高周波)電圧印加ができるので、同じ電位とすることができる。また、下部基板203に真空引き用の開口部247、上部基板202に真空引き用の開口部250を形成する。この開口部247および250も各空洞で同時に作製でき、各空洞の圧力を個々に制御することもでき、また非常に小さな空間を個別に真空引きできるので、超超低圧の空洞を実現することができる。上述した様にこの開口部を用いて、メッキ液を空洞内に入れて内部の導電体膜の接続部にメッキもできるし、選択CVD用のガスを空洞内に入れて内部の導電体膜の接続部に選択導電体膜を積層することもできる。以上のように極めて簡単に非常に小さな加速空洞を作製できる。
次に偏向電磁石を説明する。図4、図11〜図14に示した四極磁石のうち上下に配置したコイルを用いて偏向電磁石を作製できる。図15は、図1における偏向電磁石25、30、34、37等の荷電粒子通過空洞およびそこに配置された電磁石を示す図である。図15(a)は偏向電磁石部分の荷電粒子通過空洞257およびコイルの配置状態を示す図である。荷電粒子通過空洞257は、中心軌道が半径Rの曲率を持ち、その曲率に沿った空洞である。この空洞の上下に電磁石である微小コイル258が多数配列している。微小コイル258は荷電粒子通過空洞257の全体を覆って密に配置される。荷電粒子Gは、荷電粒子通過空洞257の入り口から入って、荷電粒子通過空洞257内の垂直磁界によりローレンツ力を受けて軌道半径Rで円運動を行ない荷電粒子通過空洞257の出口から出ていく。
Next, as shown in FIG. 8E, contact holes are formed in the lower substrate 203 and the insulating film 238, a conductor film is formed therein, and a contact 245 for connecting to the conductor film 206 is formed. Further, a conductor film/electrode/wiring 246 connected to the contact 245 is formed. Similarly, a contact hole is formed in the upper substrate 202 and the insulating film 238, a conductor film is formed therein, and a contact 248 connecting to the conductor film 206 is formed. Further, a conductor film/electrode/wiring 249 connected to the contact 248 is formed. As shown in FIG. 8E, the contacts 245, 248 and the electrodes/wirings 245, 249 are formed of the conductor film 206 formed on the inner surfaces of the respective cavity chambers 204C-A, B, 204C-i. Each can be made so that it can be connected to, and no increase in process occurs. As a result, it is possible to individually apply a voltage from the outside to the conductor film 206 formed on the inner surface of each cavity. Further, the upper and lower conductor films 206 are joined to each other at the joint surface 244 and bonded, but even if the bonding is insufficient, since the (high frequency) voltage can be applied from the upper and lower electrodes 246 and 249, respectively, the same potential can be obtained. .. Further, an opening 247 for evacuation is formed in the lower substrate 203, and an opening 250 for evacuation is formed in the upper substrate 202. The openings 247 and 250 can also be formed in the respective cavities at the same time, the pressure in each of the cavities can be individually controlled, and a very small space can be individually evacuated, so that an ultra-low pressure cavity can be realized. it can. As described above, by using this opening, the plating solution can be introduced into the cavity to plate the connection portion of the inner conductor film, or the selective CVD gas can be introduced into the cavity to remove the inner conductor film. A selective conductor film may be laminated on the connection portion. As described above, a very small accelerating cavity can be produced extremely easily.
Next, the bending electromagnet will be described. A bending electromagnet can be manufactured by using the coils arranged above and below among the quadrupole magnets shown in FIGS. 4 and 11 to 14. FIG. 15 is a diagram showing charged particle passage cavities such as the deflection electromagnets 25, 30, 34, 37 in FIG. 1 and electromagnets arranged therein. FIG. 15A is a diagram showing the arrangement state of the charged particle passage cavity 257 and the coil in the deflection electromagnet portion. The charged particle passage cavity 257 is a cavity along which the central orbit has a curvature of radius R. A large number of minute coils 258, which are electromagnets, are arranged above and below this cavity. The micro coils 258 are densely arranged so as to cover the entire charged particle passage cavity 257. The charged particles G enter through the entrance of the charged particle passage cavity 257, undergo Lorentz force by the vertical magnetic field in the charged particle passage cavity 257, make circular motion with the orbital radius R, and exit from the exit of the charged particle passage cavity 257. ..

荷電粒子通過空洞257を曲率中心に垂直な断面A1−A2に沿った断面図を図15(b)に示す。主基板261に形成された貫通室264の上下を上部基板262および下部基板263で閉じている。この貫通室264が荷電粒子通過空洞257であり、中心軌道が半径Rの円軌道を有する空洞となっている。上部基板262の上面にコイル260(260−1、2、3)が複数配置されている。コイル260(260−1、2、3)は第4基板266に付着し、第4基板266は支柱265(265−1、2)に付着し、支柱265は上部基板262に付着している。コイルはコイルサイズ(コイル軸に対して垂直面方向サイズ)が小さいほど、巻き数が多いほど、流れる電流が大きいほど、コイル端面の磁界が大きいので、小さなコイルを多数並べて配置すると、荷電粒子通過空洞257に及ぼす磁界が大きい。本発明のコイルは、図13でも示したようにコイルサイズを小さくすることは容易であるが、配線サイズを小さくすると流せる電流も小さくなる。従って、一概にコイルサイズを決めることはできないが、荷電粒子通過空洞257に比べてコイル260のサイズが小さい場合は、荷電粒子通過空洞257全体をコイル260で完全に被うように複数配列する。たとえば、コイルサイズが0.5mm×0,5mmで、荷電粒子通過空洞257の幅が1mmであるときは、図15(b)に示すように、少なくとも3個のコイルを荷電粒子通過空洞257の幅方向に並べる。その際荷電粒子Gの中心軌道は荷電粒子通過空洞257の幅方向におけるほぼ中心であるから、この中心上に1つのコイルの軸がほぼ一致するように配置するのが望ましい。コイル端面の中心が最も磁界が大きいからである。(ただし、余り差はない。)そのコイルを間にして幅方向に密に配列していく。コイル間の距離(たとえば、コイル260−1と260−2との距離)は、コイルを作製するとき(コイル配線基板を重ねて付着するとき)に決まり、コイル同士を分離する必要がないので、かなり小さくすることができる。たとえば、配線間距離をコイルの配線幅程度とすることも可能である。コイルサイズが荷電粒子通過空洞257より大きい場合は、幅方向には1個のコイルで良い。そのときもコイルの軸は荷電粒子通過空洞257の中心上に来るようにコイルを配置することが望ましい。 A cross-sectional view of the charged particle passage cavity 257 along a cross section A1-A2 perpendicular to the center of curvature is shown in FIG. An upper substrate 262 and a lower substrate 263 close the upper and lower sides of the through chamber 264 formed in the main substrate 261. The penetrating chamber 264 is a charged particle passage cavity 257, and the central orbit is a cavity having a circular orbit of radius R. A plurality of coils 260 (260-1, 2, 3) are arranged on the upper surface of the upper substrate 262. The coils 260 (260-1, 2, 3) are attached to the fourth substrate 266, the fourth substrate 266 is attached to the columns 265 (265-1, 2), and the columns 265 are attached to the upper substrate 262. The smaller the coil size (size in the direction perpendicular to the coil axis), the larger the number of turns, the larger the flowing current, and the larger the magnetic field at the end surface of the coil. The magnetic field exerted on the cavity 257 is large. In the coil of the present invention, it is easy to reduce the coil size as shown in FIG. 13, but the current that can be passed is also reduced when the wiring size is reduced. Therefore, although the coil size cannot be determined unconditionally, when the size of the coil 260 is smaller than that of the charged particle passage cavity 257, a plurality of charged particle passage cavities 257 are arranged so that the entire coil 260 is completely covered. For example, when the coil size is 0.5 mm×0.5 mm and the width of the charged particle passage cavity 257 is 1 mm, at least three coils have a width of the charged particle passage cavity 257 as shown in FIG. Arrange in the direction. At that time, since the central orbit of the charged particles G is substantially the center in the width direction of the charged particle passage cavity 257, it is desirable to arrange the coils so that the axes of one coil substantially coincide with each other. This is because the center of the coil end face has the largest magnetic field. (However, there is not much difference.) The coils are arranged closely in the width direction. The distance between the coils (for example, the distance between the coils 260-1 and 260-2) is determined when the coils are manufactured (when the coil wiring boards are stacked and attached), and it is not necessary to separate the coils from each other. Can be quite small. For example, it is possible to set the inter-wiring distance to about the coil wiring width. When the coil size is larger than the charged particle passage cavity 257, one coil may be used in the width direction. Also at this time, it is desirable to arrange the coil so that the axis of the coil is located on the center of the charged particle passage cavity 257.

また、荷電粒子通過空洞257における荷電粒子の進行方向に関しても、この軌道に合わせたコイル配線基板のコイルパターンを用いて、コイルを隙間なく配列していけば良い。たとえば、図15(a)に示すようにコイル258を配列していく。そして、コイル配列群をまとめて分離して(あるいは分離しなくても良い)第4基板に付着して、支柱265(265−1,2)を元にして(または一緒に)上部基板262に付着する。これは図14で説明したことと同様である。コイル260の軸は上部基板262や主基板表面に対して垂直となるようにする。また、コイル260の端面はできるだけ荷電粒子通過空洞257に近い方が良いので、上部基板262に接触させて付着するか、できるだけ接近させる。コイル260が配置される部分における上部基板262の部分273−1を薄くして(実際にはコイル260(260−1、2,3)の方が荷電粒子通過空洞257の幅よりも広いので、荷電粒子通過空洞257の幅よりも広いコイル260が全て入り込むことのできる凹部を設ける)、その凹部へコイル260(260−1、2、3)を挿入することも望ましい。さらに、荷電粒子通過空洞257におけるコイル260を配置する部分の上部基板262の部分273−1を開口して、コイル260の磁界が上部基板262により弱められたり、乱されたりしないようにすることも望ましい。この場合、荷電粒子通過空洞257の気密空間が破れるので、コイル260の下端面の外周部(この場合は、複数のコイルの外周部)と上部基板262との付着を確実に行なうことが望ましい。たとえば、コイル外周部に接着剤(半田金属)を付着したり、常温接合や高温接合、拡散接合、あるいは静電陽極接合を確実に行なう。さらに、コイルが配置される空間269を気密空間として、第4基板266に真空引き用の開口部270を設け、この真空引き用開口部270から気密空間269を超低圧にする。当然荷電粒子通過空洞257にも真空引き用の開口部を上部基板262や下部基板263に設けて、その開口部を通して真空引きできるようにする。この結果、荷電粒子通過空洞257を超超低圧空間とすることができる。 Further, regarding the traveling direction of the charged particles in the charged particle passage cavity 257, the coils may be arranged without gaps by using the coil pattern of the coil wiring board that matches the trajectory. For example, the coils 258 are arranged as shown in FIG. Then, the coil array groups are collectively separated (or may be separated) and attached to the fourth substrate, and the pillars 265 (265-1, 2) are used as the base (or together) on the upper substrate 262. Adhere to. This is similar to that described with reference to FIG. The axis of the coil 260 is made perpendicular to the surface of the upper substrate 262 and the main substrate. Further, since the end surface of the coil 260 should be as close to the charged particle passage cavity 257 as possible, the end surface of the coil 260 should be brought into contact with and attached to the upper substrate 262, or as close as possible. The portion 273-1 of the upper substrate 262 in the portion where the coil 260 is arranged is made thin (in practice, the coil 260 (260-1, 2, 3) is wider than the width of the charged particle passage cavity 257, It is also desirable to insert a recess into which the coil 260 wider than the width of the charged particle passage cavity 257 can all enter) and insert the coil 260 (260-1, 2, 3) into the recess. Further, it is also possible to open the portion 273-1 of the upper substrate 262 in the portion where the coil 260 is arranged in the charged particle passage cavity 257 so that the magnetic field of the coil 260 is not weakened or disturbed by the upper substrate 262. desirable. In this case, since the airtight space of the charged particle passage cavity 257 is broken, it is desirable to reliably adhere the outer peripheral portion of the lower end surface of the coil 260 (in this case, the outer peripheral portions of the plurality of coils) and the upper substrate 262. For example, an adhesive (solder metal) is attached to the outer peripheral portion of the coil, or room temperature bonding, high temperature bonding, diffusion bonding, or electrostatic anodic bonding is performed reliably. Further, a space 269 in which the coil is arranged is used as an airtight space, and an opening 270 for evacuation is provided in the fourth substrate 266, and the airtight space 269 is made to have an extremely low pressure through the evacuation opening 270. Of course, the charged particle passage cavity 257 is also provided with an opening for vacuuming the upper substrate 262 and the lower substrate 263 so that vacuum can be drawn through the opening. As a result, the charged particle passage cavity 257 can be an ultra-ultra-low pressure space.

下部基板263も同様にコイル259(259−1、2、3)を配置する。コイル259(259−1、2、3)の端面を荷電粒子通過空洞257へ近づけるために凹部273−2を設けたり、開口部273−2を設けたりすることができる。コイル259は第4基板268に付着し、支柱267(267−1、2)は下部基板263に付着し、第4基板268は支柱267に付着する。コイル259を配置する空間271を気密空間とし、第4基板268に真空引き用開口部272を設けることもできる。下部基板263側のコイル259は、上部基板262側のコイル260と同じものを同じ数だけ、荷電粒子通過空洞257に対して対称に配置することが望ましい。同じ特性のものであれば、荷電粒子通過空洞257内の磁界を制御しやすい。しかし異なるサイズのコイルでも、流す電流の大きさを調整すれば、同様に荷電粒子通過空洞257内の磁界を制御することができる。本発明は、コイルを配置する空洞がどのような形状をしてもそれに合わせてコイルの形状を設定できる。たとえば、コイル配線を任意の曲線形状にできる。また、コイルサイズの自由に設定できるし、コイルの配置項数や配置形状も自由に変更できる。図1に示すシンクロトロンの偏向磁石部25、30、34、37等は半径Rの曲率を持つ扇型形状の空洞であるが、それに対応したコイルを自由に配置することができる。もちろん、直線形状の空洞における四極電磁石、収束用電磁石の配置形状や配置個数も自由に設定できる。 Similarly, on the lower substrate 263, the coils 259 (259-1, 2, 3) are arranged. A recess 273-2 or an opening 273-2 can be provided to bring the end surface of the coil 259 (259-1, 2, 3) closer to the charged particle passage cavity 257. The coil 259 is attached to the fourth substrate 268, the columns 267 (267-1, 2) are attached to the lower substrate 263, and the fourth substrate 268 is attached to the columns 267. The space 271 in which the coil 259 is arranged may be an airtight space, and the fourth substrate 268 may be provided with the vacuuming opening 272. It is desirable that the same number of coils 259 on the lower substrate 263 side as those on the upper substrate 262 side are arranged symmetrically with respect to the charged particle passage cavities 257. If the characteristics are the same, it is easy to control the magnetic field in the charged particle passage cavity 257. However, even with coils of different sizes, the magnetic field in the charged particle passage cavity 257 can be controlled in the same manner by adjusting the magnitude of the current to be passed. According to the present invention, the shape of the coil can be set according to the shape of the cavity in which the coil is arranged. For example, the coil wiring can have an arbitrary curved shape. Further, the coil size can be freely set, and the number of coil arrangement items and the arrangement shape can be freely changed. The deflection magnet portions 25, 30, 34, 37, etc. of the synchrotron shown in FIG. 1 are fan-shaped cavities having a radius of curvature of R, but coils corresponding thereto can be freely arranged. Of course, the arrangement shape and the number of arrangement of the quadrupole electromagnets and the focusing electromagnets in the linear cavity can be freely set.

既に述べたように、本発明の加速器は、種々の機能を持つ機器を一括して作製できるので、基板を大きくして、さらに機器を接続することができる。図1で示したシンクロトロンである超小型加速装置をさらに1回り大きいシンクロトロンを接続し、それらを同時に一挙に作製することができる。図16は、図1で示した円形加速器(シンクロトロン)8−1を有する超小型加速装置10−1をさらに1回り大きい円形加速器8−2に接続した図で、2重シンクロトロン(あるいは2サイクルシンクロトロン)を示す図である。1つ目の小さな超小型加速装置10−1の回りを2つ目のシンクロトロン8−2が取り巻いている。これらをまとめて超小型装置10−2とする。1つ目の小さな超小型加速装置10−1(図1で示したものと同じと考えて良い)の出口41−1(図1の41であるが、2つ目の大きなシンクロトロンの出口41(これは41−2)と区別する意味で「−1」をつけた。)は2つ目のシンクロトロン8−2のインフレクター21−2へ接続する。すなわち、1つ目の小さなシンクロトロン8−1の出口41−1を出た荷電粒子は、インフレクター21−2を介して、円形加速器8において荷電粒子が通る空洞である蓄積リング24−2に入射する。円形加速器8を出た空洞の途中に線形加速装置39−1を設けて、インフレクター21−2へ入る荷電粒子の速度を調節することもできる。また、その途中に他の偏向電磁石、加速電極、減速電極、線形加速装置、収束電磁石等を設けても良い。 As described above, the accelerator of the present invention can collectively manufacture devices having various functions, so that the substrate can be enlarged and further devices can be connected. The micro-accelerator as the synchrotron shown in FIG. 1 can be connected to a synchrotron that is one size larger, and they can be simultaneously manufactured. FIG. 16 is a diagram in which the micro-accelerator 10-1 having the circular accelerator (synchrotron) 8-1 shown in FIG. 1 is connected to the circular accelerator 8-2 which is one size larger, and is a double synchrotron (or 2). It is a figure which shows a cycle synchrotron. A second synchrotron 8-2 surrounds the first small micro-accelerator 10-1. These are collectively referred to as a micro device 10-2. The outlet 41-1 of the first small micro-accelerator 10-1 (which may be considered to be the same as that shown in FIG. 1) (41 in FIG. 1, but the outlet 41 of the second large synchrotron) (This is attached with "-1" to distinguish it from 41-2.) is connected to the inflector 21-2 of the second synchrotron 8-2. That is, the charged particles that have exited the outlet 41-1 of the first small synchrotron 8-1 pass through the inflector 21-2 and enter the storage ring 24-2 that is a cavity through which the charged particles pass in the circular accelerator 8. Incident. A linear accelerator 39-1 may be provided in the middle of the cavity exiting the circular accelerator 8 to adjust the velocity of charged particles entering the inflector 21-2. In addition, another deflection electromagnet, an acceleration electrode, a deceleration electrode, a linear acceleration device, a focusing electromagnet, etc. may be provided on the way.

インフレクター21−2から円形加速器8−2の蓄積リング24−2に入射した荷電粒子は、(水平方向用)収束電磁石や(垂直方向用)収束電磁石を設けて、収束しても良く、偏向電磁石25−2で偏向・加速し、次の蓄積リング27−2へ入り、ここでも高周波加速空洞29−2でさらに加速し、(垂直方向用)収束電磁石26−2、(水平方向用)収束電磁石28−2で収束し、偏向電磁石30−2で偏向・加速し、次の蓄積リング33−2へ入り、ここでも(垂直方向用)収束電磁石31−2、(水平方向用)収束電磁石32−2で収束し、偏向電磁石34−2で偏向・加速し、次の蓄積リング38−2へ入り、ここでも(垂直方向用)収束電磁石35−2、(水平方向用)収束電磁石36−2で収束し、次の偏向電磁石37−2で偏向・加速し、次の蓄積リング24−2へ入る。このようにして、荷電粒子は、蓄積リング24−2、27−2、33−2、38−2中を加速しながら回り続け、所望の速度および所望の数の荷電粒子が得られたら、荷電粒子を外部へ導く空洞(これを荷電粒子排出空洞と呼ぶこともある)40−2へ入り、荷電粒子排出空洞40−2の出口41−2から外部へ荷電粒子を取り出す。荷電粒子排出空洞40−2の途中に線形加速装置39−2を設けて荷電粒子をさらに加速させても良い。また、その途中に他の偏向電磁石、加速電極、減速電極、線形加速装置、収束電磁石等を設けても良い。 The charged particles that have entered the storage ring 24-2 of the circular accelerator 8-2 from the inflector 21-2 may be converged by providing a (horizontal direction) focusing electromagnet or a (vertical direction) focusing electromagnet. It is deflected and accelerated by the electromagnet 25-2, enters the next storage ring 27-2, is further accelerated by the high-frequency acceleration cavity 29-2, and is converged (for vertical direction) electromagnet 26-2 and converged (for horizontal direction). It is converged by the electromagnet 28-2, deflected/accelerated by the deflection electromagnet 30-2, and enters the next storage ring 33-2. Here again, the convergence electromagnet 31-2 (for vertical direction) and the convergence electromagnet 32 (for horizontal direction) are used. -2, the deflection electromagnet 34-2 deflects/accelerates, enters the next storage ring 38-2, and again (vertical direction) focusing electromagnet 35-2 and (horizontal direction) focusing electromagnet 36-2. Then, the beam is converged by, is deflected and accelerated by the next deflection electromagnet 37-2, and enters the next storage ring 24-2. In this way, the charged particles continue to rotate while accelerating in the storage rings 24-2, 27-2, 33-2, 38-2, and when the desired velocity and the desired number of charged particles are obtained, the charged particles are charged. The particles enter the cavity 40-2 that guides the particles to the outside (this may be referred to as a charged particle discharge cavity) 40-2, and the charged particles are extracted from the outlet 41-2 of the charged particle discharge cavity 40-2 to the outside. A linear accelerator 39-2 may be provided in the middle of the charged particle discharge cavity 40-2 to further accelerate the charged particles. In addition, another deflection electromagnet, an acceleration electrode, a deceleration electrode, a linear acceleration device, a focusing electromagnet, etc. may be provided on the way.

このようにいくつも円形加速器を接続することができる。これを用いて、荷電粒子の速度を上げることができる。またそれぞれの蓄積リングに荷電粒子を貯めておくことができるので、必要な量の荷電粒子を短時間で準備できる。たとえば、荷電粒子の通る蓄積リングの空洞直径を1mmとし、一番内側の超小型加速装置の大きさを半径50mmとし、リングピッチを3mmとし、基板の半径を270mmとすれば、70個の円形加速器を配置できる。 In this way, any number of circular accelerators can be connected. This can be used to increase the velocity of charged particles. Moreover, since charged particles can be stored in each storage ring, a required amount of charged particles can be prepared in a short time. For example, if the cavity diameter of the storage ring through which charged particles pass is 1 mm, the innermost micro accelerator size is 50 mm radius, the ring pitch is 3 mm, and the substrate radius is 270 mm, then 70 circular Accelerators can be placed.

図17は、円形加速器8を分割して基板に作製する場合の模式図を示す図である。すなわち、基板を大きくできず、かつ円形加速器等が基板サイズに対して大きい場合に、加速器を作製する方法を示す。図1に示すような円形加速器8がかなり大きく、たとえば2m×2mの基板が必要であるが、1m×1mの基板しか用意できない場合には、1m×1mの4枚の基板44−1〜44−4(破線で示す)を用意し、それぞれに円形加速器8の1/4のパターン43−1〜43−4を作製する。接続部のパターンである45−1、2、3、4の所で基板44−1〜44−4を、たとえばダイシング装置で切断する。ここで接続すべき部分は、蓄積リング24、27、33、38であるから、この部分における蓄積リングの中心軸が合うように接続する。この接続を確実に行なうために、切断部を研磨したり、エッチングしたりして、接続面を平滑にする。接続部の付着は、各種接合法で行なうことができる。接続部の間に別材料を介在することもできる。たとえば、ガラス基板、プラスチック基板、金属基板等で、これらと接続部材の融着等や静電陽極結合を行なうことができる。蓄積リング24、27、33、38の内部が超低圧にできれば、接続部は必ずしも確実に付着する必要はない。たとえば、この部分を被う部材または箱を用意して、基板44−1〜44−4とその部材等を付着すれば良い。蓄積リング24、27、33、38の軸合わせを調整できるようなある程度柔軟性またはフレキシブルな部材等が望ましい。その部材等に真空引きラインを設けて、その内側を真空引きできるようにすれば尚良い。これを繰り返せば、極めて大きな円形加速器も作製できる。また、この方法は、前述したように、イオン化源や長い線形加速器の作製にも適用できる。すなわち、線形加速器を基板内に多数作製し、それらをダイシング等により切断して、それらの空洞同士を接続すれば良い。 FIG. 17 is a diagram showing a schematic diagram in the case where the circular accelerator 8 is divided and manufactured on a substrate. That is, a method for producing an accelerator will be shown when the size of the substrate cannot be increased and the circular accelerator or the like is larger than the substrate size. The circular accelerator 8 as shown in FIG. 1 is considerably large, for example, a substrate of 2 m×2 m is required, but when only a 1 m×1 m substrate can be prepared, four 1 m×1 m substrates 44-1 to 44 -4 (indicated by a broken line) is prepared, and quarter patterns 43-1 to 43-4 of the circular accelerator 8 are prepared for each. The substrates 44-1 to 44-4 are cut at a position of 45-1, 2, 3, and 4 which is a pattern of the connecting portion by, for example, a dicing device. Since the parts to be connected here are the storage rings 24, 27, 33, 38, they are connected so that the central axes of the storage rings in these parts are aligned. In order to ensure this connection, the cut surface is polished or etched to smooth the connection surface. The attachment of the connecting portion can be performed by various joining methods. Another material may be interposed between the connecting portions. For example, a glass substrate, a plastic substrate, a metal substrate, or the like can be used to perform fusion bonding of these and a connecting member, or electrostatic anodic bonding. If the inside of the storage rings 24, 27, 33, 38 can be made to have an ultra-low pressure, the connection portion does not necessarily need to be securely attached. For example, a member or a box covering this portion may be prepared, and the substrates 44-1 to 44-4 and the member may be attached. A somewhat flexible or flexible member capable of adjusting the axial alignment of the storage rings 24, 27, 33, 38 is desirable. It is even better if a vacuuming line is provided on the member or the like so that the inside of the member can be vacuumed. By repeating this, an extremely large circular accelerator can be manufactured. This method can also be applied to the fabrication of ionization sources and long linear accelerators, as described above. That is, a large number of linear accelerators may be produced in the substrate, they may be cut by dicing or the like, and the cavities may be connected to each other.

図18は、本発明のマイクロ波イオン源を示す図である。本発明のマイクロ波イオン源は、主基板161の上面に上部基板162、下面に下部基板163が付着し、主基板に形成された貫通室164−1、164−2、164−3を含み、貫通室164−1は、上部基板162または下部基板163に開口された開口部166−1を通して、マイクロ波または高周波(以下、高周波)発振器からの高周波160が導入される導波管である。(以下、導波管室164−1とも言う。)貫通室164−2は、導波管室164−1の隣室で、中央孔165−1を有する基板側壁161−2によって隔てられた放電室であり(以下、放電室164−2とも言う)、導波管室164−1から基板側壁161−2の中央孔165−1を通して高周波が入射される。放電室164−2の周囲はコイル配線が取り巻いたコイル169が配置され、このコイル169により放電室164−2内にコイル軸方向に磁場B1が発生する。放電室164−2内の電子が高周波電界により加速され、気体を衝突電離することにより放電が起こり、プラズマが発生する。高周波発振器(図示せず)は、開口部166−1に接続しているが、接続部にシール部168−1を設けて高周波発振器と導波管室164−1との接続部から高周波が漏れたり、真空が漏れたりしないようにすることが望ましい。このシール部168−1はガラス、プラスチック等の絶縁体材料基板を接着剤等で付着することができる。尚、この導波管室164−1を主基板161の外側に設けて省略することもできる。その場合は、高周波160を直接放電室164−2へ導入することもできる。導波管室164−1の上部基板162および/または下部基板163に気体(ガス)導入用の開口部166−2が開口され、この開口部166−2からイオンの元になる各種気体(ガス)を導入し、高周波とともに放電室164−2へ送る。また、導波管室164−1の上部基板162および/または下部基板163には真空引き用の開口部167−1が備わり、導波管室164−1を所定の圧力に設定できる。さらに各貫通室の上部基板162および/または下部基板163に開口部を設けて、圧力測定や、温度測定を行なうこともできる。また、各貫通室の温度は、外部から赤外線を照射して温度を制御することができる。あるいは、外側から、ヒーターや熱水や熱風で温めることができ、ペルティエ素子等の使用、冷水や冷風、冷気体、液体He、液体窒素等の冷液体で冷却することもできる。体積が小さいので簡単にコントロールできる。 FIG. 18 is a diagram showing a microwave ion source of the present invention. The microwave ion source of the present invention has an upper substrate 162 attached to an upper surface of a main substrate 161, and a lower substrate 163 attached to a lower surface thereof, and includes penetration chambers 164-1, 164-2, 164-3 formed in the main substrate, The penetration chamber 164-1 is a waveguide into which a high frequency wave 160 from a microwave or a high frequency (hereinafter, high frequency) oscillator is introduced through an opening 166-1 opened in the upper substrate 162 or the lower substrate 163. (Hereinafter, also referred to as a waveguide chamber 164-1.) The through chamber 164-2 is a chamber adjacent to the waveguide chamber 164-1 and is a discharge chamber separated by a substrate side wall 161-2 having a central hole 165-1. (Hereinafter, also referred to as the discharge chamber 164-2), the high frequency wave is incident from the waveguide chamber 164-1 through the central hole 165-1 of the substrate side wall 161-2. A coil 169 surrounded by a coil wiring is arranged around the discharge chamber 164-2, and a magnetic field B1 is generated in the coil axis direction in the discharge chamber 164-2 by the coil 169. Electrons in the discharge chamber 164-2 are accelerated by the high frequency electric field and collide and ionize the gas to cause discharge, thereby generating plasma. A high-frequency oscillator (not shown) is connected to the opening 166-1, but a high-frequency oscillator leaks from the connection between the high-frequency oscillator and the waveguide chamber 164-1 by providing a seal 168-1 at the connection. It is desirable not to let the vacuum leak. The seal portion 168-1 can be formed by attaching an insulating material substrate such as glass or plastic with an adhesive or the like. The waveguide chamber 164-1 can be omitted by providing it outside the main substrate 161. In that case, the high frequency wave 160 can be directly introduced into the discharge chamber 164-2. An opening 166-2 for introducing a gas (gas) is opened in the upper substrate 162 and/or the lower substrate 163 of the waveguide chamber 164-1, and various gases (gases) that are a source of ions (gas) are opened from the opening 166-2. ) Is introduced and sent to the discharge chamber 164-2 together with the high frequency. Further, the upper substrate 162 and/or the lower substrate 163 of the waveguide chamber 164-1 are provided with an opening 167-1 for vacuuming, so that the waveguide chamber 164-1 can be set to a predetermined pressure. Further, an opening may be provided in the upper substrate 162 and/or the lower substrate 163 of each penetration chamber to perform pressure measurement and temperature measurement. Further, the temperature of each penetration chamber can be controlled by irradiating infrared rays from the outside. Alternatively, it can be heated from the outside with a heater or hot water or hot air, and can be cooled with a Peltier element or the like, or with cold water or cold air, cold gas, liquid He, liquid nitrogen or other cold liquid. Its small volume makes it easy to control.

放電室164−2の隣室の貫通室164−3はイオン引き出し電極室であり、放電室164−2のとは中央孔165−2を有する基板側壁161−3で隔てられている。放電室164−2には、引き出し電極であり中央孔165−3を有する基板側壁161−4、減速電極・収束電極である中央孔165−4を有する基板側壁161−5、加速電極である中央孔165−5を有する基板側壁161−6がある。放電室164−2内で発生したイオン(荷電粒子)は、引き出し電極161−4の電界に引き寄せられ、仕切り用の基板側壁161−3の中央孔165−2を通り、さらに引き出し電極161−4の中央孔165−3を通って加速し、隣の減速電極・収束電極161−5の中央孔165−4を通って収束して、さらに隣の加速電極161−6の中央孔165−5を通って加速する。これらを繰り返して加速・減速・収束したり、偏向磁石室へ出射したり、四重極磁石室で収束したり、質量分析室等、イオン注入、その他の用途を持つ種々の貫通室へ出射する。イオン引き出し電極室では、加速電極や減速・収束電極を組み合わせながら、所望の速度、電流密度を持つイオンビームを得る。 The through chamber 164-3 adjacent to the discharge chamber 164-2 is an ion extraction electrode chamber, and is separated from the discharge chamber 164-2 by a substrate side wall 161-3 having a central hole 165-2. In the discharge chamber 164-2, a substrate side wall 161-4 having a central hole 165-3 serving as an extraction electrode, a substrate side wall 161-5 having a central hole 165-4 serving as a deceleration electrode/focusing electrode, and a central region serving as an acceleration electrode. There is a substrate sidewall 161-6 with holes 165-5. Ions (charged particles) generated in the discharge chamber 164-2 are attracted to the electric field of the extraction electrode 161-4, pass through the central hole 165-2 of the partitioning substrate side wall 161-3, and are further extracted. Through the central hole 165-3 of the adjacent decelerating electrode/focusing electrode 161-5 and further through the central hole 165-5 of the adjacent accelerating electrode 161-6. Accelerate through. By repeating these, acceleration/deceleration/convergence, emission to the deflection magnet chamber, focusing in the quadrupole magnet chamber, emission to various penetration chambers for ion implantation and other applications such as mass spectrometry chambers, etc. .. In the ion extraction electrode chamber, an ion beam having a desired velocity and current density is obtained by combining an acceleration electrode and a deceleration/focusing electrode.

各貫通室同士の仕切り用で中央孔を持つ基板側壁は、通常、導電体膜は積層していないので、ここで加速や減速はされない。引き出し電極であり中央孔165−3を有する基板側壁161−4は、その側面に導電体膜170−1(前方側側面)および170−2(後方側側面)が積層している。主基板161が絶縁体であれば直接導電体膜170を形成でき、主基板161が絶縁体でない場合は主基板161と導電体膜170の間に絶縁膜を介在すれば良い。この導電体膜170は、上部基板162の下面に形成された導電体膜176、および/または下部基板163の上面に形成された導電体膜175に接続し、さらに上部基板162および下部基板163に形成されたコンタクト173に接続し、さらに上部基板162の上面に形成された導電体膜電極配線172および/または下部基板163の下面に形成された導電体膜電極配線174に接続する。従って、導電体膜電極配線172および/または174から、導電体膜170へ電圧を印加できる。イオンが負電荷の場合は、引き出し電極161−4へ正電圧を印加し、イオンを引き寄せて加速する。イオンが正電荷の場合は、引き出し電極161−4へ負電圧を印加し、イオンを引き寄せて加速する。イオンが発散することを防ぐために、あるいは加速しすぎないために、減速・収束用電極161−5を設ける。その構造は引き出し電極161−4と同様である。イオンが負電荷の場合は、減速・収束用電極161−5へ負電圧を印加し、イオンを収束させるとともに減速する。イオンが正電荷の場合は、減速・収束用電極161−5へ正電圧を印加し、イオンを収束させるとともに減速する。加速電極161−6は、その構造も電圧印加法も引き出し電極161−4と同じである。本発明では、これらの基板側壁電極を複数自由に配置できるので、各基板側壁電極への印加電圧の正・負、印加電圧の大きさを自由に選定してイオンビームGを制御できる。 Since the conductor film is usually not laminated on the side wall of the substrate having a central hole for partitioning the through chambers from each other, acceleration or deceleration is not performed here. A substrate side wall 161-4, which is an extraction electrode and has a central hole 165-3, has conductor films 170-1 (front side surface) and 170-2 (rear side surface) laminated on its side surface. If the main substrate 161 is an insulator, the conductor film 170 can be directly formed. If the main substrate 161 is not an insulator, an insulating film may be interposed between the main substrate 161 and the conductor film 170. The conductor film 170 is connected to the conductor film 176 formed on the lower surface of the upper substrate 162 and/or the conductor film 175 formed on the upper surface of the lower substrate 163, and further connected to the upper substrate 162 and the lower substrate 163. It is connected to the formed contact 173 and further connected to the conductor film electrode wiring 172 formed on the upper surface of the upper substrate 162 and/or the conductor film electrode wiring 174 formed on the lower surface of the lower substrate 163. Therefore, a voltage can be applied to the conductor film 170 from the conductor film electrode wirings 172 and/or 174. When the ions have negative charges, a positive voltage is applied to the extraction electrode 161-4 to attract the ions and accelerate them. When the ions have a positive charge, a negative voltage is applied to the extraction electrode 161-4 to attract the ions and accelerate them. A deceleration/focusing electrode 161-5 is provided to prevent the ions from diverging or to prevent the ions from accelerating too much. Its structure is similar to that of the extraction electrode 161-4. When the ions have negative charges, a negative voltage is applied to the deceleration/focusing electrodes 161-5 to focus the ions and decelerate them. When the ions are positively charged, a positive voltage is applied to the deceleration/focusing electrodes 161-5 to focus the ions and decelerate them. The acceleration electrode 161-6 has the same structure and voltage application method as the extraction electrode 161-4. In the present invention, since a plurality of these substrate side wall electrodes can be freely arranged, it is possible to control the ion beam G by freely selecting the positive/negative of the voltage applied to each substrate side wall electrode and the magnitude of the applied voltage.

放電室164−2の上部基板162および/または下部基板163に気体導入用の開口部166−3を設けて、ここから気体を放電室164−2へ導入してイオン化しても良い。また、放電室164−2の上部基板162および/または下部基板163に真空引き用の開口部167−2を設けることもできる。コイル169の配線がスパイラルに放電室164−2の外側を取り巻いており、これが放電室164−2に磁場を発生させている(第1磁場発生)が、それを補助するために、コイル169の内側で、放電室164−2の外側に第2磁場発生手段である複数の磁石178が配置されている。この磁石178は、永久磁石でも良く、放電室164−2の長手方向(イオンの進行方向でもある)に同一の極性になっており、図18(b)に示すように、(図18(b)は、図18(a)のA1−A2に沿った断面図である)、放電室164−2の周囲に一定間隔をおいて複数配置される。(図18では16極磁石)放電室164−2を向いている面の各磁石178の極性は同一であり、隣り合った磁石の極性は逆になるように配置される。これによって、各磁石間に発生する磁場は放電室164−2の内面の周囲で内面に局在した多極磁場(破線で示す)B2となる。この多極磁場B2は、放電室164−2の内面から内側へ近づくにつれて小さくなる。この結果、放電室164−2の中心付近ではかなり磁場B2が弱くなり、放電室164−2の中心付近に一様なプラズマが生じる。同時に放電室164−2の内面側では磁場B2によりプラズマの進入が抑制され、プラズマ損失が低減する。さらに、これらの磁石178により、高周波によりプラズマの特性がより安定化して、主磁場B1によるイオン電流の変動を小さくすることができる。主磁場B1を精密にコントロールすることによっても、放電室164−2内のプラズマの安定化およびイオンビームGの量を安定に生成できるが、磁石178を配置することによって、さらに精密なコントロールが可能となる。 The upper substrate 162 and/or the lower substrate 163 of the discharge chamber 164-2 may be provided with an opening 166-3 for introducing gas, and the gas may be introduced into the discharge chamber 164-2 from there to be ionized. Further, the upper substrate 162 and/or the lower substrate 163 of the discharge chamber 164-2 may be provided with an opening 167-2 for evacuation. The wiring of the coil 169 spirally surrounds the outside of the discharge chamber 164-2, and this generates a magnetic field in the discharge chamber 164-2 (first magnetic field generation). Inside the discharge chamber 164-2, a plurality of magnets 178, which are second magnetic field generating means, are arranged. The magnet 178 may be a permanent magnet and has the same polarity in the longitudinal direction of the discharge chamber 164-2 (which is also the ion traveling direction), and as shown in FIG. 18A) is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG. 18A), and a plurality of them are arranged at regular intervals around the discharge chamber 164-2. (The 16-pole magnet in FIG. 18) The magnets 178 on the surface facing the discharge chamber 164-2 have the same polarity, and the adjacent magnets are arranged so that their polarities are opposite. As a result, the magnetic field generated between the magnets becomes a multi-pole magnetic field (indicated by a broken line) B2 that is localized on the inner surface of the discharge chamber 164-2. This multipole magnetic field B2 becomes smaller as it approaches the inside from the inner surface of the discharge chamber 164-2. As a result, the magnetic field B2 is considerably weakened near the center of the discharge chamber 164-2, and uniform plasma is generated near the center of the discharge chamber 164-2. At the same time, on the inner surface side of the discharge chamber 164-2, the penetration of plasma is suppressed by the magnetic field B2, and the plasma loss is reduced. Further, by these magnets 178, the characteristics of the plasma are further stabilized by the high frequency, and the fluctuation of the ion current due to the main magnetic field B1 can be reduced. Even if the main magnetic field B1 is precisely controlled, the plasma in the discharge chamber 164-2 can be stabilized and the amount of the ion beam G can be stably generated, but by arranging the magnet 178, more precise control is possible. Becomes

磁石178が永久磁石の場合、たとえばフェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、Fe−Cr−Co磁石、Fe−Pt磁石、Fe−Al−Ni−Co磁石、Co−Pt磁石を使用できる。磁石178は、永久磁石の他に、本発明の微小コイルを複数並べたものでも良い。すなわち、16極磁石の場合、各極の同じ側に同一の極性になるように複数の微小コイルを配置する。あるいは、各極は一つのコイルとしても良い。その場合は、イオンの進行方向に細長く巻いたコイルとなる。微小コイルを用いた場合、各コイルの磁場は印加電流により制御できるので、より精密な磁場B2を発生でき、また制御できる。磁石178を配置する場合、上部基板162や下部基板163において、放電室164−2の磁石178の配置領域に凹部181や182を形成して、その部分における基板厚みを薄くしても良く、それだけ放電室164−2の磁場発生を強めることができる。また、磁石178を配置する場合、放電室164−2の外側において第4基板168や第5基板177を上部基板162や下部基板163に付着させて、図18に示すように、磁石178の上方をあけておくこともできる。特に微小コイルを配置するときは、この部分をあけておけば、微小コイル端子に電流を流し易い。たとえば、微小コイル端子にワイヤボンドすることができる。尚、第4基板168(168−2、3)はシール用基板168−1と兼用することもできる。すなわち、同じ基板で上部基板162に付着できる。 When the magnet 178 is a permanent magnet, for example, a ferrite magnet, a neodymium magnet, a samarium cobalt magnet, an Fe-Cr-Co magnet, an Fe-Pt magnet, an Fe-Al-Ni-Co magnet, a Co-Pt magnet can be used. The magnet 178 may be one in which a plurality of minute coils of the present invention are arranged in addition to the permanent magnet. That is, in the case of a 16-pole magnet, a plurality of minute coils are arranged on the same side of each pole so as to have the same polarity. Alternatively, each pole may be a single coil. In that case, the coil is elongated in the ion traveling direction. When a minute coil is used, the magnetic field of each coil can be controlled by the applied current, so that a more precise magnetic field B2 can be generated and controlled. When the magnets 178 are arranged, the recesses 181 and 182 may be formed in the upper substrate 162 and the lower substrate 163 in the region where the magnets 178 of the discharge chamber 164-2 are arranged, and the substrate thickness in those portions may be reduced. Magnetic field generation in the discharge chamber 164-2 can be enhanced. Further, when the magnet 178 is arranged, the fourth substrate 168 and the fifth substrate 177 are attached to the upper substrate 162 and the lower substrate 163 outside the discharge chamber 164-2, and as shown in FIG. Can be left open. In particular, when arranging the minute coil, if this portion is left open, it is easy to apply a current to the minute coil terminal. For example, it can be wire-bonded to the micro coil terminal. The fourth substrate 168 (168-2, 3) can also serve as the sealing substrate 168-1. That is, the same substrate can be attached to the upper substrate 162.

磁石178の上方に空間を設けて、図18に示すように、第6基板179を第4基板168に、第7基板180を第5基板177に付着する。このとき、第6基板179および第7基板180にコイル配線169を形成しておき、また、第6基板179および第7基板180に、これらのコイル配線169に接続するコンタクト183−1を形成しておき、第4基板168に形成したコンタクト183−2と接続する。さらに第4基板168に形成したコンタクト183−2は、上部基板162に形成したコンタクト183−3と接続する。さらに上部基板162に形成したコンタクト183−3は、主基板161に形成したコンタクト183−4と接続する。さらに、主基板161に形成したコンタクト183−4は下部基板163に形成したコンタクト183−5と接続する。さらに、下部基板163に形成したコンタクト183−5は第5基板177に形成したコンタクト183−6と接続する。そして、第7基板180に作製したコイル配線169に接続した第7基板に形成したコンタクト183−7を第5基板177に形成したコンタクト183−6と接続する。この結果、コイル配線169はスパイラル状につながり、放電室164−2を取り囲み、コイル169が作製される。尚、磁石178を配置しないときには、第4基板〜第7基板は不要であり、コイル配線パターンを上部基板162および下部基板163へ形成すれば良い。 A space is provided above the magnet 178 to attach the sixth substrate 179 to the fourth substrate 168 and the seventh substrate 180 to the fifth substrate 177, as shown in FIG. At this time, the coil wiring 169 is formed on the sixth substrate 179 and the seventh substrate 180 in advance, and the contacts 183-1 connected to the coil wiring 169 are formed on the sixth substrate 179 and the seventh substrate 180. It is connected to the contact 183-2 formed on the fourth substrate 168. Further, the contact 183-2 formed on the fourth substrate 168 is connected to the contact 183-3 formed on the upper substrate 162. Further, the contact 183-3 formed on the upper substrate 162 is connected to the contact 183-4 formed on the main substrate 161. Further, the contact 183-4 formed on the main substrate 161 is connected to the contact 183-5 formed on the lower substrate 163. Further, the contact 183-5 formed on the lower substrate 163 is connected to the contact 183-6 formed on the fifth substrate 177. Then, the contact 183-7 formed on the seventh substrate connected to the coil wiring 169 formed on the seventh substrate 180 is connected to the contact 183-6 formed on the fifth substrate 177. As a result, the coil wiring 169 is connected in a spiral shape, surrounds the discharge chamber 164-2, and the coil 169 is manufactured. When the magnet 178 is not arranged, the fourth to seventh substrates are unnecessary, and the coil wiring pattern may be formed on the upper substrate 162 and the lower substrate 163.

コイル配線169のコンタクト183(183−1〜7)は、各基板にコンタクト孔を形成し、その基板が絶縁体でない場合は、そのコンタクト孔内面に絶縁膜を形成しておく。次に、必要なら密着用またはシード要導電体膜をコンタクト孔内面に積層した後、メッキ法、スキーズ法、溶融金属流し込み法、ディスペンス法、電鋳法、CVD法、選択CVD法等を用いてコンタクト孔内を導電体膜で充填またはセミ充填する。これらを順次付着させていけば良い。図18(b)に示すように、上部基板162と下部基板163の間、すなわち、放電室164−2の側面側に配置された磁石群184(184−1、2)は、放電室164−2と基板側壁161−4および161−5を挟んで形成された貫通室である、磁石群挿入用貫通室164−4および164−5に挿入される。この挿入方法は、既に述べたコイル挿入方法と同じである。また、磁石群184(184−1、2)の作製法は、磁石178を非磁性体183を介在させながら順次積層していけば良い。この作製法もコイル作製法と同じである。 For the contacts 183 (183-1 to 183-1) of the coil wiring 169, a contact hole is formed in each substrate, and when the substrate is not an insulator, an insulating film is formed on the inner surface of the contact hole. Next, if necessary, an adhesion or seed conductive film is laminated on the inner surface of the contact hole, and then a plating method, a squeeze method, a molten metal pouring method, a dispensing method, an electroforming method, a CVD method, a selective CVD method or the like is used. The inside of the contact hole is filled or semi-filled with a conductor film. It is sufficient to sequentially attach these. As shown in FIG. 18B, the magnet group 184 (184-1, 2) arranged between the upper substrate 162 and the lower substrate 163, that is, on the side surface side of the discharge chamber 164-2 is the discharge chamber 164-. 2 and the substrate side walls 161-4 and 161-5 are inserted into the magnet group insertion through chambers 164-4 and 164-5. This insertion method is the same as the coil insertion method already described. The magnet group 184 (184-1, 2) may be manufactured by sequentially stacking the magnet 178 with the non-magnetic body 183 interposed. This manufacturing method is also the same as the coil manufacturing method.

あるいは、主基板161を幾つかに分割し、その分割した主基板に磁石群184(184−1、2)や非磁性体183を搭載して順次付着させることによっても放電室164−2の側面側に磁石群184(184−1、2)を配置することができる。その場合、磁石群184(184−1、2)における磁石178の厚みとその間に介在する非磁性体183
の厚みを分割した主基板161の厚みに合わせておくことが望ましい。
さらに、図18において、第6基板179の下面に上側の磁石178を付着して、放電室164−2の上方に磁石178を配置することができる。このときは、当然第4基板168の厚み、凹部181の深さ、磁石178の厚みをそろえておき、できるだけ放電室164−2に近づけることが望ましい。同様に第7基板180の上面に下側の磁石178を付着して、放電室164−2の下方に磁石178を配置することができる。このときは、当然第5基板177の厚み、凹部182の深さ、磁石178の厚みをそろえておき、できるだけ放電室164−2に近づけることが望ましい。
Alternatively, the side surface of the discharge chamber 164-2 can be obtained by dividing the main substrate 161 into several pieces and mounting the magnet groups 184 (184-1, 2) and the non-magnetic body 183 on the divided main substrate and sequentially adhering them. The magnet group 184 (184-1, 2) can be arranged on the side. In that case, the thickness of the magnet 178 in the magnet group 184 (184-1, 2) and the non-magnetic body 183 interposed therebetween.
It is desirable to match the thickness of the main substrate 161 with the thickness of the divided main substrate 161.
Further, in FIG. 18, the upper magnet 178 can be attached to the lower surface of the sixth substrate 179 to dispose the magnet 178 above the discharge chamber 164-2. At this time, naturally, it is desirable that the thickness of the fourth substrate 168, the depth of the concave portion 181, and the thickness of the magnet 178 be made uniform so as to be as close to the discharge chamber 164-2 as possible. Similarly, the lower magnet 178 can be attached to the upper surface of the seventh substrate 180 to dispose the magnet 178 below the discharge chamber 164-2. At this time, it is desirable that the thickness of the fifth substrate 177, the depth of the recessed portion 182, and the thickness of the magnet 178 be made uniform so that they are as close to the discharge chamber 164-2 as possible.

上部基板162、第4基板168、第6基板179で形成される空間185を気密空間にし、下部基板163、第5基板177、第7基板180で形成される空間186を気密空間にすることもできる。この場合、放電室164−2における上部基板162の一部および下部基板163の一部、特に磁石178を配置される領域を除去すれば、磁石の磁場が直接放電室164−2へ印加されるので、効率的な磁場B2を発生できる。この場合、磁石178を上部基板162および下部基板163に付着した場合には、磁石178を支持できる最低減の上部基板162および下部基板163を残しておけば良い。第6基板179および第7基板180に磁石178が付着している場合は、磁石の直下または直上にある基板162および163を除去できる。同様に、放電室164−2の側面側の基板側壁161−4および161−5も除去できる。あるいは、一部だけ残しておいても良い。この場合、空間185や186を真空引きしたり、ガスを導入したりする開口部を第6基板179や第7基板180に設けることもできる。同様に、磁石群挿入用貫通室164−4および164−5を真空引きしたり、ガスを導入したりする開口部を上部基板162や下部基板163に設けることもできる。 The space 185 formed by the upper substrate 162, the fourth substrate 168, and the sixth substrate 179 may be an airtight space, and the space 186 formed by the lower substrate 163, the fifth substrate 177, and the seventh substrate 180 may be an airtight space. it can. In this case, if a part of the upper substrate 162 and a part of the lower substrate 163 in the discharge chamber 164-2, especially a region where the magnet 178 is arranged, is removed, the magnetic field of the magnet is directly applied to the discharge chamber 164-2. Therefore, the efficient magnetic field B2 can be generated. In this case, when the magnet 178 is attached to the upper substrate 162 and the lower substrate 163, the upper substrate 162 and the lower substrate 163 that can support the magnet 178 as much as possible are left. When the magnet 178 is attached to the sixth substrate 179 and the seventh substrate 180, the substrates 162 and 163 directly below or above the magnet can be removed. Similarly, the substrate side walls 161-4 and 161-5 on the side surface side of the discharge chamber 164-2 can also be removed. Alternatively, only a part may be left. In this case, openings for vacuuming the spaces 185 and 186 and introducing gas can be provided in the sixth substrate 179 and the seventh substrate 180. Similarly, openings for vacuuming the magnet group insertion through chambers 164-4 and 164-5 and for introducing gas can be provided in the upper substrate 162 and the lower substrate 163.

本発明の基板を用いた高周波イオン源のサイズを見積もる。本発明の貫通室は高さ、幅とも0.1mm〜100mm、これ以上のものも付着法で可能である。モールドを用いた基板インゴット法でも可能である。3Dプリンターでも作製可能である。長さは基板サイズで決まるが10mm〜1000mm、これ以上のものも接続法で可能である。一例として、主基板の厚み1mm、上部・下部基板・第4基板〜第7基板の厚み0.2mm、基板サイズ600mm×600mmとすれば、放電室の高さは、1枚の主基板で1mm、10枚重ねで10mm、50枚重ねなら50mm、100枚重ねなら100mmとなり、幅は1〜100mmと高さに合わせることができ、長さは500mm程度までは作製できる。また、放電室164−2の長さを200mmとし、コイル169の幅・厚みを1.5mm×1.5mm、ピッチを2mmとすれば、100巻きのコイル(電磁石)を作製できる。コイル169は、図18では基板内に導電体膜を埋め込んで作製しているが、基板を切断して放電室164−2を含む加速器等を個別に切りだした後で、放電室164−2の回りにコイル配線169を手動または自動で巻き付けてコイル169を作製することもできる。以上のように、基板を用いた本発明のイオン発生源は種々のサイズで作製できる。 The size of the high frequency ion source using the substrate of the present invention is estimated. The penetration chamber of the present invention has a height and a width of 0.1 mm to 100 mm, and a penetration chamber having a height or more can be used. A substrate ingot method using a mold is also possible. It can also be made with a 3D printer. The length is determined by the substrate size, but it is 10 mm to 1000 mm, and more than this is possible with the connection method. As an example, if the thickness of the main substrate is 1 mm, the thickness of the upper/lower substrate/the fourth to seventh substrates is 0.2 mm, and the substrate size is 600 mm×600 mm, the height of the discharge chamber is 1 mm for one main substrate, 10-ply is 10 mm, 50-ply is 50 mm, 100-ply is 100 mm, width can be adjusted to 1-100 mm, height can be made up to about 500 mm. Further, if the length of the discharge chamber 164-2 is 200 mm, the width and thickness of the coil 169 are 1.5 mm×1.5 mm, and the pitch is 2 mm, a coil (electromagnet) of 100 turns can be manufactured. The coil 169 is manufactured by embedding a conductor film in the substrate in FIG. 18, but after the substrate is cut and an accelerator or the like including the discharge chamber 164-2 is individually cut, the discharge chamber 164-2 is formed. The coil 169 can be produced by winding the coil wiring 169 around the coil manually or automatically. As described above, the ion generation source of the present invention using the substrate can be manufactured in various sizes.

質量分析は、固体表面の組成分析、反応溶液の組成分析等物質の解析等に広範に使用されている。従来の質量分析は、構造が複雑であり、個々の部品の組み立ても正確さを要求されるため作製が容易でなく、大きさも少なくとも1m程度の体積があるので、コストが高く、持ち運びも困難であった。そこで、主基板(第1基板)とその上下に上部基板(第2基板)と下部基板(第3基板)を付着させて、マイクロチャネルを作る本発明を適用すれば、超小型・超安価の質量分析装置を実現できる。 Mass spectrometry is widely used for analysis of substances such as composition analysis of solid surface and composition analysis of reaction solution. The conventional mass spectrometry has a complicated structure, and it is not easy to fabricate the individual parts because it requires accurate assembly. The size of the mass spectrometry is at least about 1 m 3 , which makes it expensive and difficult to carry. Met. Therefore, by applying the present invention in which the main substrate (the first substrate) and the upper substrate (the second substrate) and the lower substrate (the third substrate) are attached to the upper and lower sides of the main substrate to form the microchannels, it is possible to realize a very small size and a very low cost. A mass spectrometer can be realized.

図19は、本発明の質量分析の一実施形態を示す図である。主基板301の上面から下面に貫通する貫通溝(貫通室)305、306、307、308、309が形成され、主基板301の上面に上部基板302が、主基板301の下面に下部基板303が付着している。この付着は、接着剤を用いて接着しても良いし、主基板301がSi、炭素系、SiC系、化合物系等の半導体基板や金属板等の導電体基板であり、上部基板302や下部基板303がガラス基板等である場合は、静電陽極接合することもでき、この明細書で記載する他の接着法や他の文献等で記載される接着法でも良い。貫通溝305は試料室であり、主基板側壁301−1と、試料室305とその隣のイオン化室306を隔てる基板側壁(隔壁とも言う)301−2に挟まれた空間である。(側面は、主基板301の側壁である。)試料室305に試料311が配置される。試料311は、たとえば、上部基板302の一部に開口された試料開口部312から挿入され、基板側壁301−1に付着させるようにすれば分析しやすい。試料311の表面の一部に加速されたイオンビームが当たり試料の一部がスパッタされるが、このイオンビームが当たる部分だけに分析すべき試料(分析試料)があれば良いので、試料311として試料ホルダーを用いても良い。試料311の裏面側に設けた真空ライン313から真空引きして、試料311を基板側壁301−1に付着させて固定することもできる。試料室205を低圧にする場合は、真空ライン313でさらに低圧にして試料311を引けば良い。同程度の低圧の場合は試料311を支持するのが難しければ、上下基板の一部に溝を切ってそこに試料311を入れて試料311を支えれば良い。 FIG. 19 is a diagram showing an embodiment of the mass spectrometry of the present invention. Through-grooves (penetration chambers) 305, 306, 307, 308, 309 penetrating from the upper surface to the lower surface of the main substrate 301 are formed, the upper substrate 302 is on the upper surface of the main substrate 301, and the lower substrate 303 is on the lower surface of the main substrate 301. It is attached. This attachment may be performed by using an adhesive, or the main substrate 301 may be a semiconductor substrate such as Si, carbon-based, SiC-based, or compound-based semiconductor or a conductive substrate such as a metal plate, and the upper substrate 302 or the lower substrate. In the case where the substrate 303 is a glass substrate or the like, electrostatic anodic bonding may be used, or another bonding method described in this specification or a bonding method described in other documents may be used. The through groove 305 is a sample chamber, and is a space sandwiched between a main substrate side wall 301-1 and a substrate side wall (also referred to as a partition) 301-2 separating the sample chamber 305 and the ionization chamber 306 adjacent thereto. (The side surface is the side wall of the main substrate 301.) The sample 311 is placed in the sample chamber 305. The sample 311 is easy to analyze, for example, if it is inserted from the sample opening portion 312 opened in a part of the upper substrate 302 and attached to the substrate side wall 301-1. The accelerated ion beam hits a part of the surface of the sample 311 and a part of the sample is sputtered. However, since there is a sample (analysis sample) to be analyzed only in the part where the ion beam hits, the sample 311 is used. A sample holder may be used. It is also possible to evacuate from the vacuum line 313 provided on the back surface side of the sample 311 to attach the sample 311 to the substrate side wall 301-1 and fix it. When the sample chamber 205 is to have a low pressure, the vacuum line 313 may further reduce the pressure to pull the sample 311. If it is difficult to support the sample 311 under the same low pressure, the sample 311 may be supported by cutting a groove in a part of the upper and lower substrates and inserting the sample 311 therein.

試料室305の上部基板302にはイオンビーム導入口314が開口され、このイオンビーム導入口314を通して、質量分析装置300の外側に配置されたイオン銃315から発射されるイオンビーム316を試料311に当てて、試料311の構成物質をスパッタする。尚、イオン銃315も主基板301内に配置することができるが、この場合は、試料室305の側面側(図19の紙面に垂直方向)に形成されたイオン銃315から、主基板301の貫通溝を通してイオンビームを試料311に当てる。イオンビーム316は、たとえば窒素(N)イオン、アルゴン(Ar)イオン、キセノン(Xe)イオン等である。スパッタされた試料物質は、中性粒子317、イオン(2次イオン)318であり、これらの粒子は隔壁301−2の中央孔310−2へ進みイオン化室306へ入る。試料室305内は大気圧近辺の圧力でも良いが、真空引きライン319を下部基板303等に開けて真空ポンプを接続して試料室305内を減圧にしても良い。 An ion beam inlet 314 is opened in the upper substrate 302 of the sample chamber 305, and an ion beam 316 emitted from an ion gun 315 arranged outside the mass spectrometer 300 is passed through the ion beam inlet 314 to the sample 311. Then, the constituent material of the sample 311 is sputtered. The ion gun 315 can also be arranged in the main substrate 301, but in this case, the ion gun 315 formed on the side surface side of the sample chamber 305 (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 19) is used to remove the main substrate 301. An ion beam is applied to the sample 311 through the through groove. The ion beam 316 is, for example, nitrogen (N) ions, argon (Ar) ions, xenon (Xe) ions, or the like. The sputtered sample material is neutral particles 317 and ions (secondary ions) 318, and these particles enter the ionization chamber 306 through the central hole 310-2 of the partition 301-2. The inside of the sample chamber 305 may be at a pressure near the atmospheric pressure, but the inside of the sample chamber 305 may be depressurized by opening the vacuuming line 319 in the lower substrate 303 or the like and connecting a vacuum pump.

試料室305内において、主基板301の内側面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等の絶縁膜を積層しても良く、これらの絶縁膜はCVD法やPVD法、または酸化法や窒化法で形成できる。中央孔310−2は、これまでにも説明したように主基板301を上下に分離した状態で試料室等の貫通溝(の半分)および隔壁301−2等の隔壁を形成した後に、隔壁301−2等の中央部分を一部除去し(これらは逆でも良い。すなわち、中央孔をあけてから基板側壁を形成する。)その後分離された上下の主基板301を付着させて形成する。絶縁膜は主基板301を付着させる前に形成するか、主基板301を付着させた後に形成する。 In the sample chamber 305, an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film may be stacked on the inner surface of the main substrate 301. These insulating films are formed by a CVD method, a PVD method, or an oxidation method. It can be formed by the nitriding method. As described above, the central hole 310-2 is formed by forming (through half) the through groove of the sample chamber or the like and the partition wall such as the partition wall 301-2 in the state where the main substrate 301 is vertically separated, and then the partition wall 301-2. The central part such as -2 is partially removed (these may be reversed; that is, the central hole is formed and then the substrate side wall is formed.) After that, the separated upper and lower main substrates 301 are attached and formed. The insulating film is formed before the main substrate 301 is attached or after the main substrate 301 is attached.

試料室305に隣接して形成されるイオン化室306は、試料室305から入射する中性粒子をイオン化し、そのイオン化されたイオンおよび試料室305から入射するイオンを中央付近に集束する空間である。イオン化室306の隣には、イオン化室306に存在するイオンを引き出してさらに加速する荷電粒子加速室307があり、イオン化室306と荷電粒子加速室307の間は、中央孔310−3を有する隔壁301−3で隔てられる。すなわち、イオン化室306は、隔壁301−2および隔壁301−3に挟まれた空間である。(側面は、主基板301の側壁である。) The ionization chamber 306 formed adjacent to the sample chamber 305 is a space for ionizing neutral particles incident from the sample chamber 305 and focusing the ionized ions and the ions incident from the sample chamber 305 near the center. .. Next to the ionization chamber 306 is a charged particle acceleration chamber 307 that draws out and accelerates the ions existing in the ionization chamber 306, and a partition having a central hole 310-3 between the ionization chamber 306 and the charged particle acceleration chamber 307. Separated by 301-3. That is, the ionization chamber 306 is a space sandwiched between the partition walls 301-2 and 301-3. (The side surface is the side wall of the main substrate 301.)

イオン化室306では、イオン化ビーム320を上部基板302または下部基板303を通してイオン化室306に存在する中性粒子317に照射しイオン化する。イオン化ビーム320は、これまでの文献等で紹介された種々のビームを用いることができ、たとえばレーザー光、電子ビーム、シンクロトロン放射光、X線等であり、また、レーザー光に加えてレーザー光を固体ターゲットに当ててその際発生するX線をさらに用いて中性粒子をイオン化しても良い。(特許3079585)イオン化ビーム320をイオン化室へ通しやすくするために、イオン化ビーム320の通り道となる上部基板302または下部基板303の部分を除去しても良い(開口部を設ける)。 In the ionization chamber 306, the ionization beam 320 is applied to the neutral particles 317 existing in the ionization chamber 306 through the upper substrate 302 or the lower substrate 303 to be ionized. As the ionization beam 320, various beams introduced in the literatures so far can be used, and examples thereof include laser light, electron beam, synchrotron radiation light, X-ray, and the like. In addition to laser light, laser light can be used. May be applied to a solid target, and the X-rays generated at that time may be further used to ionize the neutral particles. (Patent 3079585) In order to facilitate passage of the ionization beam 320 into the ionization chamber, a portion of the upper substrate 302 or the lower substrate 303 which serves as a path for the ionization beam 320 may be removed (an opening is provided).

また、イオン化室306の内面は導電体膜321を積層し、上部基板302または下部基板303にコンタクト孔323を形成し、そのコンタクト孔323に導電体膜を積層し、さらに上部基板302または下部基板303上に導電体膜電極・配線324を形成し、導電体膜321に電極・配線324から電圧を印加できるようにする。導電体膜321はイオン化ビーム320を通る部分を除いてイオン化室の内面を被うようにすると、イオン化室の内面が同じ電位状態にできる。イオンが正イオンの場合は導電体膜321に正電圧を印加し、正イオンを中央に集束させる。イオンが負イオンの場合は導電体膜321に負電圧を印加し、負イオンを中央に集束させる。上下左右の導電体膜を分割しそれぞれの導電体膜にコンタクト孔および電極・配線を形成すれば、それぞれの導電体膜領域の電圧を個別にコントロールできるので、イオン化室306における荷電粒子ビーム325の位置を調節できる。主基板301がSi等の半導体基板やCuやAl等の導電体基板である場合は、絶縁膜を形成した後に導電体膜321を積層する。また、導電体膜321の保護膜として導電体膜321の上に絶縁膜を積層しても良い。イオン化室306、隔壁301、中央孔310、絶縁膜、導電体膜321、保護膜等の形成、パターニングは、本明細書で述べるように、主基板301を分割してそれぞれ形成し、分割した主基板を付着させる方法で実現できる。尚、試料室305で発生したイオン318もイオン化室306へ入れば、当然イオン化室306の内面に印加された電圧によって収束し、イオン化ビーム325の一部となる。 A conductive film 321 is stacked on the inner surface of the ionization chamber 306, a contact hole 323 is formed in the upper substrate 302 or the lower substrate 303, a conductive film is stacked in the contact hole 323, and the upper substrate 302 or the lower substrate is further stacked. A conductor film electrode/wiring 324 is formed over 303 so that a voltage can be applied to the conductor film 321 from the electrode/wiring 324. When the conductor film 321 covers the inner surface of the ionization chamber except for the portion passing through the ionization beam 320, the inner surface of the ionization chamber can be in the same potential state. When the ions are positive ions, a positive voltage is applied to the conductor film 321 to focus the positive ions on the center. When the ions are negative ions, a negative voltage is applied to the conductor film 321 to focus the negative ions on the center. By dividing the upper, lower, left, and right conductor films and forming contact holes and electrodes/wirings in the respective conductor films, the voltages of the respective conductor film regions can be individually controlled, so that the charged particle beam 325 in the ionization chamber 306 can be controlled. You can adjust the position. When the main substrate 301 is a semiconductor substrate such as Si or a conductor substrate such as Cu or Al, the conductor film 321 is laminated after forming the insulating film. Further, an insulating film may be stacked on the conductor film 321 as a protective film for the conductor film 321. The formation and patterning of the ionization chamber 306, the partition wall 301, the central hole 310, the insulating film, the conductor film 321, the protective film, and the like are performed by dividing the main substrate 301 into individual portions as described in this specification. It can be realized by a method of attaching a substrate. If the ions 318 generated in the sample chamber 305 enter the ionization chamber 306, they are naturally converged by the voltage applied to the inner surface of the ionization chamber 306 and become part of the ionization beam 325.

イオン化室306で収束した荷電粒子ビーム325は、中央孔310−3を通って荷電粒子加速室307へ入る。加速室307の入り口側に最も近い所に中央孔327−1を有する隔壁301−11が配置され、隔壁301−11の周囲には導電体膜326が積層されパターニングされる。この導電体膜326にはコンタクト孔323に積層された導電体膜および導電体膜電極・配線324へ接続し、荷電粒子ビーム325のイオンの電荷と逆電荷を持つ電圧が印加され、荷電粒子ビーム325はイオン化室306から引き出されかつ加速される。従って、この隔壁301−11は引き出し電極と呼んでも良い。上下左右の導電体膜を分割しそれぞれの導電体膜にコンタクト孔および電極・配線を形成すれば、それぞれの導電体膜領域の電圧を個別にコントロールできるので、中央孔327−1における荷電粒子ビーム325の位置を調節できる。 The charged particle beam 325 converged in the ionization chamber 306 enters the charged particle acceleration chamber 307 through the central hole 310-3. A partition 301-11 having a central hole 327-1 is arranged at a position closest to the entrance side of the acceleration chamber 307, and a conductor film 326 is laminated and patterned around the partition 301-11. The conductor film 326 is connected to the conductor film laminated in the contact hole 323 and the conductor film electrode/wiring 324, and a voltage having an electric charge opposite to that of the ion of the charged particle beam 325 is applied to 325 is withdrawn from the ionization chamber 306 and accelerated. Therefore, the partition wall 301-11 may be called a lead electrode. By dividing the upper, lower, left, and right conductor films and forming contact holes and electrodes/wirings in the respective conductor films, the voltage of each conductor film region can be controlled individually. The position of 325 can be adjusted.

荷電粒子ビーム325の進行方向において隔壁301−11に隣設して隔壁301−12(中央孔327−2も有する)が配置され、隔壁301−12の周囲には導電体膜326が積層されパターニングされる。この導電体膜326にはコンタクト孔323に積層された導電体膜および導電体膜電極・配線324へ接続し、荷電粒子ビーム325のイオンの電荷と同電荷かまたは逆電荷を持つ電圧が印加される。荷電粒子ビーム325のイオンの電荷と同電荷の電圧が印加される場合は、荷電粒子ビーム325は集束し、荷電粒子ビーム325のイオンの電荷と逆電荷の電圧が印加される場合は、荷電粒子ビーム325は加速される。荷電粒子ビーム325の進行方向において、隔壁301−12以降にも隔壁301−12と同様の導電体膜が積層された隔壁(中央孔も有する)を必要数形成し、これらの導電体膜に荷電粒子ビーム325のイオンの電荷と同電荷かまたは逆電荷を持つ電圧を印加し、必要な数だけ荷電粒子ビーム325を加速し、また必要な数だけ荷電粒子ビーム325を集束させて、中央孔310−4を有する隔壁301−4で隔てた隣接の質量分析室308へ荷電粒子ビーム325を導く。隔壁301−12以降の個々の隔壁の導電体膜を上下左右に分割しそれぞれに個別にコンタクト孔およびその中に導電体膜および電極・配線を形成することによって、分割された導電体膜に別個に異なる電圧を印加できるので、荷電粒子ビーム325の進行方向や集束位置を制御できる。この結果、質量分析室に入射する荷電粒子ビームのビーム半径や位置や進行方向を自由に制御することが可能となる。 A partition 301-12 (also having a central hole 327-2) is arranged adjacent to the partition 301-11 in the traveling direction of the charged particle beam 325, and a conductor film 326 is stacked around the partition 301-12 and patterned. To be done. The conductor film 326 is connected to the conductor film laminated in the contact hole 323 and the conductor film electrode/wiring 324, and a voltage having the same charge as or the opposite charge of the ions of the charged particle beam 325 is applied. It When a voltage having the same charge as that of the ions of the charged particle beam 325 is applied, the charged particle beam 325 is focused, and when a voltage having an opposite charge to the charge of the ions of the charged particle beam 325 is applied, the charged particles are charged. Beam 325 is accelerated. In the traveling direction of the charged particle beam 325, a necessary number of partition walls (also having a central hole) in which the same conductive film as the partition wall 301-12 is stacked are formed after the partition wall 301-12, and these conductive film are charged. A voltage having the same charge as or an opposite charge to the ion of the particle beam 325 is applied to accelerate the required number of charged particle beams 325 and focus the required number of charged particle beams 325 to generate the central hole 310. The charged particle beam 325 is guided to the adjacent mass analysis chamber 308 separated by the partition wall 301-4 having -4. By dividing the conductor film of each partition after the partition 301-12 into upper, lower, left, and right and individually forming a contact hole and a conductor film and an electrode/wiring therein, the conductor film is divided into separate conductor films. Since different voltages can be applied to the beam, it is possible to control the traveling direction and the focusing position of the charged particle beam 325. As a result, it becomes possible to freely control the beam radius, position, and traveling direction of the charged particle beam that enters the mass analysis chamber.

中央孔310−2、3、4、5や加速室307内の隔壁327−1、2、・・・等が有する中央孔301−11、12、・・・等の孔の大きさは自由に変化させることができる。たとえば、310−2はスパッタされた中性粒子317やイオン318を殆どイオン化室に導くために大きめにする。また、加速室307内の中央孔327−11は、イオンを引き出し易くするためにイオン化室306との境界にある中央孔310−3より小さくする。また、加速室307内の中央孔327−2、・・・等は加速するために中央孔310−3や327−11より小さくする。このように中央孔の大きさを変化させる方法は、主基板を上下2つに分割して、隔壁を形成した後各隔壁に形成する中央孔の大きさに合わせたパターニングを行ない(たとえば、フォトレジストパターン)、各中央孔の大きさに合わせて隔壁をエッチング除去すれば良い。あるいは、主基板を上下2つに分割して、各隔壁を形成すべき位置でそこに形成される中央孔の大きさに合わせたパターニングを行ない(たとえば、フォトレジストパターン)、各中央孔の大きさに合わせて主基板をエッチング除去した後に、各隔壁を形成する。その後、絶縁膜や導電体膜や保護膜、それらのパターニングを行なう。加速室307は、図1〜図17等を用いて説明した加速器に用いる加速室を使用することもできる。 The size of the central holes 310-2, 3, 4, 5 and the central holes 301-11, 12,... Which the partition walls 327-1, 2,... Can be changed. For example, 310-2 is made large in order to guide most of the sputtered neutral particles 317 and ions 318 to the ionization chamber. Further, the central hole 327-11 in the acceleration chamber 307 is made smaller than the central hole 310-3 at the boundary with the ionization chamber 306 in order to facilitate extraction of ions. Further, the central holes 327-2,... In the acceleration chamber 307 are made smaller than the central holes 310-3 and 327-11 for acceleration. In the method of changing the size of the central hole in this manner, the main substrate is divided into upper and lower parts, the partition walls are formed, and then patterning is performed according to the size of the central hole formed in each partition wall (for example, photolithography). The partition wall may be removed by etching in accordance with the resist pattern) and the size of each central hole. Alternatively, the main substrate is divided into upper and lower parts, and patterning is performed at a position where each partition wall is to be formed in accordance with the size of the central hole formed therein (for example, a photoresist pattern). Each partition is formed after the main substrate is removed by etching in accordance with this. After that, an insulating film, a conductor film, a protective film, and their patterning are performed. As the acceleration chamber 307, the acceleration chamber used in the accelerator described with reference to FIGS. 1 to 17 can be used.

質量分析室308は、たとえば四重極型である。質量分析室308は加速室307に隣接し、中央孔310−4を有する隔壁301−4で隔てられている。加速室307で加速され集束された荷電粒子ビーム325は質量分析室308に入ると、質量分析室308の電場や磁場により、その荷電粒子の持つ電荷qと質量mとの比m/q(質量電荷比)によって軌道が振り分けられ、特定の荷電粒子だけがイオン検出室309へ進入する。イオン検出室309は、加速室307と中央孔310−5を有する隔壁301−5で隔てられる。 The mass spectrometric chamber 308 is, for example, a quadrupole type. The mass spectrometry chamber 308 is adjacent to the acceleration chamber 307 and is separated by a partition wall 301-4 having a central hole 310-4. When the charged particle beam 325 accelerated and focused in the acceleration chamber 307 enters the mass analysis chamber 308, the electric field or magnetic field of the mass analysis chamber 308 causes the ratio m/q (mass) of the charge q and the mass m of the charged particles. The orbits are sorted by the charge ratio), and only specific charged particles enter the ion detection chamber 309. The ion detection chamber 309 is separated from the acceleration chamber 307 by a partition wall 301-5 having a central hole 310-5.

質量分析室308は、たとえば四重極型である。図19は、四重極質量分析型として示している。ここで、質量分析室308にはその分離壁である隔壁301−4および301−5以外の隔壁はなく、主基板301は上部基板302から下部基板303へ貫通する貫通溝(または貫通室)となっている。(側面は主基板301である。)質量分析室には荷電粒子ビーム325の進行方向へ長い4本の四重極電極329(図19では329−1、2が示されている)が配置される。それぞれの四重極電極329には1つまたは複数の導電体膜・電極・配線324がコンタクト孔323内の導電体膜を通じて接続していて、電圧を印加できる。また、上下部基板302や303には真空引き用開口部330が開口され、質量分析室308の内部を真空引きでき、所定の圧力(たとえば、10−9〜10−2torr)にできる。また、同様に別の開口部を形成し、そこからパージやクリーニング用の気体を流せるようにすることもできる。さらに、質量分析室308内の導電体膜の接続のために、選択CVD用のガス(たとえば、WF6)やメッキ用の溶液(たとえば、Cuメッキでは硫酸銅溶液)を導入または出口用の開口部を設けることもできる。 The mass spectrometric chamber 308 is, for example, a quadrupole type. FIG. 19 is shown as a quadrupole mass spectrometric type. Here, the mass analysis chamber 308 has no partition walls other than the partition walls 301-4 and 301-5 that are the partition walls thereof, and the main substrate 301 has a through groove (or a through chamber) penetrating from the upper substrate 302 to the lower substrate 303. Has become. (The side surface is the main substrate 301.) Four quadrupole electrodes 329 (329-1 and 329 are shown in FIG. 19) that are long in the traveling direction of the charged particle beam 325 are arranged in the mass analysis chamber. It One or a plurality of conductor films/electrodes/wirings 324 are connected to each quadrupole electrode 329 through the conductor film in the contact hole 323, and a voltage can be applied. Further, the upper and lower substrates 302 and 303 are provided with a vacuuming opening portion 330, which can evacuate the inside of the mass analysis chamber 308 to a predetermined pressure (for example, 10 −9 to 10 −2 torr). Similarly, another opening may be formed so that a gas for purging or cleaning can be made to flow therethrough. Further, an opening for introducing or exiting a selective CVD gas (for example, WF6) or a plating solution (for example, copper sulfate solution for Cu plating) for connecting the conductor film in the mass spectrometry chamber 308. Can be provided.

図20は、四重極型質量分析室の作製方法の一例を示す図である。第3基板353上に四重極型電極となる導電体膜355を積層し、パターニングして四重極型電極355を形成する。導電体膜355は、たとえば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等の金属、またはこれらの合金、またはこれらとSiとの化合物であるシリサイド等であり、PVD法やCVD法で積層し、その後フォトリソ+エッチング法によりパターニングする。あるいは、このサイズの四重極型電極棒を付着法で付着する。第3基板353がガラスや石英、セラミック、プラスチック等の絶縁体であるときには、直接積層又は付着できるが、第3基板353が導電体や半導体である場合は、絶縁膜を積層してから導電体膜355を積層する。あるいは、導電体膜355は塗布法で形成することもできる。メタルマスクを用いて第3基板353上に導電体ペーストを塗布し、その後熱処理すれば所望の四重極型電極355が形成できる。導電体ペーストは上記金属等を含むものである。あるいは、導電体膜355は第3基板353上に上記金属等の箔を貼りつけて、それをパターニングして形成することもできる。また、主基板351は、四重極型電極355が配置される部分354を繰り抜いた凹部354を形成しておく。主基板351がSi基板等の半導体基板やガラス基板・石英基板等の絶縁基板、金属基板等の場合は、簡単なプロセスで形成できる。(図20(a)) FIG. 20 is a diagram showing an example of a method for manufacturing a quadrupole mass spectrometer. A conductor film 355 serving as a quadrupole electrode is stacked on the third substrate 353 and patterned to form a quadrupole electrode 355. The conductor film 355 is, for example, a metal such as molybdenum (Mo), tungsten (W), chromium (Cr), titanium (Ti), copper (Cu), iron (Fe), nickel (Ni), aluminum (Al). , Or an alloy thereof, or a silicide or the like which is a compound of these and Si, which is stacked by a PVD method or a CVD method and then patterned by a photolithography+etching method. Alternatively, a quadrupole electrode rod of this size is attached by an attachment method. When the third substrate 353 is an insulator such as glass, quartz, ceramics, or plastic, it can be directly laminated or attached, but when the third substrate 353 is a conductor or a semiconductor, an insulating film is laminated and then the conductor is laminated. The film 355 is laminated. Alternatively, the conductor film 355 can be formed by a coating method. A desired quadrupole electrode 355 can be formed by applying a conductor paste on the third substrate 353 using a metal mask and then performing heat treatment. The conductor paste contains the above metal and the like. Alternatively, the conductor film 355 can also be formed by attaching a foil of the above metal or the like on the third substrate 353 and patterning it. Further, the main substrate 351 has a recess 354 formed by cutting out a portion 354 in which the quadrupole electrode 355 is arranged. When the main substrate 351 is a semiconductor substrate such as a Si substrate, an insulating substrate such as a glass substrate or a quartz substrate, or a metal substrate, it can be formed by a simple process. (Fig. 20(a))

次に、図20(b)に示すように、主基板351と第3基板353を付着させる。これらの付着は本明細書で記載している方法で行なうことができる。このとき、凹部354の深さは四重極型電極355の高さより大きくしておき、主基板351と四重極型電極355は接触しないようにする。次に、主基板351の上面をフォトレジスト等でパターニングし、質量分析室356となる貫通溝を形成する。このときはパターン同士の合わせであるから、精密な位置合わせを行なう。主基板351をエッチングして貫通溝356を形成する場合、導電体膜355および第3基板353とエッチング選択比の高いドライエッチングガスやウエットエッチング液でエッチングし、できるだけ導電体膜355や第3基板353をエッチングしないようにする。(図20(c))図20(a)の段階で、導電体膜355上に絶縁膜(たとえば、SiO2膜、SiN膜等)である保護膜を形成しておくこともできる。この場合のエッチング選択比は主基板351と保護膜とである。 Next, as shown in FIG. 20B, the main substrate 351 and the third substrate 353 are attached. These attachments can be done by the methods described herein. At this time, the depth of the recess 354 is set larger than the height of the quadrupole electrode 355 so that the main substrate 351 and the quadrupole electrode 355 do not come into contact with each other. Next, the upper surface of the main substrate 351 is patterned with a photoresist or the like to form a through groove which becomes the mass analysis chamber 356. At this time, since the patterns are aligned with each other, precise alignment is performed. When the main substrate 351 is etched to form the through groove 356, it is etched with a dry etching gas or a wet etching solution having a high etching selection ratio with the conductor film 355 and the third substrate 353, and the conductor film 355 and the third substrate 356 are used as much as possible. Do not etch 353. (FIG. 20C) At the stage of FIG. 20A, a protective film which is an insulating film (eg, SiO 2 film, SiN film, etc.) can be formed on the conductor film 355. The etching selection ratio in this case is the main substrate 351 and the protective film.

第2基板側352にも同様なプロセスを行ない、第2基板側352に主基板351(351−1)を付着させ、貫通溝356、その内部に四重極型電極355である導電体膜355を形成する。このようにして形成した、第2基板側352に付着した主基板351(351−1)および第3基板側353に付着した主基板351(351−2)を貫通溝356同士が合わさるようにアライメントして重ね合わせて付着させる。付着法として、接着剤、拡散接合、常温接合、高温接合等がある。また、主基板351がSi等の半導体基板、金属等の導電体基板であるときは、ガラス基板や石英基板357を用いれば、静電結合(陽極接合)で強固に付着できる。この場合、間に挟む基板357も質量分析室356となる部分を除去しておき、アライメントして第2基板側352および/または第3基板側353を基板357と付着させる。(どちらか、一方だけでも良い。)この結果、密閉された質量分析室358(356が結合して358となる)が形成できる。(図20(d)、(e))尚、図20(a)に示すプロセスにおいて、凹部ではなく貫通溝を形成した主基板351を付着させることもできる。このときは、貫通溝と導電体膜パターンとの正確な位置合わせを行なう。貫通溝の深さが、一枚の溝だけで良い場合には、図20(d)において、主基板の一方がない方(たとえば、351(351−1)がない、導電体膜355が形成された第2基板352)を主基板351(351−2)へ付着させることもできる。 The same process is performed on the second substrate side 352, the main substrate 351 (351-1) is attached to the second substrate side 352, the through groove 356, and the conductor film 355 which is the quadrupole electrode 355 therein. To form. The thus formed main substrate 351 (351-1) attached to the second substrate side 352 and the main substrate 351 (351-2) attached to the third substrate side 353 are aligned so that the through grooves 356 are aligned with each other. And then stack and attach. Adhesive methods include adhesives, diffusion bonding, room temperature bonding, and high temperature bonding. Further, when the main substrate 351 is a semiconductor substrate such as Si or a conductor substrate such as metal, a glass substrate or a quartz substrate 357 can be used to firmly attach them by electrostatic coupling (anodic bonding). In this case, the substrate 357 which is sandwiched between the substrates 357 and 356 is removed by removing the portion to be the mass spectrometric chamber 356, and the second substrate side 352 and/or the third substrate side 353 is attached to the substrate 357. As a result, a closed mass spectrometric chamber 358 (356 is combined to form 358) can be formed. (FIGS. 20(d) and 20(e)) Incidentally, in the process shown in FIG. 20(a), the main substrate 351 in which the through groove is formed instead of the recess may be attached. At this time, the through groove and the conductor film pattern are accurately aligned. In the case where the depth of the through groove is only one groove, in FIG. 20D, the conductor film 355 is formed in which one of the main substrates is absent (for example, 351 (351-1) is absent). The formed second substrate 352) may be attached to the main substrate 351 (351-2).

次に、第2基板352および第3基板353にコンタクト孔371を形成し、コンタクト孔371内に導電体膜を積層して次に電極・配線372を形成する。コンタクト孔371内への導電体膜の積層はCVD法、PVD法、メッキ法、塗布法等を使用できる。電極・配線372もCVD法、PVD法、メッキ法、塗布法等を使用できる。コンタクト孔371内の導電体膜と電極・配線372は兼用も可能である。第2基板352および第3基板353上を電極・配線372の引きまわしも可能であり、適切な場所にパッド電極(外部との電極接続部)を設けることができる。必要なら、保護膜を形成することもできる。尚、図20は、図19におけるイオンビーム325の進行方向から見た図、すなわち、図19において紙面と垂直方向の断面図である。 Next, a contact hole 371 is formed in the second substrate 352 and the third substrate 353, a conductor film is laminated in the contact hole 371, and then an electrode/wiring 372 is formed. A CVD method, a PVD method, a plating method, a coating method, or the like can be used to stack the conductor film in the contact hole 371. The electrode/wiring 372 can also be formed by the CVD method, PVD method, plating method, coating method, or the like. The conductor film in the contact hole 371 can also be used as the electrode/wiring 372. The electrodes/wirings 372 can be routed over the second substrate 352 and the third substrate 353, and pad electrodes (electrode connection portions with the outside) can be provided at appropriate places. A protective film can be formed if necessary. Note that FIG. 20 is a view seen from the traveling direction of the ion beam 325 in FIG. 19, that is, a cross-sectional view in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.

この結果、4つの四重極電極355(355−1、2、3、4)には、外部電極372から交流(高周波電圧)および直流電圧を印加できる。上記のように半導体プロセスを使用して、質量分析室を形成できるので、極めて正確なサイズの質量分析室を作製でき、精度の高い質量分析が可能となる。尚、本プロセスから明らかなように、主基板を重ねて付着させる(間にガラス基板等を介在しても良い)ことによって、質量分析室の深さを大きくできる。たとえば、通常のSi基板の厚みは厚くても1mm程度であるが、10枚重ねることによって10mmとなる。もちろん、もっと厚いSi基板も作製できるので、少数の基板の貼り合わせで所定の厚みを実現できる。また、真空引きライン開口部359を形成し、真空ポンプを接続すれば質量分析室358を真空引きでき圧力を下げることができる。本発明は、所望のサイズの質量分析室であり(たとえ、質量分析室の高さが1mm以下、または100μm以下と極めて小さくとも)、しかも接合箇所が少なく、またその接合も強固なので、極めて低い圧力や、所望の圧力を簡単に実現できる。プロセスも簡単で、真空ポンプも小型で済むので、低コストの質量分析装置を実現できる。 As a result, an alternating current (high frequency voltage) and a direct current voltage can be applied from the external electrode 372 to the four quadrupole electrodes 355 (355-1, 2, 3, 4). Since the mass spectrometry chamber can be formed by using the semiconductor process as described above, a mass spectrometry chamber having an extremely accurate size can be produced, and highly accurate mass spectrometry can be performed. As is clear from this process, the depth of the mass spectrometric chamber can be increased by stacking and adhering the main substrates (a glass substrate or the like may be interposed therebetween). For example, the thickness of a normal Si substrate is about 1 mm at the maximum, but it becomes 10 mm by stacking 10 sheets. Of course, since a thicker Si substrate can be manufactured, a predetermined thickness can be realized by bonding a small number of substrates. Further, by forming a vacuuming line opening 359 and connecting a vacuum pump, the mass spectrometry chamber 358 can be vacuumed and the pressure can be lowered. The present invention is a mass spectrometric chamber of a desired size (even if the height of the mass spectrometric chamber is 1 mm or less or 100 μm or less), and the number of joints is small. The pressure and the desired pressure can be easily realized. Since the process is simple and the vacuum pump is small, a low cost mass spectrometer can be realized.

四重極型質量分析の場合、所定のm/qを有するイオンのみが四重極電極355(図19の329)を通過して、検出室(図19の309)へ到達するが、それ以外のm/qを有するイオンは四重極電極355やその外側の主基板351、第2基板352、第3基板353に衝突し、ダメージを与える可能性がある。そこで、質量分析室358を大きくすれば、イオンの運動エネルギーも小さくなり、ダメージを小さくできる。図20(f)は質量分析室を大きくする構造および方法を示している。すなわち、第2基板352および第3基板353の上下に第2主基板361(361−1、2)、第4基板362、第5基板363を付着させて、質量分析室358の上部および下部に質量分析上部室365および下部室368を設け、さらに質量分析室358の左右幅(w21)を大きくし、四重極電極355から主基板351の左右壁を離す(d21を大きくする)。また、質量分析上部室365および下部室368の平面的面積は質量分析室358の面積より大きくするとともに(すなわち、質量分析上部室365の左右幅w22、質量分析下部室368の左右幅w23としたとき、w22、w23>w21)、第2基板352および第3基板353の領域は四重極電極355が強度的に支えられる程度にして、質量分析室367と質量分析上部室365および下部室368との間の仕切り(第2基板352および第3基板353)を除去して、開口部364および367をできるだけ広くする(複数の開口部に分けても良い)。また、真空引きライン開口部366および369を第4基板362、第5基板363の両方に設ける。さらに、問題ない程度に真空引きライン開口部366および369を大きくする(複数の開口部に分けても良い)。質量分析上部室365および下部室368の高さ(h22、h23)も大きくする。 In the case of quadrupole mass spectrometry, only ions having a predetermined m/q pass through the quadrupole electrode 355 (329 in FIG. 19) and reach the detection chamber (309 in FIG. 19). Ions having m/q of 6 may collide with and damage the quadrupole electrode 355 and the main substrate 351, the second substrate 352, and the third substrate 353 outside thereof. Therefore, if the mass analysis chamber 358 is enlarged, the kinetic energy of the ions is also reduced and damage can be reduced. FIG. 20(f) shows the structure and method for enlarging the mass spectrometry chamber. That is, the second main substrate 361 (361-1, 2), the fourth substrate 362, and the fifth substrate 363 are attached to the upper and lower sides of the second substrate 352 and the third substrate 353, and are attached to the upper and lower portions of the mass spectrometry chamber 358. A mass analysis upper chamber 365 and a lower chamber 368 are provided, the width (w21) of the mass analysis chamber 358 is increased, and the left and right walls of the main substrate 351 are separated from the quadrupole electrode 355 (d21 is increased). Further, the planar area of the mass analysis upper chamber 365 and the lower chamber 368 is made larger than the area of the mass analysis chamber 358 (that is, the left and right width w22 of the mass analysis upper chamber 365 and the left and right width w23 of the mass analysis lower chamber 368). At this time, w22, w23>w21), and the regions of the second substrate 352 and the third substrate 353 are set to such an extent that the quadrupole electrode 355 is strongly supported, and the mass analysis chamber 367, the mass analysis upper chamber 365, and the lower chamber 368. The partition (the second substrate 352 and the third substrate 353) between and is removed to make the openings 364 and 367 as wide as possible (may be divided into a plurality of openings). Further, vacuum evacuation line openings 366 and 369 are provided on both the fourth substrate 362 and the fifth substrate 363. Further, the vacuum evacuation line openings 366 and 369 are made large to the extent that there is no problem (may be divided into a plurality of openings). The heights (h22, h23) of the mass analysis upper chamber 365 and the lower chamber 368 are also increased.

たとえば、質量分析室358の大きさは、w21=6mm、h21=2mm、d21=1.8mm、主基板351(351−1、2)の厚さ各0.8mm、ガラス基板357厚さ0.4mm、第2基板352の厚さ0.3mm、第3基板353の厚み0.3mm、第4基板362の厚さ0.5mm、第5基板363の厚み0.5mm、四重極電極355の幅0.2mm、高さ50μm、四重極電極の長さ(図19における横方向長さ、または図20の紙面に垂直方向長さ)1mm〜100mm、w22=8mm、h22=2mm、w23=8mm、h23=2mmとする。あるいは、質量分析室を大きくした場合の例は、質量分析室358の大きさが、w21=30mm、h21=10mm、d21=9mm、主基板351(351−1、2)の厚さ各5mm、ガラス基板厚さ0.5mm、第2基板352の厚さ1mm、第3基板353の厚み1mm、第4基板362の厚さ1mm、第5基板363の厚み1mm、四重極電極355の幅1mm、高さ0.4mm、四重極電極の長さ20mm〜200mm、w22=40mm、h22=10mm、w23=40mm、h23=10mmとする。 For example, the size of the mass spectrometric chamber 358 is w21=6 mm, h21=2 mm, d21=1.8 mm, the main substrate 351 (351-1, 2) is 0.8 mm thick, and the glass substrate 357 is 0.1 mm thick. 4 mm, the thickness of the second substrate 352 is 0.3 mm, the thickness of the third substrate 353 is 0.3 mm, the thickness of the fourth substrate 362 is 0.5 mm, the thickness of the fifth substrate 363 is 0.5 mm, and the quadrupole electrode 355 is Width 0.2 mm, height 50 μm, length of quadrupole electrode (horizontal length in FIG. 19 or length perpendicular to paper surface of FIG. 20) 1 mm to 100 mm, w22=8 mm, h22=2 mm, w23= 8 mm and h23=2 mm. Alternatively, in the case of enlarging the mass analysis chamber, the size of the mass analysis chamber 358 is w21=30 mm, h21=10 mm, d21=9 mm, and the thickness of the main substrate 351 (351-1, 2) is 5 mm each. Glass substrate thickness 0.5 mm, second substrate 352 thickness 1 mm, third substrate 353 thickness 1 mm, fourth substrate 362 thickness 1 mm, fifth substrate 363 thickness 1 mm, quadrupole electrode 355 width 1 mm , Height 0.4 mm, quadrupole electrode length 20 mm to 200 mm, w22=40 mm, h22=10 mm, w23=40 mm, h23=10 mm.

以上の結果、イオン検出室309に到達しないで四重極電極355間の隙間を通りぬけたイオンは、主基板351の壁(側面)の方に向かっても、イオンの移動速度が小さくなり、主基板351の壁(側面)へのダメージは小さい。特に主基板351の壁(側面)の周囲にも真空引き開口部364や367を多数または広い領域に設けることによって四重極電極の内側から外れたイオンはそれらの開口部364や367から質量分析上部室365や質量分析下部室368へ出ていく。さらに、質量分析室358の内面をイオンに侵されにくい膜で覆うことによってもダメージは小さくなる。たとえば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜やアルミナなどはイオン耐性が大きい。これらの膜はCVD法やPVD法で積層できる。また、上方の質量分析上部室365や下方の質量分析下部室368へ向かうイオンもイオンの移動速度が小さくなり、第4基板362や第5基板363、第2主基板361の壁(側面)へのダメージは小さい。また、真空引き開口部366や369から真空ポンプ側へ排出されるので、質量分析装置への影響は小さい。さらに、パージ用またはクリーニング用の開口部を第4基板362や第5基板363に設けて、たとえば、窒素、Ar、He、等で時々パージまたはクリーニングすることも質量分析室を清浄な状態の保持や寿命の長持ちに有効である。 As a result, the ions moving through the gap between the quadrupole electrodes 355 without reaching the ion detection chamber 309 have a low ion moving speed toward the wall (side surface) of the main substrate 351, The damage to the wall (side surface) of the main substrate 351 is small. In particular, by providing a large number or wide areas of vacuum drawing openings 364 and 367 around the wall (side surface) of the main substrate 351, ions that have deviated from the inside of the quadrupole electrode can be subjected to mass analysis from those openings 364 and 367. It goes out to the upper chamber 365 and the mass analysis lower chamber 368. Further, the damage can be reduced by covering the inner surface of the mass spectrometric chamber 358 with a film that is not easily attacked by ions. For example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, alumina, etc. have high ion resistance. These films can be laminated by a CVD method or a PVD method. Further, the ions moving toward the upper mass analysis upper chamber 365 and the lower mass analysis lower chamber 368 also have a low ion moving speed, and move to the walls (side surfaces) of the fourth substrate 362, the fifth substrate 363, and the second main substrate 361. Damage is small. Further, since the gas is discharged from the vacuum drawing openings 366 and 369 to the vacuum pump side, the influence on the mass spectrometer is small. Furthermore, an opening for purging or cleaning is provided in the fourth substrate 362 or the fifth substrate 363, and the mass spectrometric chamber can be maintained in a clean state by occasionally purging or cleaning with nitrogen, Ar, He, or the like. It is effective for longevity and longevity.

あるいは、イオン検出室309の内側面に導電体膜を形成しておき、外側から電圧印加できるようにしておき、イオンと同電荷の弱い電圧をかけておけば、イオンの衝突を軽減できる。四重極電極355は第2基板352および第3基板353に形成されたコンタクト孔371内に積層した導電体膜を通して第2基板352および第3基板353上に形成された導電体膜372に接続し、次に第2主基板352または第3基板353の内側面に形成された導電体膜373に繋がり、さらに第4基板362または第5基板363の上下面に形成された導電体膜374に接続する。導電体膜374は第4基板362または第5基板363に形成されたコンタクト孔375内に積層した導電体膜を通して第4基板362または第5基板363の上面に形成された導電体膜電極・配線376に接続する。この結果、4個の四重極電極355は外部電極・配線376から直流電圧および交流(高周波)電圧を印加できる。また、1つの四重極電極に、図19に示すように複数の外側電極・配線を設けておけば、これら複数の電極からも直流電圧および交流(高周波)を印加でき、イオン325の軌道を精密にコントロールできる。 Alternatively, by forming a conductor film on the inner surface of the ion detection chamber 309 so that a voltage can be applied from the outside and applying a weak voltage having the same charge as the ions, collision of ions can be reduced. The quadrupole electrode 355 is connected to the conductor film 372 formed on the second substrate 352 and the third substrate 353 through the conductor film laminated in the contact hole 371 formed on the second substrate 352 and the third substrate 353. Then, it is connected to the conductor film 373 formed on the inner surface of the second main substrate 352 or the third substrate 353, and further connected to the conductor film 374 formed on the upper and lower surfaces of the fourth substrate 362 or the fifth substrate 363. Connecting. The conductor film 374 is a conductor film electrode/wiring formed on the upper surface of the fourth substrate 362 or the fifth substrate 363 through the conductor film laminated in the contact hole 375 formed on the fourth substrate 362 or the fifth substrate 363. Connect to 376. As a result, DC voltage and AC (high frequency) voltage can be applied to the four quadrupole electrodes 355 from the external electrodes/wirings 376. Further, if a plurality of outer electrodes and wirings are provided on one quadrupole electrode as shown in FIG. 19, DC voltage and AC (high frequency) can be applied from these plurality of electrodes, and the trajectory of the ions 325 can be changed. Can be precisely controlled.

図20(e)の状態から図20(f)を作製する方法の一例を説明する。第5基板363に付着した第2主基板361(361−2)に第5基板363に貫通する貫通孔368を形成する。また、第2主基板361(361−2)側に形成する導電体膜373と第3基板(下部基板)353の下面に形成される導電体膜372との重なり領域を広くするために、凹部377も形成する。この凹部377の深さは、導電体膜372の厚みと導電体膜373の厚みを合わせた程度(下地に絶縁膜を形成する場合はその厚みを考慮する。また、低融点半田合金を含む導電性接着剤を使用する場合もその厚みを考慮する。)とし、導電体膜372と導電体膜373の接続が十分行なわれるようにする。貫通孔368および凹部377を形成した後、導電体膜373および374を積層し、凹部377および貫通孔368の側面の必要な部分、第5基板363の上面の必要な部分に導電体膜373および374を形成する。導電体膜373、374は、Cu、Al、導電性Si、Cr、Ni、W、Mo、Ti、Au、Ag、これらの合金、導電性多結晶シリコン、各種シリサイド、導電性グラフェン、導電性ナノチューブであり、導電体膜373と372の電気的接続が不十分な場合は、導電体膜372、373、374上に導電性接着剤や半田合金(たとえば、Pb−Sn系、Ag−Cu−Sn系、Sn−Zn−Bi系、Cu−Sn系、Sn−Ag−In−Bi系、Sn−Zn−Al系等)を付着させる。 An example of a method for manufacturing FIG. 20F from the state of FIG. 20E will be described. A through hole 368 penetrating the fifth substrate 363 is formed in the second main substrate 361 (361-2) attached to the fifth substrate 363. In addition, in order to widen the overlapping region of the conductor film 373 formed on the second main substrate 361 (361-2) side and the conductor film 372 formed on the lower surface of the third substrate (lower substrate) 353, the concave portion is formed. Also forms 377. The depth of the recess 377 is about the sum of the thickness of the conductor film 372 and the thickness of the conductor film 373 (when an insulating film is formed as a base, the thickness is taken into consideration. When a conductive adhesive is used, its thickness is also taken into consideration.) so that the conductor film 372 and the conductor film 373 can be sufficiently connected. After forming the through hole 368 and the recess 377, the conductor films 373 and 374 are stacked, and the conductor film 373 and the conductor film 373 are formed on a necessary portion of the side surface of the recess 377 and the through hole 368 and a necessary portion of the upper surface of the fifth substrate 363. 374 is formed. The conductor films 373 and 374 are Cu, Al, conductive Si, Cr, Ni, W, Mo, Ti, Au, Ag, alloys thereof, conductive polycrystalline silicon, various silicides, conductive graphene, and conductive nanotubes. If the electrical connection between the conductor films 373 and 372 is insufficient, a conductive adhesive or solder alloy (for example, Pb-Sn system, Ag-Cu-Sn) is formed on the conductor films 372, 373, and 374. System, Sn-Zn-Bi system, Cu-Sn system, Sn-Ag-In-Bi system, Sn-Zn-Al system, etc.) are attached.

第3基板353の下面に形成する導電体膜372は図20(f)に示すように配線として引き回し、凹部377と接続する側にも形成し、導電体膜373と接続できるようにする。また、第2基板(上部基板)や第3基板(下部基板)に真空引き開口部364や367も形成する。これらの開口部364や367は導電体膜372を形成する前に形成しても良いし、導電体膜372をパターニング後に第2基板(上部基板)や第3基板(下部基板)をエッチング除去して形成することができる。あるいは、主基板351と第2基板(上部基板)や第3基板を付着する前にも四重極電極355と同様に形成できる。次に、質量分析室358に質量分析下部室368が合うようにアライメントしながら、第5基板363が付着した第2主基板361を第3基板353に付着させる。その後、第5基板363にコンタクト孔375および真空引き開口部369を形成し、コンタクト孔375に導電体膜を積層し、さらにそのコンタクト孔375に接続する導電体膜電極・配線376を形成する。真空引き開口部369から質量分析下部室368へ導電体膜が入り込む場合は、真空引き開口部369は導電体膜電極・配線376を形成後に形成しても良い。 The conductor film 372 formed on the lower surface of the third substrate 353 is laid out as a wiring as shown in FIG. 20F and is also formed on the side connected to the recess 377 so that it can be connected to the conductor film 373. Further, vacuum drawing openings 364 and 367 are also formed in the second substrate (upper substrate) and the third substrate (lower substrate). These openings 364 and 367 may be formed before the conductor film 372 is formed, or the second substrate (upper substrate) and the third substrate (lower substrate) may be removed by etching after the conductor film 372 is patterned. Can be formed. Alternatively, it can be formed in the same manner as the quadrupole electrode 355 before the main substrate 351 is attached to the second substrate (upper substrate) or the third substrate. Next, the second main substrate 361 to which the fifth substrate 363 has been attached is attached to the third substrate 353 while aligning the mass analysis lower chamber 368 to the mass analysis chamber 358. After that, a contact hole 375 and a vacuum drawing opening 369 are formed in the fifth substrate 363, a conductor film is laminated on the contact hole 375, and a conductor film electrode/wiring 376 connected to the contact hole 375 is formed. When a conductor film enters the mass analysis lower chamber 368 through the vacuum drawing opening 369, the vacuum drawing opening 369 may be formed after the conductor film electrode/wiring 376 is formed.

第4基板362、第2主基板361(361−1)や第2基板(上部基板)側についても同様である。また、明細書の他の部分にも記載しているように、下地が絶縁体でない場合には、導電体膜を積層する前にシリコン酸化膜等の絶縁膜を積層し、導電体膜の保護のために導電体膜の上にシリコン酸化膜等の絶縁膜を積層する。また、主基板361を上部基板362や下部基板363に付着し、開口部369や366を形成した後、導電体膜372と373の接続を確実に行なわせるために、開口部369や366を通して、選択CVD用ガスを流したり、またはメッキ溶液を導入して、接続部へ選択的に導電体膜を積層することもできる。 The same applies to the fourth substrate 362, the second main substrate 361 (361-1) and the second substrate (upper substrate) side. Further, as described in other parts of the specification, when the base is not an insulator, an insulating film such as a silicon oxide film is laminated before laminating the conductor film to protect the conductor film. For this purpose, an insulating film such as a silicon oxide film is laminated on the conductor film. Further, after attaching the main substrate 361 to the upper substrate 362 and the lower substrate 363 and forming the openings 369 and 366, in order to surely connect the conductor films 372 and 373, through the openings 369 and 366, It is also possible to flow a selective CVD gas or introduce a plating solution to selectively stack the conductor film on the connection portion.

図21は、四重極電極を基板に付着させる構造と方法の一例について説明する図である。図21(a)は断面図であり、(b)は平面図である。第2基板382および第3基板383上に四重極電極386を付着させる。四重極電極386は断面を円形状に示しているが、通常使用される直角双曲線形状でも良いし、その他の任意の形状でも良く、また四重極電極として最適の形状を選択できる。また、図21(b)に示すように、長手方向は直線状であり、全体が棒状となっている。また、長手方向に波形にすることも可能であり、四重極電極内の電場が質量分析に最適な形状を選択することもできる。四重極電極386の材料は、Mo系合金、SUS、銅系合金等種々の材料を使用できる。四重極電極386は金型を用いて作製でき、または線材として作製することもでき、またはパターンを作りメッキ法や電鋳法で作製することもできる。 FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a structure and method for attaching a quadrupole electrode to a substrate. 21A is a sectional view and FIG. 21B is a plan view. A quadrupole electrode 386 is attached on the second substrate 382 and the third substrate 383. Although the quadrupole electrode 386 has a circular cross section, it may have a commonly used right-angled hyperbolic shape or any other shape, and an optimum shape for the quadrupole electrode can be selected. Further, as shown in FIG. 21B, the longitudinal direction is linear and the whole is rod-shaped. Further, it is also possible to form a waveform in the longitudinal direction, and it is also possible to select a shape in which the electric field in the quadrupole electrode is optimum for mass spectrometry. As the material of the quadrupole electrode 386, various materials such as Mo-based alloy, SUS, and copper-based alloy can be used. The quadrupole electrode 386 can be manufactured using a mold, or can be manufactured as a wire rod, or can be manufactured by a patterning method or a plating method or an electroforming method.

第2基板382および第3基板383上に接着剤パターンを作成し、そのパターンに四重極電極棒386を付着させることによって精度良く第2基板382および第3基板上に配置できる。第2基板382および第3基板383上にフォトリソ+エッチング法によって、溝パターン385を形成し、必要な場合は接着剤を溝パターン385に形成して、溝パターン385に四重極電極棒386を入れて付着させることによって、さらに精度良く第2基板382および第3基板上に配置できる。四重極電極棒386の長さが長い場合はフォトリソ+エッチング法によって、四重極電極棒386の長さを正確にそろえることもできる。接着剤は、通常の接着剤でも良いし、導電性接着剤、半田等の金属でも良い。四重極電極の表面形状が四重極電極内の電場が最適化するように合わせて配置することが望ましい。その後、熱処理や紫外線照射を行ない、四重極電極棒386を第2基板382および第3基板383上に固定する。 By forming an adhesive pattern on the second substrate 382 and the third substrate 383 and attaching the quadrupole electrode rod 386 to the pattern, the adhesive pattern can be accurately arranged on the second substrate 382 and the third substrate. A groove pattern 385 is formed on the second substrate 382 and the third substrate 383 by a photolithography+etching method, and an adhesive is formed on the groove pattern 385 if necessary, and a quadrupole electrode rod 386 is formed on the groove pattern 385. By putting in and adhering them, it is possible to more accurately arrange them on the second substrate 382 and the third substrate. When the length of the quadrupole electrode rod 386 is long, the length of the quadrupole electrode rod 386 can be accurately aligned by the photolithography+etching method. The adhesive may be a normal adhesive, a conductive adhesive, or a metal such as solder. It is desirable that the surface shape of the quadrupole electrode is arranged so that the electric field in the quadrupole electrode is optimized. Then, heat treatment or ultraviolet irradiation is performed to fix the quadrupole electrode rod 386 on the second substrate 382 and the third substrate 383.

次に質量分析室384をくり抜いた主基板381を第2基板382および第3基板383に付着させる。この付着は、別々に行なっても良いし、同時にお行なっても良い。質量分析室384の所定位置に四重極電極棒386が配置されるように第2基板382および第3基板383をアライメントしながら主基板381に付着させる。主基板381が分割している場合には、質量分析室384を有する主基板381を第2基板382に付着したものと質量分析室384を有する主基板381を第3基板383に付着したものとを付着させる。このとき主基板381同士の間にガラス基板や石英基板を介在して、静電接合法を用いて付着することもできる。さらに、主基板381を多数分割してそれらを重ねながら付着すれば、質量分析室の高さを自由に調節できる。図21に示す実施形態では、種々の太さ(たとえば、50μm〜5mmφ)の四重極電極386を使用できる。四重極電極386の長さも基板のサイズに合わせて選定できるが、基板サイズが300mm直径のウエハであれば、1mm〜200mmで作成できる。コンタクト孔や引き出し電極は図20に示した方法で簡単に作製できる。さらに質量分析室を広げたり、第2基板および第3基板の隔壁の一部を除去したり、質量分析上部室および質量分析下部室を設けることも図20に示した方法で簡単に作製できる。 Next, the main substrate 381 obtained by hollowing out the mass spectrometry chamber 384 is attached to the second substrate 382 and the third substrate 383. This attachment may be performed separately or at the same time. The second substrate 382 and the third substrate 383 are aligned and attached to the main substrate 381 so that the quadrupole electrode rod 386 is arranged at a predetermined position in the mass spectrometry chamber 384. When the main substrate 381 is divided, the main substrate 381 having the mass analysis chamber 384 is attached to the second substrate 382, and the main substrate 381 having the mass analysis chamber 384 is attached to the third substrate 383. Attach. At this time, a glass substrate or a quartz substrate may be interposed between the main substrates 381 to attach them by using an electrostatic bonding method. Furthermore, if the main substrate 381 is divided into a large number and they are stacked and attached, the height of the mass spectrometry chamber can be freely adjusted. In the embodiment shown in FIG. 21, quadrupole electrodes 386 of various thicknesses (eg, 50 μm to 5 mmφ) can be used. The length of the quadrupole electrode 386 can also be selected according to the size of the substrate, but if the size of the substrate is a wafer having a diameter of 300 mm, it can be formed in 1 mm to 200 mm. The contact hole and the extraction electrode can be easily manufactured by the method shown in FIG. Further, the mass analysis chamber can be expanded, part of the partition walls of the second substrate and the third substrate can be removed, and the mass analysis upper chamber and the mass analysis lower chamber can be provided by the method shown in FIG. 20.

図22は、四重極電極を基板に付着させる構造と方法に関する別の例について説明する図である。図22に示す実施形態は、四重極電極394(394−1、2、3、4)を質量分析室396(396−1)と境界壁(基板側壁または基板隔壁)で隔てた所に配置し、質量分析室396(396−1)内には電極等を配置しない実施形態である。主基板391は質量分析室396(396−1)を有し、その左右に基板隔壁391(391−1、2)で仕切られて、貫通室396(396−2)および貫通室396(396−3)が配置される。この貫通室396(396−1、2)にはそれぞれ四重極電極394(394−2、4)が配置される。高さを調節するために主基板391の一部(台座と呼ぶ)397を残すか、第3基板393に台座397を付着させる。あるいは、台座397と同じ高さを持つ主基板391を第3基板に付着させて、質量分析室396(396−1)となる部分を除去する。尚、高さ調節が不要な大きさの四重極電極を使用すれば台座は不要である。 FIG. 22 is a diagram illustrating another example of the structure and method for attaching the quadrupole electrode to the substrate. In the embodiment shown in FIG. 22, the quadrupole electrode 394 (394-1, 2, 3, 4) is arranged at a position separated from the mass spectrometry chamber 396 (396-1) by a boundary wall (substrate side wall or substrate partition wall). However, in this embodiment, no electrodes or the like are arranged in the mass spectrometric chamber 396 (396-1). The main substrate 391 has a mass spectrometric chamber 396 (396-1), which is partitioned on the left and right sides by substrate partition walls 391 (391-1, 2) to provide a through chamber 396 (396-2) and a through chamber 396 (396-). 3) is arranged. Quadrupole electrodes 394 (394-2, 4) are arranged in the through chambers 396 (396-1, 2), respectively. A part (called a pedestal) 397 of the main substrate 391 is left to adjust the height, or the pedestal 397 is attached to the third substrate 393. Alternatively, the main substrate 391 having the same height as the pedestal 397 is attached to the third substrate, and the portion to be the mass spectrometric chamber 396 (396-1) is removed. If a quadrupole electrode of a size that does not require height adjustment is used, the pedestal is unnecessary.

この後、台座397に四重極電極396(396−2、4)を付着させる。台座に溝パターン398を形成しておけば四重極電極の固定や配置精度も良くなる。一方、第2基板392側にも主基板391を付着させ、主基板391において質量分析室396(396−1)となる部分、四重極電極396(396−2、4)が配置される部分396(396−2、3)をくり抜いて第2基板392に達する貫通孔を形成する。このとき、四重極電極396(396−2、4)の外側の主基板、および貫通孔396−2と質量分析室396−1との間の隔壁391(391−1)、貫通孔396−3と質量分析室396−1との間の隔壁391(391−2)は残しておく。 Then, the quadrupole electrodes 396 (396-2, 4) are attached to the pedestal 397. If the groove pattern 398 is formed on the pedestal, the quadrupole electrode can be fixed and arranged with high accuracy. On the other hand, the main substrate 391 is attached to the side of the second substrate 392 as well, and the portion of the main substrate 391 that becomes the mass spectrometry chamber 396 (396-1) and the portion where the quadrupole electrodes 396 (396-2, 4) are arranged. 396 (396-2, 3) is hollowed out to form a through hole reaching the second substrate 392. At this time, the main substrate outside the quadrupole electrode 396 (396-2, 4), the partition wall 391 (391-1) between the through hole 396-2 and the mass spectrometry chamber 396-1, the through hole 396-. The partition 391 (391-2) between the No. 3 and the mass spectrometric chamber 396-1 is left.

次に、第3基板393に付着した主基板391と第2基板に付着した主基板391を互いの質量分析室396−1が合うようにアライメントして付着させる。台座397に配置された四重極電極394(394−2、4)は、第2基板側の主基板に形成された貫通孔396(396−2、3)に入り込む。主基板391同士の接合は、接着剤、常温接合、拡散接合、高温接合を使って付着できる。また、間にガラス基板等を介在させれば、主基板391がSi基板等の半導体基板や導電体基板の場合は、陽極静電接合によって強固に付着できる。 Next, the main substrate 391 attached to the third substrate 393 and the main substrate 391 attached to the second substrate are aligned and attached so that their mass spectrometry chambers 396-1 are aligned. The quadrupole electrodes 394 (394-2, 4) arranged on the pedestal 397 enter into the through holes 396 (396-2, 3) formed in the main substrate on the second substrate side. The main substrates 391 can be bonded to each other using an adhesive, room temperature bonding, diffusion bonding, or high temperature bonding. Further, by interposing a glass substrate or the like therebetween, when the main substrate 391 is a semiconductor substrate such as a Si substrate or a conductor substrate, it can be firmly attached by anodic electrostatic bonding.

この後、第2基板392および第3基板393の所定位置に四重極電極394(394−1、3)を付着させるか、前もって第2基板392および第3基板393の所定位置に四重極電極394(394−1、3)を付着させておくことによって、質量分析室396(396−1)を囲む状態で、しかも質量分析室396(396−1)には隔壁および第2基板、第3基板と隔てられた位置に四重極電極394(394−1、2、3、4)を配置できる。 Then, the quadrupole electrodes 394 (394-1, 3) are attached to the predetermined positions of the second substrate 392 and the third substrate 393, or the quadrupole electrodes are attached to the predetermined positions of the second substrate 392 and the third substrate 393 in advance. By attaching the electrodes 394 (394-1, 3) in advance, the partition wall, the second substrate, and the second substrate, the second substrate, and the second substrate, can be surrounded by the mass analysis chamber 396 (396-1). The quadrupole electrode 394 (394-1, 2, 3, 4) can be arranged at a position separated from the three substrates.

図22(b)は、図22(a)で示す四重極電極を有する質量分析室の斜視透視図である。質量分析室396−1の長手方向に四重極電極394(394−1、2、3、4)が棒状に配置されている。図22(b)では四重極電極394は断面形状が円形の円柱状棒として示しているが、断面形状は直角双曲線形状や楕円状、双曲線形状など他の形状でも良い。一般的には、直角双曲線形状が良いとされている。互いに向かいあった電極同士に電圧±(U+Vcosωt)の直流電圧と高周波電圧を印加する。すなわち、四重極電極394−1と3に+(U+Vcosωt)を、四重極電極394−2と4に−(U+Vcosωt)を同時に印加する。この結果、質量分析室396−1を通過する荷電粒子(イオン)ビームのうち、特定のm/eを有するイオンのみが質量分析室396−1を通過することができる。図22(a)、(b)に示す四重極電極を有する質量分析室は、四重極電極394は隔壁391(391−1、2)、第2基板392、第3基板393によって質量分析室396−1を通る荷電粒子(イオン)ビームと隔てられているので、四重極電極394の損傷は非常に少ない、代わりに隔壁391(391−1、2)、第2基板392、第3基板393に荷電粒子(イオン)が衝突する恐れがあるが、質量分析室396−1の真空引き開口部399を広く取ることによって、壁に衝突する荷電粒子(イオン)ビームを外へ排出できる。また、質量分析室396−1の内面を荷電粒子(イオン)耐性の大きい膜(たとえば、シリコン窒化膜、アルミナ)を積層して保護すると良い。 22(b) is a perspective perspective view of the mass spectrometry chamber having the quadrupole electrode shown in FIG. 22(a). Quadrupole electrodes 394 (394-1, 2, 3, 4) are arranged in a rod shape in the longitudinal direction of the mass spectrometric chamber 396-1. In FIG. 22B, the quadrupole electrode 394 is shown as a cylindrical rod having a circular cross-sectional shape, but the cross-sectional shape may be another shape such as a right-angled hyperbolic shape, an elliptical shape, or a hyperbolic shape. Generally, the shape of a right-angled hyperbola is considered to be good. A DC voltage and a high frequency voltage of voltage ±(U+Vcosωt) are applied to the electrodes facing each other. That is, +(U+Vcosωt) is applied to the quadrupole electrodes 394-1 and 39, and −(U+Vcosωt) is applied to the quadrupole electrodes 394-2 and 4 at the same time. As a result, among the charged particle (ion) beams passing through the mass analysis chamber 396-1, only ions having a specific m/e can pass through the mass analysis chamber 396-1. In the mass spectrometry chamber having the quadrupole electrode shown in FIGS. Since it is separated from the charged particle (ion) beam passing through the chamber 396-1, the damage of the quadrupole electrode 394 is very small. Although charged particles (ions) may collide with the substrate 393, the charged particle (ion) beam colliding with the wall can be discharged to the outside by widening the vacuuming opening 399 of the mass analysis chamber 396-1. Further, it is preferable to protect the inner surface of the mass spectrometric chamber 396-1 by laminating a film having a high resistance to charged particles (ions) (for example, silicon nitride film, alumina).

図22(c)は、図22(a)と同じ構造であるが、四重極電極が導電体膜で形成される場合を示す。中央の質量分析室425(425−1)は、左右側面側が主基板421の隔壁(基板側壁)421−1および421−2により、上下面側が第2基板(上部基板)422および第3基板(下部基板)によって囲まれている。質量分析室425(425−1)の左側には隔壁421−1で隔てられて貫通孔425−2が配置され、その貫通孔425−2内側面および下面(第3基板423側)は絶縁膜427で囲まれ、その内側に導電体膜426(426−1)が形成される。導電体膜426(426−1)の上部は絶縁膜428が形成されるが、なくても良い。この導電体膜426(426−1)が四重極電極の1つとなる。質量分析室425(425−1)の右側の425(425−3)も同様の構造であり、導電体膜426(426−2)も四重極電極の1つとなる。導電体膜426は、貫通室425(425−2、3)を形成した後、貫通室425(425−2、3)の内面に絶縁膜427を形成し、その上に導電体膜をCVD法やPVD法で形成する。この状態では貫通室425(425−2、3)は導電体膜で充填されておらず空間が存在する。この導電体膜だけで四重極電極とすることも可能であるが、さらに強固な四重極電極にするために、メッキ法で貫通室425(425−2、3)内の空間を導電体膜で充填する。あるいは、選択CVD法で貫通室425(425−2、3)内の空間を導電体膜で充填する。あるいは、CVD法やPVD法で貫通室425(425−2、3)内の空間を導電体膜で充填した後、エッチバック法で貫通室425(425−2、3)内の空間以外の部分の導電体膜を除去する。貫通室425(425−2、3)内の空間の上部を少しあけておき、残りは絶縁膜428でカバーすることもできる。この絶縁膜428もCVD法、PVD法、あるいは塗布法、あるいはスクリーン印刷法、これらの組合せで形成した後、エッチバック法で貫通室425(425−2、3)の上部表面を平坦化する。その後で、上部基板422を付着させる。 FIG. 22C shows the case where the quadrupole electrode is formed of a conductor film, although it has the same structure as FIG. 22A. In the central mass analysis chamber 425 (425-1), the left and right side surfaces are formed by the partition walls (substrate side walls) 421-1 and 421-2 of the main substrate 421, and the upper and lower surfaces are formed by the second substrate (upper substrate) 422 and the third substrate ( Lower substrate). A through hole 425-2 is arranged on the left side of the mass spectrometry chamber 425 (425-1) separated by a partition wall 421-1, and the inner surface and the lower surface (the side of the third substrate 423) of the through hole 425-2 are insulating films. A conductor film 426 (426-1) is formed on the inner side thereof by being surrounded by 427. The insulating film 428 is formed on the conductor film 426 (426-1), but it may be omitted. This conductor film 426 (426-1) becomes one of the quadrupole electrodes. The right side 425 (425-3) of the mass spectrometry chamber 425 (425-1) has the same structure, and the conductor film 426 (426-2) is also one of the quadrupole electrodes. For the conductor film 426, after forming the through chamber 425 (425-2, 3), the insulating film 427 is formed on the inner surface of the through chamber 425 (425-2, 3), and the conductor film is formed on the insulating film 427 by the CVD method. And PVD method. In this state, the through chamber 425 (425-2, 3) is not filled with the conductor film and has a space. It is possible to form a quadrupole electrode only with this conductor film, but in order to make it a stronger quadrupole electrode, the space in the penetration chamber 425 (425-2, 3) is made into a conductor by a plating method. Fill with membrane. Alternatively, the space in the through chamber 425 (425-2, 3) is filled with a conductor film by the selective CVD method. Alternatively, after the space in the penetration chamber 425 (425-2, 3) is filled with a conductive film by the CVD method or the PVD method, a portion other than the space in the penetration chamber 425 (425-2, 3) is etched back. The conductor film of is removed. It is also possible to leave the upper part of the space in the penetration chamber 425 (425-2, 3) slightly open and cover the rest with the insulating film 428. The insulating film 428 is also formed by a CVD method, a PVD method, a coating method, a screen printing method, or a combination thereof, and then the upper surface of the through chamber 425 (425-2, 3) is flattened by an etch back method. After that, the upper substrate 422 is attached.

第2基板(上部基板)422の上面および第3基板(下部基板)の下面において質量分析室の上部および下部の領域に導電体膜パターン429(429−1、2)が形成される。この導電体膜パターン429(429−1、2)もCVD法、PVD法、メッキ法、スクリーン印刷法、またはこれらの組合せ等で形成できる。この導電体膜パターン429(429−1、2)が残りの四重極電極となる。左右の四重極電極425(425−1,2)にコンタクト孔430が形成され導電体膜が形成される、このコンタクト孔内導電体膜に接続して電極431が形成され、この電極431から四重極電極425(425−1,2)に電圧が印加される。また上下の四重極電極429(429−1,2)にも電圧が印加される。これらの電圧印加によって、質量分析室内に電場が形成され、質量分析室425−1内を進む荷電粒子(イオン)ビームがm/qの値によって荷電粒子(イオン)ビームの軌道が変化する。本実施形態は、四重極電極を導電体膜で形成し、通常の半導体プロセスで作製するので、非常に精度良く質量分析室を作製できる。 Conductor film patterns 429 (429-1, 2) are formed in the upper and lower regions of the mass analysis chamber on the upper surface of the second substrate (upper substrate) 422 and the lower surface of the third substrate (lower substrate). This conductor film pattern 429 (429-1, 2) can also be formed by a CVD method, a PVD method, a plating method, a screen printing method, or a combination thereof. This conductor film pattern 429 (429-1, 2) becomes the remaining quadrupole electrode. A contact hole 430 is formed in the left and right quadrupole electrodes 425 (425-1, 2) to form a conductor film. An electrode 431 is formed by connecting to the conductor film in the contact hole. A voltage is applied to the quadrupole electrode 425 (425-1, 2). A voltage is also applied to the upper and lower quadrupole electrodes 429 (429-1, 229). By applying these voltages, an electric field is formed in the mass analysis chamber, and the trajectory of the charged particle (ion) beam moving in the mass analysis chamber 425-1 changes depending on the value of m/q. In this embodiment, since the quadrupole electrode is formed of a conductor film and is manufactured by a normal semiconductor process, the mass spectrometry chamber can be manufactured with extremely high accuracy.

図22(d)は、四重極電極をすべて質量分析室へ納めてしかも質量分析室を広くした場合の実施形態である。第3基板403に付着した主基板401は質量分析室となる貫通室413が形成され、貫通室413内の左右に2個の四重極電極407(407−2、4)が離間して配置される。前記2個の四重極電極407(407−2、4)を結ぶ直線の(略)中間(M1)において前記直線と(略)直角に交わる直線上で、上方側に1個の四重極電極407−1が配置され、下方側に1個の四重極電極407−3が配置され、四重極電極407−1と407−3の略中間(M2)はM1とほぼ一致する。また、2個の四重極電極407(407−2、4)の距離と2個の四重極電極407(407−1、3)の距離はほぼ等しい。ただし、多少のずれがあっても四重極電極に印加する電圧や周波数を変化させれば特定のm/e値によるイオンを選りわけることは可能である。2個の四重極電極407(407−2、4)は第3基板403上または第3基板403上に付着した主基板401の一部(台座部401(401−1、2))に付着している。2個の四重極電極407(407−2、4)が配置される第3基板403または台座部401(401−1、2)所定位置には接着剤、半田等を付着させ固定させても良い。またはその所定位置に溝408等を設けてそこに四重極電極407(407−2、4)を配置し固定させる。台座部401(401−1、2)が存在する場合は、コンタクト孔410を開けてコンタクト孔410内に導電体膜を積層する。導電体膜はたとえば、Cu、Al、Mo、W、Ti、Ni、Cr、Au、Ag等の金属、導電性炭素(たとえば、ナノチューブ、グラフェン)、これらの積層体、これらの合金、あるいはこれらのシリサイド、または低抵抗(ポリ)シリコンである。第3基板403の上面において、コンタクト孔410が形成される部分には予め導電膜411をパターニングしておき、その上に台座401(401−1、2)を配置するようにする。 FIG. 22D shows an embodiment in which all the quadrupole electrodes are housed in the mass spectrometry chamber and the mass spectrometry chamber is wide. The main substrate 401 attached to the third substrate 403 is provided with a through chamber 413 serving as a mass analysis chamber, and two quadrupole electrodes 407 (407-2, 4) are arranged on the left and right in the through chamber 413 so as to be separated from each other. To be done. One quadrupole on the upper side on a straight line that intersects with the straight line (substantially) at a (substantially) middle (M1) of the straight line connecting the two quadrupole electrodes 407 (407-2, 4). The electrode 407-1 is arranged, one quadrupole electrode 407-3 is arranged on the lower side, and the substantially middle (M2) of the quadrupole electrodes 407-1 and 407-3 substantially coincides with M1. The distance between the two quadrupole electrodes 407 (407-2, 4) and the distance between the two quadrupole electrodes 407 (407-1, 3) are substantially equal. However, even if there is some deviation, it is possible to select ions with a specific m/e value by changing the voltage or frequency applied to the quadrupole electrode. The two quadrupole electrodes 407 (407-2, 4) are attached to the third substrate 403 or a part of the main substrate 401 attached to the third substrate 403 (the pedestal portion 401 (401-1, 2)). doing. Even if the third substrate 403 on which the two quadrupole electrodes 407 (407-2, 4) are arranged or the pedestal portion 401 (401-1, 2) is fixed at a predetermined position by applying an adhesive agent or solder. good. Alternatively, a groove 408 or the like is provided at a predetermined position and the quadrupole electrode 407 (407-2, 4) is arranged and fixed therein. When the pedestal portion 401 (401-1, 2) is present, the contact hole 410 is opened and a conductor film is stacked in the contact hole 410. The conductor film is, for example, a metal such as Cu, Al, Mo, W, Ti, Ni, Cr, Au, or Ag, conductive carbon (for example, nanotube, graphene), a laminated body thereof, an alloy thereof, or a metal alloy thereof. Silicide or low resistance (poly) silicon. On the upper surface of the third substrate 403, the conductive film 411 is patterned in advance at the portion where the contact hole 410 is formed, and the pedestals 401 (401-1, 2) are arranged on it.

第3基板403の下部には第2主基板404(404−2)が付着しており、質量分析下部室となる貫通孔空間414が形成されている。質量分析下部室414は質量分析室413と同程度の大きさ(平面サイズで)か、または大きめに形成すると良い。上下の四重極電極407−1と3を結ぶ領域に入る第3基板403の部分はできるだけ広く除去して、開口部412を広く取る。このメリットの一つは、四重極電極による電場の乱れをできるだけ小さくするためである。開口部412を広くした結果、四重極電極407(407−2、4)が配置される部分における第3基板403に荷重がかかり変形する可能性があるので、四重極電極407(407−2、4)が配置される第3基板403の部分に支柱として第2主基板404(404−3、4)を配置することもできる。この支柱404(404−3、4)は、荷電粒子の進行方向(紙面に垂直な方向で、質量分析室の長手方向)には、必ずしも連続している必要はなく、四重極電極407(407−2、4)を支えられれば、不連続に配置しても良い。そうすれば、支柱404(404−3、4)の外側にある貫通孔空間414−2、3と中央の質量分析下部室空間414−1と圧力が同じとなる。第2主基板404の下面に第5基板406が付着している。第5基板406の所定位置に四重極電極407−3が付着している。第5基板上406の所定位置に接着剤パターン、半田合金パターン等を形成し、そのパターンに四重極電極407−3を合わせて配置し、熱処理等を行ない第5基板上406上に固定する。第5基板上406の所定位置に溝パターン409を形成して、その溝パターン409に四重極電極407−3の一部を入れて固定させればさらに精度良く固定できる。四重極電極407(407−1、2、3、4)は、たとえば、断面が円柱形状、楕円形状、双曲線形状等の曲線形状であるもの、または、三角形、四角形、多角形形状であるもの、あるいはこれらの組合せ形状である、棒状の電極である。この棒状電極をたとえば実装機(たとえば、フリップチップボンダー)で所定部分に付着させる。接着剤等が液状であるときは、セルフアライン的に所定部分に配置される。軽い超音波等の振動を与えてやると容易にセルフアライン的に所定部分に配置される。あるいは、別基板に棒状電極を搭載して、別基板と搭載すべき基板を位置合わせして、搭載すべき基板の所定位置に棒状電極を付着させて、固定した後に別基板を分離する。 A second main substrate 404 (404-2) is attached to the lower portion of the third substrate 403, and a through hole space 414 that serves as a mass analysis lower chamber is formed. The mass spectrometric lower chamber 414 may be formed to have the same size (in plan size) as the mass spectrometric chamber 413 or to have a larger size. The portion of the third substrate 403 that enters the region connecting the upper and lower quadrupole electrodes 407-1 and 3 is removed as wide as possible, and the opening 412 is made wide. One of the merits of this is to minimize the disturbance of the electric field due to the quadrupole electrode. As a result of widening the opening 412, a load may be applied to the third substrate 403 in a portion where the quadrupole electrode 407 (407-2, 4) is arranged, so that the quadrupole electrode 407 (407-). The second main board 404 (404-3, 4) may be arranged as a pillar on the portion of the third board 403 on which the 2, 4) are arranged. The columns 404 (404-3, 4) do not necessarily have to be continuous in the traveling direction of the charged particles (the direction perpendicular to the paper surface and the longitudinal direction of the mass analysis chamber), and the quadrupole electrode 407 ( 407-2 and 4) may be discontinuously arranged as long as they can be supported. Then, the pressure becomes the same as that of the through-hole spaces 414-2 and 41-2 outside the column 404 (404-3, 4) and the central mass analysis lower chamber space 414-1. The fifth substrate 406 is attached to the lower surface of the second main substrate 404. A quadrupole electrode 407-3 is attached to a predetermined position on the fifth substrate 406. An adhesive pattern, a solder alloy pattern, or the like is formed at a predetermined position on the fifth substrate 406, and the quadrupole electrode 407-3 is aligned with the pattern, and heat treatment or the like is performed to fix the quadrupole electrode 407-3 on the fifth substrate 406. .. If the groove pattern 409 is formed at a predetermined position on the fifth substrate 406, and a part of the quadrupole electrode 407-3 is put into the groove pattern 409 and fixed, the groove pattern 409 can be more accurately fixed. The quadrupole electrode 407 (407-1, 2, 3, 4) has, for example, a cross-section having a cylindrical shape, an elliptical shape, a curved shape such as a hyperbolic shape, or a triangular, quadrangular, or polygonal shape. , Or a combination of these, is a rod-shaped electrode. This rod-shaped electrode is attached to a predetermined portion by, for example, a mounting machine (for example, a flip chip bonder). When the adhesive or the like is liquid, it is arranged in a predetermined portion in a self-aligned manner. When a light vibration such as ultrasonic waves is applied, the parts are easily arranged in a predetermined portion in a self-aligning manner. Alternatively, a rod-shaped electrode is mounted on another substrate, the another substrate and the substrate to be mounted are aligned, the rod-shaped electrode is attached to a predetermined position of the substrate to be mounted, and after fixing, the another substrate is separated.

四重極電極407−3の位置で第5基板406にコンタクト孔416を形成し、そこに導電体膜を積層し、さらに外部電極配線(導電体膜)417を形成する。(第5基板406側では図示しないが、第4基板405側で図示している。)四重極電極407−2に接続する第3基板403上に形成された導電体膜配線パターン411に外部電極418へ接続する導電体膜配線パターン443、419、440、441、442を形成する。まず第3基板403内にコンタクト孔443を形成し、コンタクト孔443内に導電体膜を積層し、導電体膜配線パターン411へ接続する。第3基板403に第2主基板404−2を付着する前にコンタクト孔443およびその中に導電体膜を形成するのが良い。この後、第3基板403に第2主基板404−2を付着して、貫通孔(質量分析下部室)414を形成し、導電体膜419および440を積層し、導電体膜配線パターン419および440を形成する。第3基板403の開口部412はこの後で開口する。あるいは、第3基板403に第2主基板404−2を付着する前にコンタクト孔443およびその中に導電体膜を形成し、さらに導電体膜配線419を形成し、次に第2主基板404−2を第3基板403に付着させる。このとき、第3基板403に導電体膜配線419の凹凸が形成されているので、この凹凸が問題を生じる場合には、予め第2主基板404−2の当該部分をエッチングして凹部を形成しておくと良い。この後、貫通孔(質量分析下部室)414を形成し、導電体膜配線パターン419へつながる導電体膜配線パターン440を質量分析下部室414の内面に形成する。 A contact hole 416 is formed in the fifth substrate 406 at the position of the quadrupole electrode 407-3, a conductor film is laminated there, and further an external electrode wiring (conductor film) 417 is formed. (Although not shown on the fifth substrate 406 side, it is shown on the fourth substrate 405 side.) External to the conductor film wiring pattern 411 formed on the third substrate 403 connected to the quadrupole electrode 407-2. Conductor film wiring patterns 443, 419, 440, 441, 442 connected to the electrodes 418 are formed. First, a contact hole 443 is formed in the third substrate 403, a conductor film is stacked in the contact hole 443, and connected to the conductor film wiring pattern 411. Before attaching the second main substrate 404-2 to the third substrate 403, it is preferable to form a contact hole 443 and a conductor film therein. Then, the second main substrate 404-2 is attached to the third substrate 403, the through hole (mass analysis lower chamber) 414 is formed, the conductor films 419 and 440 are stacked, and the conductor film wiring pattern 419 and 440 is formed. The opening 412 of the third substrate 403 is opened thereafter. Alternatively, a contact hole 443 and a conductor film are formed in the contact hole 443 and the conductor film wiring 419 is formed before the second main substrate 404-2 is attached to the third substrate 403, and then the second main substrate 404 is formed. -2 is attached to the third substrate 403. At this time, since the unevenness of the conductor film wiring 419 is formed on the third substrate 403, if this unevenness causes a problem, the relevant portion of the second main substrate 404-2 is previously etched to form the concave portion. It is good to do it. After that, a through hole (lower mass analysis chamber) 414 is formed, and a conductor film wiring pattern 440 connected to the conductor film wiring pattern 419 is formed on the inner surface of the lower mass analysis chamber 414.

あるいは第3基板403に第2主基板404−2を付着する前にコンタクト孔443およびその中に導電体膜を形成した後に第3基板403に第2主基板404−2を付着し、次に第2主基板404−2内に貫通孔(質量分析下部室)414を形成し、コンタクト孔443内の導電体膜へ繋がる導電体膜配線パターン419を第3基板下面に形成する。さらに質量分析下部室414の内面にこの導電体膜配線パターン419へ繋がる導電体膜配線パターン440を形成する。 Alternatively, a contact hole 443 and a conductor film are formed in the contact hole 443 before attaching the second main substrate 404-2 to the third substrate 403, and then the second main substrate 404-2 is attached to the third substrate 403. A through hole (lower mass analysis chamber) 414 is formed in the second main substrate 404-2, and a conductor film wiring pattern 419 connected to the conductor film in the contact hole 443 is formed on the lower surface of the third substrate. Further, a conductor film wiring pattern 440 connected to the conductor film wiring pattern 419 is formed on the inner surface of the mass analysis lower chamber 414.

四重極電極407を付着した第5基板406において、導電体膜配線パターン440へつながる導電体膜配線441を形成する。あるいは、導電体膜配線441を第5基板406に形成した後に四重極電極407を付着しても良い。この第5基板406を貫通孔(質量分析下部室)414および導電体膜配線419および440を形成した第2主基板404−2の下面に付着させる。四重極電極407−3の位置が所定場所に来るように、さらに導電体膜配線441が導電体膜配線440へ確実に接続するようにアライメントして付着させる。上記で述べた配線同士の接続は、図51(f)で示した凹部377を形成する方法を採用すると良い。この後、導電体膜配線441へ接続するコンタクト孔441、その内部へ導電体膜の積層を形成し、さらに外部電極配線418を形成する。(同時に四重極電極407−3へ接続するコンタクト孔416、その内部へ導電体膜の積層、さらに外部電極配線418も形成できる。)四重極電極407−4への接続配線は図示していないが、四重極電極407−2と同様に形成できる。 On the fifth substrate 406 to which the quadrupole electrode 407 is attached, the conductor film wiring 441 connected to the conductor film wiring pattern 440 is formed. Alternatively, the quadrupole electrode 407 may be attached after the conductor film wiring 441 is formed on the fifth substrate 406. The fifth substrate 406 is attached to the lower surface of the second main substrate 404-2 on which the through hole (mass spectrometry lower chamber) 414 and the conductor film wirings 419 and 440 are formed. The quadrupole electrode 407-3 is aligned and attached so that the position of the quadrupole electrode 407-3 is at a predetermined position and the conductor film wiring 441 is surely connected to the conductor film wiring 440. For the connection between the wirings described above, the method of forming the concave portion 377 shown in FIG. 51F may be adopted. After that, a contact hole 441 connected to the conductor film wiring 441 is formed, a conductor film is laminated inside the contact hole 441, and further an external electrode wiring 418 is formed. (At the same time, a contact hole 416 connected to the quadrupole electrode 407-3, a conductor film can be stacked inside the contact hole 416, and an external electrode wiring 418 can be formed.) The connection wiring to the quadrupole electrode 407-4 is illustrated. Although not included, it can be formed similarly to the quadrupole electrode 407-2.

四重極電極407−1は第4基板405に付着している。四重極電極407−1の第4基板405への付着法は四重極電極407−3の第5基板406への付着法と同様である。第5基板406の方は、四重極電極407−2や407−4へ接続する導電膜配線や外部電極配線を作製する必要はない。もちろん、第5基板406側へ作製することも可能であるが、接続距離は長くなる。四重極電極407−2や407−4が配置される質量分析室を形成する主基板401の上方に第2基板402、その上に第2主基板404−1が付着され、その上に四重極電極407−1を有する第4基板405が付着される。四重極電極407−2や407−4は第3基板403に付着し(台座を挟む場合もある)固定され、第3基板403は第2主基板の支柱404−3、4等によって支持されているので、四重極電極407−2や407−4の上方は空洞で良い。従って、質量分析室413の上方の第2基板402は全部開口することもできる。(開口部444)同様に第2主基板404−1が有する質量分析上部室445の空間も質量分析室413と同程度か大きくすることもできる。 The quadrupole electrode 407-1 is attached to the fourth substrate 405. The method of attaching the quadrupole electrode 407-1 to the fourth substrate 405 is the same as the method of attaching the quadrupole electrode 407-3 to the fifth substrate 406. For the fifth substrate 406, it is not necessary to form conductive film wiring or external electrode wiring connected to the quadrupole electrodes 407-2 and 407-4. Of course, it is possible to fabricate on the fifth substrate 406 side, but the connection distance becomes long. The second substrate 402 is attached above the main substrate 401 that forms the mass analysis chamber in which the quadrupole electrodes 407-2 and 407-4 are arranged, and the second main substrate 404-1 is attached thereon. A fourth substrate 405 having a quadrupole electrode 407-1 is attached. The quadrupole electrodes 407-2 and 407-4 are attached and fixed to the third substrate 403 (the pedestal may be sandwiched in some cases), and the third substrate 403 is supported by the columns 404-3 and 4 of the second main substrate. Therefore, a cavity may be provided above the quadrupole electrodes 407-2 and 407-4. Therefore, the entire second substrate 402 above the mass spectrometry chamber 413 can be opened. (Aperture 444) Similarly, the space of the mass analysis upper chamber 445 of the second main substrate 404-1 can be set to be the same as or larger than the mass analysis chamber 413.

主基板401上に第2基板402を付着させるが、第2基板402を付着させる前に第2基板402の開口部444を形成しても良いし、第2基板402を付着させた後に第2基板402の開口部444を形成しても良い。あるいは、第2主基板404−1を第2基板402上に付着させた後に質量分析上部室445を作製し、その後で第2基板402の開口部444を形成することもできる。第2主基板404−1に質量分析上部室445を形成した後に第2基板402に付着させても良い。さらに、四重極電極407を有する第4基板405に質量分析上部室445を有する第2主基板404−1を付着させて、さらにそれを第2基板402へ付着させることもできる。または、第4基板405に第2主基板404−1を付着させて質量分析上部室445を形成した後、四重極電極407を付着させて、それらを第2基板402へ付着させても良い。 Although the second substrate 402 is attached to the main substrate 401, the opening 444 of the second substrate 402 may be formed before attaching the second substrate 402, or after the second substrate 402 is attached, the second substrate 402 is attached. The opening 444 of the substrate 402 may be formed. Alternatively, the mass spectrometric upper chamber 445 can be formed after the second main substrate 404-1 is attached onto the second substrate 402, and then the opening 444 of the second substrate 402 can be formed. The mass analysis upper chamber 445 may be formed on the second main substrate 404-1 and then attached to the second substrate 402. Further, the second main substrate 404-1 having the mass analysis upper chamber 445 may be attached to the fourth substrate 405 having the quadrupole electrode 407, and further attached to the second substrate 402. Alternatively, the second main substrate 404-1 may be attached to the fourth substrate 405 to form the mass analysis upper chamber 445, and then the quadrupole electrode 407 may be attached and then attached to the second substrate 402. ..

主基板401の厚みh24が厚くて質量分析室を形成するためのエッチングに時間を要する場合、またはエッチングが困難な場合(たとえば、エッチングマスクが長時間エッチングではもたない場合)は、破線446で示すように複数枚に分けて互いに付着させても良い。たとえば、h24=10mmの場合、1mmの厚みの主基板(分割)を用いて、質量分析室413となる部分(貫通孔である)をエッチングし(厚さは1mmである)、10枚を重ね合わせればh24=10mmとなり、それらを第3基板403に付着して作製できる。付着法として静電接合を使用する場合は、たとえば、0.8mmの主基板(分割)に0.2mmのガラス基板等を静電接合で付着させて、質量分析室413となる部分(貫通孔である)をエッチングし(厚さは1mmである)、それらを10枚を重ね合わせればh24=10mmとなり、それらを第3基板403に付着して作製できる。(最下層の主基板だけ第3基板403に付着しておけば、第3基板403とガラス基板の付着はなくなり、すべてを静電接合で付着できる。) If the thickness h24 of the main substrate 401 is large and it takes a long time to perform the etching for forming the mass spectrometric chamber, or if the etching is difficult (for example, when the etching mask does not last for a long time), a broken line 446 is used. As shown, a plurality of sheets may be divided and attached to each other. For example, in the case of h24=10 mm, a main substrate (divided) having a thickness of 1 mm is used to etch a portion (a through hole) to be the mass spectrometric chamber 413 (thickness is 1 mm), and 10 sheets are stacked. If combined, h24=10 mm, which can be manufactured by attaching them to the third substrate 403. When electrostatic bonding is used as the attachment method, for example, a 0.2 mm glass substrate or the like is electrostatically bonded to a 0.8 mm main substrate (divided) to form the mass analysis chamber 413 (through hole). By etching (thickness is 1 mm) and stacking 10 of them, h24=10 mm, which can be manufactured by adhering them to the third substrate 403. (If only the lowermost main substrate is attached to the third substrate 403, the third substrate 403 and the glass substrate will not be attached, and all can be attached by electrostatic bonding.)

最下層の厚さ1mmの主基板(分割)を第3基板403に付着して質量分析室413の一部(高さ方向で)をエッチングし(厚さは1mmである)、この後は質量分析室413となる部分をエッチングした厚さ1mmの主基板(分割)を次々に付着させていくか、複数枚の主基板を付着したものをまとめて付着させていくかして、主基板401(全体)を付着した第3基板403を作製できる。このとき、台座401の高さが1mm(最下層の主基板(分割)の厚みと同じ)である場合は、台座を形成するためのエッチングプロセスは不要となる。また、四重極電極407(407−2、4)の第3基板403または台座401−1,2への付着は、主基板(分割)を付着する工程の最初または途中または最後に行なうことができる。 The lowermost 1 mm-thick main substrate (divided) is attached to the third substrate 403 to etch a part (in the height direction) of the mass analysis chamber 413 (thickness is 1 mm). The main substrate 401 having a thickness of 1 mm, which is obtained by etching the portion to be the analysis chamber 413 (divided), is attached one after another, or a plurality of main substrates attached are attached together. A third substrate 403 having (whole) attached can be manufactured. At this time, when the height of the pedestal 401 is 1 mm (the same as the thickness of the main substrate (divided) in the lowermost layer), the etching process for forming the pedestal is not necessary. Further, the attachment of the quadrupole electrodes 407 (407-2, 4) to the third substrate 403 or the pedestals 401-1 and 401-2 may be performed at the beginning, the middle, or the end of the step of attaching the main substrate (divided). it can.

第2主基板404(404−1、404−2)の場合も同様に第2主基板404を分割して(たとえば、破線447や448で示すように)、それぞれ質量分析上部室、下部室を形成して付着させて所定の厚みの第2主基板404(404−1、404−2)を作製できる。たとえば、h25=10mmの場合、厚さ2mmの第2主基板を5枚重ねていけば良い。ガラス基板を用いる場合も上記の主基板と同様である。h26=10mmの場合も厚さ1mmの第2主基板を10枚重ねていけば良い。ガラス基板を用いる場合も上記の主基板と同様である。第2主基板404−2の場合は、導電体膜配線440の作製があるが、全部重ねてから形成することもできるし、その都度作製して接続していくこともできる。この場合、第2主基板404−2の側面において、第2主基板と導電体膜との間に電気的絶縁や密着性向上のために絶縁膜を形成しても良い。特に第2主基板が絶縁体でない場合には必要である。さらに、第2主基板404−2の側面をテーパー化(斜め)して、導電体膜の段差切れを防止することもできる。第2主基板404−2の側面、すなわち、質量分析下部室の側面形状は垂直形状でなくても良いので、テーパーにして導電体膜のステップカバレッジを改善する。テーパー化は、CVD法やPVD法だけでなく、メッキ法や電鋳法にも有効である。当然、第2主基板404−1および質量分析上部室も同様であるが、こちらには導電体膜の積層がない場合は、特にその形状を考慮する必要がない。 In the case of the second main substrate 404 (404-1, 404-2) as well, the second main substrate 404 is similarly divided (for example, as indicated by broken lines 447 and 448) to form a mass analysis upper chamber and a lower chamber, respectively. The second main substrate 404 (404-1, 404-2) having a predetermined thickness can be manufactured by forming and attaching it. For example, when h25=10 mm, five second main substrates having a thickness of 2 mm may be stacked. The case of using a glass substrate is the same as that of the main substrate described above. Also when h26=10 mm, it is sufficient to stack 10 second main substrates having a thickness of 1 mm. The case of using a glass substrate is the same as that of the main substrate described above. In the case of the second main substrate 404-2, the conductor film wiring 440 is prepared, but it is possible to form it after stacking it all, or to prepare and connect each time. In this case, on the side surface of the second main substrate 404-2, an insulating film may be formed between the second main substrate and the conductor film for electrical insulation and adhesion improvement. This is necessary especially when the second main substrate is not an insulator. Further, the side surface of the second main substrate 404-2 can be tapered (obliquely) to prevent the conductor film from being stepped. Since the side surface of the second main substrate 404-2, that is, the side surface shape of the mass analysis lower chamber does not have to be a vertical shape, it is tapered to improve the step coverage of the conductor film. The taper is effective not only in the CVD method and the PVD method but also in the plating method and the electroforming method. Of course, the same applies to the second main substrate 404-1 and the mass spectrometric upper chamber, but if there is no conductor film stacked here, it is not necessary to take the shape into consideration.

以上のようにして、4個の四重極電極を所定位置に配置し、しかも一つの広い空間に4個の四重極電極を配置できるので、理想的な四重極電場を精度良く作製できる。また、四重極電極の外側空間が広くできる(特に四重極電極407−2、4の外側空間)ので、四重極電極間の隙間を通りぬけていったイオンの運動量を小さくできるので、質量分析室413、質量分析上部室445、質量分析下部室414を取り囲んでいる基板へのダメージも軽減できる。449は真空引きライン開口部であるが、この真空引きライン開口部449を多数設けることによって、四重極電極間の隙間を通りぬけたイオンをポンプ側へ即排出できるので、側面基板へのダメージをさらに軽減できる。また、図51(f)で示したように、第4基板405および第5基板406の外側にさらに空間を有する第3主基板を付着した第6基板や第7基板を設ければ、第4基板405および第5基板406に開口部を広く取ることができるので、イオンによる第4基板405および第5基板406へのダメージをさらに軽減できる。また、第3基板403において、四重極電極407(407−2、407−4)の外側に質量分析下部室414(414−2、414−3)へ通じる開口部を部分的に設けることもできる。全部に開口部を設けることもできるが、その場合は、支柱(404−3、404−4)の側面に導電体膜・配線を形成する。尚、四重極電極407は、棒材を基板に付着する方法以外に、直接形成することもできる。その一例を以下に説明する。 As described above, since four quadrupole electrodes can be arranged at predetermined positions and four quadrupole electrodes can be arranged in one wide space, an ideal quadrupole electric field can be produced accurately. .. Further, since the outer space of the quadrupole electrode can be widened (in particular, the outer space of the quadrupole electrodes 407-2 and 407), the momentum of the ions passing through the gap between the quadrupole electrodes can be reduced, Damage to the substrate surrounding the mass spectrometry chamber 413, the mass spectrometry upper chamber 445, and the mass spectrometry lower chamber 414 can also be reduced. Reference numeral 449 denotes an evacuation line opening. By providing a large number of evacuation line openings 449, ions that have passed through the gap between the quadrupole electrodes can be immediately ejected to the pump side. Can be further reduced. Further, as shown in FIG. 51F, if a sixth substrate and a seventh substrate to which a third main substrate having a space is further attached are provided outside the fourth substrate 405 and the fifth substrate 406, the fourth substrate is provided. Since the opening can be widened in the substrate 405 and the fifth substrate 406, damage to the fourth substrate 405 and the fifth substrate 406 by ions can be further reduced. Further, in the third substrate 403, an opening communicating with the mass analysis lower chamber 414 (414-2, 414-3) may be partially provided outside the quadrupole electrode 407 (407-2, 407-4). it can. Although it is possible to provide openings in all of them, in that case, a conductor film/wiring is formed on the side surfaces of the pillars (404-3, 404-4). Note that the quadrupole electrode 407 can be directly formed instead of the method of attaching the rod material to the substrate. An example thereof will be described below.

図23は、四重極電極の作製方法を示す図である。図23に示す例は、図22(d)に示す四重極電極407−2および407−4の作製方法の一例であるが、他の場合についても同様の方法で作製できる。従って、図22(d)と同様のものは共通の符号で示す。図23(a)〜(d)は、メッキ法で作製する方法である。図23(a)〜(d)における第3基板403、導電体膜411、主基板401−2、主基板401−2に作製したコンタクト410、溝408は既に説明した内容と同様である。メッキ法では溝408はなくても良い。主基板401−2や第3基板403が絶縁体でない場合は、導電体膜411およびコンタクト内導電体膜410との間には絶縁膜を介在させる。 FIG. 23 is a diagram showing a method for manufacturing a quadrupole electrode. The example shown in FIG. 23 is an example of a method for manufacturing the quadrupole electrodes 407-2 and 407-4 shown in FIG. 22D, but the same method can be used for other cases. Therefore, the same parts as those in FIG. 22D are indicated by common reference numerals. 23A to 23D show a method of manufacturing by a plating method. The third substrate 403, the conductor film 411, the main substrate 401-2, the contact 410 and the groove 408 formed on the main substrate 401-2 in FIGS. 23A to 23D are the same as those already described. The groove 408 may be omitted in the plating method. When the main substrate 401-2 and the third substrate 403 are not insulators, an insulating film is interposed between the conductor film 411 and the in-contact conductor film 410.

図23(a)に示すように、コンタクト内導電体膜410が露出した状態で密着性向上用およびバリア用導電体膜およびメッキシード層450を積層する。たとえば、メッキ膜がCuの場合、メッキシード層はCu膜であり、CVD法またはPVD法等で積層する。密着性向上用およびバリア用導電体膜は、たとえば、Ti/TiN、Ta/TaN膜であり、CVD法またはPVD法等で積層する。密着性向上用およびバリア用導電体膜をたとえば、約50nm〜500nm積層した後、メッキシード層をたとえば500nm〜5000nm積層する。次に、感光性膜451を塗布法やシート付着法により基板403上に積層し、フォトリソ法により、四重極電極を形成すべき場所に開口部452を形成する。この開口部452の深さは、四重極電極の大きさ程度とする。たとえば、四重極電極の高さが0.1mmなら、約0.1mmの深さとし、四重極電極の高さが1.0mmなら、約1.0mmの深さとし、四重極電極の高さが5.0mmなら、約5.0mmの深さとする。その後、基板403をメッキ液に浸漬し、またはメッキ液をスプレーした状態で、メッキシード層に通電して、開口部452にメッキ膜453を形成する。(Cuのメッキ液はたとえば硫酸銅である。)このメッキ膜453が四重極電極となる。図23(b)所定厚みのメッキ膜453を形成したら、メッキを停止して、感光性膜451をリムーブする。メッキ膜453をマスクにして、メッキ膜453の形成されていないメッキシード層および密着性向上用およびバリア用導電体膜を除去する。通常、メッキシード層とメッキ金属は同じ材料であるが、メッキシード層の厚みはメッキ金属の厚みよりかなり薄いので、全面エッチング(ウエットエッチングまたはドライエッチング)してもメッキ金属の厚みは殆ど変化しない。すなわち、メッキ金属の厚みは、メッキシード層の厚み+オーバーエッチング量分だけ薄くなる。 As shown in FIG. 23A, a conductor film for improving adhesion and a barrier seed conductor film and a plating seed layer 450 are laminated with the conductor film 410 in the contact being exposed. For example, when the plating film is Cu, the plating seed layer is a Cu film, which is laminated by the CVD method or PVD method. The adhesion improving and barrier conductor films are, for example, Ti/TiN and Ta/TaN films, which are laminated by a CVD method or a PVD method. After the adhesion improving and barrier conductor films are stacked, for example, about 50 nm to 500 nm, a plating seed layer is stacked, for example, 500 nm to 5000 nm. Next, the photosensitive film 451 is laminated on the substrate 403 by a coating method or a sheet attachment method, and an opening 452 is formed at a place where a quadrupole electrode is to be formed by a photolithography method. The depth of the opening 452 is about the size of the quadrupole electrode. For example, if the height of the quadrupole electrode is 0.1 mm, the depth is about 0.1 mm, and if the height of the quadrupole electrode is 1.0 mm, the depth is about 1.0 mm, and the height of the quadrupole electrode is 5.0 mm. If so, the depth is about 5.0 mm. After that, the substrate 403 is immersed in the plating solution or is sprayed with the plating solution, and the plating seed layer is energized to form the plating film 453 in the opening 452. (The Cu plating solution is, for example, copper sulfate.) This plating film 453 becomes a quadrupole electrode. After forming the plating film 453 having a predetermined thickness in FIG. 23B, the plating is stopped and the photosensitive film 451 is removed. Using the plating film 453 as a mask, the plating seed layer on which the plating film 453 is not formed and the conductor film for improving adhesion and for the barrier are removed. Usually, the plating seed layer and the plating metal are the same material, but since the thickness of the plating seed layer is much smaller than the thickness of the plating metal, even if the entire surface is etched (wet etching or dry etching), the thickness of the plating metal hardly changes. .. That is, the thickness of the plating metal is reduced by the thickness of the plating seed layer+the amount of over-etching.

図23(a)、(b)で示した感光性膜パターンを用いた方法において、感光性膜451の側面形状のうち、紙面に垂直方向は感光性用マスクパターンで自由に変えることができるが、深さ方向の形状は自由に変えることはできない。せいぜい、傾斜をつけることができるだけである。従って、メッキ膜453の形状も紙面に垂直方向は自由に変えることができるが、深さ方向および上部側の形状を自由に変えることができない。そこで、図23(c)および(d)に示すように、最終メッキ形状と類似する空間455を有する型454を作製し、図23(a)で説明したことと同様に密着性向上用およびバリア用導電体膜およびメッキシード層450を積層した後に、この型454を四重極電極の搭載位置であるコンタクト410の形成部に合わせて、基板403に押しつける。型454は、空間455以外にプラスチックや高分子樹脂、ロウ材等の絶縁体で形成され、メッキ液注入口456およびメッキ液排出口457(これらも空間である)も形成されている。また、型454と基板403との接触部側は柔軟材料で形成されているので、型454を基板403に押しつけても基板403に損傷は与えないし、基板403に形成されたパターン(411、401−2等)をしっかりとカバーして、基板403と型454との接触部にメッキ液の浸入がないようにする。型454の空間455の上方に形成されたメッキ液注入口456からメッキ液を流し、型454の空間455の下方に形成されたメッキ液排出口457からメッキ液を排出する。メッキシード層に通電すると、メッキシード層からメッキ膜が成長し、空間455と類似した形状のメッキ膜ができる。所定のサイズと形状のメッキ膜458ができたら、メッキシード層への通電およびメッキ液注入をやめて、型454を取り外すと、所定の形状の四重極電極458ができる。(図23(d))この後。このメッキ膜458をマスクにして、メッキ膜453の形成されていないメッキシード層および密着性向上用およびバリア用導電体膜を除去する。尚、図23(a)〜(d)において、メッキ工程に入る前に、フォトリソ法およびエッチング法を用いて、メッキ膜を形成しない領域におけるメッキシード層および密着性向上用およびバリア用導電体膜を除去しておいても良い。図23(a)および(b)の場合には、感光性膜パターンがなくともメッキできるが、一部でも導電体膜が残っているとその部分にメッキ膜が成長するので、感光性膜パターンを形成した方が良い。 In the method using the photosensitive film pattern shown in FIGS. 23A and 23B, the side surface shape of the photosensitive film 451 can be freely changed by the photosensitive mask pattern in the direction perpendicular to the paper surface. The shape in the depth direction cannot be changed freely. At best, it can only be graded. Therefore, the shape of the plated film 453 can be freely changed in the direction perpendicular to the paper surface, but the shape in the depth direction and the shape on the upper side cannot be changed freely. Therefore, as shown in FIGS. 23(c) and 23(d), a mold 454 having a space 455 similar to the final plating shape is produced, and as in the case described with reference to FIG. After laminating the conductor film for plating and the plating seed layer 450, the mold 454 is pressed against the substrate 403 in alignment with the formation portion of the contact 410 which is the mounting position of the quadrupole electrode. In addition to the space 455, the mold 454 is formed of an insulating material such as plastic, polymer resin, or brazing material, and a plating solution injection port 456 and a plating solution discharge port 457 (these are also spaces) are also formed. In addition, since the contact portion side between the mold 454 and the substrate 403 is formed of a flexible material, even if the mold 454 is pressed against the substrate 403, the substrate 403 will not be damaged, and the patterns (411, 401) formed on the substrate 403 will not be damaged. -2 etc.) is firmly covered so that the plating solution does not enter the contact portion between the substrate 403 and the mold 454. The plating solution is flown from the plating solution injection port 456 formed above the space 455 of the mold 454, and the plating solution is discharged from the plating solution discharge port 457 formed below the space 455 of the mold 454. When electricity is applied to the plating seed layer, the plating film grows from the plating seed layer, and a plating film having a shape similar to the space 455 is formed. When the plating film 458 having a predetermined size and shape is formed, the energization of the plating seed layer and the injection of the plating solution are stopped, and the mold 454 is removed to form a quadrupole electrode 458 having a predetermined shape. (FIG. 23(d)) After this. Using the plating film 458 as a mask, the plating seed layer on which the plating film 453 is not formed and the conductor film for improving adhesion and barrier are removed. In FIGS. 23A to 23D, before the plating step, a photolithography method and an etching method are used to form a plating seed layer and an adhesion improving and barrier conductor film in a region where the plating film is not formed. May be removed. In the case of FIGS. 23A and 23B, the plating can be performed without the photosensitive film pattern, but if the conductive film remains in part, the plated film grows in that part. Better to form.

図24は、四重極電極棒407を基板に付着する方法を説明する図である。四重極電極棒407は予め所望の形状で作製する。この方法の利点は、最適の材料を用いた四重極電極を使用できることであるから、四重極電極の電場特性が非常に良くなることである。図24(a)および(b)は、フリップチップ実装機(ボンダー)を用いて、四重極電極棒407を実装する状態を示す図である。図24(a)に示す縦方向断面図はコンタクト部の断面模式図を示すものであり、図24(b)は、図24(a)における紙面と垂直方向の断面模式図である。すなわち、図24(b)は四重極電極棒407の長手方向でイオンの進行方向であり、図24(a)はそれ垂直な断面である。第3基板403に付着した第1主基板401−2に四重極電極棒407が付着される部分に溝(または凹部)408が形成され、その領域内にコンタクト410の表面が露出している。四重極電極棒407の長手方向で見ると、コンタクト410の領域は一部として記載しているが、電場特性を損なわなければ四重極電極棒407全体が接触する部分にコンタクト410を形成することもでき、このコンタクト部から四重極電極407へ電圧が印加される。 FIG. 24 is a diagram illustrating a method of attaching the quadrupole electrode rod 407 to the substrate. The quadrupole electrode rod 407 is formed in advance in a desired shape. The advantage of this method is that the electric field characteristics of the quadrupole electrode are very good, since the quadrupole electrode using the optimum material can be used. 24A and 24B are views showing a state in which the quadrupole electrode rod 407 is mounted using a flip chip mounting machine (bonder). The vertical cross-sectional view shown in FIG. 24(a) is a schematic cross-sectional view of the contact portion, and FIG. 24(b) is a schematic cross-sectional view perpendicular to the paper surface of FIG. 24(a). That is, FIG. 24(b) is the longitudinal direction of the quadrupole electrode rod 407 and is the traveling direction of ions, and FIG. 24(a) is a vertical cross section thereof. A groove (or recess) 408 is formed in a portion of the first main substrate 401-2 attached to the third substrate 403, to which the quadrupole electrode rod 407 is attached, and the surface of the contact 410 is exposed in that region. .. When viewed in the longitudinal direction of the quadrupole electrode rod 407, the region of the contact 410 is described as a part, but the contact 410 is formed at the portion where the entire quadrupole electrode rod 407 contacts unless the electric field characteristics are impaired. It is also possible to apply a voltage from this contact portion to the quadrupole electrode 407.

第3基板403に付着した第1主基板401−2の四重極電極棒407が付着される部分に導電性接着剤や半田金属や導電性ペースト等460を付ける。この塗布方法として、たとえばディスペンサー、スクリーン印刷で塗布したり、感光性接着剤でパターニングしたり、種々の方法がある。図24(b)では図を見易くするために接着剤等460を記載していないが、四重極電極棒407が搭載される溝部408(図24(b)では破線で示す)領域全体に塗布される。溝408の形状は、四重極電極棒407がちょうど溝部に嵌まるように形成することが望ましく、ウエットエッチング法、ドライエッチング法、レーザー法等で形成することができる。第1主基板401がSi基板等の半導体基板や、Cu基板等の導電体基板であるときは、四重極電極棒407との接触部分は絶縁膜でカバーしておく。従って、コンタクト410内の導電体膜はこの絶縁膜形成後に積層することが望ましい。あるいは、四重極電極棒407が搭載される部分のだい1主基板401を孤立パターン(すなわち、他の導電体部分や半導体部分と接触しない)として絶縁体基板である第3基板403に付着すれば、第1主基板401に絶縁膜を形成しなくても良い。尚、接着剤等は四重極電極棒407の方にも付着することもできる。すなわち、四重極電極棒407がコンタクト部410および第1主基板401−2と付着する領域に接着剤等を付けておくこともできる。 A conductive adhesive, a solder metal, a conductive paste, or the like 460 is attached to a portion of the first main substrate 401-2 attached to the third substrate 403, to which the quadrupole electrode rod 407 is attached. As this application method, there are various methods such as application by a dispenser, screen printing, patterning with a photosensitive adhesive, and the like. Although the adhesive or the like 460 is not shown in FIG. 24B to make the drawing easy to see, it is applied to the entire groove portion 408 (shown by a broken line in FIG. 24B) where the quadrupole electrode rod 407 is mounted. To be done. The shape of the groove 408 is preferably formed so that the quadrupole electrode rod 407 just fits in the groove portion, and can be formed by a wet etching method, a dry etching method, a laser method, or the like. When the first main substrate 401 is a semiconductor substrate such as a Si substrate or a conductor substrate such as a Cu substrate, the contact portion with the quadrupole electrode rod 407 is covered with an insulating film. Therefore, it is desirable to stack the conductor film in the contact 410 after forming the insulating film. Alternatively, one main substrate 401 in the portion where the quadrupole electrode rod 407 is mounted may be attached to the third substrate 403 which is an insulating substrate as an isolated pattern (that is, not in contact with other conductor portions or semiconductor portions). For example, the insulating film may not be formed on the first main substrate 401. Note that the adhesive or the like can also be attached to the quadrupole electrode rod 407. That is, an adhesive or the like can be attached to the region where the quadrupole electrode rod 407 is attached to the contact portion 410 and the first main substrate 401-2.

フリップチップ実装機(ボンダー)の吸着部459に四重極電極棒407を吸着させて、第3基板403や第1主基板401の付着部分にアライメントしながら付着させる。接着剤を用いた付着では、接着剤の硬化温度以上の熱処理を行ない固化させて固定する。あるいは紫外線硬化性接着剤を用いた付着では、紫外線照射を行ない固化させて固定する。金属を用いる場合は、融点以上で付着させた後、融点以下の温度に下げて固化させて固定する。接着剤等の表面張力でセルフアラインできる場合は、四重極電極棒407と第3基板403や第1主基板401との固定が確実に行なわれなくても、フリップチップ実装機(ボンダー)の吸着部459を四重極電極棒407から離すことができる。セルフアラインができない場合には、四重極電極棒407と第3基板403や第1主基板401との固定が確実に行なわれた後で、フリップチップ実装機(ボンダー)の吸着部459を四重極電極棒407から離すようにすることが望ましい。尚、コンタクト410は四重極電極棒407を付着させてから第3基板403のコンタクトと一緒に形成することもできる。図22(d)において、四重極電極棒407−1や407−3は第2基板405や406に直接付着しているが、図24(a)および(b)で、第1主基板401が付着していない場合を考えれば良い。溝409は必要な場合に第2基板405や406に形成する。四重極電極棒407の付着部分にコンタクト孔416や外側電極・配線417を予め形成しておいた後で、四重極電極棒407の付着を行なっても良い。 The quadrupole electrode rod 407 is attracted to the attraction portion 459 of the flip-chip mounting machine (bonder) and is attached to the attachment portions of the third substrate 403 and the first main substrate 401 while being aligned. In the case of adhesion using an adhesive, heat treatment at a temperature higher than the curing temperature of the adhesive is performed to solidify and fix. Alternatively, in the case of attachment using an ultraviolet curable adhesive, ultraviolet irradiation is performed to solidify and fix. When a metal is used, it is attached at a temperature equal to or higher than the melting point and then lowered to a temperature equal to or lower than the melting point to be solidified and fixed. If self-alignment is possible by the surface tension of an adhesive or the like, even if the quadrupole electrode rod 407 and the third substrate 403 or the first main substrate 401 are not fixed securely, the flip chip mounting machine (bonder) The adsorption part 459 can be separated from the quadrupole electrode rod 407. When the self-alignment is not possible, after the quadrupole electrode rod 407 is securely fixed to the third substrate 403 and the first main substrate 401, the suction portion 459 of the flip chip mounting machine (bonder) is removed. It is desirable to separate from the heavy pole electrode rod 407. The contact 410 may be formed together with the contact of the third substrate 403 after attaching the quadrupole electrode rod 407. In FIG. 22D, the quadrupole electrode rods 407-1 and 407-3 are directly attached to the second substrates 405 and 406, but in FIGS. 24A and 24B, the first main substrate 401 is used. It is sufficient to consider the case where no is attached. The groove 409 is formed in the second substrate 405 or 406 when necessary. The quadrupole electrode rod 407 may be attached after the contact hole 416 and the outer electrode/wiring 417 are formed in advance in the attachment portion of the quadrupole electrode rod 407.

図24(c)および(d)は、サポート基板461に付着させた四重極電極棒407を第4基板405または第5基板406へ付着する方法を示す図である。支持基板461に接着剤等462を付着し、四重極電極棒407を付着すべき部分を反対側(図では下側)にして支持基板461に付着させる。四重極電極棒407を付着させる方の第4基板405において、付着する部分に溝部409を形成する。この溝部409の形成法は図24(a)、(b)と同様である。溝409の形状も四重極電極棒407が確実に嵌まるような形状が望ましい。尚、予め第5基板405に予めコンタクト416や電極・配線417を形成することもできる。溝部409における四重極電極棒407の接触部に導電性接着剤等(記載していないが、460とする)を形成しておき、サポート基板461に付着させた四重極電極棒407を第4基板405の接触部へアライメントして付着する。サポート基板461と四重極電極棒407を付着している接着膜462は、たとえば軟化温度T1の熱可塑性接着剤である。また、四重極電極棒407と第5基板405との接着剤460は、効果温度T2の熱硬化性接着剤である。T1>T2となるような材料を選定する。サポート基板461に付着させた四重極電極棒407を第4基板405の所定部分に接触させた後、雰囲気温度をT1とT2の間に保持して、接着剤460を硬化させて四重極電極棒407と第5基板405とを固定する。次にT1以上に温度を上げて、接着膜462を軟化させてサポート基板461を分離する。この結果、四重極電極棒407が第5基板405の所定部分に固く付着する。この後、コンタクト416および電極・配線417を形成できる。尚、コンタクト416の領域は、広い方が電場特性に良ければ広くすることも可能である。すなわち、図24(d)において、四重極電極410の領域を長手方向に伸ばしていけば良い。また、図24(c)においても、四重極電極410の領域を幅方向に伸ばしていけば良い。尚、第5基板406においても同様の方法で可能であり、第2基板402および403についても第1主基板401を付着させた後、同様の方法で四重極電極棒407を付着することができる。以上のようにして、所望の形状で所望の材料から構成される四重極電極棒407を基板に固定できる。 24C and 24D are views showing a method of attaching the quadrupole electrode rod 407 attached to the support substrate 461 to the fourth substrate 405 or the fifth substrate 406. An adhesive agent 462 is attached to the support substrate 461, and the portion to which the quadrupole electrode rod 407 is to be attached is made the opposite side (lower side in the figure) and attached to the support substrate 461. In the fourth substrate 405 to which the quadrupole electrode rod 407 is attached, the groove portion 409 is formed in the attachment portion. The method of forming the groove portion 409 is the same as that shown in FIGS. The groove 409 is also preferably shaped so that the quadrupole electrode rod 407 can be fitted securely. The contacts 416 and the electrodes/wirings 417 may be formed in advance on the fifth substrate 405. A conductive adhesive or the like (not shown, referred to as 460) is formed on the contact portion of the quadrupole electrode rod 407 in the groove portion 409, and the quadrupole electrode rod 407 attached to the support substrate 461 is attached to the first position. 4 Align and attach to the contact portion of the substrate 405. The adhesive film 462 to which the support substrate 461 and the quadrupole electrode rod 407 are attached is, for example, a thermoplastic adhesive having a softening temperature T1. Further, the adhesive 460 between the quadrupole electrode rod 407 and the fifth substrate 405 is a thermosetting adhesive having an effective temperature T2. A material that satisfies T1>T2 is selected. After the quadrupole electrode rod 407 attached to the support substrate 461 is brought into contact with a predetermined portion of the fourth substrate 405, the ambient temperature is maintained between T1 and T2, and the adhesive 460 is hardened to cure the quadrupole. The electrode rod 407 and the fifth substrate 405 are fixed. Next, the temperature is raised to T1 or higher to soften the adhesive film 462 and separate the support substrate 461. As a result, the quadrupole electrode rod 407 is firmly attached to a predetermined portion of the fifth substrate 405. After that, the contact 416 and the electrode/wiring 417 can be formed. The area of the contact 416 can be widened if the wider the area, the better the electric field characteristics. That is, in FIG. 24D, the region of the quadrupole electrode 410 may be extended in the longitudinal direction. Also in FIG. 24C, the region of the quadrupole electrode 410 may be extended in the width direction. Note that the same method can be applied to the fifth substrate 406, and also for the second substrates 402 and 403, the quadrupole electrode rod 407 can be attached by the same method after attaching the first main substrate 401. it can. As described above, the quadrupole electrode rod 407 having a desired shape and made of a desired material can be fixed to the substrate.

図25は、薄膜形成法を用いて四重極電極を質量分析室内部へ配置する方法について説明する図である。図22(c)とその製法は類似する。下部基板472に電極パターン463を形成し、主基板471を下部基板に付着する。このとき、主基板471の付着面側に凹部464を形成して、下部基板472に形成された電極パターン463に接触しないようにする。電極パターン463(463−1)は、四重極電極の一つであり、凹部464は将来質量分析室になる。電極パターン463(463−2)および電極パターン463(463−3)は将来四重極電極の一部となり、図25(a)には示されていないが、ここにも主基板471に凹部が形成され、電極パターン463(463−2)および電極パターン463(463−3)は主基板471に接触しない。下部基板472に付着した主基板471に、左右方向の2つの四重極電極を形成するための貫通室473(473−1、2)を形成する。このとき、電極パターン463(463−2)および電極パターン463(463−3)の周りにある凹部464がこの貫通室473(473−1、2)に含まれるようにする。すなわち、貫通室473(473−1、2)は電極パターン463(463−2)および電極パターン463(463−3)の周りにある凹部464より大きい。貫通室473(473−1、2)形成のための異方性エッチングを行なったときに、凹部464が先に貫通するので、導電体膜463(463−2、3)およびこの導電体膜463(463−2、3)と凹部との間で露出している下部基板472は主基板471のエッチングにさらされる。従って、下部基板472および導電体膜463(463−2、3)と主基板471のエッチング選択比を十分大きくとっておくとともに、下部基板472および導電体膜463(463−2、3)の厚みをそのエッチング量以上に設定しておく。 FIG. 25 is a diagram illustrating a method of arranging a quadrupole electrode inside a mass spectrometry chamber using a thin film forming method. The manufacturing method is similar to that of FIG. An electrode pattern 463 is formed on the lower substrate 472, and the main substrate 471 is attached to the lower substrate. At this time, a concave portion 464 is formed on the attachment surface side of the main substrate 471 so as not to come into contact with the electrode pattern 463 formed on the lower substrate 472. The electrode pattern 463 (463-1) is one of the quadrupole electrodes, and the recess 464 will be a mass spectrometry room in the future. The electrode pattern 463 (463-2) and the electrode pattern 463 (463-3) will become a part of the quadrupole electrode in the future, and although not shown in FIG. The electrode pattern 463 (463-2) and the electrode pattern 463 (463-3) that are formed do not contact the main substrate 471. Penetration chambers 473 (473-1, 2) for forming two quadrupole electrodes in the left-right direction are formed in the main substrate 471 attached to the lower substrate 472. At this time, the electrode pattern 463 (463-2) and the concave portion 464 around the electrode pattern 463 (463-3) are included in the through chamber 473 (473-1, 2). That is, the penetration chamber 473 (473-1, 2) is larger than the recess 464 around the electrode pattern 463 (463-2) and the electrode pattern 463 (463-3). When the anisotropic etching for forming the penetration chamber 473 (473-1, 2) is performed, the concave portion 464 penetrates first, so the conductor film 463 (463-2, 3) and this conductor film 463. The lower substrate 472 exposed between (463-2, 3) and the recess is exposed to the etching of the main substrate 471. Therefore, the etching selection ratio between the lower substrate 472 and the conductor films 463 (463-2, 3) and the main substrate 471 is set sufficiently large, and the thicknesses of the lower substrate 472 and the conductor films 463 (463-2, 3) are set. Is set to be not less than the etching amount.

次に、主基板471が絶縁体でない場合、たとえばSi半導体基板である場合、この後に形成する導電体膜475と導通しないように、絶縁膜474を積層する。この絶縁膜474は、貫通室473内にも積層する。絶縁膜の厚みは、貫通室473の側面で500nm〜5000nm積層する。500nmあれば、200Vの耐圧がある。高電圧の場合は絶縁膜の厚みを大きくすれば良い。貫通室473(473−1、2)はサイズ変化がないように垂直エッチングが良い。貫通室473の底にも絶縁膜474が積層され、導電体膜463(463−2、3)も絶縁膜474でカバーされるので、この部分の絶縁膜474をエッチングするために、基板面」に対して垂直エッチング(ドライエッチング)を行なう。このとき、主基板471の上面に積層された絶縁膜474もエッチングされるが、貫通室473の底部にある導電体膜463(463−2、3)上に積層された絶縁膜474よりは厚いので、貫通室473の底部にある導電体膜463(463−2、3)上に積層された絶縁膜474を全部エッチングしても、主基板471の上面に積層された絶縁膜474は少し残る。ただし、主基板471の上面に積層された絶縁膜474も全部エッチングされても、主基板471が露出するが、主基板471と絶縁膜474のエッチング選択比を十分大きく取れば、主基板471は余りエッチングされないし、主基板471自体は厚いのでエッチングされても余り問題はない。また、貫通室473の側面に積層された絶縁膜は深さ方向にはかなり厚いので横方向には殆どエッチングされない。 Next, when the main substrate 471 is not an insulator, for example, a Si semiconductor substrate, the insulating film 474 is laminated so as not to be electrically connected to the conductor film 475 formed later. The insulating film 474 is also laminated in the through chamber 473. The thickness of the insulating film is 500 nm to 5000 nm stacked on the side surface of the through chamber 473. With 500 nm, it has a withstand voltage of 200V. In the case of high voltage, the thickness of the insulating film may be increased. The through chamber 473 (473-1, 2) is preferably vertically etched so that the size does not change. The insulating film 474 is also laminated on the bottom of the through chamber 473, and the conductor films 463 (463-2, 3) are also covered with the insulating film 474. Therefore, in order to etch the insulating film 474 in this portion, the substrate surface” Vertical etching (dry etching) is performed on. At this time, the insulating film 474 stacked on the upper surface of the main substrate 471 is also etched, but is thicker than the insulating film 474 stacked on the conductor film 463 (463-2, 3) at the bottom of the through chamber 473. Therefore, even if the insulating film 474 stacked on the conductor film 463 (463-2, 3) at the bottom of the through chamber 473 is completely etched, the insulating film 474 stacked on the upper surface of the main substrate 471 remains slightly. .. However, even if the insulating film 474 laminated on the upper surface of the main substrate 471 is completely etched, the main substrate 471 is exposed. However, if the etching selection ratio between the main substrate 471 and the insulating film 474 is set sufficiently large, the main substrate 471 becomes It is not so much etched, and since the main substrate 471 itself is thick, there is no problem even if it is etched. Moreover, since the insulating film laminated on the side surface of the through chamber 473 is considerably thick in the depth direction, it is hardly etched in the lateral direction.

貫通室473の底部にある導電体膜463(463−2、3)が露出した状態で、導電体膜475を積層する。この導電体膜475は導電体膜463(463−2、3)と接続する。この導電体膜475は、絶縁膜474および導電体膜463(463−2、3)およびメッキシード用導電体膜との密着性向上用の導電体膜、たとえばTi、TiN、Ta、TaNであり、膜厚は100nm程度あれば良い。この密着性向上用の導電体膜の後にメッキシード用導電体膜を積層する。メッキ膜がCuである場合は、Cu膜が良く、CVD法、PVD法等で500nm〜5000nm積層する。(図25(a))次に、フォトレジスト膜等の流動性樹脂膜465を塗布して、熱処理して硬化させて主基板471の表面を平坦化させる。このとき、貫通室473の内部にも樹脂膜465を入れて充填することが重要である。貫通室473の幅は、比較的大きく取ることができ、たとえば、0.1mm〜0.5mm〜5mmと貫通室473の深さに応じて設定すれば良い。従って、貫通室473の深さが1mm〜10mmでもアスペクト比を1〜5程度にできるので、絶縁膜474や導電体膜475の被覆性(ステップカバレッジ)は問題なく0.5〜1.0の範囲内の条件を設定できる。また、樹脂膜465による貫通室473の空間の充填も問題ない。(図25(b)) The conductor film 475 is stacked with the conductor film 463 (463-2, 3) at the bottom of the through chamber 473 exposed. The conductor film 475 is connected to the conductor film 463 (463-2, 3). The conductor film 475 is a conductor film for improving adhesion with the insulating film 474, the conductor film 463 (463-2, 3) and the plating seed conductor film, for example, Ti, TiN, Ta, TaN. The film thickness may be about 100 nm. A conductor film for plating seed is laminated after the conductor film for improving adhesion. When the plating film is Cu, a Cu film is preferable, and a 500 nm to 5000 nm layer is formed by the CVD method, PVD method, or the like. (FIG. 25A) Next, a fluid resin film 465 such as a photoresist film is applied and heat-treated to be hardened to flatten the surface of the main substrate 471. At this time, it is important to put and fill the resin film 465 inside the through chamber 473 as well. The width of the penetrating chamber 473 can be made relatively large, and may be set according to the depth of the penetrating chamber 473, for example, 0.1 mm to 0.5 mm to 5 mm. Therefore, even if the depth of the through chamber 473 is 1 mm to 10 mm, the aspect ratio can be set to about 1 to 5, so that the coverage (step coverage) of the insulating film 474 and the conductor film 475 does not cause any problem and is within the range of 0.5 to 1.0. Can be set. In addition, there is no problem in filling the space of the through chamber 473 with the resin film 465. (Fig. 25(b))

次に、平坦化した樹脂膜465をエッチバック法で上方からエッチング除去し、主基板471の上面に積層した導電体膜475を露出させる。このとき、貫通室473の内部には樹脂膜465が充填されており、貫通室473の内面に積層した475は樹脂膜465で被覆されている。(図25(c))従って、露出した導電体膜475をエッチング(ウエットまたはドライ)して、主基板471の上面に積層した導電体膜475を除去する。しかし、貫通室473の内面に積層した475はそのまま残すことができる。(図25(d))あるいは、図25(b)の状態で、研磨法(CMP法、またはBG法)で平坦化した樹脂膜465、導電体膜475を平坦化した状態で除去し、図25(d)の状態にすることもできる。次に、貫通室473内に残っている樹脂膜465をリムーブした後、下部基板472に導電体膜463(463−1、2、3)へのコンタクト466(466−1、2、3)を形成する。さらにコンタクト466(466−1、2、3)へ接続する導電体膜467を下部基板472の下面に積層する。この導電体膜467はコンタクト466の導電体膜と同時に積層することもできる。この導電体膜467は将来四重極電極に電圧を印加する電極・配線となるが、ここではまだパターニングせず下部基板467の下面全体に積層した状態にし、ここに通電した状態で、貫通室473(473−1、2)へメッキ液やメッキスプレーを流して、貫通室473(473−1、2)内へメッキ膜468を成長させて充填する。(図25(e)) Next, the flattened resin film 465 is removed by etching from above to expose the conductor film 475 stacked on the upper surface of the main substrate 471. At this time, the resin film 465 is filled inside the penetration chamber 473, and the resin film 465 covers 475 laminated on the inner surface of the penetration chamber 473. (FIG. 25C) Therefore, the exposed conductor film 475 is etched (wet or dry) to remove the conductor film 475 laminated on the upper surface of the main substrate 471. However, the 475 laminated on the inner surface of the through chamber 473 can be left as it is. (FIG. 25D) or in the state of FIG. 25B, the resin film 465 and the conductor film 475 which are planarized by a polishing method (CMP method or BG method) are removed in a planarized state, The state of 25(d) can also be set. Next, after removing the resin film 465 remaining in the penetration chamber 473, the contact 466 (466-1, 2, 3) to the conductor film 463 (463-1, 2, 3) is formed on the lower substrate 472. Form. Further, a conductor film 467 connected to the contacts 466 (466-1, 2, 3) is laminated on the lower surface of the lower substrate 472. This conductor film 467 can be laminated simultaneously with the conductor film of the contact 466. This conductor film 467 will be electrodes and wiring for applying a voltage to the quadrupole electrode in the future, but here it is not patterned yet and is laminated on the entire lower surface of the lower substrate 467. A plating solution or a plating spray is flown into 473 (473-1, 2) to grow and fill the plated film 468 into the through chamber 473 (473-1, 2). (Fig. 25(e))

次に、研磨法(CMP法、またはBG法)やエッチバック法で主基板471側を研磨またはエッチングして、主基板471の表面を平坦化する。次に、感光性膜469を塗布法または感光性シートを付着法等で主基板471の表面に形成し、フォトリソ法で質量分析室となる部分470を開口する。この開口部470は、貫通室473(473−1、2)の方まで開口し、貫通室473(473−1、2)の間にある主基板471を全部開口する。(図25(f))この後、主基板471を下部基板472までエッチングし、貫通室476を形成する。貫通室473(473−1、2)の間にある主基板471は全部エッチングされるので、この貫通室476は貫通室473(473−1、2)に作製された導電体膜475およびメッキ充填膜468に直面する。(間に絶縁膜474が介在する)主基板471がSi基板である場合、貫通室473(473−1、2)の側面周囲を取り囲んでいる絶縁膜474(たとえば、SiO2膜、SiN膜)とのエッチング選択比を大きく取れるので、貫通室473(473−1、2)の側面周囲を取り囲んでいる絶縁膜474は余りエッチングされない。導電体膜463(463−1)の周囲は凹部464なので、この部分の下部基板472や導電体膜463(463−1)は他の部分よりも主基板471のエッチングにさらされるが、これらの下部基板472や導電体膜463(463−1)との選択比も高く取れるので、余りエッチングされない。また、下部基板472や導電体膜463(463−1)を厚くしておけば良い。(図25(g)) Next, the main substrate 471 side is polished or etched by a polishing method (CMP method or BG method) or an etch back method to flatten the surface of the main substrate 471. Next, a photosensitive film 469 is formed on the surface of the main substrate 471 by a coating method, a photosensitive sheet, or the like, and a portion 470 to be a mass spectrometric chamber is opened by a photolithography method. The opening 470 is opened to the through chamber 473 (473-1, 2), and the main substrate 471 located between the through chamber 473 (473-1, 2) is entirely opened. (FIG. 25F) After that, the main substrate 471 is etched down to the lower substrate 472 to form the through chamber 476. Since the main substrate 471 between the penetration chambers 473 (473-1, 2) is entirely etched, the penetration chamber 476 is formed by filling the conductor film 475 and the plating filling in the penetration chamber 473 (473-1, 2). Face the membrane 468. When the main substrate 471 (the insulating film 474 is interposed therebetween) is a Si substrate, an insulating film 474 (for example, a SiO 2 film, a SiN film) that surrounds the side surface periphery of the through chamber 473 (473-1, 2) is used. Since a large etching selection ratio can be obtained, the insulating film 474 surrounding the side surface of the through chamber 473 (473-1, 2) is not etched much. Since the periphery of the conductor film 463 (463-1) is the recess 464, the lower substrate 472 and the conductor film 463 (463-1) in this portion are more exposed to etching of the main substrate 471 than other portions, but Since the selection ratio with respect to the lower substrate 472 and the conductor film 463 (463-1) can be made high, it is not so much etched. Further, the lower substrate 472 and the conductor film 463 (463-1) may be thickened. (Figure 25 (g))

感光性膜469の開口部470から主基板471をエッチング(垂直エッチング)して貫通室476形成した後、感光性膜469を除去した後、図25(g)に示す下部基板472に付着した主基板471の上面に導電体膜電極478を仮面に付着した上部基板477を付着する。導電体膜電極478は四重極電極の1つの電極となるので、質量分析室である貫通室476に配置する。上部基板477に形成する導電体膜電極478は、たとえば、CVD法、PVD法、メッキ法、スクリーン印刷法等で形成する。あるいはデスペンサーで導電体膜を付着させても良い。たとえば、上部基板477が絶縁体である場合、密着性向上用の導電体膜Ti/TiN膜を100nm〜1000nm積層し、次にCuメッキシード膜を500nm〜10000nm積層し、フォトリソ法で電極形成部を窓開けしてCuメッキ(100μm〜5mm)を行なう。この厚いCuメッキをマスクにして薄いCuメッキシード膜および導電体膜Ti/TiN膜をエッチング除去する。メッキ膜468の部分には接着剤等を付着させて上部基板477を付着させる。主基板471がSi基板であり、上部基板477がガラス基板等である場合は、静電陽極結合で付着することができる。その後、メッキ膜468および導電体膜電極478に接続するコンタクト479を上部基板477に形成する。さらに、上部基板477上面にコンタクト479に接続する導電体膜電極配線480(480−1〜3)を形成する。また、下部基板側も導電体膜電極配線467(467−1〜3)を形成する。このようにして、質量分析室476内に上下に四重極電極463−1、およびこれと対面する四重極電極478、また、左右に2つの四重極電極468が形成される。上下の四重極電極478および463−1は貫通室476の左右中心線に対して対称形状となるようにすることが望ましい。また、左右の四重極電極468は貫通室476の上下の中心線に対して対称形状となるようにすることが望ましい。この結果、上下の四重極電極478および463−1の中心間距離の中点M1と左右の四重極電極468の中心間距離の中点M2は一致することが望ましい。これによって、安定した四重極電場が形成されやすい。尚、図25(g)の構造のものを上下にして重ねて質量分析室を作製することもできる。(感光性膜469は当然除去する。)これにより、質量分析室476の高さを高くできる。付着するときには、メッキ膜468の表面には導電性接着剤または半田金属、その他の部分は絶縁性接着剤を塗布するか、接着剤を使わずに接着させることができる。質量分析室内に四重極電極を配置しているので、質量分析室476内により安定した四重極電場を形成することができる。 The main substrate 471 is etched (vertical etching) from the opening 470 of the photosensitive film 469 to form the through chamber 476, the photosensitive film 469 is removed, and then the main substrate 472 shown in FIG. An upper substrate 477 having a conductor film electrode 478 attached to a temporary surface is attached to the upper surface of the substrate 471. Since the conductor film electrode 478 serves as one of the quadrupole electrodes, it is arranged in the through chamber 476 which is a mass spectrometry chamber. The conductor film electrode 478 formed on the upper substrate 477 is formed by, for example, a CVD method, a PVD method, a plating method, a screen printing method or the like. Alternatively, a conductor film may be attached using a dispenser. For example, when the upper substrate 477 is an insulator, a conductor film Ti/TiN film for improving adhesion is laminated in a thickness of 100 nm to 1000 nm, then a Cu plating seed film is laminated in a thickness of 500 nm to 10,000 nm, and an electrode forming portion is formed by a photolithography method. Open the window and perform Cu plating (100 μm ~ 5 mm). Using this thick Cu plating as a mask, the thin Cu plating seed film and the conductor film Ti/TiN film are removed by etching. An adhesive or the like is attached to the portion of the plating film 468 and the upper substrate 477 is attached. When the main substrate 471 is a Si substrate and the upper substrate 477 is a glass substrate or the like, they can be attached by electrostatic anodic bonding. After that, a contact 479 connecting to the plating film 468 and the conductor film electrode 478 is formed on the upper substrate 477. Further, conductor film electrode wirings 480 (480-1 to 48-3) connected to the contacts 479 are formed on the upper surface of the upper substrate 477. Further, conductor film electrode wiring 467 (467-1 to 3) is also formed on the lower substrate side. In this manner, the quadrupole electrode 463-1 and the quadrupole electrode 478 facing the quadrupole electrode 463-1 and the two quadrupole electrodes 468 on the left and right sides are formed in the mass analysis chamber 476. It is desirable that the upper and lower quadrupole electrodes 478 and 463-1 have a symmetrical shape with respect to the left-right center line of the through chamber 476. Further, it is desirable that the left and right quadrupole electrodes 468 be symmetrical with respect to the upper and lower center lines of the through chamber 476. As a result, it is desirable that the center point M1 of the center distance between the upper and lower quadrupole electrodes 478 and 463-1 and the center point M2 of the center distance between the left and right quadrupole electrodes 468 match. As a result, a stable quadrupole electric field is likely to be formed. The mass spectrometric chamber can be manufactured by stacking the structure shown in FIG. (The photosensitive film 469 is naturally removed.) Thereby, the height of the mass spectrometric chamber 476 can be increased. When adhering, a conductive adhesive or solder metal may be applied to the surface of the plating film 468, and an insulating adhesive may be applied to other portions, or they may be adhered without using an adhesive. Since the quadrupole electrode is arranged in the mass analysis chamber, a more stable quadrupole electric field can be formed in the mass analysis chamber 476.

本発明は、四重極電極より電極の多い多重極にも適用できる。多重極電極型イオンガイドとして、たとえば六重極電極型イオンガイド、八重極電極型イオンガイドがある。図26は、八重極電極型の構造を示す図である。図22(a)の四重極型電極にさらに4電極を付加している。図22(a)で用いているものと同様のものは同じ符号で示している。図22(a)と異なるのは、八重極電極394−1(の下側)が上部基板392ではなく第3下部基板482上に付着されている。また、八重極電極394−1の上側が第2上部基板483に付着されている。(ここで、本明細書では、付着とは、特に区別していない限り、外付けで付着する場合と、薄膜で形成する場合の両方を含むものとする。)しかし、図22(a)と同様に、上部基板392に付着することができる(他の電極393−2、398−8、さらに下側に関しても同様)のは当然であるから、詳細は述べない。第2下部基板482上に3つの八重極電極394(394−5、1、8)を付着させる。八重極電極394(394−5、1、8)を外付け(別に作製した八重極電極を付着させること)で付着するときは、第2下部基板482上に八重極電極394(394−5、1、8)の形状に合わせた溝や凹部を形成して(フォトリソ法およびエッチング法、またはレーザーによる溝・凹部形成などで形成)、接着剤等を用いて溝や凹部の部分に付着させる。八重極電極394(394−5、1、8)の上側にも第2上部基板483を付着させて、八重極電極394(394−5、1、8)を確実に固定する。このとき、第2上部基板483の下面にも八重極電極394(394−5、1、8)の形状に合わせた溝や凹部を形成して、接着剤等を用いて溝や凹部の部分に付着させる。 The present invention can also be applied to a multipole having more electrodes than a quadrupole electrode. Examples of the multipole electrode type ion guide include a hexapole electrode type ion guide and an octapole electrode type ion guide. FIG. 26 is a diagram showing an octopole electrode type structure. Four electrodes are further added to the quadrupole electrode shown in FIG. The same components as those used in FIG. 22A are denoted by the same reference numerals. The difference from FIG. 22A is that the octopole electrode 394-1 (lower side) is attached not on the upper substrate 392 but on the third lower substrate 482. The upper side of the octopole electrode 394-1 is attached to the second upper substrate 483. (Here, unless otherwise specified, the term "adhesion" used herein includes both the case of externally attaching and the case of forming a thin film.) However, similar to FIG. , It can be attached to the upper substrate 392 (the same applies to the other electrodes 393-2, 398-8, and the lower side as well), so the details will not be described. Three octopole electrodes 394 (394-5, 1, 8) are attached on the second lower substrate 482. When the octopole electrode 394 (394-5, 1, 8) is attached externally (by attaching a separately prepared octopole electrode), the octopole electrode 394 (394-5, 394-5, Grooves or recesses that match the shapes of 1 and 8) are formed (formed by a photolithography method and an etching method, or grooves and recesses are formed by a laser), and are attached to the grooves or recesses with an adhesive or the like. The second upper substrate 483 is also attached to the upper side of the octopole electrode 394 (394-5, 1, 8) to securely fix the octopole electrode 394 (394-5, 1, 8). At this time, a groove or recess corresponding to the shape of the octupole electrode 394 (394-5, 1, 8) is also formed on the lower surface of the second upper substrate 483, and an adhesive or the like is used to form the groove or recess. Attach it.

第2下部基板482と第2上部基板483(このとき、上部基板392は第1上部基板392、下部基板393は第1下部基板とする)の間に第2主基板481を付着させて、第2主基板481に貫通室485−1、2,3を形成し、その貫通室485−1、2,3内に、八重極電極394(394−5、1、8)をそれぞれ配置することもできる。これらの配置方法は種々の方法がある。たとえば、第2下部基板482に第2主基板481を付着させて、貫通室485−1、2,3を形成し、さらに第2下部基板482の所定部分に溝395を形成する。(第2下部基板482の所定部分に溝395を形成してから、第2主基板481を付着させて、貫通室485−1、2,3を形成することもできる。)ここで、貫通室485−1と貫通室485−2の間には第2主基板481の基板側壁板481−1が存在し、貫通室485−1と貫通室485−3の間には第2主基板481の側壁板481−2が存在する。貫通室485−2において、基板側壁板481−1の対面は基板側壁481−3である。貫通室485−3において、基板側壁板481−2の対面は基板側壁481−3である。 The second main substrate 481 is attached between the second lower substrate 482 and the second upper substrate 483 (at this time, the upper substrate 392 is the first upper substrate 392, and the lower substrate 393 is the first lower substrate), and then the second main substrate 481 is attached. It is also possible to form the penetrating chambers 485-1, 2, 3 on the main substrate 481 and arrange the octopole electrodes 394 (394-5, 1, 8) in the penetrating chambers 485-1, 2, 3 respectively. it can. There are various methods for arranging these. For example, the second main substrate 481 is attached to the second lower substrate 482 to form the through chambers 485-1, 2 and 3, and the groove 395 is formed in a predetermined portion of the second lower substrate 482. (It is also possible to form the groove 395 in a predetermined portion of the second lower substrate 482 and then attach the second main substrate 481 to form the penetration chambers 485-1, 2 and 3.) Here, the penetration chamber The substrate side wall plate 481-1 of the second main substrate 481 is present between the 485-1 and the through chamber 485-2, and the second main substrate 481 of the second main substrate 481 is provided between the through chamber 485-1 and the through chamber 485-3. There is a sidewall plate 481-2. In the through chamber 485-2, the substrate side wall plate 481-1 faces the substrate side wall 481-3. In the through chamber 485-3, the substrate side wall plate 481-2 faces the substrate side wall 481-3.

次に、八重極電極394(394−5、1、8)をそれぞれの貫通室485(485−1、2、3)にフリップチップ実装機で入れて、第2下部基板482に付着し、その後で、第2上部基板483を第2主基板481に付着する。このとき、八重極電極394(394−5、1、8)の上部も第2上部基板483に付着させる。第2上部基板483の所定部分に溝や凹部395を形成し、この部分に接着剤等を付けて八重極電極394(394−5、1、8)の上部をこれらの溝等に嵌合するようにすれば良い。あるいは、第2上部基板483の所定箇所に溝や凹部395を形成し、この部分に接着剤等を付けて八重極電極394(394−5、1、8)の上部をこれらの溝等に嵌合するように付着させる。八重極電極394(394−5、1、8)を付着した第2上部基板483を、第2下部基板482に付着した第2主基板481に形成した貫通室485(485−1、2、3)に八重極電極394(394−5、1、8)を挿入して、第2下部基板482に付着した第2主基板481に付着する。このとき、八重極電極394(394−5、1、8)の下部が第2下部基板482に形成された溝等395に嵌合して付着させる。このようにして、第2上部基板および第2下部基板に八重極電極394(394−5、1、8)を付着させることができる。ここで、第2上部基板は第1上部基板と同じ材料で良い。第1下部基板も第1下部基板と同じ材料で良い。また、第2主基板も第1主基板と同じ材料で良い。 Next, the octupole electrode 394 (394-5, 1, 8) is put into each through chamber 485 (485-1, 2, 3) by a flip chip mounting machine and attached to the second lower substrate 482, and then Then, the second upper substrate 483 is attached to the second main substrate 481. At this time, the upper part of the octopole electrode 394 (394-5, 1, 8) is also attached to the second upper substrate 483. Grooves or recesses 395 are formed in predetermined portions of the second upper substrate 483, and an adhesive or the like is attached to these portions to fit the upper portions of the octupole electrodes 394 (394-5, 1, 8) into these grooves or the like. Just do it. Alternatively, a groove or a recess 395 is formed at a predetermined position of the second upper substrate 483, and an adhesive or the like is attached to this portion so that the upper part of the octupole electrode 394 (394-5, 1, 8) is fitted into these grooves or the like. Attach so that they fit together. The second upper substrate 483 having the octopole electrode 394 (394-5, 1, 8) attached thereto is formed on the second main substrate 481 attached to the second lower substrate 482, and the through chamber 485 (485-1, 2, 3) is formed. ) And the octupole electrode 394 (394-5, 1, 8) is inserted into the second main substrate 481 attached to the second lower substrate 482. At this time, the lower part of the octopole electrode 394 (394-5, 1, 8) is fitted and attached to the groove or the like 395 formed in the second lower substrate 482. In this way, the octupole electrode 394 (394-5, 1, 8) can be attached to the second upper substrate and the second lower substrate. Here, the second upper substrate may be made of the same material as the first upper substrate. The first lower substrate may be made of the same material as the first lower substrate. Also, the second main substrate may be made of the same material as the first main substrate.

3つの八重極電極394(394−5、1、8)と第2上部基板483との付着部分において、第2上部基板483にコンタクトを設けて、さらに第2上部基板483上に外部から電圧を印加できる外側電極・配線を作製することができる。主基板面、上部基板面、および下部基板面に垂直方向をZ方向、荷電粒子の進行方向をX方向(図26では紙面に垂直方向、ただし、荷電粒子の進行方向が曲線を描く場合は、接線方向)、およびX、Zの両方向に垂直方向をY方向としたとき、八重極電極394−5、1、3はY方向に配列している。貫通室485(485−1、2、3)同士の間の基板側壁板481−1や481−2は必要がない部分は除去しても良い。第2下部基板482、第2上部基板483は、3つの八重極電極394(394−5、1、8)によっても支持されているので、全部除去することもできる。この場合は、第2主基板の側壁は、3つの八重極電極394(394−5、1、8)の外側にある第2主基板481−3、4だけである。さらに、第2主基板481もなくすこともできる。さらに第2上部基板483もなくすことができる。このとき3つの八重極電極394(394−5、1、8)への電圧供給用の外側電極・配線は直接八重極電極394(394−5、1、8)へ供給するか、第2下部基板側に外側電極・配線を作製することができる。第2下部基板もなくすことができるが、その場合、3つの八重極電極394(394−5、1、8)は第1上部基板392の上面に付着することになるので、第1上部基板392の上面に外側電極・配線を作製することができる。 A contact is provided on the second upper substrate 483 at a portion where the three octupole electrodes 394 (394-5, 1, 8) and the second upper substrate 483 are attached, and a voltage is externally applied to the second upper substrate 483. It is possible to produce an outer electrode/wiring that can be applied. The direction perpendicular to the main substrate surface, the upper substrate surface, and the lower substrate surface is the Z direction, and the advancing direction of the charged particles is the X direction (in FIG. 26, the direction perpendicular to the paper surface, provided that the advancing direction of the charged particles draws a curve, The octupole electrodes 394-5, 1 and 3 are arranged in the Y direction when the Y direction is the direction perpendicular to both the tangential direction) and the X and Z directions. Portions of the substrate side wall plates 481-1 and 481-2 between the through chambers 485 (485-1, 2, 3) that are not necessary may be removed. Since the second lower substrate 482 and the second upper substrate 483 are also supported by the three octupole electrodes 394 (394-5, 1, 8), they can all be removed. In this case, the side wall of the second main substrate is only the second main substrate 481-3, 4 outside the three octupole electrodes 394 (394-5, 1, 8). Further, the second main substrate 481 can be omitted. Further, the second upper substrate 483 can be eliminated. At this time, the outer electrodes/wirings for supplying voltage to the three octopole electrodes 394 (394-5, 1, 8) are directly supplied to the octopole electrodes 394 (394-5, 1, 8) or the second lower part. The outer electrode/wiring can be formed on the substrate side. The second lower substrate may be omitted, but in that case, since the three octupole electrodes 394 (394-5, 1, 8) are attached to the upper surface of the first upper substrate 392, the first upper substrate 392 may be omitted. The outer electrode/wiring can be formed on the upper surface of the.

以上のようにして、第2下部基板482に付着した第2主基板481に形成された貫通室内に搭載された3つの八重極電極394(394−5、1、8)、その上部に付着した第2上部基板483から構成される電極モジュール基板を第1上部基板392の上面に付着させる。第1上部基板392にコンタクト配線がある場合は、第2下部基板482にコンタクト配線を作製し、第1上部基板392のコンタクト配線と接続するようにすれば良い。このモジュールを第1下部基板393に付着すれば、図26(a)に示す下側となる。すなわち、第3下部基板486に付着した第3主基板484に形成された貫通室内に搭載された3つの八重極電極394(394−6、3、7)、その上部に付着した第3上部基板485から構成される電極モジュール基板を第1下部基板393の下面に付着させる。八重極電極394−6は第3主基板484の基板側壁484−3と基板側壁板484−1とに囲まれた貫通室内に、八重極電極394−3は第3主基板484の基板側壁484−2と基板側壁板484−1とに囲まれた貫通室内に、八重極電極394−7は第3主基板484の基板側壁484−2と基板側壁板484−4とに囲まれた貫通室内に配置される。 As described above, the three octupole electrodes 394 (394-5, 1, 8) mounted in the penetration chamber formed on the second main substrate 481 attached to the second lower substrate 482 and attached to the upper portion thereof. The electrode module substrate including the second upper substrate 483 is attached to the upper surface of the first upper substrate 392. When the first upper substrate 392 has a contact wiring, the contact wiring may be formed on the second lower substrate 482 and connected to the contact wiring of the first upper substrate 392. When this module is attached to the first lower substrate 393, the lower side shown in FIG. That is, the three octupole electrodes 394 (394-6, 3, 7) mounted in the penetration chamber formed on the third main substrate 484 attached to the third lower substrate 486, and the third upper substrate attached to the upper part thereof. The electrode module substrate 485 is attached to the lower surface of the first lower substrate 393. The octupole electrode 394-6 is in a through chamber surrounded by the substrate side wall 484-3 and the substrate side wall plate 484-1 of the third main substrate 484, and the octopole electrode 394-3 is the substrate side wall 484 of the third main substrate 484. -2 and the substrate side wall plate 484-1, the octopole electrode 394-7 is surrounded by the substrate side wall 484-2 and the substrate side wall plate 484-4 of the third main substrate 484. Is located in.

メインの荷電粒子は真中の貫通室396−1の中央付近を通るようにする。そのために、8個の八重極電極394−1〜8による貫通室396−1内の電場は対称形になることが望ましい。そこで、8個の八重極電極394−1〜8を貫通室396−1の中央に対してできるだけ対称となるように配置するのが良い。ただし、本発明の場合、各電極には個別に周波数や電圧を変化させて印加できるので、ある程度対称形になっているだけでも良い。たとえば、対面する電極(394−1と3、394−5と7、394−2と4、394−6と8)距離の中心が、貫通室396−1の中央付近に来るようにする。また、図26(a)の場合は、3つの電極394−4、1、8や2つの電極394−2、4や3つの電極394−6、3、7はY方向にそろい、3つの電極394−5、2、6や2つの電極394−1、3や3つの電極394−8、4、7はZ方向にそろうように配置する。また、各貫通室には真空引き用やパージ・クリーニング用の開口部を第1、2上部基板や第1、2下部基板に形成する。 The main charged particles pass near the center of the through chamber 396-1 in the middle. Therefore, it is desirable that the electric field in the through chamber 396-1 by the eight octopole electrodes 394-1 to 394-1 be symmetrical. Therefore, it is preferable to arrange the eight octopole electrodes 394-1 to 394-1 to be as symmetrical as possible with respect to the center of the through chamber 396-1. However, in the case of the present invention, since the frequency and voltage can be individually applied to each electrode while being changed, the electrodes may be symmetrical to some extent. For example, the center of the distance between the facing electrodes (394-1 and 3, 394-5 and 7, 394-2 and 4, 394-6 and 8) is located near the center of the through chamber 396-1. Further, in the case of FIG. 26A, the three electrodes 394-4, 1, 8 and the two electrodes 394-2, 4 and the three electrodes 394-6, 3, 7 are aligned in the Y direction, and three electrodes are provided. The electrodes 394-5, 2, 6 and the two electrodes 394-1, 3 and the three electrodes 394-8, 4, 7 are arranged so as to be aligned in the Z direction. In addition, openings for vacuuming and purging/cleaning are formed in each of the through chambers in the first and second upper substrates and the first and second lower substrates.

八重極電極394(394−1〜8)は、X方向へ棒状に形成されているが、X方向に全体的に上部基板や下部基板に支持されている必要はないので、八重極電極394(394−1〜8)の外側を囲んでいる、第2下部基板486、第3主基板484−3、第1主基板391−3、第2主基板481−3、第2上部基板、第2主基板481−4、第1主基板391−4、484−4の内側において、八重極電極394(394−1〜8)を一部支持する部分だけ残して、他の上部基板(第1上部基板392、第3上部基板485)や下部基板(第1下部基板393、第2下部基板482)、および第1主基板391の基板側壁板391−1、2、第2主基板の基板側壁板481−1、2、第3主基板の基板側壁板484−1、2も除去することができる。八重極電極394(394−1〜8)から生じる電場の障害となる主基板や上部基板、下部基板がなくなるので、質量分析室396−1の電場の安定化を高めることができる。また、この場合は、質量分析室396−1の周囲の貫通室も圧力が同じくなる。さらに、八重極電極394(394−1〜8)の外側の貫通室の空間を広げ、また、第2上部基板483上にさらに貫通室を有する主基板を付着した上部基板および下部基板を付着して、貫通室を広げていく。この結果、八重極電極394(394−1〜8)の外側にも一定の空間を存在させることができる。この場合、一番外側にある上部基板や下部基板に真空引き用の開口部を設けて、質量分析室の圧力を下げられるようにする。 The octopole electrode 394 (394-1 to 8) is formed in a rod shape in the X direction, but since it does not need to be entirely supported by the upper substrate or the lower substrate in the X direction, the octopole electrode 394 (394 The second lower substrate 486, the third main substrate 484-3, the first main substrate 391-3, the second main substrate 481-3, the second upper substrate, and the second upper substrate, which surround the outer sides of (394-1 to 8). Inside the main substrate 481-4 and the first main substrates 391-4 and 484-4, only a portion that partially supports the octupole electrode 394 (394-1 to 8) is left, and another upper substrate (the first upper substrate). Substrate 392, third upper substrate 485) and lower substrate (first lower substrate 393, second lower substrate 482), and substrate side wall plates 391-1, 2 of the first main substrate 391, substrate side wall plate of the second main substrate It is also possible to remove 481-1, 481 and the side wall plates 484-1, 484-1 of the third main board. Since the main substrate, the upper substrate, and the lower substrate, which obstruct the electric field generated from the octopole electrode 394 (394-1 to 8), are eliminated, stabilization of the electric field in the mass spectrometry chamber 396-1 can be enhanced. Further, in this case, the pressure also becomes the same in the through chamber around the mass spectrometric chamber 396-1. Further, the space of the through chamber outside the octupole electrode 394 (394-1 to 8) is expanded, and the upper and lower substrates to which the main substrate having the through chamber is further attached are attached on the second upper substrate 483. To expand the penetration room. As a result, a constant space can be present outside the octopole electrode 394 (394-1 to 8). In this case, an opening for vacuuming is provided in the outermost upper substrate or lower substrate so that the pressure in the mass spectrometry chamber can be lowered.

図26(b)は、図26(a)に示す八重極電極394(394−1〜8)構造の変形である。この実施例では、対面する各電極間の距離がすべて(ほぼ)等しく、その中間がほぼ一致する。その中間点(M)が質量分析室のほぼ中心部になるようにすることが望ましい。従って、8つの八重極電極394(394−1〜8)はMを中心とした(半径Rの)円周上に配置される。また、隣同士の電極もそれぞれ同じ関係になることが望ましいので、隣同士の中心角はほぼ45度になることが望ましい。また、各電極の大きさおよび形状は揃っていて、中間点Mに面する方向の形状は同じか類似することが望ましい。図26(b)では、断面が円形で棒状(すなわち、円柱形状)の電極であるから、回転しても同じ形状であるが、形状が双曲線形状の場合は、中間点Mに面する方向の形状が双曲線形状であることが望ましい。従って、電極を配置するときにそのような形状になるように所定箇所に付着させる。電極394−2、4の高さが質量分析室の高さより小さい場合、質量分析室の高さの中央に電極394−2、4の中心が来るようにするために、図22(a)に示した場合と同様に、台座397を配置する。また、図26(b)の斜め側にある電極394−5〜8とZ方向にある電極394−1、3との距離をほぼ同じにするために、電極394−5〜8は第1上部基板392上および第1下部基板の下面に付着したり、および/または電極394−1、3を第2下部基板482の上面や第3上部基板485の下面に付着するとともに、これに加えて台座を用いたりすることも有効である。尚、質量分析室396−1と同レベルにある電極394−2、4は比較的自由に距離を変化できる。 FIG. 26B is a modification of the structure of the octopole electrode 394 (394-1 to 8) shown in FIG. In this embodiment, the distances between the facing electrodes are all (approximately) equal, and the middles are approximately the same. It is desirable that the midpoint (M) be located at the substantially central portion of the mass spectrometry chamber. Therefore, the eight octopole electrodes 394 (394-1 to 8) are arranged on the circumference of the center of M (with the radius R). Further, since it is desirable that the electrodes adjacent to each other have the same relationship, it is desirable that the central angle between the electrodes be approximately 45 degrees. Further, it is desirable that the size and shape of each electrode be uniform and that the shape in the direction facing the intermediate point M be the same or similar. In FIG. 26( b ), since the electrode has a circular cross section and a rod shape (that is, a cylindrical shape), it has the same shape even when rotated, but when the shape is a hyperbolic shape, it is in the direction facing the intermediate point M. It is desirable that the shape is a hyperbolic shape. Therefore, when the electrode is arranged, it is attached to a predetermined place so as to have such a shape. When the height of the electrodes 394-2 and 4 is smaller than the height of the mass analysis chamber, the center of the electrodes 394-2 and 4 is located at the center of the height of the mass analysis chamber. As in the case shown, the pedestal 397 is arranged. Further, in order to make the distances between the electrodes 394-5 to 8 on the diagonal side of FIG. 26(b) and the electrodes 394-1 and 3 in the Z direction substantially the same, the electrodes 394-5 to 8 are provided on the first upper part. It is attached on the substrate 392 and the lower surface of the first lower substrate, and/or the electrodes 394-1, 3 are attached to the upper surface of the second lower substrate 482 and the lower surface of the third upper substrate 485, and in addition to this, a pedestal It is also effective to use. The electrodes 394-2 and 4 located at the same level as the mass spectrometric chamber 396-1 can change the distance relatively freely.

図22(c)における電極425−2や3の形成方法、あるいは図25で説明した方法を用いて八重極の電極を作製することもできる。すなわち、図26(a)における電極はすべて図22(c)における電極425−2や3の形成方法、あるいは図25で説明した方法を用いて八重極の電極を作製することができる。また、図26(b)に示す八重極の電極の配置も同様に作製できる。たとえば、斜め側にある電極394−5〜8も図26(a)と同じように第2下部電極482と第2上部電極483の間、あるいは第3下部電極486と第3上部電極485の間に形成し、中央にある電極394−1や394−3については、台座を配置し電極の位置を高くすれば良い。これによりすべての電極からの距離の中点をほぼ一致させることができる。 An octupole electrode can be manufactured by using the method of forming the electrodes 425-2 and 3 in FIG. 22C or the method described in FIG. That is, for all the electrodes in FIG. 26A, an octupole electrode can be manufactured by using the method of forming the electrodes 425-2 and 42 in FIG. 22C or the method described in FIG. Further, the arrangement of the octopole electrode shown in FIG. 26(b) can be similarly manufactured. For example, the electrodes 394-5-8 on the diagonal side are also between the second lower electrode 482 and the second upper electrode 483, or between the third lower electrode 486 and the third upper electrode 485, as in FIG. For the electrodes 394-1 and 394-3 formed at the center, a pedestal may be arranged to raise the position of the electrodes. This allows the midpoints of the distances from all the electrodes to be substantially the same.

六重極電極型質量分析室も本発明の基板を用いて作製できる。たとえば、図26(a)に示す八重極電極型を利用して説明すると、質量分析室396−1のY方向には、これらと同じように配置し、図26(a)における電極394−1と394−3をなくし、その他の4つの電極に関して、これらの電極(394−2と394−4)に対して、中点Mから中心角60度の方向の上側に2個の電極(394−5、8)、中点Mから中心角60度の方向の下側に2個の電極(394−6、7)を配置する。これらの電極は同一円周状に配置することもできる。すなわち、M点からの距離の等しい所に配置する。また、図26(b)に示すような第1上部基板の上面および第1下部基板の下面ね配置することもできる。尚四重極電極についても、隣同士の電極は中点Mに対して90度で、かつ4つの電極を同一円周上になるように配置することが望ましい。尚、質量分析室と四重極電極(または多重極電極、以下まとめて四重極電極と記載)が基板側壁によって分離していると四重極電極による電場が弱くなるので、四重極電極を最低限支持する基板だけを残して他の基板は除去することもできる。その場合は、当然質量分析室の真空度が悪くならないようにするために四重極電極の周囲をさらに基板で覆えば良い。
<扇型電場>
A hexapole electrode type mass spectrometry room can also be produced using the substrate of the present invention. For example, using the octupole electrode type shown in FIG. 26(a), description will be given in the same manner in the Y direction of the mass spectrometry chamber 396-1, and the electrode 394-1 in FIG. 26(a) will be used. And 394-3, and with respect to the other four electrodes (394-2 and 394-4), two electrodes (394-394) are provided on the upper side in the direction of the central angle 60 degrees from the midpoint M with respect to these electrodes (394-2 and 394-4). 5 and 8), two electrodes (394-6, 7) are arranged on the lower side in the direction of the central angle of 60 degrees from the midpoint M. These electrodes can also be arranged on the same circumference. That is, they are arranged at the same distance from the point M. Alternatively, the upper surface of the first upper substrate and the lower surface of the first lower substrate may be arranged as shown in FIG. As for the quadrupole electrode, it is desirable that the adjacent electrodes are arranged at 90 degrees with respect to the midpoint M and the four electrodes are arranged on the same circumference. If the mass spectrometry chamber and the quadrupole electrode (or multipole electrode, collectively referred to as quadrupole electrode below) are separated by the side wall of the substrate, the electric field due to the quadrupole electrode becomes weak, so the quadrupole electrode It is also possible to remove the other substrate while leaving only the substrate that supports at least. In that case, of course, the periphery of the quadrupole electrode may be further covered with a substrate so as not to deteriorate the vacuum degree of the mass spectrometry chamber.
<Fan type electric field>

本発明の質量分析装置は、質量分析室として扇型磁場方式を用いることができる。図27は、本発明の主基板に扇型磁場が作用する質量分析室となる貫通室を持つ扇型磁場方式の質量分析装置を示す模式図である。図27(a)はイオン検出室が1個のタイプであり、図27(b)はイオン検出室が複数個のタイプである。本発明の質量分析室683−2は、主基板682に形成された扇型状にくり抜かれた貫通室であり、その上下を上部基板688および下部基板689が付着している。(図27(c))質量分析室683−2へのイオンビーム685の入力側である貫通室(隣室)683−1は、たとえば、図19における引き出し電極・加速室307であり、加速電圧Vで加速された速度vのイオンが隣室683−1から基板側壁682−1が有する中央孔690−1を通って質量分析室683−2へ入射する。

質量分析室683−2の上部および/または下部には電磁石684が配置され、その電磁石684による磁場Bが貫通室683−2の上下方向、すなわち主基板682、上部基板688および下部基板689の基板面に対して垂直方向に印加される。この磁場Bによって、速度vで入射したイオンは(略)半径R0の円軌道を描いて、質量分析室683−2の出口となる基板側壁682−2が有する中央孔690−2を通って隣室683−3へ進む。このように、質量分析室683−2は上下部基板688および689で貫通室の上下が密閉され、横方向(イオンビームの進行方向)は中央孔を有する(主基板の)基板側壁に挟まれ、また、主基板682の側面方向(イオンビームの進行方向と直角方向)は主基板に囲まれている。ただし、質量分析室683−2の上下部基板688、689には真空引き用の開口部があいていて、質量分析室683−2内を所定圧力(たとえば、10−4〜10−8torr)にする。さらに質量分析室683−2内をクリーニングするための不活性ガス(N2、He、Ar等)等のクリーニングガスを導入するための開口部を設けることもできる。
The mass spectrometer of the present invention can use a fan-type magnetic field system as the mass spectrometer. FIG. 27 is a schematic view showing a fan-type magnetic field type mass spectrometer having a penetration chamber on which a fan-shaped magnetic field acts on the main substrate of the present invention. FIG. 27A shows a type having one ion detection chamber, and FIG. 27B shows a type having a plurality of ion detection chambers. The mass spectrometric chamber 683-2 of the present invention is a fan-shaped through chamber formed in the main substrate 682, and an upper substrate 688 and a lower substrate 689 are attached to the upper and lower sides thereof. The penetration chamber (adjacent chamber) 683-1 on the input side of the ion beam 685 to the mass spectrometry chamber 683-2 is, for example, the extraction electrode/acceleration chamber 307 in FIG. Ions having a velocity v accelerated by are incident on the mass analysis chamber 683-2 from the adjacent chamber 683-1 through the central hole 690-1 of the substrate side wall 682-1.

An electromagnet 684 is arranged above and/or below the mass analysis chamber 683-2, and the magnetic field B generated by the electromagnet 684 is in the vertical direction of the penetration chamber 683-2, that is, the main substrate 682, the upper substrate 688, and the substrate of the lower substrate 689. It is applied in the direction perpendicular to the plane. Due to this magnetic field B, the ions incident at the velocity v draw a circular orbit of (substantially) radius R0, pass through the central hole 690-2 of the substrate side wall 682-2 serving as the exit of the mass analysis chamber 683-2, and enter the adjacent chamber. Go to 683-3. In this way, in the mass analysis chamber 683-2, the upper and lower parts of the through chamber are sealed by the upper and lower substrates 688 and 689, and the lateral direction (the ion beam traveling direction) is sandwiched by the substrate side walls (of the main substrate) having the central hole. Further, the side direction of the main substrate 682 (the direction perpendicular to the traveling direction of the ion beam) is surrounded by the main substrate. However, the upper and lower substrates 688 and 689 of the mass analysis chamber 683-2 have openings for evacuation, and the inside of the mass analysis chamber 683-2 has a predetermined pressure (for example, 10 −4 to 10 −8 torr). To Further, an opening for introducing a cleaning gas such as an inert gas (N2, He, Ar, etc.) for cleaning the inside of the mass spectrometry chamber 683-2 can be provided.

質量分析室である貫通室683−2は、通常イオンビームの軌道685が中心となるようにしてその中心からほぼr1の幅(横方向)を有する空洞である。従って、貫通室683−2は、平面的には、図27(a)や(b)に示すように、扇型形状の円筒状空洞(半径R0の扇型を中心とする幅r1の空洞)である。しかし、実際には、質量分析室である貫通室683−2は必ずしも扇型形状の空洞である必要はなく、少なくとも前記の扇型形状の円筒状空洞を含むそれよりも大きな空洞であれば良い。そして、その空洞の中で、貫通室683−2の上下方向、すなわち主基板682、上部基板688および下部基板689の基板面に対して垂直方向に磁場が印加されるので、イオンビーム軌道はほぼ半径R0の円形軌道(扇型:角度はたとえば30度〜180度で選定できる。)となる。たとえば、入射時のイオンの速度をv(m/sec)、イオンの質量をm(kg)、イオンの荷電数をz、磁場(磁束密度)をB{N/(Am)}とすれば、質量分析室683−2ではイオンは遠心力とローレンツ力が釣り合い半径R0の円軌道を取るので、mv/R0=Bzev・・・(1)が成り立つ。質量分析室683−2へ入射する前に加速室で電圧V(ボルト)で加速されたとすれば、zeV=m v/2・・・(2) が成り立つ。(1)および(2)からm/(ze)=BR0/2V・・・(3)が導かれる。(eは電気素量で、約1.6×10−19C(クーロン)) The penetrating chamber 683-2, which is a mass spectrometric chamber, is a cavity having an orbit 685 of the ion beam as the center and a width (lateral direction) of about r1 from the center. Therefore, as shown in FIGS. 27(a) and 27(b), the penetrating chamber 683-2 has a fan-shaped cylindrical cavity (cavity having a width r1 centered on a fan-shaped radius R0) in plan view. Is. However, in reality, the through chamber 683-2, which is a mass spectrometric chamber, does not necessarily have to be a fan-shaped cavity, and may be at least a larger cavity including the fan-shaped cylindrical cavity. .. Then, in the cavity, a magnetic field is applied in the vertical direction of the penetrating chamber 683-2, that is, in the direction perpendicular to the substrate surfaces of the main substrate 682, the upper substrate 688, and the lower substrate 689, so that the ion beam trajectory is almost the same. A circular orbit having a radius R0 (fan type: the angle can be selected, for example, from 30 degrees to 180 degrees). For example, if the velocity of ions upon incidence is v (m/sec), the mass of ions is m (kg), the number of charged ions is z, and the magnetic field (magnetic flux density) is B{N/(Am)}, In the mass spectrometry room 683-2, the centrifugal force and the Lorentz force of the ions take a circular orbit with a radius R0, so that mv 2 /R0=Bzev (1) holds. If accelerated with voltage V (volts) at an accelerating chamber before entering the mass spectrometer chamber 683-2, zeV = mv 2/2 ··· (2) holds. From (1) and (2), m/(ze)=B 2 R0 2 /2V (3) is derived. (e is the elementary charge, about 1.6×10 −19 C (coulomb))

質量分析室に入射するイオン685は種々の質量mや電荷(ze)を持つが、質量分析室で磁場の力を受けると種々の軌道Rを有する。((3)式から分かる。)たとえば、図27(b)から分かるように、同じ磁場B、加速電圧Vの場合、(m/z)が小さなものはR0より小さな軌道となり(たとえば、685−3)、(m/z)が大きなものはR0より大きな軌道となり(たとえば、685−2)となる。質量分析室683−2の隣室690−3はイオン選別室であり、その中に中央孔690−3を有する基板側壁686が配置されている。基板側壁686が有する中央孔690−3は半径R0の軌道を持って進んできたイオンビームが通るように作られている。すなわち、磁場Bによる力を受けて中心軌道を進んできたイオンビームの軌道がちょうど中央孔690−3に相当している。すなわち、(3)式が成立するようなイオン685−1が中央孔690−3を通る。従って、中央孔690−3を有する基板側壁686はイオン選別スリットと呼んでも良く、(3)式が成立しない場合、たとえば図27(b)における軌道685−2や685−3のイオンは中央孔690−3を通過できない。中央孔690−3を通過したイオン685−1は基板側壁682−3が有する中央孔690−4を通って隣室683−4へ入射する。この隣室683−4は、たとえばイオン検出室であり、質量分析室683−2およびイオン選別室683−3で選別されたイオン量が検出される。このように、イオン選別室690−3は基板側壁682−2および682−3で囲まれている。このイオン選別室683−3は通過できないイオンが残るので、上下部基板に真空引き用の開口部やクリーニング用の開口部を設けて、十分な真空引きや適宜クリーニングすることが望ましい。通常、イオン選別スリットの中央孔690−3のサイズは基板側壁682−2の中央孔690−2のサイズより小さい。イオン選別室683−3は他の部屋よりも汚れが大きいので基板側壁682−2および682−3で囲むことが望ましいが、少しサイズが大きくなるので、汚れを余り気にしなければ、省略しても良いが、イオン選別スリット686は必要である。このように図27(a)に示す扇型磁場式の質量分析法は、磁場Bや加速電圧Vを変化させながらイオンを検出する。 The ions 685 entering the mass analysis chamber have various masses m and electric charges (ze), but have various trajectories R when subjected to the magnetic field force in the mass analysis chamber. (It can be seen from equation (3).) For example, as can be seen from FIG. 27(b), for the same magnetic field B and accelerating voltage V, a small (m/z) becomes an orbit smaller than R0 (for example, 685- 3), orbits with a large (m/z) are larger than R0 (for example, 685-2). The adjacent chamber 690-3 of the mass spectrometry chamber 683-2 is an ion selection chamber, and the substrate side wall 686 having the central hole 690-3 is arranged therein. The central hole 690-3 of the substrate side wall 686 is formed so that an ion beam that has traveled along an orbit of radius R0 can pass through. That is, the trajectory of the ion beam that has traveled along the central trajectory under the force of the magnetic field B corresponds exactly to the central hole 690-3. That is, the ions 685-1 satisfying the expression (3) pass through the central hole 690-3. Therefore, the substrate side wall 686 having the central hole 690-3 may be referred to as an ion selection slit, and when the formula (3) is not satisfied, for example, the ions of the trajectories 685-2 and 685-3 in FIG. I cannot pass 690-3. The ions 685-1 that have passed through the central hole 690-3 enter the adjacent chamber 683-4 through the central hole 690-4 of the substrate side wall 682-3. The adjacent chamber 683-4 is, for example, an ion detection chamber, and the amount of ions selected by the mass analysis chamber 683-2 and the ion selection chamber 683-3 is detected. Thus, the ion selection chamber 690-3 is surrounded by the substrate side walls 682-2 and 682-3. Since ions that cannot pass through the ion selection chamber 683-3 remain, it is desirable to provide an opening for vacuuming or an opening for cleaning in the upper and lower substrates to perform sufficient vacuuming or proper cleaning. Usually, the size of the central hole 690-3 of the ion selection slit is smaller than the size of the central hole 690-2 of the substrate side wall 682-2. Since the ion sorting chamber 683-3 is more dirty than the other rooms, it is desirable to surround it with the substrate side walls 682-2 and 682-3, but since it is a little larger, you can omit it if you do not care about the dirt. However, the ion selection slit 686 is necessary. As described above, the fan-type magnetic field type mass spectrometry shown in FIG. 27A detects ions while changing the magnetic field B and the acceleration voltage V.

図27(b)に示す扇型磁場式の質量分析法は、イオン検出室を複数{683−1−1、2、3、・・・}設けて、半径R0を有するイオンだけでなく、他の軌道を有するイオンも検出できるものである。たとえば、質量検出室683−2の中心(イオンビームの通る位置の近傍)が半径R0で、その中心から主基板側面までの距離を片側r1、他方側をr2としたとき、図27(a)における質量検出室683−2では、r1=R1(一定)、r2=R2(一定)として、図27(b)における質量検出室683−2では、r1>R1、r2>R2として、イオンが磁場によって曲がっても主基板682の側面に衝突しないで、質量検出室683−2の隣室であるイオン選別室683−3へ進めるようにする。また、質量検出室683−2とイオン選別室683−3の隔壁である基板側壁(図27(a)の682−2)を小さくする(すなわち、中央孔690−2を大きくする)か、取り除く。さらに、イオン選別室683−3では、中心軌道685−1以外の軌道(たとえば、685−2や685−3)は広がっていくので、図27(b)に示すように、イオン選別室683−3の主基板682の側面をイオンビームの進行方向に広げていき、イオンビームが主基板682の側面にできるだけ衝突しないようにする。さらに、イオン選別スリットである基板側壁686も取り除き、できるだけ多数のイオンがイオン検出室683−4に入るようにする。イオン検出室683−4は多数の個別イオン検出室683−4―1、2、3、・・・が主基板682の側面方向(主基板682の基板面と平行な方向で、イオンの進行方向(中心軌道)と垂直方向に並べられる。 The fan-type magnetic field type mass spectrometry shown in FIG. 27(b) is provided with a plurality of ion detection chambers {683-1-1, 2, 3,...} In addition to ions having a radius R0, It is also possible to detect ions having the orbit of. For example, when the center of the mass detection chamber 683-2 (near the position where the ion beam passes) has a radius R0 and the distance from the center to the side surface of the main substrate is r1 on one side and r2 on the other side, FIG. In the mass detection chamber 683-2 in FIG. 27, r1=R1 (constant) and r2=R2 (constant), and in the mass detection chamber 683-2 in FIG. Even if it bends due to this, it does not collide with the side surface of the main substrate 682, and advances to the ion selection chamber 683-3 which is a chamber next to the mass detection chamber 683-2. Further, the substrate side wall (682-2 in FIG. 27A), which is the partition wall of the mass detection chamber 683-2 and the ion selection chamber 683-3, is made smaller (that is, the central hole 690-2 is made larger) or removed. .. Further, in the ion selection chamber 683-3, the orbits other than the central orbit 685-1 (for example, 685-2 and 685-3) spread out, so that as shown in FIG. The side surface of the third main substrate 682 is widened in the traveling direction of the ion beam so that the ion beam does not collide with the side surface of the main substrate 682 as much as possible. Further, the substrate side wall 686 which is an ion selection slit is also removed so that as many ions as possible enter the ion detection chamber 683-4. In the ion detection chamber 683-4, a large number of individual ion detection chambers 683-4-1, 2, 3,... Are in the side surface direction of the main substrate 682 (the direction parallel to the substrate surface of the main substrate 682, and the ion traveling direction). It is aligned vertically with the (central orbit).

イオン検出室としては種々の方式を採用できるが、特に本明細書で説明したものはすべて使用できる。イオン検出室683−4の個別イオン検出室683−4―1、2、3、・・・同士の間には基板側壁687が存在し、互いに干渉しないようになっている。当然コレクター電極も個別イオン検出室毎に独立して配置される。個別イオン検出室の入口幅をw1、w2r、w2l、w3r、w3l、・・・とする。ここで、w1はイオン中心軌道685−1に沿った個別イオン検出室(図27(b)の683−4−1)の入口幅である。w2rは、その個別イオン検出室(図27(b)の683−4−1)の隣のイオン検出室で、そのイオン中心軌道685−1より外側軌道に配置された個別イオン検出室(図27(b)の683−4−2)の入口幅である。w3rはさらに外側の個別イオン検出室(図27(b)では記載せず)の入口幅である。w2lは、個別イオン検出室(図27(b)の683−4−1)の隣のイオン検出室で、そのイオン中心軌道685−1より内側軌道に配置された個別イオン検出室(図27(b)の683−4−3)の入口幅である。w3lはさらに外側の個別イオン検出室(図27(b)では記載せず)の入口幅である。個別イオン検出室同士の基板側壁の幅をsとする。尚、個別イオン検出室の高さは、主基板682の厚さである。イオン検出室683−4の全体幅Dは、w1+(w2r+W3r+・・・)+(w2l+W3l+・・・)+n×s(nは基板側壁687の数)となる。個別イオン検出室の幅がすべて等しければ、個別イオン検出室の数はn+1個であるから、イオン検出室683−4の全体幅Dは、D=(n+1)×w1+n×sとなる。イオンは個別イオン検出室のどれかへ入れば必ずカウントされるが、隔壁687に衝突したものはカウントされない。イオン検出室の最外側および最内側の主基板682の側面(およびイオン選別室の側面等)に衝突したイオンもカウントされないが、そのようなものはないとしたとき、イオンの検出捕捉率は(n+1)×w1/Dとなる。たとえば、w1=500μm、s=100μmとし、n=20とすれば、D=10500+2000(μm)=1.25cmで、捕捉率は、84%となる。 Various methods can be adopted as the ion detection chamber, but in particular, all of those described in this specification can be used. Substrate side walls 687 exist between the individual ion detection chambers 683-4-1, 2, 3,... Of the ion detection chamber 683-4 so as not to interfere with each other. Naturally, the collector electrode is also arranged independently for each individual ion detection chamber. The inlet widths of the individual ion detection chambers are w1, w2r, w2l, w3r, w3l,.... Here, w1 is the entrance width of the individual ion detection chamber (683-4-1 in FIG. 27B) along the ion center trajectory 685-1. w2r is an ion detection chamber next to the individual ion detection chamber (683-4-1 in FIG. 27(b)), and the individual ion detection chamber (Fig. 27) arranged outside the ion center orbit 685-1. It is the entrance width of 683-4-2) in (b). w3r is the entrance width of the outer individual ion detection chamber (not shown in FIG. 27B). w2l is an ion detection chamber next to the individual ion detection chamber (683-4-1 in FIG. 27(b)), and the individual ion detection chamber (FIG. 27( It is the entrance width of 683-4-3) in b). w3l is the entrance width of the outer individual ion detection chamber (not shown in FIG. 27B). Let s be the width of the side wall of the substrate between the individual ion detection chambers. The height of the individual ion detection chamber is the thickness of the main substrate 682. The overall width D of the ion detection chamber 683-4 is w1+(w2r+W3r+...)+(w2l+W3l+...)+n×s (n is the number of substrate side walls 687). If the individual ion detection chambers have the same width, the number of the individual ion detection chambers is n+1, so the overall width D of the ion detection chamber 683-4 is D=(n+1)×w1+n×s. Ions are counted whenever they enter any of the individual ion detection chambers, but ions that collide with the partition 687 are not counted. Ions that collide with the outermost and innermost side surfaces of the main substrate 682 of the ion detection chamber (and the side surfaces of the ion selection chamber, etc.) are not counted either. It becomes n+1)×w1/D. For example, if w1=500 μm, s=100 μm, and n=20, D=10500+2000 (μm)=1.25 cm, and the capture rate is 84%.

扇型磁場室である質量分析室683−2の空洞を大きくすることも、また、湾曲した空洞683−2をイオンビーム685の進行方向に対して次第に大きくしていくことも本発明ではフォトリソ法およびエッチング法を用いて簡単にできるので、所望の質量分析室683−2やイオン選別室683−2、イオン検出室683−4を作製できる。また、各イオン軌道は中心軌道を進むイオン軌道685−1に対して傾いているので、個別イオン検出室の入口面積を一定にすると捕捉面積が異なるが、本発明ではイオン軌道の傾きに合わせて個別イオン検出室の入口面積を変化させることも簡単にできる。たとえば、イオン軌道が外側になるに従い個別イオン検出室の入口面積を大きくしていくことができる。また、個別イオン検出室の向きをイオン軌道に合わせることも簡単にできるので、個別イオン検出室の入口面積を同じにしてイオンの侵入面積を各個別イオン検出室で同じにすることができる。図27(b)に示すような複数のイオン検出室を持つ質量分析装置でも加速電圧Vや磁場Bの値を連続的に変動させてさらに精密な測定もできる。 In the present invention, it is possible to increase the size of the cavity of the mass analysis chamber 683-2, which is a fan-shaped magnetic field chamber, and to increase the size of the curved cavity 683-2 in the traveling direction of the ion beam 685. Since it can be easily performed by using the etching method and the etching method, a desired mass spectrometric chamber 683-2, ion selection chamber 683-2, and ion detection chamber 683-4 can be manufactured. Further, since each ion orbit is tilted with respect to the ion orbit 685-1 traveling in the central orbit, the trapping area is different when the entrance area of the individual ion detection chamber is made constant. It is also easy to change the entrance area of the individual ion detection chamber. For example, the entrance area of the individual ion detection chamber can be increased as the ion trajectory becomes more outward. Further, since it is easy to align the direction of the individual ion detection chamber with the ion trajectory, it is possible to make the entrance area of the individual ion detection chamber the same and make the ion penetration area the same in each individual ion detection chamber. Even with a mass spectrometer having a plurality of ion detection chambers as shown in FIG. 27B, the values of the acceleration voltage V and the magnetic field B can be continuously changed to perform more precise measurement.

扇型磁場684は、質量分析室683−2の上部および/または下部に永久磁石または電磁石を配置し、質量分析室683−2に対して垂直方向(上部から下部への方向、またはこの逆)へ磁場(磁界)を印加する。すなわち、質量分析室683−2を被う上部基板または下部基板の外側に磁石のS極またはN極を配置し、および/または対向する下部基板または上部基板の外側に対向する側と逆極を配置する。たとえば、質量分析室683−2が図27(a)や(b)に示すように時計回りに湾曲しているときには、イオンビーム685を同じ時計回りに曲げる必要があるので、イオンがプラスの場合は、上部側にS極下部側にN極を配置し、磁場(磁界)が質量分析室683−2の下側(下部基板689側)から上側(上部基板688側)に向かうようにする。(フレミング左手の法則)磁石は磁場をかけてイオンに力を及ぼす領域、たとえば図27(a)や(b)の扇型磁場領域684だけに配置する。 The sector magnetic field 684 has permanent magnets or electromagnets arranged in the upper part and/or the lower part of the mass analysis chamber 683-2, and is perpendicular to the mass analysis chamber 683-2 (direction from the top to the bottom or vice versa). A magnetic field (magnetic field) is applied to. That is, the south pole or north pole of the magnet is arranged outside the upper substrate or the lower substrate covering the mass spectrometric chamber 683-2, and/or the opposite side to the outer side of the lower substrate or the upper substrate facing the opposite pole. Deploy. For example, when the mass spectrometry chamber 683-2 is curved clockwise as shown in FIGS. 27A and 27B, it is necessary to bend the ion beam 685 in the same clockwise direction. Arranges the S pole on the upper side and the N pole on the lower side so that the magnetic field (magnetic field) goes from the lower side of the mass analysis chamber 683-2 (lower substrate 689 side) to the upper side (upper substrate 688 side). (Fleming's left-hand rule) The magnets are arranged only in a region that applies a magnetic field to exert a force on the ions, for example, a fan-shaped magnetic field region 684 in FIGS. 27A and 27B.

電磁石はコイルでも良く、また、そのコイルを基板内に作製して、その基板を質量分析室683−2や他のイオンビーム685が通る空洞(貫通室)を有する主基板682の上部および/または下部に付着しても良い。図27(c)は、図27(a)または図27(b)において質量分析室683−2のA1−A2の断面を示す図で、質量分析室683−2を有する主基板682の上面に付着した上部基板688の上面にコイルを内蔵した基板モジュール699(699−1)を付着し、および/または主基板682の下面に付着した下部基板689の上面にコイルを内蔵した基板モジュール699(699−2)を付着した図である。 The electromagnet may be a coil, and the coil is formed in a substrate, and the substrate is provided on the main substrate 682 and/or the main substrate 682 having a cavity (through chamber) through which the mass analysis chamber 683-2 or another ion beam 685 passes. It may be attached to the bottom. 27C is a view showing a cross section taken along line A1-A2 of the mass spectrometry chamber 683-2 in FIG. 27A or 27B, and is shown on the upper surface of the main substrate 682 having the mass spectrometry chamber 683-2. A board module 699 (699-1) having a coil built in is attached to the upper surface of the attached upper board 688, and/or a board module 699 (699) having a coil built in to the upper surface of a lower board 689 attached to the lower surface of the main board 682. 2 is a diagram in which (2) is attached.

コイル内蔵の基板モジュールは、上部基板693と下部基板692の間にコイル695が搭載され、上部基板693または下部基板692の外側の表面に電極・配線697(697−1、2)が形成され、それらの電極・配線697(697−1、2)からコイル695の導線へ電流を流すことができる。上部基板693と下部基板692の間にコイル内蔵基板691が付着され、その基板691内にコイル695が搭載されている。コイル695の巻き導線は基板691の基板面に平行に巻かれ、基板面と垂直方向に導線が積層されてつながっている。従って、電極・配線697(697−1、2)からコイル695へ電流を流すと、コイル内電流Iは基板面に平行に流れ、その結果コイルの導線を垂直方向、すなわちコイル(が巻かれる円筒)の軸方向に貫く磁場(磁界)、が発生する。コイルがn回巻きでコイル(の円筒)の半径をaとすれば、コイルの中心の磁場(磁界)HはH=nI/(2a)である。

コイルが発生する磁場が外部へ伝達するために、上部基板693、下部基板692、および内蔵基板691等のコイル695を取り囲む材料は非磁性体である。コイル695を搭載する内蔵基板691および/または上部基板693にはコイル695の1端の導線と接続する導電体膜配線698−1が形成され、その導電体膜配線698−1は上部基板または下部基板に形成されたコンタクト孔696(696−1)およびその中に形成された導電体膜に接続し、さらにそのコンタクト孔696(696−1)およびその中に形成された導電体膜は上部基板または下部基板上に形成された電極・配線697−1へ接続する。また、コイル695を搭載する内蔵基板691および/または上部基板693にはコイル695の他端の導線と接続する導電体膜配線698−2が形成され、その導電体膜配線698−2は上部基板または下部基板に形成されたコンタクト孔696(696−2)およびその中に形成された導電体膜に接続し、さらにそのコンタクト孔696(696−2)およびその中に形成された導電体膜は上部基板または下部基板上に形成された電極・配線697−2へ接続する。
In the board module with a built-in coil, the coil 695 is mounted between the upper board 693 and the lower board 692, and the electrodes/wirings 697 (697-1, 2) are formed on the outer surface of the upper board 693 or the lower board 692. A current can be passed from the electrodes/wirings 697 (697-1, 2) to the conducting wire of the coil 695. A coil-embedded substrate 691 is attached between the upper substrate 693 and the lower substrate 692, and the coil 695 is mounted in the substrate 691. The winding conducting wire of the coil 695 is wound in parallel with the substrate surface of the substrate 691, and the conducting wire is laminated and connected in the direction perpendicular to the substrate surface. Therefore, when a current is made to flow from the electrode/wiring 697 (697-1, 2) to the coil 695, the current I in the coil flows parallel to the substrate surface, and as a result, the conducting wire of the coil is oriented in the vertical direction, that is, the cylinder (where the coil is wound). ), the magnetic field (magnetic field) penetrating in the axial direction is generated. If the coil has n turns and the radius of (the cylinder of) the coil is a, the magnetic field (magnetic field) H at the center of the coil is H=nI/(2a).

The material surrounding the coil 695 such as the upper substrate 693, the lower substrate 692, and the built-in substrate 691 is a non-magnetic material in order to transmit the magnetic field generated by the coil to the outside. On the built-in substrate 691 and/or the upper substrate 693 on which the coil 695 is mounted, a conductor film wiring 698-1 connected to a conductor wire at one end of the coil 695 is formed, and the conductor film wiring 698-1 is an upper substrate or a lower portion. The contact hole 696 (696-1) formed in the substrate and the conductor film formed therein are connected, and the contact hole 696 (696-1) and the conductor film formed therein are connected to the upper substrate. Alternatively, it is connected to the electrode/wiring 697-1 formed on the lower substrate. Further, a conductor film wiring 698-2 connected to a conductor wire at the other end of the coil 695 is formed on the built-in substrate 691 and/or the upper substrate 693 on which the coil 695 is mounted, and the conductor film wiring 698-2 is formed on the upper substrate. Alternatively, the contact hole 696 (696-2) formed in the lower substrate and the conductor film formed therein are connected, and the contact hole 696 (696-2) and the conductor film formed therein are The electrodes/wirings 697-2 formed on the upper substrate or the lower substrate are connected.

コイル内蔵基板の形成方法は、たとえば、下部基板692へ基板691が付着した後、コイル695を搭載すべき場所にコイル搭載用の空洞(貫通室)694を形成する。空洞694内へ絶縁膜を積層し、空洞内面を絶縁膜で覆い、導電体膜を形成し、空洞694内に導電体膜配線698(698−1、2)を形成する。基板691が絶縁体であるときは、空洞694内への絶縁膜の積層は必須ではない。次に、コイル695を空洞内へ挿入し、コイル695の導線端子を導電体膜配線698(698−1、2)と接続する。この接続は半田等の低融点合金や導電性ペーストを介在して行なうことができる。一方上部基板693の片面に導電体膜配線698(698−1、2)を形成しておく。次に、上部基板693を下部基板692に付着し空洞694を形成したコイル内蔵基板691へ付着する。このとき、空洞内へ形成した導電体膜配線698(698−1、2)と上部基板693の片面に形成した導電体膜配線698(698−1、2)を接続させる。次に、上部基板693にコンタクト孔・導電体膜696、および電極・配線697を形成する。これらは上部基板693に予め形成した後に、コイル内蔵基板691へ付着しても良い。ここで、上部基板692および下部基板693は通常絶縁体である。これらが半導体基板や導電体基板の場合は、コンタクト孔696内や空洞694内、基板表面へ導電体膜697、698等を形成する前に絶縁膜を形成するなどして電極・配線間が導通しないようにする。こうして、基板691、692、693に囲まれたコイルが完成する。

As the method of forming the coil-embedded substrate, for example, after the substrate 691 is attached to the lower substrate 692, a coil mounting cavity (through chamber) 694 is formed at a position where the coil 695 should be mounted. An insulating film is stacked in the cavity 694, the inner surface of the cavity is covered with an insulating film, a conductor film is formed, and conductor film wiring 698 (698-1, 2) is formed in the cavity 694. When the substrate 691 is an insulator, stacking of an insulating film in the cavity 694 is not essential. Next, the coil 695 is inserted into the cavity, and the conductor wire terminal of the coil 695 is connected to the conductor film wiring 698 (698-1, 2). This connection can be made by interposing a low melting point alloy such as solder or a conductive paste. On the other hand, conductor film wiring 698 (698-1, 2) is formed on one surface of the upper substrate 693. Next, the upper substrate 693 is attached to the lower substrate 692 and then attached to the coil-embedded substrate 691 having the cavity 694 formed therein. At this time, the conductor film wiring 698 (698-1, 2) formed in the cavity and the conductor film wiring 698 (698-1, 2) formed on one surface of the upper substrate 693 are connected. Next, a contact hole/conductor film 696 and an electrode/wiring 697 are formed in the upper substrate 693. These may be formed on the upper substrate 693 in advance and then attached to the coil-embedded substrate 691. Here, the upper substrate 692 and the lower substrate 693 are usually insulators. When these are a semiconductor substrate or a conductor substrate, the electrodes and wiring are electrically connected by forming an insulating film in the contact hole 696 or the cavity 694, or before forming the conductor films 697 and 698 on the substrate surface. Try not to. Thus, the coil surrounded by the substrates 691, 692 and 693 is completed.

このモジュール基板699−1内に多数のコイルを搭載できるが、質量分析装置ではコイルを配置する必要がない場所もあるので、モジュール基板699−1を、質量分析装置が形成されたモジュール基板(たとえば、図19では、基板301,302、303で形成される。あるいは、図27では、基板682、688、689で形成される。)に合わせ込んだときに必要な場所にコイル695が配置されるように、モジュール基板699−1にコイル695を配置する。この場合は、モジュール基板699−1に不必要な場所もできるが、モジュール基板699−1と質量分析装置が形成されたモジュール基板を一挙に付着できるので、多数の質量分析装置が一連のプロセスで形成できるという利点がある。モジュール基板699−1に不必要な場所をできるだけ作らないようにするためには、モジュール基板699−1に必要なコイルを配置したブロックを多数作製(たとえば、図27では、扇型形状の部分684を1つのブロックとする。実際にはこの扇型形状の部分684を含む最小の矩形部分からなるブロックとして切断しやすくすると良い。)しておき、これらをブロックごとに切断して、個々のブロックを質量分析装置が形成されたモジュール基板に合わせ込んで付着させる。この場合は、コイルブロックを付着した部分は厚みが大きくなる。この方法によれば、コイルを内蔵したモジュール基板699−1全体を有効に使用できる。ここで示したコイルは導線をスパイラル状に巻いた導線だけのコイルとして記載しているが、これはコイルであることを簡単に示すために描いているだけであり、種々のコイル(インダクタ)を使用できる。たとえば、チップインダクタのようにコイルを内部に搭載したパッケージタイプのものでも良い。チップインダクタは端子電極が外側に露出しているので、図27(c)に示す空洞694へチップインダクタを挿入したときに上部基板、下部基板、および空洞内の導電体膜配線698と接続が簡単となる。あるいは、チップインダクタをそのまま質量分析室683−2の上に付着している上部基板688に付着させることもできる。 Although a large number of coils can be mounted in this module substrate 699-1, there are places where coils do not need to be arranged in the mass spectrometer, so the module substrate 699-1 is replaced with the module substrate on which the mass spectrometer is formed (for example, 19, it is formed by the substrates 301, 302, 303. Alternatively, in FIG. 27, it is formed by the substrates 682, 688, 689.) The coil 695 is arranged at a necessary position when fitted to the substrate. Thus, the coil 695 is arranged on the module substrate 699-1. In this case, the module substrate 699-1 may be provided in an unnecessary place, but since the module substrate 699-1 and the module substrate on which the mass spectrometer is formed can be attached at once, a large number of mass spectrometers can be used in a series of processes. It has the advantage that it can be formed. In order to make unnecessary places in the module substrate 699-1 as little as possible, a large number of blocks in which the coils necessary for the module substrate 699-1 are arranged are produced (for example, in FIG. 27, a fan-shaped portion 684 is formed). Is a single block. In practice, it may be easier to cut the block into a block having a minimum rectangular portion including the fan-shaped portion 684.), and then these blocks are cut into individual blocks. Is attached to the module substrate on which the mass spectrometer is formed. In this case, the portion to which the coil block is attached has a large thickness. According to this method, the entire module substrate 699-1 having the coil built therein can be effectively used. The coil shown here is described as a coil of only a conductor wire in which a conductor wire is spirally wound, but this is only drawn to simply show that it is a coil, and various coils (inductors) are Can be used. For example, a package type such as a chip inductor having a coil mounted therein may be used. Since the terminal electrodes of the chip inductor are exposed to the outside, when the chip inductor is inserted into the cavity 694 shown in FIG. 27C, it is easy to connect with the upper substrate, the lower substrate, and the conductor film wiring 698 in the cavity. Becomes Alternatively, the chip inductor can be directly attached to the upper substrate 688 attached on the mass analysis chamber 683-2.

チップインダクタの場合、巻線タイプや積層タイプやフィルムタイプ、フェライトコアや非磁性体コアや高透磁率磁性体コアを持つタイプ、被磁性素体タイプ等種々のものを、その特性(インダクタンス、Q値など)に合わせて使用できる。導線が露出したタイプの巻線型コイルは大電流を流しても発熱に対して耐久性があるので、大きな磁界を発生させることができる。この場合も直接コイルを上下部基板688および/または689に付着すれば空冷等も簡単にできるので耐熱性を向上できる。図27(c)に記載したコイル挿入タイプでも上下部基板に空冷用の開口部Opをあけて空冷または液冷で空洞内部のコイルを冷却できる。コイルを上下部基板688および/または689に付着する場合は、上下部基板688および/または689に接続配線パターンを形成し、その接続配線にコイルの両端子を接続すれば良い。また、コイルは質量分析室683−2にできるだけ近づけることによって質量分析室内の磁場を大きくできるので、上下部基板688および/または689をできるだけ薄くすると良い。ただし、強度や真空度を確保する程度の厚みが必要である。たとえば、基板がガラス基板の場合は現状では50μm程度であるが、技術向上により将来はさらに薄くできるだろう。上下部基板688および/または689全体を薄くするには、主基板682にこれらの基板を付着した後にバックグラインド装置やCMP装置を用いてこれらの基板を研磨すれば良い。これらの基板を薄くした後にコンタクト孔、電極・配線、コイル搭載を行なうことができる。あるいは、コイルを搭載する領域およびその周辺のみの上下部基板688および/または689を薄くすることもできる。たとえば、薄くする領域以外を感光性膜パターン(マスク)で覆い、その領域をエッチングして薄くしたり、あるいは上下部基板688および/または689のその領域を予め薄くしておき、そのような上下部基板688および/または689を主基板682に付着させたり、あるいは小型研磨装置(たとえば、円板体の平面部をあてて研磨剤を含む研磨液を加えながら円板体を回転させる装置で、支持基板に複数取り付けて、その支持基板を主基板に近づけて回転円板体を同時に主基板に当てれば複数箇所を同時に研磨できる)を薄くすべき領域の主基板にあててその領域だけを薄くするという方法もある。 In the case of chip inductors, various characteristics such as winding type, laminated type, film type, type having ferrite core, non-magnetic substance core, high permeability magnetic substance core, magnetic substance type, etc. Value). Since the wire-wound coil of the type in which the conductor wire is exposed has durability against heat generation even when a large current is applied, a large magnetic field can be generated. Also in this case, if the coil is directly attached to the upper and lower substrates 688 and/or 689, air cooling or the like can be easily performed, so that heat resistance can be improved. Even in the coil insertion type shown in FIG. 27C, the coil inside the cavity can be cooled by air cooling or liquid cooling by opening openings Op for air cooling in the upper and lower substrates. When the coil is attached to the upper and lower substrates 688 and/or 689, a connection wiring pattern may be formed on the upper and lower substrates 688 and/or 689 and both terminals of the coil may be connected to the connection wiring. Further, since the magnetic field in the mass analysis chamber can be increased by bringing the coil as close as possible to the mass analysis chamber 683-2, it is preferable to make the upper and lower substrates 688 and/or 689 as thin as possible. However, the thickness is required to secure the strength and the degree of vacuum. For example, when the substrate is a glass substrate, the thickness is about 50 μm at present, but it can be further thinned in the future by technological improvement. In order to reduce the thickness of the entire upper and lower substrates 688 and/or 689, these substrates may be attached to the main substrate 682 and then these substrates may be polished by using a back grinding device or a CMP device. After thinning these substrates, contact holes, electrodes/wirings, and coils can be mounted. Alternatively, the upper and lower substrates 688 and/or 689 may be thinned only in the region where the coil is mounted and its periphery. For example, a region other than the thinned region is covered with a photosensitive film pattern (mask) and the region is etched to be thinned, or the region of the upper and lower substrates 688 and/or 689 is thinned in advance, and The partial substrate 688 and/or 689 is attached to the main substrate 682, or a small polishing device (for example, a device that applies a polishing liquid containing an abrasive to a flat surface portion of the disk body to rotate the disk body, Attach a plurality of support substrates to the main substrate, bring the support substrate close to the main substrate, and simultaneously apply the rotating disk body to the main substrate at the same time to polish multiple locations simultaneously.) There is also a way to do it.

コイル内蔵のモジュール基板699−1(の下部基板692の下面)を、質量分析室683−2等を有する質量分析装置の上部基板688上に付着する。すなわち、質量分析室683−2の直上にコイル695が配置される。すなわち、扇型磁場を発生する部分にモジュール基板699−1のコイル695が配置される。図27(c)では1個のコイルしか記載していないが、幅方向(図27(c)の左右方向)および/または奥行き方向(イオンの進行方向)に複数配置しても良い。たとえば、質量分析室683−2の幅をd1、コイル695の幅をd2(複数コイルの場合、複数コイルを合わせた幅、すなわち、1個のコイル幅をbとし、幅方向にm個並べた場合、d2=mb(ただし、コイル間の隙間は無視した))としたとき、d2の中心はd1のほぼ中心に合わせて、d2>d1になるようにする。質量分析室683−2の上部だけの配置では質量分析室683−2内の垂直磁場の領域は狭いので、質量分析室683−2の下部にも699−1と同様のコイル内蔵のモジュール基板699−2を配置する。このモジュール基板699−2はモジュール基板699−1と同じものを裏返して使用することができる。すなわち、コイル内蔵のモジュール基板699−2(の下部基板692の下面)を、質量分析室683−2等を有する質量分析装置の上部基板689の下に付着する。すなわち、質量分析室683−2の直下にコイル695が配置される。これらの付着は、常温接合、高温接合、拡散接合や接着材等を用いて付着できる。接着剤等を用いる場合はコイルが発生する磁束を遮らない非磁性体を使用する。また、基板688、689、692がガラス基板、石英基板等である場合、これらの基板の間にSi基板や導電体基板を介して静電陽極結合で付着することもできる。この付着の時に、付着基板に開口部があいているときは、その開口部を塞がないようにすることは言うまでもない。(塞いでも良い開口部は除く)尚、質量分析室683−2の扇型磁場の領域684の直下または直上にはコイル695が配置されるので、質量分析室683−2の上部基板688または下部基板689の必要な開口部は扇型磁場の領域684の外側に設ければ良い。 The module substrate 699-1 with a built-in coil (the lower surface of the lower substrate 692 thereof) is attached onto the upper substrate 688 of the mass spectrometer having the mass spectrometry chamber 683-2 and the like. That is, the coil 695 is arranged immediately above the mass spectrometry room 683-2. That is, the coil 695 of the module substrate 699-1 is arranged in the portion that generates the fan-shaped magnetic field. Although only one coil is shown in FIG. 27C, a plurality of coils may be arranged in the width direction (left and right direction in FIG. 27C) and/or the depth direction (ion traveling direction). For example, the width of the mass spectrometric chamber 683-2 is d1, the width of the coil 695 is d2 (in the case of a plurality of coils, the width obtained by combining a plurality of coils, that is, one coil width is b, and m pieces are arranged in the width direction. In this case, when d2=mb (however, the gap between the coils is ignored), the center of d2 is aligned with the substantial center of d1 so that d2>d1. Since the area of the vertical magnetic field in the mass analysis chamber 683-2 is narrow when only the upper part of the mass analysis chamber 683-2 is arranged, the module substrate 699 having the same coil as 699-1 is also provided in the lower part of the mass analysis chamber 683-2. -2 is placed. As the module substrate 699-2, the same one as the module substrate 699-1 can be turned over and used. That is, the module substrate 699-2 with a built-in coil (the lower surface of the lower substrate 692 thereof) is attached below the upper substrate 689 of the mass spectrometer having the mass spectrometry chamber 683-2 and the like. That is, the coil 695 is arranged immediately below the mass spectrometry chamber 683-2. These can be attached by using room temperature bonding, high temperature bonding, diffusion bonding, an adhesive material, or the like. When using an adhesive or the like, use a non-magnetic material that does not block the magnetic flux generated by the coil. When the substrates 688, 689, 692 are glass substrates, quartz substrates, or the like, they can be attached by electrostatic anodic bonding between these substrates via a Si substrate or a conductor substrate. Needless to say, if there is an opening in the attached substrate at the time of this attachment, the opening should not be blocked. (Excluding an opening that may be closed) Since the coil 695 is arranged immediately below or above the sectoral magnetic field region 684 of the mass analysis chamber 683-2, the upper substrate 688 or the lower portion of the mass analysis chamber 683-2 is disposed. The necessary opening of the substrate 689 may be provided outside the sector magnetic field region 684.

質量分析室683−2の直上に配置されるコイルの極性と質量分析室683−2の直下に配置されるコイルの極性は逆極性とすることによって、これらのコイルの間に垂直磁場が発生する。すなわち、質量分析室683−2(の扇型磁場の領域)は、垂直磁場が生じる。質量分析室683−2の磁場を概算する。半径aの円形コイル(n巻き)を電流Iが流れているとき、中心軸上(コイル端の中心からbの距離)の磁場は、H=(nI/2)a/(a+b3/2である。a=1mm、b=1mmとすれば、H=1.8×nI×10[A/m]。a=5mm、b=5mmとすれば、H=35×nI[A/m]。扇型の半径R0=10cmとすると、(m=10−27kg、e=1.6×10−19Cとすれば、B2/V=10−6、B=4π×10−7×H、加速電圧V=10ボルトのとき、H=2.5×10[A/m]。加速電圧V=100ボルトのとき、H=10[A/m]。以上から、コイルの巻き数を50として、a=1mm、b=1mmの場合、(1)加速電圧V=10ボルトで、コイルに流れる電流は0.28A、(2)加速電圧V=100ボルトで、コイルに流れる電流は1.2A、a=5mm、b=5mmの場合、(3)加速電圧V=10ボルトで、コイルに流れる電流は1.4A、(4)加速電圧V=100ボルトで、コイルに流れる電流は5.8A。従って、微小コイルでも十分に達成可能である。尚、上記の計算は片側コイルの場合の磁場であるから、上下に2個配置したときには、コイルに流れる電流はこれらの半分で良い。尚、上記の計算には、コイルに挿入するコアは考慮されていないので、大きな透磁率を持つ挿入コアを使用すれば、コイルに流れる電流をさらに大きく低下することができるから、コイルにかなり余裕度ができる。 By setting the polarities of the coils arranged immediately above the mass analysis chamber 683-2 and the polarities of the coils arranged immediately below the mass analysis chamber 683-2 to be opposite polarities, a vertical magnetic field is generated between these coils. .. That is, a vertical magnetic field is generated in (the sector-shaped magnetic field region of) the mass analysis chamber 683-2. The magnetic field of the mass spectrometric chamber 683-2 is estimated. When a current I is flowing through a circular coil (n winding) having a radius a, the magnetic field on the central axis (distance b from the center of the coil end) is H=(nI/2)a 2 /(a 2 +b 2 ) 3/2 . If a=1 mm and b=1 mm, then H=1.8×nI×10 2 [A/m]. If a=5 mm and b=5 mm, then H=35×nI [A/m]. Supposing that the radius of the fan is R0=10 cm, (m=10 −27 kg, e=1.6×10 −19 C, B2/V=10 −6 , B=4π×10 −7 ×H, acceleration voltage H=2.5×10 3 [A/m] when V=10 V. H=10 4 [A/m] when accelerating voltage V=100 V. From the above, assuming that the number of coil turns is 50, a When =1 mm and b=1 mm, (1) acceleration voltage V=10 volt, current flowing in coil is 0.28 A, (2) accelerating voltage V=100 volt, current flowing in coil is 1.2 A, a=5 mm , B=5 mm, (3) accelerating voltage V=10 volt, the current flowing in the coil is 1.4 A, (4) accelerating voltage V=100 volt, the current flowing in the coil is 5.8 A. Therefore, even in a minute coil Since the above calculation is the magnetic field in the case of one-sided coil, the current flowing in the coil can be half of these when two coils are arranged above and below. Since the core to be inserted into the coil is not taken into consideration, the current flowing in the coil can be further reduced by using the insertion core having a large magnetic permeability, and therefore the coil can have a large margin.

図27(c)に示すように、質量分析室683−2の高さをh1(主基板682の厚みに等しい)、上部基板688の厚みをh2、モジュール基板699−1の下部基板692の厚みをh3、空洞694の高さをh4(基板691の厚みに等しい)、上部基板693の厚みをh5とすると、質量分析室全体の厚みは、h1+2(h2+h3+h4+h5)となる。(下側も上側と同じと仮定する。)たとえば、h1=1mm、h2=h3=0.2mm、h4=1mm、h5=0.2mmとすれば、質量分析室全体の厚みは4.2mm。h1=10mm、h2=h3=1mm、h4=10mm、h5=1mmとすれば、質量分析室全体の厚みは36mmとなり、高さも非常に小さくなる。イオンビームの大きさは高だか10nm~100nmであるから、h1=1mm、h2=h3=0.2mm、h4=1mm、h5=0.2mmとしても十分な大きさである。本発明では厚さが十分均一な基板を使用でき、LSIプロセスで基板の付着やパターニングを行なっているので、このくらいの大きさで充分である。尚、d1やd2は広く取ることもできる。たとえば、h1=1mmに対して、d1=1〜10mm、d2=1.1〜11mmとすることができる。円形コイルの場合、直径1mm、高さ1mm〜5mmのコイルを磁場領域へ複数並べて配置する。特にイオンビームの進行方向は長くなるので多数のコイルを並べる必要がある。本発明の場合、このような小さなコイルでも電極を外側に配置でき、個々に電流を流すことができるので、精密な電流制御(すなわち、精密な磁場制御)が可能となる。これらの制御は個々のコイルごとに配線をLSIチップに接続し、LSIでコントロールすることが可能である。尚、質量分析室のサイズが大きくなっても、上記のようにイオンビームを制御できるかシミュレーションできるので、小さなコイルを多数並べることもできるし、質量分析室のサイズに対応させながらコイルサイズも大きくすることもできる。本発明の質量分析装置や加速器は非常に小型のものから、基板を積層したり、基板を横に接続したり、あるいは後に示すモールド型を用いたインゴット基板を使用したりすることによって、超小型サイズから大きなサイズ(分析室高さが1mm以上〜10mm以上〜10cm以上〜20cm以上〜それ以上のもの)のものまで作製できる。 As shown in FIG. 27C, the height of the mass spectrometry chamber 683-2 is h1 (equal to the thickness of the main substrate 682), the thickness of the upper substrate 688 is h2, and the thickness of the lower substrate 692 of the module substrate 699-1. Is h3, the height of the cavity 694 is h4 (equal to the thickness of the substrate 691), and the thickness of the upper substrate 693 is h5, the total thickness of the mass spectrometry chamber is h1+2 (h2+h3+h4+h5). (It is assumed that the lower side is the same as the upper side.) For example, if h1=1 mm, h2=h3=0.2 mm, h4=1 mm, h5=0.2 mm, then the thickness of the entire mass spectrometry chamber is 4.2 mm. If h1=10 mm, h2=h3=1 mm, h4=10 mm, and h5=1 mm, the thickness of the entire mass spectrometric chamber will be 36 mm, and the height will be very small. Since the size of the ion beam is at most 10 nm to 100 nm, h1=1 mm, h2=h3=0.2 mm, h4=1 mm and h5=0.2 mm are sufficient. In the present invention, since a substrate having a sufficiently uniform thickness can be used and the substrate is attached and patterned by the LSI process, such a size is sufficient. It should be noted that d1 and d2 can be wide. For example, with respect to h1=1 mm, d1=1 to 10 mm and d2=1.1 to 11 mm can be set. In the case of a circular coil, multiple coils having a diameter of 1 mm and a height of 1 mm to 5 mm are arranged side by side in the magnetic field region. In particular, since the traveling direction of the ion beam becomes long, it is necessary to arrange many coils. In the case of the present invention, even with such a small coil, the electrodes can be arranged on the outside and currents can be individually passed, so that precise current control (that is, precise magnetic field control) is possible. These controls can be controlled by the LSI by connecting the wiring to the LSI chip for each coil. Even if the size of the mass spectrometry chamber becomes large, it is possible to simulate whether the ion beam can be controlled as described above, so it is possible to arrange many small coils, and to increase the size of the coil while adapting to the size of the mass spectrometry chamber. You can also do it. The mass spectrometer and the accelerator according to the present invention are very small in size, and are stacked by laminating the substrates, connecting the substrates side by side, or using an ingot substrate using a mold shown later to obtain a very small size. It can be manufactured from a size to a large size (with an analysis chamber height of 1 mm or more, 10 mm or more, 10 cm or more, 20 cm or more, or more).

図28は、質量分析室で磁場により力を受けたイオンを多方向に配置したイオン検出装置でイオン検出する質量分析装置を示す図であり、図27(b)で示す質量分析装置の変形とも言える。図28(a)は、質量分析室683−2の入射イオンビーム685の進行方向に対して、直角方向である左右の両側および上方(入射イオンビーム685と同じ方向)の3方向に出口を有する質量分析装置である。右側に向かう質量分析室684(の一部)、イオン選別室683−3およびイオン検出室683−4は図27(a)で示すものと同じである。左側に向かう質量分析室684(の一部)、イオン選別室683−5およびイオン検出室683−6は右側にあるものと、質量分析室683−2に対してほぼ対称となっている。従って、質量分析室683−2は片側だけの場合に比べて広くなっていて、また、磁場発生(印加)部分684も広くなっている。図28(a)では矩形状の磁場印加部分となっていて、引き出し電極・加速室683−1からイオン685が質量分析室へ入射して磁場発生(印加)部分684に入ると垂直方向の力を受けて、イオンが曲がって右側のイオン選別室683−3または左側のイオン選別室683−5へ進み、右側のイオン選別室683−3へ進んだイオン685−1はイオン検出室683−4で、左側のイオン選別室683−5へ進んだイオン685−2はイオン検出室683−6で、イオン検出される。イオン685がプラスイオンとマイナスイオンが入ってきたときには、1つの磁場684で、たとえば、プラスイオンは右側の方へ曲り、マイナスイオンは左側の方へ曲り、プラスイオンもマイナスイオンも同時に分析できる。加速電圧や磁場をスキャンすれば広い範囲のプラスイオンやマイナスイオンを同時に分析できる。また、左右2つのイオン検出市つ683−4および683−6を交互に使うことによって、測定のサイクルタイムを短くすることもできる。たとえば、一度測定したライン(たとえば、左側)は汚れるので、連続して分析するとコンタミ(汚染)する可能性があるので、間にパージ(真空引きやガスパージ)の処理を入れることが望ましいが、左右2つのラインを備えていれば、一方で測定している間に他方はパージ処理を行なうことができる。あるいは、一方が使えなくなった場合でも他方を用いて測定を行なうこともできる。あるいは、中性粒子は直進するので、中性粒子の分析も可能である。 FIG. 28 is a diagram showing a mass spectroscope for detecting ions with an ion detector arranged in multiple directions in the mass spectroscope to receive the force by the magnetic field, which is a modification of the mass spectroscope shown in FIG. 27(b). I can say. FIG. 28(a) has outlets on both left and right sides which are at right angles to the advancing direction of the incident ion beam 685 in the mass analysis chamber 683-2 and above (in the same direction as the incident ion beam 685). It is a mass spectrometer. The mass spectrometry chamber 684 (a part of) to the right, the ion selection chamber 683-3, and the ion detection chamber 683-4 are the same as those shown in FIG. The mass analysis chamber 684 (part of) toward the left side, the ion selection chamber 683-5, and the ion detection chamber 683-6 are substantially symmetrical to the one on the right side with respect to the mass analysis chamber 683-2. Therefore, the mass spectrometric chamber 683-2 is wider than in the case of only one side, and the magnetic field generation (application) portion 684 is also wider. In FIG. 28( a ), a rectangular magnetic field is applied, and when ions 685 from the extraction electrode/acceleration chamber 683-1 enter the mass analysis chamber and enter the magnetic field generation (application) part 684, a vertical force is applied. In response to the received ions, the ions bend and proceed to the ion selection chamber 683-3 on the right side or the ion selection chamber 683-5 on the left side, and the ion 685-1 that has advanced to the ion selection chamber 683-3 on the right side is the ion detection chamber 683-4. Then, the ion 685-2 that has proceeded to the ion selection chamber 683-5 on the left side is detected in the ion detection chamber 683-6. When the positive and negative ions enter the ion 685, for example, the positive ion bends to the right side, the negative ion bends to the left side, and both the positive ion and the negative ion can be analyzed with one magnetic field 684. A wide range of positive ions and negative ions can be analyzed simultaneously by scanning the acceleration voltage and magnetic field. Further, the cycle time of measurement can be shortened by alternately using the two right and left ion detection patterns 683-4 and 683-6. For example, the line once measured (for example, the left side) is contaminated, which may cause contamination (contamination) when continuously analyzed. Therefore, it is desirable to insert a purge process (vacuum drawing or gas purging) in between. With two lines, one can be purged while the other is being measured. Alternatively, even if one cannot be used, the other can be used to perform the measurement. Alternatively, since the neutral particles go straight, it is possible to analyze the neutral particles.

図28(a)では、さらに入射イオン685の進行方向に別室683−7を有する。この別室683−7は、磁場を使わないで直進して来るイオン685を入射させて、別の方式で質量分析を行なうためのものである。たとえば、四重極質量分析室やイオントラップ型質量分析室を備えることができる。適切な速度になるように加速室や加速電極を設けてこれらの四重極質量分析室やイオントラップ型質量分析室へイオンビームを導いても良い。この方式の利点は、同じ試料について、異なる方式を使って測定できることである。従って、より信頼性の高い測定を行なうことができる。さらに、他の開いているスペースを用いて、さらにイオン選別室およびイオン検出室を作ることもできる。本発明の主基板に貫通室(空洞)を形成し、その上下を別基板で付着した質量分析装置は、多数のイオン検出室を同時に同じプロセスで一挙に作製できるので、コストは1つの検出室を備えたものと殆ど変らない。 In FIG. 28A, another chamber 683-7 is further provided in the traveling direction of the incident ions 685. The separate chamber 683-7 is provided to allow ions 685 coming straight forward without using a magnetic field to enter and perform mass spectrometry by another method. For example, a quadrupole mass spectrometer or an ion trap mass spectrometer can be provided. An accelerating chamber or an accelerating electrode may be provided so as to have an appropriate speed, and the ion beam may be guided to these quadrupole mass spectrometry chambers or ion trap type mass spectrometry chambers. The advantage of this method is that the same sample can be measured using different methods. Therefore, more reliable measurement can be performed. In addition, other open spaces can be used to create additional ion sorting and detection chambers. In the mass spectrometer of the present invention in which a through chamber (cavity) is formed in the main substrate and separate substrates are attached to the upper and lower sides thereof, a large number of ion detection chambers can be simultaneously manufactured in the same process at a time, so the cost is one detection chamber. It is almost the same as the one with.

図28(b)は、このことをさらに発展させ、多数のイオン検出室を有する磁場型質量検出装置を示す図である。引き出し電極・加速室683−1の隣またはイオンビーム685の進行方向に質量分析室683−2があり、質量分析室683−2は、引き出し電極・加速室683−1の出口または質量分析室683−2の入口の中心から広がりを持った空洞を有していて、その広がった空洞は引き出し電極・加速室683−1の一部または全部を取り囲んでいる。引き出し電極・加速室683−1の主基板682の側面(側壁)682−aの(質量分析室683−2への)延長線(一点鎖線で示す)と右側の質量分析室683−2の広がり空間(空洞)のなす最大角度をα1とする。また、引き出し電極・加速室683−1の主基板682の側面(側壁)682−bの(質量分析室683−2への)延長線(一点鎖線で示す)と左側の質量分析室683−2の広がり空間(空洞)のなす最大角度をα2とする。図28(b)では、α1、α2=180度である。図から分かるようにα1かα2のどちらかは0でも良い。すなわち、左右どちらかの片側空間だけでもイオンの質量分析は可能であるが、両方があれば、より正確で信頼性の良い測定ができること、測定のサイクルタイムを短くできること、測定装置の寿命を長く保持できることなどが利点として挙げられる。この実施形態では質量分析室は一繋ぎの空間であり、仕切り(隔壁など)もないが、たとえば右側でイオン検出した後、左側でイオン検出をし、両方が汚れてきたら、まとめて質量分析室およびイオン検出室をクリーニングすることができるので、サイクルタイムを短くでき、また装置寿命を長くすることもできる。 FIG. 28B is a diagram showing a magnetic field type mass detector having a large number of ion detection chambers by further developing this. There is a mass analysis chamber 683-2 next to the extraction electrode/acceleration chamber 683-1 or in the traveling direction of the ion beam 685. The mass analysis chamber 683-2 is the outlet of the extraction electrode/acceleration chamber 683-1 or the mass analysis chamber 683. -2 has a cavity that expands from the center of the inlet, and the expanded cavity surrounds part or all of the extraction electrode/acceleration chamber 683-1. An extension line (indicated by an alternate long and short dash line) of the side surface (side wall) 682-a of the extraction electrode/acceleration chamber 683-1 (to the mass analysis chamber 683-2) of the main substrate 682 and the spread of the mass analysis chamber 683-2 on the right side. The maximum angle formed by the space (cavity) is α1. Further, an extension line (indicated by an alternate long and short dash line) of the side surface (side wall) 682-b of the main electrode 682 of the extraction electrode/acceleration chamber 683-1 (to the mass analysis chamber 683-2) and the mass analysis chamber 683-2 on the left side. Let α2 be the maximum angle formed by the expansion space (cavity). In FIG. 28B, α1 and α2=180 degrees. As can be seen from the figure, either α1 or α2 may be 0. In other words, mass analysis of ions is possible in only one of the left and right spaces, but if both are available, more accurate and reliable measurements can be made, the measurement cycle time can be shortened, and the life of the measurement device can be extended. The advantage is that it can be held. In this embodiment, the mass spectrometric chamber is a continuous space, and there is no partition (partition wall, etc.), but for example, after detecting ions on the right side, ion detection is performed on the left side, and when both are contaminated, the mass spectrometric chamber is collected. Since the ion detection chamber can be cleaned, the cycle time can be shortened and the device life can be extended.

α1、α2は少しの角度があれば磁場による質量分析が可能であるが、イオン検出室の数が少ないこと、掃引可能な磁場が狭くなることなどから、α1、α2は30度以上あることが望ましい。α1、α2は、45度以上あればもっと良く、さらに、90度以上あればかなり良く、120度以上であればさらに良く、150度以上になればもっと良く、180度になれば本発明の能力を最大に利用している。引き出し電極・加速室683−1と質量分析室683−2の間に中央孔690−1を有する基板側壁(隔壁)があり、イオンビーム685はその中央孔690−1を通って質量分析室683−2へ入射する。質量分析室683−2の内部には磁場印加領域684があり、この領域では質量分析室683−2の上下方向(図28(b)の紙面方向)に磁場が印加されていて、入射したイオンビーム685はローレンツ力を受けて軌道を曲げられる。すなわち、m/(ze)=B2R02/2Vを満たすような軌道半径R0を描く。質量分析室683−2の周囲には、イオン検出室が多数配置されている。図28(b)では、周囲が矩形形状であり、右側に683-4-1-1〜683-4-1-n、上側に683-4-2-1〜683-4-2-m、左側に683-4-3-1〜683-4-3-p、下側に683-4-4-1〜683-4-4-qのイオン検出室が配置されており、イオン検出室数は全部でm+n+p+q個ある。たとえば、質量分析室の大きさが50mm×50mm、引き出し電極・加速室683−1の幅(682−a、bの幅を含む)が5mmとすれば、イオン検出室のピッチ(イオン検出室の幅+隔壁687の幅)が0.5mmとして、m=n=p=100、q=90となり、イオン検出室数は全部で390個となる。イオンビームの中に多数のイオン種があっても、1つの磁場および1つの加速電圧でも、それらのイオンはどれかのイオン検出室へ入るので、多数のイオン種の同定を1度に測定できる。さらに磁場や加速電圧をスキャンすることによっても多数のイオン検出室数を用いてその都度検出できるので、より正確で精密な分析ができる。図28(b)では質量分析室の空間(外側形状)を矩形形状としたが、他の形状、たとえば、多角形状、円形状にすることもできる。さらに曲げられたイオンの軌道に対してイオン検出室の入口が垂直になるような形状にすれば、多数のイオンの入射条件が同じとなるので、より正確で精密な分析を行なうことができる。尚、イオン検出室の入口と入射イオンの傾斜角は分かるので、計算で比較することもできる。また、磁場領域684を矩形形状にしているが、円形形状やその他の形状でも良い。このような質量分析室、磁場領域、多数のイオン検出室も同時に一挙に作製できる。しかもLSIプロセス(フォトリソ、エッチング、成膜、基板付着時の合わせ等)を用いているので、極めて正確で精度の高い質量分析装置を作製できる。従って、質量分析の精度は従来の装置に比べて格段に良くなる。さらに装置自体も非常に小さくなるので、真空系も小さくでき、質量分析装置全体のサイズも極めて小さくできる。 If α1 and α2 have a small angle, mass analysis by magnetic field is possible, but due to the small number of ion detection chambers and the narrow magnetic field that can be swept, α1 and α2 may be 30 degrees or more. desirable. If α1 and α2 are 45 degrees or more, it is better, further 90 degrees or more is quite good, 120 degrees or more is better, 150 degrees or more is better, and 180 degrees is the capability of the present invention. Make the most of. There is a substrate side wall (partition wall) having a central hole 690-1 between the extraction electrode/acceleration chamber 683-1 and the mass spectrometry chamber 683-2, and the ion beam 685 passes through the central hole 690-1 and the mass spectrometry chamber 683. Incident on -2. A magnetic field application region 684 is provided inside the mass analysis chamber 683-2. In this region, a magnetic field is applied in the vertical direction of the mass analysis chamber 683-2 (the paper surface direction of FIG. 28B), and the incident ions The beam 685 is bent by the Lorentz force. That is, the orbital radius R0 is drawn so as to satisfy m/(ze)=B2R02/2V. A large number of ion detection chambers are arranged around the mass spectrometry chamber 683-2. In FIG. 28(b), the periphery is a rectangular shape, 683-4-1-1 to 683-4-1-n on the right side, 683-4-2-1 to 683-4-2-m on the upper side, The number of ion detection chambers is 683-4-3-1 to 683-4-3-p on the left side and 683-4-4-1 to 683-4-4-q on the lower side. Are m+n+p+q in total. For example, if the size of the mass analysis chamber is 50 mm×50 mm and the width of the extraction electrode/acceleration chamber 683-1 (including the widths of 682-a and b) is 5 mm, the pitch of the ion detection chamber (of the ion detection chamber (Width+width of partition wall 687) is 0.5 mm, m=n=p=100, q=90, and the total number of ion detection chambers is 390. Even if there are many ion species in the ion beam, even if one magnetic field and one accelerating voltage are applied, those ions enter any of the ion detection chambers, so that the identification of many ion species can be measured at one time. .. Further, by scanning the magnetic field and the accelerating voltage, it is possible to detect each time using a large number of ion detection chambers, so that more accurate and precise analysis can be performed. In FIG. 28B, the space (outer shape) of the mass spectrometric chamber is a rectangular shape, but it may be another shape, for example, a polygonal shape or a circular shape. Further, if the entrance of the ion detection chamber is made perpendicular to the trajectory of the bent ions, the incident conditions of a large number of ions will be the same, so more accurate and precise analysis can be performed. Since the inclination angles of the entrance of the ion detection chamber and the incident ions are known, they can be compared by calculation. Further, although the magnetic field region 684 has a rectangular shape, it may have a circular shape or another shape. Such a mass spectrometric chamber, a magnetic field region, and a large number of ion detection chambers can be simultaneously produced at one time. Moreover, since the LSI process (photolithography, etching, film formation, alignment at the time of attaching the substrate, etc.) is used, an extremely accurate and highly accurate mass spectrometer can be manufactured. Therefore, the accuracy of mass spectrometry is much better than that of the conventional apparatus. Further, since the apparatus itself becomes very small, the vacuum system can be made small, and the size of the entire mass spectrometer can be made extremely small.

上下部基板693、692がガラス基板や石英基板、アルミナ(Al2O3)基板、窒化アルミ(AlN)等の絶縁基板で、その間の基板691がシリコン基板等の半導体基板であるときは、本明細書の種々の所で説明した種々の方法で、空洞(貫通室)を形成し、空洞内部や上下部基板等へ絶縁膜、導電体膜、保護膜等を形成できる。さらに、空洞を形成しないでもコイルを形成できる。たとえば、シリコン基板または絶縁体基板上に絶縁膜および導電体膜を交互に積層し、都度導電体膜配線を円形または多角形型の配線にして、ビアで接続しながら多数巻コイルを作製すれば、高密度に多数の微小(内側径の小さな)コイルを作製できる。その基板を基板モジュール699−1として用いることもできる。また、高透磁率の強磁性体コアをコイルの中心に挿入することにより大きな磁場を発生できる微小コイルを高密度に作製できる。たとえば、その詳細は本発明者が発明した特許出願に記載されていて、それらを本発明のコイルに適用できる。(特願2010−285215) When the upper and lower substrates 693 and 692 are insulating substrates such as a glass substrate, a quartz substrate, an alumina (Al2O3) substrate, and aluminum nitride (AlN), and the substrate 691 between them is a semiconductor substrate such as a silicon substrate, A cavity (through chamber) can be formed by various methods described in various places, and an insulating film, a conductor film, a protective film, or the like can be formed inside the cavity or on the upper and lower substrates. Further, the coil can be formed without forming the cavity. For example, if an insulating film and a conductive film are alternately laminated on a silicon substrate or an insulating substrate, the conductive film wiring is changed to a circular or polygonal type wiring each time, and a multi-turn coil is formed by connecting vias. It is possible to produce a large number of minute coils (having a small inner diameter) with high density. The substrate can also be used as the substrate module 699-1. Also, by inserting a high-permeability ferromagnetic core in the center of the coil, it is possible to manufacture a high-density micro coil capable of generating a large magnetic field. For example, the details are described in the patent application invented by the inventor and they can be applied to the coil of the invention. (Japanese Patent Application No. 2010-285215)

図29は、質量分析室の別の実施形態である。本実施形態の質量分析装置は、二重収束型であり、電場を発生する電場セクターと磁場を発生する磁場セクターを有する。すなわち、本実施形態は、扇型電場室710および/または扇型磁場室711を有する質量分析室が、主基板701内の貫通室として形成され、それらの上下を上部基板702、および下部基板703が付着し気密空間になっている。図29(a)は、基板面に平行な断面で示す平面図である。扇型電場室710は貫通室704(704−2)が扇型形状となっており、扇型形状となっている左右の主基板701の基板側面に導電体膜707(707−1、2)が形成され、これらの導電体膜電極707(707−1、2)の間に電圧が印加されることによって、イオンビーム709(破線で示す)の軌道が曲げられる。扇型電場室710の貫通室704−2の隣室704−1は、たとえば、図19における引き出し電極・加速室307やイオン化室325であり、その間は、中央孔712−1を有する隔壁(基板側壁)705−1で仕切られていて、イオンビーム709は中央孔712−1を通って扇型電場室710の貫通室704−2へ入射される。対面する2つの導電体膜電極707(707−1、2)を有する主基板701の側面に垂直な断面(A1−A2で示す)を図29(b)に示す。主基板701の上面および下面に上部基板702および下部基板703が付着していて、貫通室704−2があいている。貫通室704−2の側面は主基板701であり、上部基板702および下部基板703に対して略垂直となっている。貫通室704−2の両側面は絶縁膜713が形成され、その上に導電体膜707が積層されている。絶縁膜713および導電体膜707の形成法は本明細書の中で種々説明した方法で形成できる。 FIG. 29 is another embodiment of the mass spectrometry room. The mass spectrometer of the present embodiment is a double focusing type, and has an electric field sector that generates an electric field and a magnetic field sector that generates a magnetic field. That is, in this embodiment, the mass analysis chamber having the fan-shaped electric field chamber 710 and/or the fan-shaped magnetic field chamber 711 is formed as a through chamber in the main substrate 701, and the upper and lower parts thereof are the upper substrate 702 and the lower substrate 703. Is attached to form an airtight space. FIG. 29A is a plan view showing a cross section parallel to the substrate surface. In the fan-shaped electric field chamber 710, the penetrating chamber 704 (704-2) has a fan shape, and the conductor films 707 (707-1, 2) are formed on the substrate side surfaces of the left and right main substrates 701 having the fan shape. Are formed and a voltage is applied between these conductor film electrodes 707 (707-1, 2), whereby the trajectory of the ion beam 709 (shown by a broken line) is bent. The adjacent chamber 704-1 of the penetrating chamber 704-2 of the fan-shaped electric field chamber 710 is, for example, the extraction electrode/acceleration chamber 307 or the ionization chamber 325 in FIG. 19, and the partition wall (substrate side wall) having the central hole 712-1 is provided therebetween. ) 705-1, the ion beam 709 is incident on the penetrating chamber 704-2 of the fan-shaped electric field chamber 710 through the central hole 712-1. FIG. 29B shows a cross section (indicated by A1-A2) perpendicular to the side surface of the main substrate 701 having the two conductor film electrodes 707 (707-1, 2) facing each other. The upper substrate 702 and the lower substrate 703 are attached to the upper surface and the lower surface of the main substrate 701, and the penetration chamber 704-2 is opened. The side surface of the through chamber 704-2 is the main substrate 701 and is substantially perpendicular to the upper substrate 702 and the lower substrate 703. An insulating film 713 is formed on both side surfaces of the through chamber 704-2, and a conductor film 707 is laminated on the insulating film 713. The insulating film 713 and the conductor film 707 can be formed by various methods described in this specification.

たとえば、分割した主基板701を上部基板702または下部基板703に付着した後、貫通室704−2を形成する。このとき貫通室704−2の側面は略垂直となるように形成する。貫通室704−2の内面に絶縁膜713を形成し、さらにその上に導電体膜707を積層する。主基板701が絶縁基板のときは、絶縁膜713は必ずしも形成しなくても良いが、導電体膜707の密着性を向上するために形成しても良い。上部基板702や下部基板703は通常絶縁基板であるから、こちらの方も同様である。導電体膜707は、たとえば、Cu、Al、Au、Ni、Cr、Ti、W、Mo、Fe、Zn、シリサイド、導電性PolySi、導電性C、これらの積層体、これらの合金、または複合膜であり、CVD法、PVD法、メッキ法、電鋳法、これらの組合せで積層する。図29(a)および(b)に示すように、主基板701の側面側の両側にある導電体膜707はエッチング除去するが、全体にわたって形成しておくこともできる。さらに分割して形成することもでき、その場合は、個々の導電体膜電極に電圧を印加できるようにして、それぞれの電圧印加で平行平板電極(湾曲した)間の電界をコントロールして、イオンビームの精密な軌道を制御することもできる。 For example, the divided main substrate 701 is attached to the upper substrate 702 or the lower substrate 703, and then the through chamber 704-2 is formed. At this time, the side surface of the through chamber 704-2 is formed to be substantially vertical. An insulating film 713 is formed on the inner surface of the through chamber 704-2, and a conductor film 707 is further laminated thereon. When the main substrate 701 is an insulating substrate, the insulating film 713 does not necessarily have to be formed, but may be formed to improve the adhesion of the conductor film 707. Since the upper substrate 702 and the lower substrate 703 are usually insulating substrates, the same applies to them. The conductor film 707 is, for example, Cu, Al, Au, Ni, Cr, Ti, W, Mo, Fe, Zn, silicide, conductive PolySi, conductive C, a laminated body of these, an alloy thereof, or a composite film. The CVD method, the PVD method, the plating method, the electroforming method, and a combination thereof are used for the lamination. As shown in FIGS. 29A and 29B, the conductor films 707 on both sides of the side surface of the main substrate 701 are removed by etching, but they may be formed over the entire surface. It can also be formed by dividing it further. In that case, voltage can be applied to each conductor film electrode, and the electric field between the parallel plate electrodes (curved) is controlled by each voltage application, and It is also possible to control the precise trajectory of the beam.

主基板701を分割して上部基板側および下部基板側と別々に導電体膜707を積層した場合でも、電場室704−2を隔離する基板側壁705−1、2の表面および上部基板702の下面や下部基板703の上面にも導電体膜707は積層するので、フォトリソ法+エッチング法を用いて、主基板701の側面側の必要な電極707−1、2や外側電極716および717と接続するための上部基板702の下面の配線707−3、4および下部基板703の上面の配線707−6などの必要な導電体膜を除去する。その後、導電体膜配線を保護する絶縁膜を積層し、基板接着する面の保護膜等をエッチング除去して、上部基板702側の主基板701と下部基板703側の主基板701を付着させる。(たとえば、一点鎖線718で示す位置で)このとき、上下の導電体膜同士を密着良く接続するために、導電体膜同士の接合部分にさらに導電体膜を積層しておいたり、低融点の金属を付着させて熱処理を加えて接合部分で合金化したりすれば良い。あるいは、導電性材料を分散させた接着剤を用いて、上下の主基板701を付着するときに圧力および熱をかけて上下の導電体膜を接続することもできる。さらに、上下の主基板701の間にガラス基板等を介して陽極静電結合するときに、導電体膜同士が接続する部分において、ガラス基板等の側面はもちろん上下面にも導電体膜を形成しておき、(このときも低融点金属を積層しても良い)この導電体膜の部分を熱圧着するという方法もある。さらに、上下同士を付着した後に、上部基板702または下部基板703に開口部を設けて、そこから選択CVD用の気体を導入し、導電体膜部分だけにW等の金属を積層する方法や、メッキ液を導入し導電体膜部分だけにメッキ金属を積層する方法もある。開口した部分は、真空引き用の開口部に適用しても良いし、低融点ガラス等で開口部を塞ぎ貫通室704−2の真空維持に支障がないようにしておく。本発明では上下部基板に形成した電極(716、717)からそれぞれの主基板701の側面に形成した導電体膜電極707(707−1、2)に個別に電圧を印加できるので、仮に付着面で十分な接続がなされなくても上下の導電体膜電極707−1または707−2の電位を同じにできる。従って、平行平板電極707−1と707−2の電界を一定にできる。尚、この方法は、本発明の全てに適用できる。 Even when the main substrate 701 is divided and the conductor films 707 are stacked separately on the upper substrate side and the lower substrate side, the surfaces of the substrate sidewalls 705-1 and 2 and the lower surface of the upper substrate 702 that isolate the electric field chamber 704-2. Since the conductor film 707 is also stacked on the upper surface of the lower substrate 703 and the lower substrate 703, it is connected to the necessary electrodes 707-1 and 2 and the outer electrodes 716 and 717 on the side surface side of the main substrate 701 by using the photolithography method+the etching method. The necessary conductor films such as the wirings 707-3 and 4 on the lower surface of the upper substrate 702 and the wirings 707-6 on the upper surface of the lower substrate 703 are removed. After that, an insulating film for protecting the conductor film wiring is laminated, the protective film on the surface to be bonded to the substrate is removed by etching, and the main substrate 701 on the upper substrate 702 side and the main substrate 701 on the lower substrate 703 side are attached. At this time (for example, at the position indicated by the alternate long and short dash line 718), in order to connect the upper and lower conductor films with each other with good adhesion, a conductor film may be further laminated at the joint between the conductor films or a low melting point film may be formed. A metal may be attached and heat-treated to form an alloy at the joint. Alternatively, an adhesive in which a conductive material is dispersed can be used to apply pressure and heat when attaching the upper and lower main substrates 701 to connect the upper and lower conductor films. Further, when anodic electrostatic coupling is performed between the upper and lower main substrates 701 via a glass substrate or the like, a conductor film is formed not only on the side surface of the glass substrate but also on the upper and lower surfaces at the portion where the conductor films are connected to each other. Alternatively, there is also a method of thermocompression-bonding the portion of the conductor film (also in which a low melting point metal may be laminated). Furthermore, after attaching the upper and lower parts to each other, an opening is provided in the upper substrate 702 or the lower substrate 703, a gas for selective CVD is introduced from there, and a metal such as W is laminated only on the conductor film portion, There is also a method of introducing a plating solution and laminating a plating metal only on the conductor film portion. The opened portion may be applied to an opening portion for vacuuming, or the opening portion may be closed with a low melting point glass or the like so as not to interfere with the vacuum maintenance of the through chamber 704-2. In the present invention, since voltages can be individually applied from the electrodes (716, 717) formed on the upper and lower substrates to the conductor film electrodes 707 (707-1, 2) formed on the side surfaces of each main substrate 701, the attachment surface The electric potential of the upper and lower conductor film electrodes 707-1 or 707-2 can be made the same even if the sufficient connection is not made. Therefore, the electric fields of the parallel plate electrodes 707-1 and 707-2 can be made constant. Note that this method can be applied to all of the present invention.

上部基板702には上部基板702の下面に形成された導電膜配線707−3、4に接続するコンタクト孔714、このコンタクト孔714に導電膜を形成し、さらにこれと接続する外側電極716−1、2を上部基板702の上面に形成する。同様に、下部基板703には下部基板703の上面に形成された導電膜配線707−5、6に接続するコンタクト孔715、このコンタクト孔715に導電膜を形成し、さらにこれと接続する外側電極717−1、2を下部基板703の下面に形成する。この結果、外側電極716−1または717−1から平行平板電極707−1へ、外側電極716−2または717−2から平行平板電極707−2へ電圧を印加できる。 In the upper substrate 702, contact holes 714 connected to the conductive film wirings 707-3 and 407 formed on the lower surface of the upper substrate 702, a conductive film is formed in the contact holes 714, and further, outer electrodes 716-1 connected to the contact holes 714. 2 are formed on the upper surface of the upper substrate 702. Similarly, in the lower substrate 703, contact holes 715 connected to the conductive film wirings 707-5 and 707 formed on the upper surface of the lower substrate 703, a conductive film is formed in the contact holes 715, and further outer electrodes connected to the contact holes 715. 717-1 and 2 are formed on the lower surface of the lower substrate 703. As a result, a voltage can be applied from the outer electrode 716-1 or 717-1 to the parallel plate electrode 707-1 and from the outer electrode 716-2 or 717-2 to the parallel plate electrode 707-2.

別の製造方法として、上部基板702または下部基板703に導電体膜配線707−3、4、5、6を形成しておく。一方、主基板701に予め貫通室704−2を形成し、さらに絶縁膜713および導電体膜707−1、2を形成する。導電体膜707−1、2のパターニングも行なう。主基板701を別基板に付着させてからこれらの膜を形成しても良い。この別基板は後に取り離す。また、主基板701を分割して形成しても良い。次に、貫通室704−2および導電体膜パターン707−1、2を形成した主基板701を導電体膜配線707−3〜6を形成した上部基板702または下部基板703にパターン合わせをして付着させる。別基板を使用した場合は別基板を分離する。この方法は、たとえば軟化性接着剤(一定温度以上で剥離可能)または低融点金属等で接着しておけば良い。その後、他方の基板(上部基板702または下部基板703)を付着させる。主基板701を複数に分割した場合は、主基板701同士を順番に付着させて最後または必要な時に上部基板および下部基板を付着させたり、上部基板または下部基板に主基板701を順番に付着させていく。その場合、間にガラス基板等を介しても良く、予めガラス基板等に貫通室および導電体膜パターンの形成も必要である。これらの場合、付着させた基板の貫通室内の導電体膜の接続を確実にするたびにメッキ法や選択CVD法を用いて接続部へ導電体膜の積層するプロセスを入れても良い。この場合は、感光性膜等でパターニングしなくても選択的に導電体膜を形成可能である。導電体膜707をパターニング後、導電体膜707上に保護膜(絶縁膜)を積層することもできる。電極・配線716上に保護膜(絶縁膜)を積層し、必要な場所の窓開けを行なうこともできる。 As another manufacturing method, conductor film wirings 707-3, 4,5, 6 are formed on the upper substrate 702 or the lower substrate 703. On the other hand, a penetration chamber 704-2 is formed in advance on the main substrate 701, and then an insulating film 713 and conductor films 707-1 and 2 are formed. The conductor films 707-1 and 2 are also patterned. These films may be formed after the main substrate 701 is attached to another substrate. This separate substrate will be removed later. Further, the main substrate 701 may be divided and formed. Next, the main substrate 701 on which the through chamber 704-2 and the conductor film patterns 707-1 and 2 are formed is patterned on the upper substrate 702 or the lower substrate 703 on which the conductor film wirings 707-3 to 707 are formed. Attach it. When another substrate is used, the other substrate is separated. In this method, for example, a softening adhesive (which can be peeled off at a certain temperature or higher) or a low melting point metal may be used for adhesion. Then, the other substrate (upper substrate 702 or lower substrate 703) is attached. When the main substrate 701 is divided into a plurality of parts, the main substrates 701 are attached to each other in order and the upper substrate and the lower substrate are attached at the last or when necessary, or the main substrate 701 is attached to the upper substrate or the lower substrate in order. To go. In that case, a glass substrate or the like may be interposed therebetween, and it is also necessary to previously form the through chamber and the conductor film pattern on the glass substrate or the like. In these cases, a process of laminating a conductor film on the connection portion by using a plating method or a selective CVD method may be introduced every time the connection of the conductor film in the penetration chamber of the attached substrate is ensured. In this case, the conductor film can be selectively formed without patterning with a photosensitive film or the like. After patterning the conductor film 707, a protective film (insulating film) can be stacked on the conductor film 707. A protective film (insulating film) may be stacked on the electrode/wiring 716 to open a window at a necessary place.

以上のようにして、平面図で扇型形状であり、垂直方向は基板面にほぼ垂直な形状に形成された主基板701の平行な2つの側面に形成された導電体膜707−1および707−2は間隔kを有する平行平板電極となっている。これらの電極707−1および707−2の間に電圧Vを印加すれば、この平行平板電極間にE=V/kの電界が印加される。イオン709がこの平行平板電極の中央部に進んで来ると、イオンはこの電界Eにより力F=qEを受けて、軌道を曲げられる。(qはイオンの持つ電荷)電界Eは一定なのでこのイオンの軌道は円運動となる。この円軌道の半径をrとすれば、r=mv/(qE)である。mはイオンの質量、vはイオンの速度である。従って、イオンの速度、イオンの質量、電極間電圧、イオンの電荷によって、軌道半径rが異なる。平行平板電極から出るとイオンに対して力はかからないので、直進する。電場室704−2の隣にはイオン振り分け室704−3があり、ここで電場室704−2の中心軌道である半径r0の円軌道を通ってきたイオンが通るように、中央孔712−3を有する基板側壁706が配置されている。 As described above, the conductor films 707-1 and 707 formed on the two parallel side surfaces of the main substrate 701, which is fan-shaped in a plan view and whose vertical direction is substantially vertical to the substrate surface, are formed. -2 is a parallel plate electrode having an interval k. When a voltage V is applied between the electrodes 707-1 and 707-2, an electric field of E=V/k is applied between the parallel plate electrodes. When the ion 709 advances to the central portion of the parallel plate electrode, the ion receives a force F=qE due to the electric field E, and the orbit is bent. (Q is the charge that the ion has) Since the electric field E is constant, the trajectory of this ion is circular. If the radius of this circular orbit is r, then r=mv 2 /(qE). m is the mass of the ion, and v is the velocity of the ion. Therefore, the orbital radius r differs depending on the velocity of the ion, the mass of the ion, the voltage between the electrodes, and the charge of the ion. When it comes out of the parallel plate electrode, it does not exert a force on the ions, so it goes straight. Next to the electric field chamber 704-2, there is an ion distribution chamber 704-3, in which the central hole 712-3 is arranged so that the ions that have passed through the circular orbit of radius r0, which is the central orbit of the electric field chamber 704-2, pass. A substrate side wall 706 having a.

電場室704−2とイオン振り分け室704−3の間は中央孔712−2を有する基板側壁705−2で仕切られており、電場室704−2を出たイオンは中央孔712−2を通ってイオン振り分け室704−3へ入る。電場室704−2の中心軌道である半径r0の円軌道を通ってきたイオンは、基板側壁706の中央孔712−3を通るようになっている。すなわち、電場室704−2の中心軌道である半径r0の円軌道を通ってきたイオン(中心軌道イオン1)が平行平板電極を出るときの方向に基板側壁706の中央孔712−3が配置されている。他の軌道を通るイオンは、基板側壁706の中央孔712−3を通れず、基板側壁706の側壁や主基板701の側面や上部基板または下部基板に衝突する。すなわち、基板側壁706の中央孔712−3の孔のサイズをそのように調整する。イオン振り分け室704−3において、基板側壁706の左側の貫通室を704−3−1、右側の貫通室を704−3−2とすると、左側の貫通室704−3−1では中心軌道イオン1以外のイオンも存在するが、右側の貫通室を704−3−2には中心軌道イオン1のイオンだけが存在する。(もちろん、少しは漏れて別のイオンが入り込む場合もある。)電場室704−2とイオン振り分け室704−3を仕切る基板側壁705−2はなくても良いが、これを設けることにより、ある程度の別イオンもこの基板側壁705−2で遮ることができる。また、電場室704−2とイオン振り分け室704−3を別々に真空引きでき、クリーニングもできる。また、イオン709は中心軌道を通るだけではなく、ある程度の広がりを持っているので、それらのイオンも電場により力を受けて半径r0の円軌道を描くものがあるので、それらのイオン(広がり中心軌道イオン1)も中心軌道イオン1と同種のイオンであるから、その広がり中心軌道イオン1もできるだけ右側の貫通室704−3−2に入るように、基板側壁706の中央孔712−3の位置を取る。たとえば、平行平板の中心軌道半径r0の中心とイオン709の広がる直前の位置とを結ぶ線上に基板側壁706の中央孔712−3が配置されるようにする。また、平行平板電極を90度の扇型形状となるようにして、その扇型形状の電極室704−2に接続するように隣室704−1および704−3を配置する。このような配置により、基板側壁706の中央孔712−3の位置付近に広がり中心軌道イオン1の収束点(静電場の収束点(面))が来るので、殆どの中心軌道イオン1は扇型磁場室704−4へ入れることができる。また、基板側壁705−2の中央孔712−2のサイズは基板側壁706の中央孔712−3のサイズよりも大きく取り、広がり中心軌道イオン1もイオン振り分け室704−3に入れるようにする。 The electric field chamber 704-2 and the ion distribution chamber 704-3 are separated from each other by a substrate side wall 705-2 having a central hole 712-2, and ions leaving the electric field chamber 704-2 pass through the central hole 712-2. Enter the ion distribution room 704-3. Ions that have passed through the circular orbit of radius r0 that is the central orbit of the electric field chamber 704-2 pass through the central hole 712-3 of the substrate side wall 706. That is, the central hole 712-3 of the substrate side wall 706 is arranged in the direction in which the ions (central orbital ion 1) that have passed through the circular orbit of radius r0 that is the central orbit of the electric field chamber 704-2 leave the parallel plate electrode. ing. Ions passing through other trajectories cannot pass through the central hole 712-3 of the substrate side wall 706 and collide with the side wall of the substrate side wall 706, the side surface of the main substrate 701, the upper substrate or the lower substrate. That is, the size of the hole in the central hole 712-3 of the substrate sidewall 706 is adjusted accordingly. In the ion distribution chamber 704-3, if the left-side penetration chamber of the substrate side wall 706 is 704-3-1 and the right-side penetration chamber is 704-3-2, the central orbit ion 1 is in the left-side penetration chamber 704-3-1. Other ions also exist, but only the ion of the central orbital ion 1 exists in the right penetration chamber 704-3-2. (Of course, it may leak a little and another ion may enter.) The side wall 705-2 of the substrate separating the electric field chamber 704-2 and the ion distribution chamber 704-3 is not necessary, but by providing this, it is possible to some extent. Other ions can also be blocked by this substrate side wall 705-2. Further, the electric field chamber 704-2 and the ion distribution chamber 704-3 can be separately evacuated and cleaned. Further, since the ion 709 not only passes through the central orbit but also has a certain extent of spread, some of these ions also receive a force from the electric field and draw a circular orbit of radius r0. Since the orbital ions 1) are also the same kind of ions as the central orbital ion 1, the spread central orbital ion 1 is located at the position of the central hole 712-3 of the substrate side wall 706 so that the central orbital ion 1 also enters the through chamber 704-3-2 on the right side as much as possible. I take the. For example, the central hole 712-3 of the substrate side wall 706 is arranged on a line connecting the center of the central orbital radius r0 of the parallel plate and the position immediately before the spread of the ions 709. Further, the parallel plate electrodes are formed in a fan shape of 90 degrees, and the adjacent chambers 704-1 and 704-3 are arranged so as to be connected to the fan-shaped electrode chamber 704-2. With such an arrangement, the center orbital ion 1 converges at a convergence point (electrostatic field convergence point (plane)) near the position of the central hole 712-3 of the substrate side wall 706, so that most of the center orbital ions 1 are fan-shaped. It can be placed in the magnetic field chamber 704-4. Further, the size of the central hole 712-2 of the substrate side wall 705-2 is set to be larger than the size of the central hole 712-3 of the substrate side wall 706 so that the expanded central orbit ion 1 is also put into the ion distribution chamber 704-3.

ただし、上記の方法では、ある狭い範囲の運動エネルギーを持つイオン(中心軌道イオン1)を通過させることができて、分解能を高めることはできるが、このスリット(中央孔)により他のイオンの大部分を除去することになるので、イオン検出感度が悪くなる。そこで、この静電場の収束点(面)から少しずらした所にスリット(中央孔)をおいて他のイオンも通すようにすることもできる。このことはスリット(中央孔)のサイズを調節して行なうこともできる。
振り分けられたイオン(中心軌道イオン1)は振り分け室704−3−2へ入りさらにその隣室の扇型磁場室704−4へ入射する。扇型磁場室704−4と振り分け室704−3−2の間には中央孔712−4を有する基板側壁705−3があり、中心軌道イオン1は中央孔712−4を通る。基板側壁705−3はなくても良いが、これを設けることによって、振り分け室704−3−2と扇型磁場室704−4を別々に真空引きでき、それぞれ所定の圧力に設定できる。尚、圧力を測定するには、上部基板または下部基板に開口部を設けて、圧力センサを接続すれば良い。また、クリーニング、パージも別々にできる。温度センサも設置すれば測定器の温度状態を把握できる。
However, in the above method, ions having a kinetic energy in a certain narrow range (central orbital ion 1) can be passed, and the resolution can be improved, but this slit (central hole) causes the size of other ions to increase. Since a part is removed, the ion detection sensitivity is deteriorated. Therefore, a slit (central hole) may be provided at a position slightly deviated from the convergence point (plane) of the electrostatic field so that other ions can pass through. This can also be done by adjusting the size of the slit (central hole).
The distributed ions (central orbital ion 1) enter the distribution chamber 704-3-2 and further enter the fan-shaped magnetic field chamber 704-4 adjacent to the distribution chamber 704-3-2. A substrate side wall 705-3 having a central hole 712-4 is provided between the fan-shaped magnetic field chamber 704-4 and the distribution chamber 704-3-2, and the central orbital ion 1 passes through the central hole 712-4. Although the substrate side wall 705-3 may not be provided, by providing it, the distribution chamber 704-3-2 and the fan-shaped magnetic field chamber 704-4 can be evacuated separately, and each can be set to a predetermined pressure. To measure the pressure, an opening may be provided in the upper substrate or the lower substrate and a pressure sensor may be connected. Further, cleaning and purging can be separately performed. If a temperature sensor is also installed, the temperature condition of the measuring instrument can be grasped.

扇型磁場室704−4の上部および/または下部には磁場装置が配置され、基板面に対して垂直方向に扇形磁場708が印加される。磁場室704−4は、横方向において2つの扇型側面に挟まれ、上下方向において上部基板702と下部基板703に挟まれた貫通室である。扇型磁場と言っても扇型形状である必要はなく、扇型磁場室704−4の必要な領域708に垂直方向磁場が一様に印加されていれば良い。この扇型磁場室704−4の構造については既に単独の扇型磁場室である図27に示すものと同様で良い。たとえば、C型電磁石やH型電磁石や窓枠型電磁石、あるいは円筒型電磁石、角柱型電磁石等で扇型磁場室704−4の上部および下部を挟んでも良い。この場合、磁場室704−4の上部または下部に面した側の電磁石表面と対向する側の電磁石表面の極性は逆になっている。本発明の扇型磁場室704−4の厚み(高さ、または縦方向深さ)は、非常に薄く、しかもその厚みのバラツキを非常に小さくできるので、電磁石の強さを小さくでき、その結果として電磁石の大きさを小さくできる。また、扇型磁場室704−4の幅(横方向幅)も非常に小さくでき、しかもそのバラツキを非常に小さくできるので、電磁石の横方向サイズも小さくできる。もちろん、これまで述べたように大きなサイズのものも作製できる。 A magnetic field device is arranged above and/or below the sector magnetic field chamber 704-4, and a sector magnetic field 708 is applied in a direction perpendicular to the substrate surface. The magnetic field chamber 704-4 is a penetration chamber sandwiched between two fan-shaped side surfaces in the lateral direction and sandwiched between an upper substrate 702 and a lower substrate 703 in the vertical direction. The fan-shaped magnetic field does not have to be fan-shaped, and it is sufficient if the vertical magnetic field is uniformly applied to the required region 708 of the fan-shaped magnetic field chamber 704-4. The structure of the fan-shaped magnetic field chamber 704-4 may be the same as that shown in FIG. 27, which is already a single fan-shaped magnetic field chamber. For example, the upper and lower portions of the fan-shaped magnetic field chamber 704-4 may be sandwiched by a C-type electromagnet, an H-type electromagnet, a window frame-type electromagnet, a cylindrical electromagnet, a prismatic electromagnet, or the like. In this case, the polarities of the electromagnet surface on the side facing the upper part or the lower part of the magnetic field chamber 704-4 and the electromagnet surface on the opposite side are opposite. The fan-shaped magnetic field chamber 704-4 of the present invention has an extremely thin thickness (height or vertical depth), and since variations in the thickness can be made extremely small, the strength of the electromagnet can be made small, and as a result, As a result, the size of the electromagnet can be reduced. Also, the width (width in the lateral direction) of the fan-shaped magnetic field chamber 704-4 can be made extremely small, and its variation can be made very small, so that the size of the electromagnet in the lateral direction can be made small. Of course, a large size can be manufactured as described above.

図29(c)は、磁場室704−4の上下部基板702、703上にコイルを搭載したモジュール基板699−1および699−2を付着させた図で、図29(a)のB1−B2断面を示す図である。この状態は、図27(c)と同様である。モジュール基板699−1のコイル695の上部基板702側のコイル面の極性と、モジュール基板699−2のコイル695の下部基板703側のコイル面の極性は逆である。これはコイルの巻き方や電流の流す向きを変更することによって簡単に設定できる。コイル695の軸は主基板701、上部基板702や下部基板703の基板面に対して垂直方向になるように配置する。すなわち、コイル695の軸はモジュール基板699の上下部基板692、693やコイル内蔵基板691の基板面に対して垂直に配置し、この結果コイル面(コイル配線の巻き線面)はモジュール基板699の上下部基板692、693やコイル内蔵基板691の基板面と平行となるように配置される。そして、モジュール基板699の上下部基板692、693やコイル内蔵基板691の基板面が、磁場室704−4のある主基板701、上下部基板702、703の基板面と平行となるように配置する。この結果、上下コイルで発生した磁場は磁場室704−4の上下方向に磁場が発生し、この磁場室704−4を通るイオン709に対して直角方向に磁場が印加される。 FIG. 29C is a diagram in which module substrates 699-1 and 699-2 having coils mounted on the upper and lower substrates 702 and 703 of the magnetic field chamber 704-4 are attached, and B1-B2 of FIG. It is a figure which shows a cross section. This state is the same as in FIG. 27(c). The polarity of the coil surface of the coil 695 of the module substrate 699-1 on the upper substrate 702 side is opposite to the polarity of the coil surface of the coil 695 of the module substrate 699-2 on the lower substrate 703 side. This can be easily set by changing the winding method of the coil or the direction of current flow. The coil 695 is arranged so that its axis is perpendicular to the substrate surfaces of the main substrate 701, the upper substrate 702, and the lower substrate 703. That is, the axis of the coil 695 is arranged perpendicularly to the board surfaces of the upper and lower boards 692 and 693 of the module board 699 and the board 691 with a built-in coil. As a result, the coil surface (the winding surface of the coil wiring) of the module board 699 is arranged. The upper and lower substrates 692, 693 and the coil-embedded substrate 691 are arranged so as to be parallel to the substrate surfaces. Then, the upper and lower substrates 692 and 693 of the module substrate 699 and the substrate surface of the coil-embedded substrate 691 are arranged so as to be parallel to the substrate surfaces of the main substrate 701 having the magnetic field chambers 704-4 and the upper and lower substrates 702 and 703. .. As a result, the magnetic field generated by the upper and lower coils is generated in the vertical direction of the magnetic field chamber 704-4, and the magnetic field is applied to the ions 709 passing through the magnetic field chamber 704-4 at a right angle.

基板側壁705−3の中央孔712−4を通ったイオン709は、磁場室704−4において磁場印加領域708で一様磁場を受けて曲げられて円軌道となり、磁場印加領域708を出ると直進運動をする。磁場室704−4の隣にはイオンドリフト室704−5があり、その後コレクタースリットである基板側壁の中央孔を通ってイオン検出室に入る。磁場室704−4とイオンドリフト室704−5との間には中央孔712−5を有する基板側壁705−4があり、ある程度のイオンを振り分ける。イオンドリフト室704−5ではイオン709は直進運動し、コレクタースリットでイオンが収束するようにコレクタースリットが配置される。このように、静電場と磁場内で速度分散の方向が反対で、かつ分散の幅が等しくなるように、電場室および磁場室、電場領域(平行平板電極が配置される領域)および磁場領域(磁場が印加される領域)、各種貫通室を配置することによって、イオン検出の感度および分解能を高めることができる。場合によってはイオンドリフト室704−5とイオン検出室を兼用することもできる。 Ions 709 that have passed through the central hole 712-4 of the substrate side wall 705-3 are bent by receiving a uniform magnetic field in the magnetic field application region 708 in the magnetic field chamber 704-4 to be a circular orbit, and go straight when they leave the magnetic field application region 708. exercise. Next to the magnetic field chamber 704-4 is an ion drift chamber 704-5, and then enters the ion detection chamber through a central hole on the side wall of the substrate which is a collector slit. There is a substrate side wall 705-4 having a central hole 712-5 between the magnetic field chamber 704-4 and the ion drift chamber 704-5, and sorts some ions. In the ion drift chamber 704-5, the ions 709 move straight, and the collector slits are arranged so that the ions converge at the collector slits. In this way, the electric field chamber and the magnetic field chamber, the electric field region (the region in which the parallel plate electrodes are arranged) and the magnetic field region (where the parallel plate electrodes are arranged) have opposite directions of velocity dispersion in the electrostatic field and the magnetic field and have the same dispersion width. By arranging a region to which a magnetic field is applied) and various penetration chambers, the sensitivity and resolution of ion detection can be improved. In some cases, the ion drift chamber 704-5 can also be used as the ion detection chamber.

図30は、単収束扇型磁場アナライザーおよび二重収束扇型磁場アナライザーの1つの設計指針を示した図である。これらは一般的な指針から導き出されるものではあるが、これらの設計指針は本発明の基板を用いたアナライザーにも適用できる。図30(a)は単収束扇型磁場アナライザーの設計指針を示す図である。主基板内にイオン化室722−1、イオンドリフト室A722−2、磁場アナライザー室722−3、イオンドリフト室B722−4、およびイオン検出室722−5を含んでいる。イオン化室722−1とイオンドリフト室A722−2は中央孔723−1を有する基板側壁721−1で仕切られていて、イオン化室722−1で発生したイオンは基板側壁721−1の中央孔723−1から広がって拡散して進んでいく。基板側壁721−1は引き出し電極も兼ねている場合、ここでイオンは加速して進んでいく。この後に中央孔を有する基板側壁で加速することもできる。イオンの広がりの起点である基板側壁721−1の中央孔723−1の位置をP1としたとき、この点から種々のイオンは加速されて広がる。質量電荷比m/zが同じイオンでも種々の角度を持って進んでいく。たとえば、中央を進んでいくイオン725−1、外側に膨らんで進んでいくイオン725−2(点線で示す)、内側に進んでいくイオン725−3等である。イオンドリフト室A722−2は加速されたイオンが直進して進んでいく領域である。イオンドリフト室A722−2と磁場アナライザー室722−3は中央孔723−2を有する基板側壁721−2で仕切られていて、個別に真空引きやクリーニング、パージができる。基板側壁721−1の中央孔723−1から出たイオンは広がっているので、基板側壁721−2の中央孔723−2のサイズは基板側壁721−1の中央孔723−1のサイズより大きくしてイオンを通り易くする。場合によっては、基板側壁721−2はなくても良い。 FIG. 30 is a diagram showing one design guideline for the single-focusing sector magnetic field analyzer and the double-focusing sector magnetic field analyzer. Although these are derived from general guidelines, these design guidelines can be applied to the analyzer using the substrate of the present invention. FIG. 30A is a diagram showing a design guideline of the single-focusing sector magnetic field analyzer. The main substrate includes an ionization chamber 722-1, an ion drift chamber A722-2, a magnetic field analyzer chamber 722-3, an ion drift chamber B722-4, and an ion detection chamber 722-5. The ionization chamber 722-1 and the ion drift chamber A 722-2 are partitioned by a substrate side wall 721-1 having a central hole 723-1, and the ions generated in the ionization chamber 722-1 are central holes 723 of the substrate side wall 721-1. It spreads from -1, spreads, and advances. In the case where the substrate side wall 721-1 also serves as the extraction electrode, the ions are accelerated and proceed here. After this, it is also possible to accelerate on the side wall of the substrate with the central hole. When the position of the central hole 723-1 of the substrate side wall 721-1, which is the origin of ion spread, is P1, various ions are accelerated and spread from this point. Even ions with the same mass-to-charge ratio m/z proceed with various angles. For example, an ion 725-1 traveling in the center, an ion 725-2 swelling outward and traveling (shown by a dotted line), an ion 725-3 traveling inward, and the like. The ion drift chamber A722-2 is a region where the accelerated ions travel straight forward. The ion drift chamber A 722-2 and the magnetic field analyzer chamber 722-3 are partitioned by a substrate side wall 721-2 having a central hole 723-2, and can be individually evacuated, cleaned and purged. Since the ions emitted from the central hole 723-1 of the substrate side wall 721-1 are spread, the size of the central hole 723-2 of the substrate side wall 721-2 is larger than the size of the central hole 723-1 of the substrate side wall 721-1. To make it easier for ions to pass. In some cases, the substrate side wall 721-2 may be omitted.

磁場アナライザー室722−3には磁場領域724があり、垂直磁場が印加されているので、この領域にイオンが入ると円軌道で進む。所定のイオン725−1の円軌道半径をR0としたとき、m/zが同で広がりを持って磁場領域724に入ったイオン725−2、3もR0の円軌道で進む。磁場領域724を出るとイオンは直進し、隣室イオンドリフト室B722−4に入る。磁場アナライザー室722−3とイオンドリフト室B722−4は中央孔723−3を有する基板側壁721−3で仕切られている。中央孔723−3は広がったイオン725−2、3も通るようなサイズにしておく。m/zが同じ広がったイオン725−1、2、3は収束点P3に集まる。この収束点P3に中央孔723−4を有する基板側壁721−4を配置しておけばm/zが同じ広がったイオン725−1、2、3のみを通すことができる。他のイオンは基板側壁721−4の壁、主基板721の側面、上部基板や下部基板に衝突する。従って、イオンドリフト室B722−4は汚れるので、真空引きを行なうとともに、クリーニングやパージも適宜行なうことが望ましい。そのためにイオンドリフト室B722−4の上部基板や下部基板に開口部を設けて、その開口部を通じて行なう。 The magnetic field analyzer chamber 722-3 has a magnetic field region 724, and since a vertical magnetic field is applied to the magnetic field analyzer chamber 722-3, when ions enter this region, the magnetic field region 724 advances in a circular orbit. When the radius of the circular orbit of a predetermined ion 725-1 is R0, the ions 725-2 and 3 having the same m/z and having a spread and entering the magnetic field region 724 also proceed in the circular orbit of R0. Upon leaving the magnetic field region 724, the ions go straight and enter the adjacent room ion drift chamber B722-4. The magnetic field analyzer chamber 722-3 and the ion drift chamber B722-4 are separated by a substrate side wall 721-3 having a central hole 723-3. The central hole 723-3 is sized so that the spread ions 725-2, 3 can also pass through. The ions 725-1, 2 and 3 having the same m/z and spreading spread at the convergence point P3. By disposing the substrate side wall 721-4 having the central hole 723-4 at this convergence point P3, only the ions 725-1, 2-3 having the same m/z and spreading can be passed. The other ions collide with the wall of the substrate side wall 721-4, the side surface of the main substrate 721, the upper substrate and the lower substrate. Therefore, since the ion drift chamber B722-4 becomes dirty, it is desirable to perform vacuuming as well as cleaning and purging as appropriate. Therefore, an opening is provided in the upper substrate and the lower substrate of the ion drift chamber B722-4, and the opening is performed through the opening.

イオンドリフト室B722−4の汚れを問題にしなければ、基板側壁721−3はなくすこともできる。イオンドリフト室B722−4の隣にはイオン検出室722−5があり、イオンドリフト室B722−4とイオン検出室722−5は中央孔723−5を有する基板側壁721−5で仕切られているが、収束点P3を通ったイオンは再び広がっていくのでそれらのイオンを遮らないように中央孔723−5のサイズを調整する必要がある。場合によっては、基板側壁721−5をなくし、収束点P3付近に配置される基板側壁721−4を出た直後にイオン検出室を配置しても良い。この基板側壁721−4はコレクタースリットと呼んでも良い。磁場領域724内の磁場アナライザー室722−3の中央付近を通る中央軌道イオン725−1の円軌道半径R0の中心点をP2としたとき、イオンの広がり起点P1とP2、収束点P3は一直線上(m上)にあるので、そのように各貫通室を配置していけば良い。また、扇型磁場領域724は、P2を中心にして中心角αを持つように配置する。このαは30度〜180度で任意に設計できるが、図30ではα=90度として記載している。このときは、イオンドリフト室Aとイオンドリフト室Bは90度の角度をなすように配置される。扇型磁場領域724ではイオンは円軌道を描き、前述した様に、mv/R0=Bzev、ここで、1/2mv=zeV(Vは加速電圧)を満足するように各室を設計すれば良い。前述した様に、各室の幅は、100μm〜1mm〜20mm、あるいはそれ以上にすることもできる。また、各室の高さは主基板の厚みで決まり、100μm〜1mm〜20mm、あるいはそれ以上にすることができる。基板側壁の厚みも10μm〜100μm〜1mm、あるいはそれ以上に適宜設定できる。中央孔のサイズも10μm〜100μm〜1mm〜10mm、あるいはそれ以上に設定できる。各室の長さはイオンの速度に応じて設定すれば良い。主基板としてSiウエハを用いる場合、現在の最大Siウエハは単結晶で450mmであるが、本発明では多結晶やアモルファスも使用できるので、1000mm四方のSiウエハ(基板)も使用できるので、このサイズに合わせて全体を構成すれば良い。さらに、本発明は縦方向に貼り合わせて作製できるので、所望の厚みのものを作製できるが、横方向についても貼り合わせ技術を用いることによって大きなサイズの質量分析装置を作ることができる。たとえば、各室を別々に作りそれらを横方向につなげていけば良い。さらに各室を分割してそれらをつなげていくことも可能であるから、所望の大きなサイズの質量分析装置を作製できる。これも本発明の他のものにも言えることだが、各室を分割して接続するシステムなら、各室を取り替えることも比較的容易にできる。たとえば、不具合のでた貫通室を交換したり、もっと性能の良い貫通室や異なる性能を持つ貫通室に交換することもできる。その場合、接続部に低融点合金や樹脂やプラスチックを用いて接着しておけば、交換も容易である。あるいは、接続部は付着せずに接続部から少し離れた外側の基板の所で別部材で押さえたり付着して接続部を別部材で囲んでおけば気密性も確保でき交換も容易である。あるいは、その外側の基板の所で別部材とシール材を挟んで気密性を確保することもできる。たとえば、電場室と磁場室を交換したりすることも可能となる。 If the contamination of the ion drift chamber B722-4 is not a problem, the substrate side wall 721-3 can be eliminated. Next to the ion drift chamber B722-4 is an ion detection chamber 722-5, and the ion drift chamber B722-4 and the ion detection chamber 722-5 are separated by a substrate side wall 721-5 having a central hole 723-5. However, since the ions that have passed through the convergence point P3 spread again, it is necessary to adjust the size of the central hole 723-5 so as not to block these ions. In some cases, the substrate side wall 721-5 may be eliminated and the ion detection chamber may be arranged immediately after exiting the substrate side wall 721-4 arranged near the convergence point P3. This substrate side wall 721-4 may be called a collector slit. When the central point of the circular orbital radius R0 of the central orbital ion 725-1 passing near the center of the magnetic field analyzer chamber 722-3 in the magnetic field region 724 is P2, the ion spreading origins P1 and P2 and the convergence point P3 are on a straight line. Since it is on (m), it is sufficient to arrange each through chamber in such a manner. Further, the fan-shaped magnetic field region 724 is arranged so as to have a central angle α around P2. This α can be arbitrarily designed in the range of 30 degrees to 180 degrees, but in FIG. 30, it is described as α=90 degrees. At this time, the ion drift chamber A and the ion drift chamber B are arranged so as to form an angle of 90 degrees. In the fan-shaped magnetic field region 724, the ions draw a circular orbit, and as described above, each chamber is designed so as to satisfy mv 2 /R0=Bzev, where 1/2mv 2 =zeV (V is an accelerating voltage). Good. As described above, the width of each chamber can be 100 μm to 1 mm to 20 mm or more. The height of each chamber is determined by the thickness of the main substrate, and can be 100 μm to 1 mm to 20 mm or more. The thickness of the side wall of the substrate can be appropriately set to 10 μm to 100 μm to 1 mm or more. The size of the central hole can also be set to 10 μm to 100 μm to 1 mm to 10 mm, or larger. The length of each chamber may be set according to the ion velocity. When a Si wafer is used as a main substrate, the maximum Si wafer at present is 450 mm in a single crystal, but since a polycrystal or amorphous can be used in the present invention, a Si wafer (substrate) of 1000 mm square can also be used. The whole can be configured according to. Further, since the present invention can be manufactured by laminating in the vertical direction, it is possible to manufacture a mass spectrometer having a desired thickness, but by using the laminating technique also in the lateral direction, a large-sized mass spectrometer can be manufactured. For example, you can create each room separately and connect them horizontally. Further, since it is possible to divide each chamber and connect them, it is possible to manufacture a mass spectrometer having a desired large size. This can also be said to other things of this invention, but if it is the system which divides and connects each room, each room can also be replaced comparatively easily. For example, the defective penetrating chamber can be replaced, or the penetrating chamber with better performance or a different performance can be replaced. In that case, if the low melting point alloy, resin, or plastic is adhered to the connecting portion, the replacement is easy. Alternatively, if the connecting portion is not attached and the outer substrate is slightly apart from the connecting portion, it is pressed by another member or attached to surround the connecting portion with another member to ensure airtightness and easy replacement. Alternatively, the airtightness can be ensured by sandwiching another member and the sealing material at the substrate outside thereof. For example, it is possible to exchange the electric field chamber and the magnetic field chamber.

図30(b)は、静電場アナライザーおよび磁場アナライザーを有する二重収束扇型アナライザーの設計指針を示す図である。この二重収束扇型アナライザーも主基板731内に形成されイオンビームが通る領域は主基板731内に形成された貫通室であり、それらの貫通室において、上部が上部基板で、下部が下部基板が主基板に付着しており、各貫通室は上部基板および/または下部基板に備わる開口部を通して真空引きされ、所定の圧力に設定される。各貫通室は中央孔を有する基板隔壁で仕切られ、イオンビームはその基板隔壁の中央孔を通り各貫通室に入射する。図30(b)に示す質量分析装置は、イオン源を含むイオン化室732−1、イオンドリフト室A732−2、静電場アナライザー室732−3、イオンドリフト室B732−4、磁場アナライザー室732−5、イオンドリフト室C732−6、イオン検出室732−7を含み、これらの各貫通室の間に中央孔733−1を有する基板隔壁731−1、中央孔733−2を有する基板隔壁731−2、中央孔733−3を有する基板隔壁731−3、中央孔733−4を有する基板隔壁731−4、中央孔733−5を有する基板隔壁731−5、中央孔733−6を有する基板隔壁731−6、中央孔733−7を有する基板隔壁731−7が配置され、各貫通室を仕切っている。イオンはイオン化室732−1で発生し、加速電極を兼ねた基板側壁731−1の中央孔733−1から加速されて広がる。この起点P1ではイオンは収束しているが、イオンドリフト室A732−2でイオンは広がり、基板側壁731−2の中央孔733−2を通って、静電場アナライザー室732−3へ入射する。静電場アナライザー室732−3では、中心が半径r0の扇型形状をした平行な貫通室側面に形成された平行平板電極734−1および734−2による電界によりイオンは円運動をする。その運動方程式はmv/r=zeEである。(中心を通るイオンではmv/r0=zeE)である。)起点P1にある中央孔733−1から出たイオンは広がりを持って進んでいき、静電場アナライザー室でそれぞれの運動エネルギーに応じて円軌道を取る。同じ運動エネルギーを持つイオンは同じ円軌道半径を有する。静電場アナライザー室732−3で軌道を曲げられたイオンは基板側壁731−3の中央孔733−3を通り隣室のイオンドリフト室B732−4へ入る。 FIG. 30B is a diagram showing a design guideline of a double-focusing fan-type analyzer having an electrostatic field analyzer and a magnetic field analyzer. This double-focusing fan-type analyzer is also formed in the main substrate 731, and the region through which the ion beam passes is a through chamber formed in the main substrate 731. In these through chambers, the upper part is the upper substrate and the lower part is the lower substrate. Are attached to the main substrate, and the through chambers are evacuated through the openings provided in the upper substrate and/or the lower substrate to set a predetermined pressure. Each through chamber is partitioned by a substrate partition having a central hole, and the ion beam enters each through chamber through the central hole of the substrate partition. The mass spectrometer shown in FIG. 30B includes an ionization chamber 732-1 including an ion source, an ion drift chamber A732-2, an electrostatic field analyzer chamber 732-3, an ion drift chamber B732-4, and a magnetic field analyzer chamber 732-5. , An ion drift chamber C732-6, an ion detection chamber 732-7, and a substrate partition wall 731-1 having a central hole 733-1 and a substrate partition wall 731-2 having a central hole 733-2 between the through chambers. A substrate partition wall 731-3 having a central hole 733-3, a substrate partition wall 731-4 having a central hole 733-4, a substrate partition wall 731-5 having a central hole 733-5, and a substrate partition wall 731 having a central hole 733-6. -6, a substrate partition wall 731-7 having a central hole 733-7 is arranged to partition each through chamber. Ions are generated in the ionization chamber 732-1 and are accelerated and spread from the central hole 733-1 of the substrate side wall 731-1 which also serves as the acceleration electrode. Although the ions are converged at the starting point P1, the ions spread in the ion drift chamber A732-2 and enter the electrostatic field analyzer chamber 732-3 through the central hole 733-2 of the substrate side wall 731-2. In the electrostatic field analyzer chamber 732-3, the ions move circularly due to the electric field generated by the parallel plate electrodes 734-1 and 734-2 formed on the side surfaces of the parallel through chamber having a fan-shaped center and a radius r0. Its equation of motion is mv 2 /r=zeE. (Mv 2 /r0=zeE for the ion passing through the center). ) The ions emitted from the central hole 733-1 at the starting point P1 travel with a spread and take a circular orbit in the electrostatic field analyzer chamber according to each kinetic energy. Ions having the same kinetic energy have the same circular orbit radius. The ions whose trajectories are bent in the electrostatic field analyzer chamber 732-3 pass through the central hole 733-3 of the substrate side wall 731-3 and enter the ion drift chamber B732-4 in the adjacent chamber.

中心を通るイオン736−1と同じ運動エネルギーを持つイオンは、平行平板電極の曲率中心点P2としたとき、P1とP2を結ぶ線mと中心を通るイオン軌道736−1と交わる点P3に収束する。この収束点P3に収束スリットを設けて収束したイオンだけを通すようにすれば分解能を高くすることはできるが、同じm/zを有するイオン(736−4、5)も除去することになるので、イオン検出感度は低下してしまう。たとえば、基板側壁731−4の中央孔733−4を狭めて収束点P3に配置すれば、広がったイオン736−4や736−5も除去される。そこで、イオンドリフト室B732−4の中にある基板側壁731−4の位置をP3点よりも後方側に配置し、その中央孔733−4も広げておくことによって、広がったイオン736−4や736−5や収束したイオン736−1、2,3を通すことができる。基板側壁を備えておけば独自に真空引きやパージ、クリーニングができるが、イオンを通過させる目的では、省略することもできる。広がったイオン736−1〜5は基板側壁731−5の中央孔733−5を通って磁場アナライザー室へ入射し磁場領域735で磁場によるローレンツ力を受けて円運動する。中心軌道を円運動するイオンの軌道半径をR0とすれば、mv2/R0=zevBが成り立つ。同じm/zを持ち広がりを持ったイオン736−1〜5は同じ半径R0の円軌道を描き、磁場領域735から出ると収束点P4で収束する。その収束点P4にコレクタースリットとなる中央孔733−7を有する基板側壁731−7を配置すれば、その中央孔733−7を通るイオンは同じm/zを持つイオンとなる。磁場アナライザー室732−5の隣室732−6はイオンドリフト室Cで、特定のm/zを有するイオンの収束点までイオンは等速運動する。コレクタースリットである中央孔733−7を通れなかったイオンは基板側壁731−7の壁や主基板731の側面等に衝突する。これらによって生じた気体や粉末等はイオンドリフト室Cにある真空引きラインで排出されたり、クリーニング時やパージ時に外部へ排出される。コレクタースリットである中央孔733−7を通ったイオンはイオン検出室732−7へ入りイオン検出器で測定される。 When the ion having the same kinetic energy as the ion 736-1 passing through the center is defined as the curvature center point P2 of the parallel plate electrode, it is converged at the point P3 where the line m connecting P1 and P2 and the ion trajectory 736-1 passing through the center intersect. To do. If a converging slit is provided at this converging point P3 and only converging ions are passed therethrough, the resolution can be increased, but ions (736-4, 5) having the same m/z are also removed. However, the ion detection sensitivity will decrease. For example, if the central hole 733-4 of the substrate side wall 731-4 is narrowed and arranged at the convergence point P3, the spread ions 736-4 and 736-5 are also removed. Therefore, by arranging the position of the substrate side wall 731-4 in the ion drift chamber B732-4 behind the point P3 and expanding the central hole 733-4, the expanded ions 736-4 and 736-5 and focused ions 736-1, 2 and 3 can be passed through. If the side wall of the substrate is provided, vacuuming, purging, and cleaning can be performed independently, but it can be omitted for the purpose of passing ions. The spread ions 736-1 to 5 enter the magnetic field analyzer chamber through the central hole 733-5 of the substrate side wall 731-5, and undergo circular motion by receiving the Lorentz force due to the magnetic field in the magnetic field region 735. If the orbital radius of the ion circularly moving in the central orbit is R0, then mv2/R0=zevB holds. The ions 736-1 to 73-5 having the same m/z and having a spread form a circular orbit with the same radius R0, and when they leave the magnetic field region 735, they converge at the convergence point P4. If the substrate side wall 731-7 having the central hole 733-7 serving as a collector slit is arranged at the convergence point P4, the ions passing through the central hole 733-7 become ions having the same m/z. The adjoining chamber 732-6 of the magnetic field analyzer chamber 732-5 is the ion drift chamber C, and the ions move at a constant velocity up to the convergence point of the ions having a specific m/z. Ions that have not passed through the central hole 733-7, which is a collector slit, collide with the walls of the substrate side wall 731-7, the side surface of the main substrate 731, and the like. Gas, powder, etc. generated by these are discharged through a vacuuming line in the ion drift chamber C, or to the outside during cleaning or purging. Ions that have passed through the central hole 733-7, which is a collector slit, enter the ion detection chamber 732-7 and are measured by the ion detector.

扇型形状の平行平板型電極の中心角αは通常90度にすると設計しやすい。すなわち、イオンドリフト室A732−2とイオンドリフト室B732−4を90度になるように設計すれば良い。しかし、これに特定することなく、αは30度〜120度の範囲内で設定すれば良い。また、扇型形状の磁場領域735の中心角βも30度〜180度の範囲内で設計すれば良い。本発明はマスク投影で種々のサイズや形状で簡単に作製可能であるが、主基板の大きさに依存するので、最適なレイアウトをすれば良い。イオン検出室732−7の大きさも自由に設定できるので、イオン検出器を複数並べることもできる。(アレイ検出器等)この二重収束型アナライザーは、磁場の前に電場があるタイプ(Nier−Jhonson型)であるが、これと逆に磁場を電場の前においても良い。あるいは磁場を2つ並べて配置することも簡単にできる。しかも一括して作製できるのでコストアップは殆どない。さらに四重極アナライザーやイオントラップ型や飛行時間型(TOF)やFTICR(フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴型)との組み合わせも自由にできる。 It is easy to design if the central angle α of the fan-shaped parallel plate electrode is usually 90 degrees. That is, the ion drift chamber A732-2 and the ion drift chamber B732-4 may be designed to be 90 degrees. However, without specifying this, α may be set within the range of 30 degrees to 120 degrees. Also, the central angle β of the fan-shaped magnetic field region 735 may be designed within the range of 30 degrees to 180 degrees. The present invention can be easily manufactured in various sizes and shapes by mask projection, but since it depends on the size of the main substrate, an optimum layout may be used. Since the size of the ion detection chamber 732-7 can be freely set, a plurality of ion detectors can be arranged. (Array detector, etc.) This double-focusing analyzer is a type (Nier-Jhonson type) in which there is an electric field before the magnetic field, but conversely, the magnetic field may be in front of the electric field. Alternatively, it is easy to arrange two magnetic fields side by side. Moreover, since it can be manufactured collectively, there is almost no increase in cost. Furthermore, it can be freely combined with a quadrupole analyzer, ion trap type, time of flight (TOF), and FTICR (Fourier transform ion cyclotron resonance type).

本発明はFTICR(Fourier transform−ion cyclotron resonance、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴)にも適用できる。図31は、本発明のFTICRを示す図である。図31(a)は基板面に対して垂直な方向のイオンの進行方向(磁場方向)の断面図である。図31(b)は基板面に対して垂直な方向のイオンの進行方向(磁場方向)と垂直方向の断面図である。主基板751内にイオン源室754−1、ICR室754−2が形成される。これらの貫通室の上部および下部は主基板751に上部基板752および下部基板753が付着している。イオン源室754−1およびICR室754−2の間に中央孔765を有する基板側壁751−1があり、イオン化室で発生したイオン750−1は引き出し電極を兼ねる基板側壁751−1の中央孔765を通ってICR(イオンサイクロトロン共鳴)室754−2へ導入される。ICR室754−2は、イオンの進行方向に対して基板側壁751−1(中央孔765を有する)およびこれと対向する主基板の側面751−2で囲まれ、側面側は主基板751の基板側壁751−4(中央孔等はあいていない閉じた側面)と主基板751の基板側壁751−5(中央孔等はあいていない閉じた側面)とで囲まれ、上下側は上部基板752および下部基板753に囲まれている。 The present invention can also be applied to FTICR (Fourier transform-ion cyclotron resonance). FIG. 31 is a diagram showing the FTICR of the present invention. FIG. 31A is a cross-sectional view of the ion traveling direction (magnetic field direction) perpendicular to the substrate surface. FIG. 31B is a cross-sectional view perpendicular to the ion traveling direction (magnetic field direction) perpendicular to the substrate surface. An ion source chamber 754-1 and an ICR chamber 754-2 are formed in the main substrate 751. An upper substrate 752 and a lower substrate 753 are attached to a main substrate 751 at the upper and lower portions of these penetration chambers. There is a substrate side wall 751-1 having a central hole 765 between the ion source chamber 754-1 and the ICR chamber 754-2, and the ions 750-1 generated in the ionization chamber are the central holes of the substrate side wall 751-1 also serving as extraction electrodes. It is introduced into the ICR (ion cyclotron resonance) chamber 754-2 through 765. The ICR chamber 754-2 is surrounded by a substrate side wall 751-1 (having a central hole 765) and a side surface 751-2 of the main substrate facing the side wall 751-1 with respect to the ion traveling direction, and the side surface side is the substrate of the main substrate 751. It is surrounded by a side wall 751-4 (closed side surface with no central hole etc.) and a substrate side wall 751-5 of main substrate 751 (closed side surface with no central hole etc.), and the upper and lower sides are an upper substrate 752 and It is surrounded by the lower substrate 753.

ICR室754−2内では、対向トラップ電極A755−1、3(基板側壁751−1上に形成された導電体膜755−1、3)}およびトラップ電極B756−1(基板側壁751−2上に形成された導電体膜756−1)、対向イオン励起電極A758上部基板752上に形成された電極758)およびイオン励起電極B757(下部基板753上に形成された電極757)、レシーバー電極A756−2(基板側壁751−4上に形成された導電体膜756−2)、レシーバー電極B756−3(基板側壁751−5上に形成された導電体膜756−3)が形成されている。主基板の側面751−2、4、5、および基板側壁751−1は主基板751の基板面、上部基板752の基板面、下部基板753の基板面に対してほぼ垂直な主基板側面である。従って、対向するトラップ電極A、Bや対向するレシーバー電極A、Bや対向するイオン励起電極A,Bはそれぞれ平行平板電極となっている。各導電体膜電極には内部配線759(759−1、2)や764(764−1、2)を通して、あるいは直接にコンタクト孔760や761を通して外側電極762(762−1、2、3)や763(763−1、2、3)に接続し、外部から電圧をかけたり、あるいは内部で発生した電流や電圧を検出することができる。 In the ICR chamber 754-2, the opposed trap electrodes A 755-1, 3 (the conductor films 755-1, 3 formed on the substrate side wall 751-1)} and the trap electrode B 756-1 (on the substrate side wall 751-2). Conductor film 756-1), counter ion excitation electrode A758, electrode 758 formed on the upper substrate 752) and ion excitation electrode B757 (electrode 757 formed on the lower substrate 753), receiver electrode A756- 2 (a conductor film 756-2 formed on the substrate side wall 751-4) and a receiver electrode B756-3 (a conductor film 756-3 formed on the substrate side wall 751-5). The side surfaces 751-2, 4, 5 of the main board and the board side wall 751-1 are the side surfaces of the main board substantially perpendicular to the board surface of the main board 751, the board surface of the upper board 752, and the board surface of the lower board 753. .. Therefore, the opposing trap electrodes A and B, the opposing receiver electrodes A and B, and the opposing ion excitation electrodes A and B are parallel plate electrodes. The outer electrodes 762 (762-1, 2, 3) and the external electrodes 762 (762-1, 2, 3) are passed through the inner wirings 759 (759-1, 2) and 764 (764-1, 2) or directly through the contact holes 760 and 761 to the respective conductor film electrodes. 763 (763-1, 2, 3) can be connected to apply a voltage from the outside or detect the current or voltage generated inside.

イオン源室754−1から基板側壁751−1の中央孔765を通して進入したイオン750−1は、対向するトラップ電極AおよびB間に印加したDC電圧によりイオン750−1はトラップ電極A755−1、3からトラップ電極B756−1の方へ進む。磁場Bがトラップ電極AおよびBに対して垂直方向に印加されており、また対向するイオン励起電極A758およびイオン励起電極B757の間に印加される高周波電圧(振動数ω)によって、ICR室754−2内でイオン750−1はサイクロトロン運動をし、コヒーレントなイオン集団を形成する。このとき、ω=k×(zeB/m)が成り立つ。このイオンサイクロトロン(ICR)運動によって、イオン量検出用のレシーバー電極A756−2およびレシーバー電極B756−3の間に誘起電流を生じる。この誘起電流の各成分の振動数はICRの振動数ωと同じで、すなわちイオンの質量mに関係する。この誘起電流を時間に対応するシグナルとして検出し、ぞの信号を増幅しデジタル化して、フーリエ変換することによって、振動数に対するスペクトルへ変換する。本発明のFTICRは非常に小さなサイズであるから、外部磁場Bも小さくて済み、電磁石も小さなもので済む。さらに超伝導磁石を用いる場合でもサイズが小さいので超低温に冷却する体積を小さくできる。また小さなサイズのコイルの内部に配置することも簡単にできる。 Ions 750-1 that have entered from the ion source chamber 754-1 through the central hole 765 of the substrate side wall 751-1 are trapped by the DC voltage applied between the opposing trap electrodes A and B, and the ions 750-1 are trapped by the trap electrode A 755-1, 3 to the trap electrode B756-1. The magnetic field B is applied in the direction perpendicular to the trap electrodes A and B, and the high frequency voltage (frequency ω) applied between the opposing ion excitation electrode A 758 and ion excitation electrode B 757 causes the ICR chamber 754- Ions 750-1 in 2 undergo cyclotron motion, forming a coherent population of ions. At this time, ω=k×(zeB/m) holds. Due to this ion cyclotron (ICR) motion, an induced current is generated between the receiver electrode A756-2 and the receiver electrode B756-3 for detecting the amount of ions. The frequency of each component of this induced current is the same as the frequency ω of ICR, that is, it is related to the mass m of the ion. This induced current is detected as a signal corresponding to time, and each signal is amplified, digitized, and Fourier-transformed to be converted into a spectrum with respect to the frequency. Since the FTICR of the present invention has a very small size, the external magnetic field B can be small and the electromagnet can be small. Further, even when a superconducting magnet is used, its size is small, so that the volume cooled to an ultralow temperature can be reduced. It can also be easily placed inside a small size coil.

次に、図31に示すタイプのFT−ICR型質量分析装置のプロセスについて説明する。主基板751を分割して中央孔765についてフォトリソ法およびエッチング法を用いて中央孔765を形成する。次に主基板751に、除去すべき部分を窓開けして貫通孔754(754−1、2)を形成する。この貫通孔754(754−1、2)はボッシュ法等やDRIE法等を用いて垂直エッチングを行なう。主基板751がSi等の半導体基板または導電体基板の場合はショートしないように、基板側壁751−1の周囲表面、主基板751の側面(751−2、3、4、5)に絶縁膜(記載せず)を形成後導電体膜755、756を積層し、所定のパターニングをして導電体膜電極・配線755−1、756−1、2、3等を形成する。感光性膜の形成は感光性シートの付着や塗布法、あるいは電着法を用い、露光は斜め露光法、斜め回転露光法、あるいは焦点深度の大きい露光法等で行なうことができる。エッチングはウエットエッチやドライエッチングで導電体膜をパターニングできる。上部基板752に予め導電体膜電極パターン758、759(759−1、2)等を形成しておき、また下部基板753に予め導電体膜電極パターン757、764(764−1、2)等を形成しておき、分割した主基板751を上部基板752および下部基板753に付着させる。このとき、主基板751には貫通孔754や導電体膜パターンが形成されているので、それらのパターンに合うように、上部基板752および下部基板753のパターンを合わせる。接着剤を用いて付着させることもできるし、拡散接合、高温接合や常温接合を用いることもできる。主基板751がSi等の半導体基板や導電体基板であり、上部基板および下部基板がガラス基板や石英基板、サファイヤ、アルミナ基板等である場合は静電陽極接合を使うこともできる。 Next, the process of the FT-ICR mass spectrometer of the type shown in FIG. 31 will be described. The main substrate 751 is divided, and the central hole 765 is formed by using the photolithography method and the etching method. Next, a window is opened in the main substrate 751 to be removed, and through holes 754 (754-1, 2) are formed. The through holes 754 (754-1, 2) are vertically etched by using the Bosch method or the DRIE method. When the main substrate 751 is a semiconductor substrate such as Si or a conductive substrate, an insulating film (on the peripheral surface of the substrate side wall 751-1 and the side surfaces (751-2, 3, 4, 5) of the main substrate 751 is formed so as not to cause a short circuit. (Not shown) is formed, conductor films 755 and 756 are laminated, and predetermined patterning is performed to form conductor film electrodes/wirings 755-1, 756-1, 2, 3 and the like. The photosensitive film can be formed by using a method of attaching or coating a photosensitive sheet, or an electrodeposition method, and the exposure can be performed by an oblique exposure method, an oblique rotation exposure method, an exposure method having a large depth of focus, or the like. The conductor film can be patterned by wet etching or dry etching. Conductor film electrode patterns 758, 759 (759-1, 2) and the like are previously formed on the upper substrate 752, and conductor film electrode patterns 757, 764 (764-1, 2) and the like are previously formed on the lower substrate 753. The formed and divided main substrate 751 is attached to the upper substrate 752 and the lower substrate 753. At this time, since the through holes 754 and the conductor film patterns are formed in the main substrate 751, the patterns of the upper substrate 752 and the lower substrate 753 are matched so as to match those patterns. It can be attached using an adhesive, or diffusion bonding, high temperature bonding or room temperature bonding can be used. If the main substrate 751 is a semiconductor substrate such as Si or a conductor substrate, and the upper substrate and the lower substrate are glass substrates, quartz substrates, sapphire substrates, alumina substrates, etc., electrostatic anodic bonding can be used.

次に、上部基板および下部基板の導電体膜パターンと主基板側の導電体膜パターンとの接続を確実に行なうために、この後導電体膜の積層を行ない、再度パターニングして特に接続部に導電体膜を形成しても良いし、あるいはメッキ法や選択CVD法等の選択導電体膜形成法を用いて導電体膜パターンのみに導電体膜を積層しても良く、この場合は再度のパターニングは不要である。導電体膜パターンの形成後保護膜として絶縁膜を形成することもできる。次に分割した主基板751同士を付着させる。特に基板側壁751−1と3、751−2、4、5同士をアライメントして貫通孔754(754−1、2)を一致させる。この付着も前述の方法を使用できる。主基板751がSi等の半導体基板や導電体基板であるときは、ガラス基板等を間に介在すれば静電陽極接合を使うこともできる。 Next, in order to securely connect the conductor film patterns on the upper and lower substrates to the conductor film patterns on the main substrate side, after that, the conductor films are laminated and re-patterned to make a connection, especially at the connection portion. A conductor film may be formed, or a conductor film may be laminated only on the conductor film pattern using a selective conductor film forming method such as a plating method or a selective CVD method. No patterning is necessary. An insulating film may be formed as a protective film after forming the conductor film pattern. Next, the divided main substrates 751 are attached to each other. In particular, the substrate side walls 751-1 and 3, 751-2, 4, 5 are aligned to align the through holes 754 (754-1, 2). This attachment can also use the method described above. When the main substrate 751 is a semiconductor substrate such as Si or a conductor substrate, electrostatic anodic bonding can be used by interposing a glass substrate or the like.

このときは、間に挟むガラス基板等も貫通孔等の部分を予め形成しておき、パターニング合わせをしながら付着させる。これらを何回か繰り返せば、所定の深さ(高さ)を有する貫通孔を形成できる。その後、上部基板752および下部基板753にコンタクト孔760、761を形成し、コンタクト孔内へ導電体膜を積層し(メッキ法、CVD法、PVD法、選択CVD法、導電体膜ペーストの塗布法等を用いて積層できる)する。次に、上部基板752および下部基板753のコンタクト孔760、761部分や所定の場所に電極・配線762(762−1、2,3等)、763(763−1、2,3等)を形成する。この後、保護膜等を形成し窓開けしても良い。この結果、電極762−1、763−2はトラップ電極755、756−1へ接続し、電極762−2、763−1はイオン励起電極758、757へ接続し、電極762−3、763−3はレシーバー電極756−2、756−3へ接続する。尚、磁場Bはトラップ電極755、756−1に対して垂直に印加し、イオン励起電極758、757とレシーバー電極756−2、756−3は互いに交換することもできる。 At this time, a glass substrate or the like to be sandwiched is also preliminarily formed with a portion such as a through hole and is attached while patterning. By repeating these several times, a through hole having a predetermined depth (height) can be formed. After that, contact holes 760 and 761 are formed in the upper substrate 752 and the lower substrate 753, and a conductor film is stacked in the contact holes (plating method, CVD method, PVD method, selective CVD method, conductor film paste coating method). Etc. can be laminated). Next, electrodes/wirings 762 (762-1, 2, 3 etc.), 763 (763-1, 2, 3 etc.) are formed in the contact holes 760, 761 of the upper substrate 752 and the lower substrate 753 or in predetermined places. To do. After that, a protective film or the like may be formed and a window may be opened. As a result, the electrodes 762-1, 763-2 are connected to the trap electrodes 755, 756-1, the electrodes 762-2, 763-1 are connected to the ion excitation electrodes 758, 757, and the electrodes 762-3, 763-3. Is connected to the receiver electrodes 756-2 and 756-3. The magnetic field B can be applied perpendicularly to the trap electrodes 755 and 756-1, and the ion excitation electrodes 758 and 757 and the receiver electrodes 756-2 and 756-3 can be exchanged with each other.

上記のプロセスでは、主基板751に中央孔765の形成、貫通孔754の形成は主基板単独で形成しているかのように記載している。特に貫通孔754の形成や導電体膜の形成は下地を考慮することがないのでエッチングが簡単である(オーバーエッチングや下地への積層を考慮する必要がない)。しかし、主基板751に下地基板を付着させてから、中央孔や貫通孔や膜積層やパターニングを行なうこともできる。この場合は、下地基板は上部基板や下部基板を付着させてから取り外す。同様に、主基板751に上部基板や下部基板を付着させてから中央孔や貫通孔や膜積層やパターニングを行なうこともできる。この場合は、上部基板や下部基板を取り外す必要はない。また、上部基板や下部基板に予め形成している導電体膜電極・配線パターン757、758、759、764を形成せずに、上部基板や下部基板を主基板に付着させて、その後貫通孔を形成し、絶縁膜、導電体膜を形成するが、この導電体膜は上部基板や下部基板にも形成できるので、これを導電体膜電極・配線パターン757、758、759、764とすることができる。あるいは、主基板単独を用いて、導電体膜電極・配線パターン757、758、759、764が配置される部分の主基板の部分に凹部を形成し、その主基板の凹部に導電体膜電極・配線パターン757、758、759、764を形成した上部基板、下部基板を合わせて主基板に付着させて、その後で貫通孔形成、絶縁膜、導電体膜形成を行なうこともできる。この場合は、主基板側の導電体膜形成時に上部基板、下部基板の導電体膜電極・配線パターン757、758、759、764との接続が行なわれる。このような予め上部基板、下部基板に導電体膜電極・配線パターン757、758、759、764を形成する方法は、導電体膜電極・配線パターン757、758、759、764を厚く強固な膜を形成できるので、高周波電圧が印加されるイオン励起電極としての信頼性を高めることができる。 In the above process, the formation of the central hole 765 and the formation of the through hole 754 in the main substrate 751 are described as if they were formed by the main substrate alone. In particular, the formation of the through holes 754 and the formation of the conductor film do not take the base into consideration, so that the etching is easy (there is no need to consider overetching or stacking on the base). However, it is also possible to deposit the base substrate on the main substrate 751 and then perform the central hole, the through hole, the film stacking, and the patterning. In this case, the base substrate is removed after attaching the upper substrate and the lower substrate. Similarly, it is also possible to attach the upper substrate and the lower substrate to the main substrate 751 and then perform the central hole, the through hole, the film stacking, and the patterning. In this case, it is not necessary to remove the upper substrate and the lower substrate. Further, without forming the conductor film electrodes/wiring patterns 757, 758, 759, 764 which are previously formed on the upper substrate or the lower substrate, the upper substrate or the lower substrate is attached to the main substrate, and then the through holes are formed. Then, the insulating film and the conductor film are formed. Since the conductor film can be formed on the upper substrate and the lower substrate, the conductor film electrodes/wiring patterns 757, 758, 759, 764 may be formed. it can. Alternatively, by using the main substrate alone, a recess is formed in the portion of the main substrate where the conductor film electrodes/wiring patterns 757, 758, 759, 764 are arranged, and the conductor film electrode/ The upper substrate and the lower substrate on which the wiring patterns 757, 758, 759, and 764 are formed may be attached together to the main substrate, and then the through holes, the insulating film, and the conductor film may be formed. In this case, connection with the conductor film electrodes/wiring patterns 757, 758, 759, 764 of the upper and lower substrates is performed when the conductor film on the main substrate side is formed. Such a method of forming the conductor film electrode/wiring patterns 757, 758, 759, 764 on the upper substrate and the lower substrate in advance is performed by forming the conductor film electrode/wiring patterns 757, 758, 759, 764 with a thick and firm film. Since it can be formed, the reliability as an ion excitation electrode to which a high frequency voltage is applied can be enhanced.

図32は、ICR室のサイズを大きくする場合の構造を示す図である。これは他の質量分析装置の種々の貫通室のサイズを大きくする場合にも適用できる。第1の主基板751に貫通室754−1、754−2、中央孔765(765−1)を有する基板側壁(隔壁)751−1等を形成する。ICR室となる貫通室754−2の上面にある上部基板752、下部にある下部基板753は除去する。この除去は主基板751に上部基板752や下部基板753を付着する前にくり抜いても良いし、付着した後にくり抜くこともできる。この上部基板752や下部基板753のICR室に対応する部分のエッチングは垂直エッチングが望ましい。また、上部基板752および下部基板753をくり抜いた部分の側面には導電体膜767(767−1、2、3、4)、768(768−1,2、3,4)を積層する。これらが半導体基板や導電体膜である場合にはショートを防止するために絶縁膜を形成し、その後導電体膜を形成する。上部基板752および下部基板753の表面にも導電体膜が形成される場合には、フォトリソ法およびエッチング法を用いて表面の導電体膜は除去し繰り抜いた部分の側面にのみ導電体膜を形成することが望ましい。 FIG. 32 is a diagram showing a structure for increasing the size of the ICR chamber. This can also be applied when increasing the size of various penetration chambers of other mass spectrometers. The first main substrate 751 is formed with the through chambers 754-1 and 754-2, the substrate side wall (partition wall) 751-1 having the central hole 765 (765-1), and the like. The upper substrate 752 on the upper surface and the lower substrate 753 on the lower portion of the through chamber 754-2, which is the ICR chamber, are removed. This removal may be performed before the upper substrate 752 or the lower substrate 753 is attached to the main substrate 751 or may be performed after the attachment. Vertical etching is desirable for etching the portions of the upper substrate 752 and the lower substrate 753 corresponding to the ICR chamber. Conductor films 767 (767-1, 2, 3, 4) and 768 (768-1, 2, 3, 4) are laminated on the side surfaces of the hollowed-out upper substrate 752 and lower substrate 753. When these are a semiconductor substrate or a conductor film, an insulating film is formed to prevent a short circuit, and then a conductor film is formed. When a conductor film is also formed on the surfaces of the upper substrate 752 and the lower substrate 753, the conductor film on the surface is removed by using the photolithography method and the etching method, and the conductor film is formed only on the side surface of the cut-out portion. It is desirable to form.

上部基板752および下部基板753を主基板751に付着させてから上部基板752および下部基板753をくり抜く場合、主基板751の貫通孔754を形成した後、貫通孔754をマスク(窓)として上部基板752および下部基板753をエッチングすることができる。その後、絶縁膜、導電体膜を形成し、必要なパターニングをすることによって、上部基板752および下部基板753をくり抜いた部分の側面には導電体膜767(767−1、2、3、4)、768(768−1,2、3,4)のパターンを形成することができる。このとき、主基板751の貫通孔754−2の周囲の側面にも導電体膜は形成される。必要ならメッキ法や選択CVD法を用いて、特に接続部に導電体膜を厚く形成しても良い。この後、順次第2下部基板773を第1の上部基板752へ付着し、繰り抜いた部分からその下の第2下部基板773をエッチング除去し、さらに第2の主基板771を付着させて、繰り抜いた部分からその下の第2主基板771をエッチング除去し、貫通室779を形成し、さらにその貫通室の側面に導電体膜774(774−1、2、3,4)を形成する。次に、既に導電体膜776(776−1、2、3、4、5)のパターンを形成した第2の上部基板772を付着させて、導電体膜の接続部分は必要ならメッキ法、選択CVD法等を用いて導電体膜で接続を確実にする。その後、貫通室内部の導電体膜上に保護膜を被せても良い。また、第2の上部基板にコンタクト孔777、その中に導電体膜を形成し、さらに導電体膜電極・配線パターン778(778−1、2、3、5)を形成する。第2の主基板771の貫通室779の内面に導電体膜を積層する前に第2の上部基板772を付着させて、その後導電体膜を積層し、導電体膜パターン774(774−1,2、3、4)および導電体膜776(776−1、2、3、4、5)のパターンを形成しても良い。 When the upper substrate 752 and the lower substrate 753 are attached to the main substrate 751 and then the upper substrate 752 and the lower substrate 753 are hollowed out, after forming the through hole 754 of the main substrate 751, the through hole 754 is used as a mask (window) to form the upper substrate. 752 and lower substrate 753 can be etched. After that, an insulating film and a conductor film are formed, and by performing necessary patterning, a conductor film 767 (767-1, 2, 3, 4) is formed on the side surface of the hollowed-out portion of the upper substrate 752 and the lower substrate 753. , 768 (768-1, 2, 3, 4) patterns can be formed. At this time, the conductor film is also formed on the side surface around the through hole 754-2 of the main substrate 751. If necessary, a plating method or a selective CVD method may be used to form a thick conductor film, particularly at the connection portion. After that, the second lower substrate 773 is sequentially attached to the first upper substrate 752, the second lower substrate 773 thereunder is removed by etching from the cut-out portion, and the second main substrate 771 is further attached, The second main substrate 771 thereunder is removed by etching from the cut-out portion to form a through chamber 779, and a conductor film 774 (774-1, 2, 3, 4) is further formed on the side surface of the through chamber. .. Next, the second upper substrate 772 on which the pattern of the conductor film 776 (776-1, 2, 3, 4, 5) is already formed is attached, and the connecting portion of the conductor film is plated by a plating method, if necessary. The connection is ensured with a conductor film using the CVD method or the like. After that, a protective film may be covered on the conductor film inside the penetration chamber. Further, a contact hole 777 is formed in the second upper substrate, a conductor film is formed therein, and further a conductor film electrode/wiring pattern 778 (778-1, 2, 3, 5) is formed. Before the conductor film is laminated on the inner surface of the through chamber 779 of the second main substrate 771, the second upper substrate 772 is attached, and then the conductor film is laminated to form the conductor film pattern 774 (774-1, 774-1). 2, 3, 4) and a pattern of the conductor film 776 (776-1, 2, 3, 4, 5) may be formed.

分割した主基板751側も同様のプロセスで順次付着と膜形成およびパターン形成を行ない、第3の上部基板782の付着、その後の上部基板782のくり抜きエッチング、さらに第3の主基板781の付着、貫通室789野形成、その後の膜形成およびパターン形成、第3の下部基板783の付着、その後の膜形成、パターニング等のプロセスを経て形成した、下側のICR室を形成する。このような2つの上側ICRと下側ICRを付着させて、図31に示すFT−ICR質量分析装置を作製できる。 The divided main substrate 751 side is also sequentially subjected to the same deposition, film formation, and pattern formation by the same process, the third upper substrate 782 is attached, the upper substrate 782 is subsequently subjected to hollow etching, and the third main substrate 781 is attached. A lower ICR chamber formed through processes such as formation of the through chamber 789, subsequent film formation and pattern formation, attachment of the third lower substrate 783, subsequent film formation, and patterning is formed. By attaching such two upper and lower ICRs, the FT-ICR mass spectrometer shown in FIG. 31 can be manufactured.

上記は、順次基板を付着させたが、各基板で別々に貫通室を作製し、それらを付着させても作製できる。第2の主基板771内に貫通室779を形成して第2の下部基板773を第2の主基板771に付着し、第2の下部基板773もくり抜いておく。また第2の上部基板772もそれらに付着する。導電体膜774(774−1、2、3、4)、導電体膜775(775−1、2、3、4)、導電体膜776(776−1、2、3、4、5)も形成する。この形成方法は第1主基板751、第1上部基板752、第1下部基板753で行なった方法と同様である。尚、第2上部基板772のコンタクト孔777やその中の導電体膜形成、電極・配線パターン778(778−1、2、3、4、5)は予め形成しておき、その第2上部基板772を第2主基板771に付着させても良い。このような貫通室754をくり抜き、その内面に導電体膜パターンを形成した第1主基板(または、その分割した上側)の上側の上部基板(第1上部基板)752を、同じく貫通室779をくり抜いた第2主基板771の第2下部基板773に付着させる。付着には接着剤や常温接合法、拡散接合法、高温接合法等を使用することができる。第1上部基板752がガラス基板や石英等の絶縁体基板であり、第2下部基板773がSi基板等の半導体基板や導電体基板であるときは静電陽極接合で付着することもできる。あるいは、第2主基板771がSi基板等の半導体基板や導電体基板であるときは、第2下部基板773を用いずに、第1上部基板752に第2主基板771を付着させて、静電陽極接合で付着することもできる。保護膜を用いているときには接続する部分の導電体膜上の保護膜は除去しておく。導電体膜の接続部、たとえば導電体膜767と導電体膜775の接続部において、接続領域のサイズを大きくしたり導電体膜を厚く接続したりして接触面積を大きくするほかに、メッキ法や選択CVD法、あるいはさらなる導電体膜の積層とパターニングを行なうこともできる。さらに融点付近の熱処理を行ない融着する方法や、低融点合金(半田等)をメッキ法や選択CVD法、あるいはその低融点合金(半田等)を積層して、導電体膜パターンの部分を再度パターニングして低融点合金を付着させて、熱処理を行ない導電体膜同士の接合を低融点合金で補助するという方法もある。 In the above, the substrates are sequentially attached, but it is also possible to produce the through chambers separately for each substrate and attach them. A through chamber 779 is formed in the second main substrate 771, the second lower substrate 773 is attached to the second main substrate 771, and the second lower substrate 773 is also hollowed out. The second upper substrate 772 also attaches to them. The conductor films 774 (774-1, 2, 3, 4), the conductor films 775 (775-1, 2, 3, 4), and the conductor films 776 (776-1, 2, 3, 4, 5) are also included. Form. This forming method is the same as the method used for the first main substrate 751, the first upper substrate 752, and the first lower substrate 753. The contact hole 777 of the second upper substrate 772, the conductor film formation therein, and the electrode/wiring pattern 778 (778-1, 2, 3, 4, 5) are formed in advance, and the second upper substrate 772 may be attached to the second main substrate 771. The through chamber 754 is hollowed out, and the upper substrate (first upper substrate) 752 on the upper side of the first main substrate (or the divided upper side) on which the conductor film pattern is formed on the inner surface thereof is also formed as the through chamber 779. It is attached to the second lower substrate 773 of the hollowed second main substrate 771. An adhesive, a room temperature bonding method, a diffusion bonding method, a high temperature bonding method, or the like can be used for the adhesion. When the first upper substrate 752 is an insulating substrate such as a glass substrate or quartz and the second lower substrate 773 is a semiconductor substrate such as a Si substrate or a conductive substrate, they can be attached by electrostatic anodic bonding. Alternatively, when the second main substrate 771 is a semiconductor substrate such as a Si substrate or a conductor substrate, the second main substrate 771 is attached to the first upper substrate 752 without using the second lower substrate 773, and the It can also be attached by electroanode bonding. When the protective film is used, the protective film on the conductor film at the connecting portion is removed. In the connection portion of the conductor film, for example, the connection portion of the conductor film 767 and the conductor film 775, in addition to increasing the size of the connection region or connecting the conductor film thick to increase the contact area, a plating method is also used. Alternatively, a selective CVD method, or further stacking and patterning of a conductor film can be performed. Further, heat treatment near the melting point is performed for fusion, a low melting point alloy (solder or the like) is plated or a selective CVD method, or the low melting point alloy (solder or the like) is laminated, and the portion of the conductor film pattern is again formed. There is also a method in which a low melting point alloy is attached by patterning and heat treatment is performed to assist the joining of the conductor films with the low melting point alloy.

同様に、第3の主基板781内に貫通室789を形成して第3の上部基板782を第3の主基板781に付着し、第3の上部基板782もくり抜いておく。また第3の下部基板783もそれらに付着する。導電体膜784(784−1、2、3、4)、導電体膜785(785−1、2、3、4)、導電体膜786(786−1)も形成する。この形成方法は第1主基板751、第1上部基板752、第1下部基板753で行なった方法と同様である。尚、第3下部基板783のコンタクト孔787やその中の導電体膜形成、電極・配線パターン788(788−1)は予め形成しておき、その第3下部基板783を第3主基板781に付着させても良い。このような貫通室754をくり抜き、その内面に導電体膜パターンを形成した第1主基板(または、その分割した下側)の下側の下部基板(第1下部基板)753を、同じく貫通室789をくり抜いた第3主基板781の第3上部基板782に付着させる。その付着法も同様であり導電体膜同士の接続も同様である。さらに付けくわえれば、導電性接着剤と絶縁性接着剤の両方を用いて、導電体膜の接続する部分には導電性接着剤を用い、他の部分には絶縁性の接着剤を用いることもできる。これらは、パターニングして別々に付着できる。あるいは、導電体膜の接続する部分に低融点合金等を付着して、他の部分に絶縁性接着剤を用いて接着することもできる。あるいは、導電体膜の部分に導電性接着剤や低融点半田合金を付着し他の接着部分は常温接合、拡散接合、高温接合、静電陽極接合を等を用いることもできる。 Similarly, a through chamber 789 is formed in the third main substrate 781, the third upper substrate 782 is attached to the third main substrate 781, and the third upper substrate 782 is also hollowed out. The third lower substrate 783 also attaches to them. The conductor film 784 (784-1, 2, 3, 4), the conductor film 785 (785-1, 2, 3, 4), and the conductor film 786 (786-1) are also formed. This forming method is the same as the method used for the first main substrate 751, the first upper substrate 752, and the first lower substrate 753. The contact hole 787 of the third lower substrate 783, the conductor film formed therein, and the electrode/wiring pattern 788 (788-1) are formed in advance, and the third lower substrate 783 is formed on the third main substrate 781. It may be attached. Such a through chamber 754 is hollowed out, and the lower lower substrate (first lower substrate) 753 on the lower side of the first main substrate (or the divided lower side thereof) having the conductor film pattern formed on the inner surface thereof is also similarly penetrated into the through chamber. 789 is attached to the third upper substrate 782 of the hollowed third main substrate 781. The attachment method is also the same, and the connection between the conductor films is also the same. In addition, use both conductive and insulative adhesives, use conductive adhesives for the connecting parts of the conductor film, and insulative adhesives for the other parts. Can also These can be patterned and attached separately. Alternatively, a low melting point alloy or the like may be attached to the connecting portion of the conductor film and the other portion may be attached using an insulating adhesive. Alternatively, a conductive adhesive or a low melting point solder alloy may be attached to the conductor film portion, and the other adhesive portions may be bonded at room temperature, diffusion bonded, high temperature bonded, electrostatic anodic bonded, or the like.

次に上部側と下部側を付着させる。主基板751、771、781がSi基板等の半導体基板や導電体基板であり、可視光に透過率が低くても、第1〜第3上部基板や第1〜第3基板がガラス基板等の可視光に透過率が高い材料であれば、貫通室769(754−2、779、789をまとめて769)が空いているので、正確なマスク合わせが可能であるから、バラツキを最小限にして各貫通室754−2、779、789やその内面に付着した導電体膜同士を付着することができる。付着後に熱処理やメッキ法、選択CVD法等を行なって、導電体膜同士の接続も確実に行なうことができる。可視光を使えない場合は、赤外線、紫外線等を使って合わせることもできる。ICR室769を所定の低圧力にするために、第2上部基板772や第3下部基板783に真空引き用の開口部を設けて真空ポンプに接続できる。内部をクリーニングしたり、パージしたりするための開口部も設けることができる。イオン源室754−1が大気圧であったり、比較的高い圧力である場合は、イオン源室754−1とICR室769の間に中間室を必要な数だけ設けて、それらの各室を段階的に圧力を下げていき、ICRを所望の低圧にすることもできる。その場合、イオン源から出るイオンを加速する加速電極または引き出し電極(中央孔を有しても良い)を設けることもできるし、圧力差で引き出すこともできる。以上のようにして、イオン源室754−1、イオン導入孔765、広いICR室769を有するFT=ICR質量分析装置が完成する。 Next, the upper side and the lower side are attached. The main substrates 751, 771, 781 are semiconductor substrates such as Si substrates or conductor substrates, and even if the transmittance of visible light is low, the first to third upper substrates and the first to third substrates are glass substrates or the like. If the material has a high transmittance to visible light, the through chamber 769 (collectively 754 of 754-2, 779, and 789) is free, so that accurate mask alignment is possible, and thus the variation is minimized. It is possible to attach the conductor films attached to the through chambers 754-2, 779, 789 and the inner surfaces thereof. After the attachment, a heat treatment, a plating method, a selective CVD method, or the like can be performed to reliably connect the conductor films. When visible light cannot be used, infrared rays, ultraviolet rays, etc. can be used for matching. In order to make the ICR chamber 769 have a predetermined low pressure, an opening for vacuuming can be provided in the second upper substrate 772 or the third lower substrate 783 and can be connected to a vacuum pump. An opening may be provided for cleaning or purging the inside. When the ion source chamber 754-1 has an atmospheric pressure or a relatively high pressure, a required number of intermediate chambers are provided between the ion source chamber 754-1 and the ICR chamber 769, and each of these chambers is provided. It is also possible to reduce the pressure stepwise to bring the ICR to a desired low pressure. In that case, an accelerating electrode or an extracting electrode (which may have a central hole) for accelerating the ions emitted from the ion source can be provided, or can be extracted by a pressure difference. As described above, the FT=ICR mass spectrometer having the ion source chamber 754-1, the ion introduction hole 765, and the wide ICR chamber 769 is completed.

ICR室769において、導電体膜電極755(755−1、3)、756(1、3、4)、767(1、2、3,4)、775(1、2、3、4)、774(1、2、3,4)、776(2、3、4、5)、768(1、2、3,4)、785(1、2、3,4)、784(1、2、3,4)、等はそれぞれ接続して、トラップ電極778(778−2、3)、レシーバー電極778(778−4、5)となる。また、導電体膜電極776(776−1)および786(786−1)はイオン励起電極(電源)778(778−1)および788(788−1)となる。本発明の基板を用いたFT−ICRでは、二次元(平面)方向は基板面と同じサイズまで大きくできるが、高さ方向は、基板厚さで制限される。たとえば、主基板がSi基板である場合、Si基板の厚みは1mm程度が普通に使用される最大の厚さであるから、高さは最大1mmとなるが、図32に示す構造や方式を用いて付着層を重ねていけば所望の高さのICR室を持つものを作製できる。(尚、Siウエハの場合、厚みも任意のものを使用できるので、たとえば、1cm〜10cmの厚みのウエハも作製することができるので、何層も重ねることもなく、かなり高さのあるものでも作製できる。)たとえば、第1主基板751の厚みをh4、第1上部基板752の厚みをh3、第1下部基板753の厚みをh5、第2主基板771の厚みをh1、第2上部基板772の厚みをh8、第2下部基板773の厚みをh2、第3主基板781の厚みをh7、第3上部基板782の厚みをh6、第3下部基板763の厚みをh9とすると、全体厚みはh1〜h9までの和となり、ICR室769の高さはh1〜h7までの和となる。たとえば、h1=h4=h7=1mm、h2=h3=h5=h6=h8=h9=0.2mmとすれば、全体厚みは4.2mm、ICR室769の高さは3.8mmとなる。h1=h4=h7=3mm、h2=h3=h5=h6=h8=h9=0.5mmとすれば、全体厚みは12.0mm、ICR室769の高さは11.0mmとなる。尚、かなり高さのある貫通室は後に示すモールド型を用いた基板インゴット法で一挙に作製することもできる。 In the ICR chamber 769, the conductor film electrodes 755 (755-1, 3), 756 (1, 3, 4), 767 (1, 2, 3, 4), 775 (1, 2, 3, 4), 774. (1, 2, 3, 4), 776 (2, 3, 4, 5), 768 (1, 2, 3, 4), 785 (1, 2, 3, 4), 784 (1, 2, 3) , 4), etc. are respectively connected to form a trap electrode 778 (778-2, 3) and a receiver electrode 778 (778-4, 5). Further, the conductor film electrodes 776 (776-1) and 786 (786-1) become the ion excitation electrodes (power sources) 778 (778-1) and 788 (788-1). In the FT-ICR using the substrate of the present invention, the two-dimensional (plane) direction can be increased to the same size as the substrate surface, but the height direction is limited by the substrate thickness. For example, when the main substrate is a Si substrate, the Si substrate has a thickness of about 1 mm, which is the maximum thickness that is normally used. Therefore, the maximum height is 1 mm, but the structure and method shown in FIG. 32 are used. By stacking the adhesion layers on top of each other, it is possible to fabricate an ICR chamber having a desired height. (In the case of a Si wafer, since any thickness can be used, for example, a wafer with a thickness of 1 cm to 10 cm can be manufactured. For example, the thickness of the first main substrate 751 is h4, the thickness of the first upper substrate 752 is h3, the thickness of the first lower substrate 753 is h5, the thickness of the second main substrate 771 is h1, and the second upper substrate is h1. If the thickness of 772 is h8, the thickness of the second lower substrate 773 is h2, the thickness of the third main substrate 781 is h7, the thickness of the third upper substrate 782 is h6, and the thickness of the third lower substrate 763 is h9, then the total thickness is Is the sum of h1 to h9, and the height of the ICR chamber 769 is the sum of h1 to h7. For example, if h1=h4=h7=1 mm and h2=h3=h5=h6=h8=h9=0.2 mm, then the total thickness is 4.2 mm and the height of the ICR chamber 769 is 3.8 mm. If h1=h4=h7=3 mm and h2=h3=h5=h6=h8=h9=0.5 mm, the total thickness is 12.0 mm and the height of the ICR chamber 769 is 11.0 mm. Incidentally, the through chamber having a considerably high height can be manufactured all at once by the substrate ingot method using a mold as described later.

磁場Bは、トラップ電極A755からトラップ電極756の方向へ向いている。このような磁場Bを生じるために、本発明では2つの方法がある。1つは、ICR室754−2のトラップ電極の外側の一方にN極、他方にS極の電磁石または永久磁石を配置する。これにより、トラップ電極A755からトラップ電極756の方向、あるいは励起電極757および758とへ磁場Bが生じる。もう一つの方法は、ICR室754−2をコイルの内側に配置し、コイルの軸方向をトラップ電極A755からトラップ電極756の方向と一致させて配置する。図33は本発明のコイルを配置したFTICRである。図33(a)は、ICR室を荷電粒子の進行方向と平行に見た図であり、図33(b)は、ICR室の荷電粒子の進行方向から見た断面図である。図31に示したFTICR装置のICR室の外側の周囲をコイルで巻いている。すなあち、が上部基板752上に形成され、そのコイル配線766(766−1)に接続する上部基板752内コンタクト配線(コイル配線)766−3が形成され、このコイル配線766−3に接続する主基板内コイル配線766−4が形成され、このコイル配線766−4に接続する下部基板753内コンタクト配線(コイル配線)766−5が形成され、さらにコイル配線766−5に接続するコイル配線766(766−2)が下部基板753の下面に形成される。このようにして、コイル配線766がスパイラル状にICR室の周囲を取り巻く。 The magnetic field B is directed from the trap electrode A755 to the trap electrode 756. In order to generate such a magnetic field B, there are two methods in the present invention. One is to arrange an electromagnet or a permanent magnet having an N pole on one side and an S pole on the other side of the trap electrode of the ICR chamber 754-2. As a result, a magnetic field B is generated from the trap electrode A 755 to the trap electrode 756 or to the excitation electrodes 757 and 758. The other method is to arrange the ICR chamber 754-2 inside the coil so that the axial direction of the coil coincides with the direction from the trap electrode A 755 to the trap electrode 756. FIG. 33 shows an FTICR in which the coil of the present invention is arranged. FIG. 33(a) is a view of the ICR chamber viewed in parallel with the traveling direction of the charged particles, and FIG. 33(b) is a cross-sectional view of the ICR chamber viewed from the traveling direction of the charged particles. A coil is wound around the outside of the ICR chamber of the FTICR device shown in FIG. That is, the contact wiring (coil wiring) 766-3 in the upper substrate 752 that is connected to the coil wiring 766 (766-1) is formed on the upper substrate 752, and is connected to this coil wiring 766-3. Main substrate coil wiring 766-4 is formed, contact wiring (coil wiring) 766-5 in the lower substrate 753 connected to the coil wiring 766-4 is formed, and further coil wiring connected to the coil wiring 766-5. 766 (766-2) is formed on the lower surface of the lower substrate 753. In this way, the coil wiring 766 spirally surrounds the periphery of the ICR chamber.

コイル配線766−1、766−2は、電極762、763と一緒に形成できる。たとえば、上部基板752や下部基板753が絶縁体である場合は、その上に直接に、上部基板752や下部基板753が絶縁体以外である場合は、その上にSiO2膜やSiN膜やSiNO膜等の絶縁膜を形成後に、導電体膜を積層しパターニングする。導電体膜は、CVD法やPVD法、メッキ法、スキージ法、スクリーン印刷法、これらの組合せ法で形成する。コンタクト配線(コイル配線)766−3、766−5は、コンタクト孔配線760、761と同時に形成できる。たとえば、上部基板752や下部基板753にコンタクト孔を形成した後、上部基板752や下部基板753が絶縁体である場合は、その上に直接に、上部基板752や下部基板753が絶縁体以外である場合は、その上にSiO2膜やSiN膜等の絶縁膜を形成後に、導電体膜を積層しパターニングする。導電体膜は、CVD法やPVD法、メッキ法、スキージ法、スクリーン印刷法、これらの組合せ法で形成する。たとえば、PVD法で、50nm~5000nm積層した後、コンタクト孔の内部だけに感光性膜を形成した後、全面エッチング(異方性ドライエッチング)し、さらにコンタクト内の感光性膜をリムーブした後に、メッキ法でコンタクト内だけにメッキ膜を形成する。これによりコンタクト内コイル配線を形成できる。あるいは、コンタクト孔形成後に、導電体膜を積層し、さらに全面メッキすることによってもコンタクト内コイル配線を形成できる。このとき、上部基板752や下部基板753上にも形成されるが、この導電体膜はコイル配線766−1、2として使用することもできる。 The coil wirings 766-1 and 766-2 can be formed together with the electrodes 762 and 763. For example, when the upper substrate 752 or the lower substrate 753 is an insulator, the SiO2 film, the SiN film or the SiNO film is directly formed on the upper substrate 752 or the lower substrate 753 when the upper substrate 752 or the lower substrate 753 is other than the insulator. After forming an insulating film such as the above, a conductor film is laminated and patterned. The conductor film is formed by a CVD method, a PVD method, a plating method, a squeegee method, a screen printing method, or a combination thereof. The contact wirings (coil wirings) 766-3 and 766-5 can be formed simultaneously with the contact hole wirings 760 and 761. For example, if contact holes are formed in the upper substrate 752 and the lower substrate 753 and then the upper substrate 752 and the lower substrate 753 are made of an insulator, the upper substrate 752 and the lower substrate 753 are made of a material other than the insulator directly. In some cases, an insulating film such as a SiO2 film or a SiN film is formed thereon, and then a conductor film is laminated and patterned. The conductor film is formed by a CVD method, a PVD method, a plating method, a squeegee method, a screen printing method, or a combination thereof. For example, by PVD method, after stacking 50 nm to 5000 nm, a photosensitive film is formed only inside the contact hole, then the entire surface is etched (anisotropic dry etching), and the photosensitive film in the contact is removed. A plating film is formed only in the contact by the plating method. Thereby, the coil wiring in the contact can be formed. Alternatively, the in-contact coil wiring can be formed by laminating a conductor film after forming the contact hole and further plating the entire surface. At this time, although it is also formed on the upper substrate 752 and the lower substrate 753, this conductor film can also be used as the coil wirings 766-1, 2.

あるいは、コンタクト孔を形成後導電体膜を厚く形成する。たとえば、コンタクト孔が200μmであるとき、100μm以上の厚みで積層すればコンタクト孔内がほぼ充填される。上部基板752や下部基板753上にも形成されるが、この導電体膜はコイル配線766−1、2として使用することもできる。あるいは、コンタクト孔を形成後、導電体膜を積層し、さらにスキージ法によってコンタクト孔内を導電体膜(ペースト)で充填できる。このとき、上部基板752や下部基板753との間にギャップを設ければ、上部基板752や下部基板753上にも同時に配線を形成できる。尚、コイル配線766−1、2により、電極762、763がその場所に形成できない場合は、図33に示すように、コイル配線766−1、2の外側に形成すれば良い。コンタクト配線760、761もその場所に形成できない場合は、コイル配線766−1、2の外側に形成すれば良い。そのために、ICR室内の電極配線758、757、759、764等は、ある程度引きまわしをすれば良いだけである。主基板内のコイル配線766−4も同様の方法で形成できる。 Alternatively, the conductor film is formed thick after forming the contact hole. For example, when the contact hole is 200 μm, the inside of the contact hole is almost filled by stacking layers with a thickness of 100 μm or more. Although formed on the upper substrate 752 and the lower substrate 753, this conductor film can also be used as the coil wirings 766-1, 2. Alternatively, after forming the contact hole, a conductor film may be laminated and the inside of the contact hole may be filled with a conductor film (paste) by a squeegee method. At this time, if a gap is provided between the upper substrate 752 and the lower substrate 753, wiring can be formed on the upper substrate 752 and the lower substrate 753 at the same time. If the electrodes 762 and 763 cannot be formed at that location due to the coil wirings 766-1 and 762, they may be formed outside the coil wirings 766-1 and 2 as shown in FIG. If the contact wirings 760 and 761 cannot be formed at that place, they may be formed outside the coil wirings 766-1 and 762. Therefore, the electrode wirings 758, 757, 759, 764 and the like in the ICR chamber need only be routed to some extent. The coil wiring 766-4 in the main board can be formed by the same method.

図34は、図33とは異なる本発明のコイルを配置したFTICRである。図34では、上部基板752上に支柱791(791−1、2)を介在して第2上部基板792を付着させ、下部基板753上に支柱793(793−1、2)を介在して第2下部基板793を付着させ、その後、FTICR装置を基板から切断して、ICR室の周囲をコイル配線795で取り巻いたものである。電極762、763は、コイル795の配置状態に拘わらず、支柱791、793および第2上部基板792、第2下部基板794により囲まれた空間796、797の中に形成できるので、自由に配置できるとともに、空間796、797を密閉状態にもできるので、外部環境にさらされない。また、コイル配線795は、市販されている配線を使用できるので、配線サイズを任意に設定できるし、流す電流も自由に選択できる。また、コイル配線795を絶縁性膜で覆えば、コイル配線795と接触する上部基板752、下部基板753、主基板751、支柱791、793、第2上部基板792、第2下部基板794が絶縁体でない、導電体や半導体であっても、絶縁体膜で被覆しなくても良い。上部基板752への支柱791の付着は、種々の方法で可能である。たとえば、上部基板752へ支柱791となる基板を付着させてから、空間796となる貫通孔を形成する方法がある。上部基板752へ支柱791となる基板を付着するとき、電極762の部分は凸となっているので、支柱791となる基板に予めこの部分に凹部を形成してから付着すれば良い。空間796を形成してから第2上部基板792を付着する。 34 is an FTICR in which the coil of the present invention different from that of FIG. 33 is arranged. In FIG. 34, the second upper substrate 792 is attached on the upper substrate 752 via the columns 791 (791-1, 2), and the second substrate 792 is attached on the lower substrate 753 via the columns 793 (793-1, 2). 2 The lower substrate 793 is attached, then the FTICR device is cut from the substrate, and the periphery of the ICR chamber is surrounded by the coil wiring 795. The electrodes 762 and 763 can be formed freely in the spaces 796 and 797 surrounded by the columns 791 and 793 and the second upper substrate 792 and the second lower substrate 794 regardless of the arrangement state of the coil 795. At the same time, the spaces 796 and 797 can be closed, so that they are not exposed to the external environment. Further, as the coil wiring 795, a commercially available wiring can be used, so that the wiring size can be arbitrarily set and the current to be flown can be freely selected. When the coil wiring 795 is covered with an insulating film, the upper substrate 752, the lower substrate 753, the main substrate 751, the columns 791 and 793, the second upper substrate 792, and the second lower substrate 794 which are in contact with the coil wiring 795 are made of an insulator. However, even if it is a conductor or a semiconductor, it need not be covered with an insulator film. The support 791 can be attached to the upper substrate 752 by various methods. For example, there is a method in which a substrate to be the pillar 791 is attached to the upper substrate 752 and then a through hole to be the space 796 is formed. When the substrate to be the pillar 791 is attached to the upper substrate 752, the electrode 762 has a convex portion. Therefore, a recess may be formed in this portion of the substrate to be the pillar 791 in advance and then to be attached. After forming the space 796, the second upper substrate 792 is attached.

あるいは、第2上部基板792に支柱791となる基板を付着してから、空間796となる貫通孔を形成し、その後、アライメントしながら第2上部基板792に付着した支柱791を上部基板752に付着する。あるいは、支柱791となる基板に空間796となる貫通孔を形成し、上部基板752および第2上部基板792に支柱791を付着させる。下部基板753側も同様に、支柱793および第2下部基板794を付着させる。また、ICR室等を低圧にするために、パージしたりクリーニングしたりするために、上部基板752、下部基板753、第2上部基板792、第1上部基板794に開口部を設ける。さらに、電極762、763を引き伸ばして外側から電圧を印加できるようにする。その後、FTICR装置を単位毎に作製するために基板を切断する。基板切断は、ダイシング法、ワイヤソー法、レーザーカッティング法等で行なうことができる。スクライブラインの部分は、工程ごとに基板を削って薄くしておけば、最後のダイニング時に簡単に切断できる。その後、必要なら、装置の外側に絶縁膜等を形成し、コイル配線795をICR室に巻いていく。必要な磁場を得るために、コイル配線の直径、コイルの材質、巻き数、多重巻きなどを選択する。本発明のICR装置は非常に小さいので、コイルの材質を超伝導体で作製することもできる。装置自体を入れる液体He等の入った容器の大きさも小さくできるので、ランニングコストおよび製作コストも非常に安価にできる。超伝導体として、Nb系、Mg系等の金属超伝導体、銅系酸化物等の高温超電導物質、鉄系超伝導体を使用できる。 Alternatively, after the substrate to be the pillar 791 is attached to the second upper substrate 792, the through hole to be the space 796 is formed, and then the pillar 791 attached to the second upper substrate 792 while being aligned is attached to the upper substrate 752. To do. Alternatively, a through hole that becomes the space 796 is formed in the substrate that becomes the pillar 791, and the pillar 791 is attached to the upper substrate 752 and the second upper substrate 792. Similarly, the pillar 793 and the second lower substrate 794 are attached to the lower substrate 753 side. In addition, openings are provided in the upper substrate 752, the lower substrate 753, the second upper substrate 792, and the first upper substrate 794 for purging or cleaning in order to reduce the pressure in the ICR chamber and the like. Further, the electrodes 762 and 763 are stretched so that a voltage can be applied from the outside. After that, the substrate is cut in order to manufacture the FTICR device in units. The substrate can be cut by a dicing method, a wire saw method, a laser cutting method, or the like. The scribe line part can be easily cut at the last dining if the board is shaved thin in each process. Then, if necessary, an insulating film or the like is formed on the outside of the device, and the coil wiring 795 is wound around the ICR chamber. In order to obtain the required magnetic field, the diameter of the coil wiring, the material of the coil, the number of turns, and multiple turns are selected. Since the ICR device of the present invention is very small, the coil material can be made of a superconductor. Since the size of the container containing the liquid He or the like for containing the apparatus itself can be reduced, the running cost and the manufacturing cost can be made very low. As the superconductor, a Nb-based or Mg-based metal superconductor, a high-temperature superconducting material such as a copper oxide, or an iron-based superconductor can be used.

尚、図33に示す構造の場合にも、図34と同様に、FTICR装置を作製した後に、電極762および763を外して、ICR室を取り囲むようにコイル配線を巻くこともできる。ICR室が10mm×40mmで、全体装置の大きさが15mm×60mmであれば、6インチウエハ(150mm直径)から、12個取れる。材料+製造コストが24万円であれば、1個の価格は2万円となり、従来品は240万円以上なので、サイズもコストも1/100になる。図33および図34では、コイル配線を基板に巻き付けたが、図31に示すようなICR装置が内部に入れるようなコイルを作製し、そのコイルの中にコイル軸とICR室の方向が揃うように配置しても良い。ただし、このときはコイル配線とICR装置は密着せず、場合によってはコイル配線はICR装置から離れているので、コイルも含む全体の大きさは、図33および図34に示す場合よりも大きくなる。 In the case of the structure shown in FIG. 33, as in the case of FIG. 34, after the FTICR device is manufactured, the electrodes 762 and 763 can be removed and the coil wiring can be wound so as to surround the ICR chamber. If the ICR chamber is 10 mm×40 mm and the size of the entire apparatus is 15 mm×60 mm, 12 pieces can be taken from a 6 inch wafer (150 mm diameter). If the material + manufacturing cost is 240,000 yen, the price of one piece will be 20,000 yen, and the conventional product will be 2.4 million yen or more, so the size and cost will be 1/100. In FIG. 33 and FIG. 34, the coil wiring is wound around the substrate. However, a coil is prepared so that the ICR device as shown in FIG. 31 can be placed inside, and the coil axis and the direction of the ICR chamber are aligned in the coil. It may be placed in. However, at this time, the coil wiring and the ICR device do not come into close contact with each other, and in some cases the coil wiring is separated from the ICR device, so that the entire size including the coil becomes larger than that shown in FIGS. 33 and 34. ..

図35は、図19において説明したものとは別のイオン化法を示す図である。このイオン化法はマトリックス支援レーザー脱離イオン化法の一種である。主基板451内に形成された貫通孔(室)454、455、456、457等が形成され、貫通孔(室)454は厚い主基板本体451−1と中央孔481−1を有する隔壁451−2で囲まれている。(側面側は主基板451で囲まれている。)この貫通孔(室)454は試料室であり、第2基板(上部基板)452または第3基板(下部基板)453には試料挿入用の開口部470が空いていて、そこから試料板(サンプルプレート)475を挿入し、主基板451の試料背板451−1に当てる。試料背板451−1には真空引きライン468が空いており、上部基板452または下部基板453にその開口部があいていて、真空ポンプへつながり、試料板475を吸着できるようになっている。サンプルプレート475の中央部には試料476が付着しており、この試料476へ上部基板452または下部基板453に開口された開口部471からレーザー光478が照射される。レーザー光471は外部からレーザー光478を導きレンズ477で集光し、試料476へ照射する。試料476はレーザー光478により、マトリックスの急激な温度上昇が起こり試料物質(マトリックス)が気化及びイオン化する。試料室454の隣(横側、図面に垂直方向)にも貫通室を作り、その貫通室からレーザー光を照射することもできる。 FIG. 35 is a diagram showing an ionization method different from that described in FIG. This ionization method is a kind of matrix-assisted laser desorption/ionization method. Through holes (chambers) 454, 455, 456, 457 and the like formed in the main substrate 451 are formed, and the through holes (chambers) 454 are partition walls 451-having a thick main substrate body 451-1 and a central hole 481-1. Surrounded by two. (The side surface is surrounded by the main substrate 451.) This through hole (chamber) 454 is a sample chamber, and the second substrate (upper substrate) 452 or the third substrate (lower substrate) 453 is used for sample insertion. An opening 470 is vacant, and a sample plate (sample plate) 475 is inserted through the opening 470 and is applied to the sample back plate 451-1 of the main substrate 451. An evacuation line 468 is vacant in the sample back plate 451-1 and an opening is formed in the upper substrate 452 or the lower substrate 453 so that the sample back plate 451-1 can be connected to a vacuum pump to adsorb the sample plate 475. A sample 476 is attached to the central portion of the sample plate 475, and the sample 476 is irradiated with laser light 478 from an opening 471 opened in the upper substrate 452 or the lower substrate 453. The laser beam 471 guides the laser beam 478 from the outside, condenses it with the lens 477, and irradiates the sample 476. The laser beam 478 causes a rapid temperature rise of the sample 476, and the sample substance (matrix) is vaporized and ionized. It is also possible to form a through chamber next to the sample chamber 454 (lateral side, vertical to the drawing) and irradiate the laser beam from the through chamber.

試料板475が立てかけられた試料背板の主基板451−1と対面する主基板隔壁451−2の周りには導電体膜459が形成され、この導電体膜459は、上部基板452または下部基板453内に形成されたコンタクト孔462、そこに形成された導電体膜、そこに接続する上部基板452または下部基板453上に形成された外部電極・配線464に接続している。外部電極・配線464に電圧を印加すると導電体膜459に正または負の電圧が印加される。発生するイオンはこの導電体膜の電圧により引き出され(導電体膜459は引き出し電極とも呼ぶ)、その一部は中央孔481−1を通過し、隣の低圧力室455へ入り、さらに主基板隔壁451−3が有する中央孔481−2を通って、その隣のイオン集束室456へ入り、さらに主基板隔壁451−4が有する中央孔481−3を通って、隣の貫通孔457へ導かれる。この貫通孔457は、たとえば、図19における引き出し電極および加速室307や質量分析室308である。 A conductor film 459 is formed around the main substrate partition wall 451-2 facing the main substrate 451-1 of the sample back plate on which the sample plate 475 is leaned, and the conductor film 459 is formed on the upper substrate 452 or the lower substrate. It is connected to the contact hole 462 formed in 453, the conductor film formed there, and the external electrode/wiring 464 formed on the upper substrate 452 or the lower substrate 453 connected thereto. When a voltage is applied to the external electrode/wiring 464, a positive or negative voltage is applied to the conductor film 459. The generated ions are extracted by the voltage of the conductor film (the conductor film 459 is also referred to as an extraction electrode), and a part thereof passes through the central hole 481-1 and enters the adjacent low pressure chamber 455, and further, the main substrate. It passes through the central hole 481-2 of the partition wall 451-3 and enters the ion focusing chamber 456 adjacent thereto, and further passes through the central hole 481-3 of the main substrate partition wall 451-4 to the adjacent through hole 457. Get burned. This through hole 457 is, for example, the extraction electrode and the acceleration chamber 307 or the mass spectrometry chamber 308 in FIG.

試料室454は大気圧状態なので、その隣室455はたとえば、1torr程度の低圧力室455で、上部基板452または下部基板453に形成された真空引き用の開口部472に接続された真空ポンプにより低圧力にされる。その隣室456にはその内面に導電体膜460が形成され、この導電体膜460は、上部基板452または下部基板453内に形成されたコンタクト孔465、そこに形成された導電体膜、そこに接続する上部基板452または下部基板453上に形成された外部電極・配線466に接続している。この導電体膜460には外部電極・配線466から電圧を印加されるが、イオンビーム479と同じ符号(正または負)の電圧が印加され、イオンビーム479が集束される。導電体膜460を幾つかの領域に分割して、それぞれの領域に電圧を印加できるようにすれば、それらの電圧を調整することによってイオンビーム479を集束しながらかつ軌道を調整することができる。従って、隣室457へ入るイオンビームの位置を調整できるので、より正確に中央孔481−3へ通すことができ、さらにはイオンビーム479を殆ど質量分析室へ導くことができ、イオンの検出感度を高めることができる。イオン集束室456も上部基板452または下部基板453内に真空引きライン用の開口部473が形成され、イオン集束室456内を低真空にできる。たとえば、このイオン集束室456の圧力は10−3〜10−4torrである。(尚、質量分析室はたとえば、10−5〜10−6torrである。)図35では導電体膜459は試料板475を向いているので、イオンがこの導電体膜459の電極に引き寄せられる場合もあるので、そのようなときには電極を分割しておき、中央孔付近の電極に印加する電圧の方を大きくしておき、試料板475を向いている電極にイオンが引き寄せられないようにしても良い。あるいは、試料板475を向いている電極にイオンと同極の電圧を印加して、イオンを跳ね返して、ほとんどのイオンは中央孔の電極側へ向かうようにしても良い。あるいは試料板475を向いている部分の導電体膜は除去しても良い。そのときは、試料室454の隣の低圧室の方に外部電極464等を設けても良い。あるいは、隔壁電極451−2の前に中央孔を有する電極のない隔壁を置き、圧力差でイオンを引き出して来ることもできる。そのとき、試料背板451−1の側面に形成された導電体膜458に印加されたイオンと同電位の電圧を印加してイオンを押出しても良い。 Since the sample chamber 454 is in an atmospheric pressure state, the adjacent chamber 455 is, for example, a low pressure chamber 455 of about 1 torr and is lowered by a vacuum pump connected to the opening 472 for vacuuming formed in the upper substrate 452 or the lower substrate 453. To be pressured. A conductor film 460 is formed on the inner surface of the adjacent chamber 456. The conductor film 460 includes the contact hole 465 formed in the upper substrate 452 or the lower substrate 453, the conductor film formed there, and It is connected to the external electrode/wiring 466 formed on the upper substrate 452 or the lower substrate 453 to be connected. A voltage is applied to the conductor film 460 from the external electrode/wiring 466, but a voltage having the same sign (positive or negative) as that of the ion beam 479 is applied to focus the ion beam 479. If the conductor film 460 is divided into several regions so that a voltage can be applied to each region, the orbit can be adjusted while focusing the ion beam 479 by adjusting those voltages. .. Therefore, since the position of the ion beam entering the adjacent chamber 457 can be adjusted, the ion beam can be more accurately passed through the central hole 481-3, and further, the ion beam 479 can be almost guided to the mass analysis chamber, and ion detection sensitivity can be improved. Can be increased. Also in the ion focusing chamber 456, an opening 473 for a vacuuming line is formed in the upper substrate 452 or the lower substrate 453, so that the inside of the ion focusing chamber 456 can be evacuated to a low vacuum. For example, the pressure of the ion focusing chamber 456 is 10 −3 to 10 −4 torr. (Note that the mass spectrometric chamber is, for example, 10 −5 to 10 −6 torr.) Since the conductor film 459 faces the sample plate 475 in FIG. 35, ions are attracted to the electrode of the conductor film 459. In such a case, the electrode is divided in such a case, and the voltage applied to the electrode in the vicinity of the central hole is increased so that ions are not attracted to the electrode facing the sample plate 475. Is also good. Alternatively, a voltage having the same polarity as that of the ions may be applied to the electrode facing the sample plate 475 to repel the ions, and most of the ions may be directed to the electrode side of the central hole. Alternatively, the part of the conductor film facing the sample plate 475 may be removed. In that case, the external electrode 464 and the like may be provided in the low-pressure chamber adjacent to the sample chamber 454. Alternatively, a partition without an electrode having a central hole may be placed in front of the partition electrode 451-2 and ions can be extracted by a pressure difference. At that time, the ions may be pushed out by applying a voltage having the same potential as the ions applied to the conductor film 458 formed on the side surface of the sample back plate 451-1.

主基板の試料背板451−1の側面には導電体膜458を形成しても良い。この導電体膜458は、上部基板452または下部基板453内に形成されたコンタクト孔461、そこに形成された導電体膜、そこに接続する上部基板452または下部基板453上に形成された外部電極・配線463に接続している。サンプルプレート475は導電体であり、導電体膜458から電圧が印加される。レーザー光478が試料476へ照射されると種々のイオンが発生するが、サンプルプレート475へ印加された電圧と同電位のイオンは試料から飛び出していく。導電体膜459へサンプルプレート475の電圧と逆の電圧をかけると、サンプルプレート475の電圧と同じ符号のイオンが殆ど導電体膜459へ引き寄せられ、中央孔481−1を通りぬけていく。 A conductor film 458 may be formed on the side surface of the sample back plate 451-1 of the main substrate. The conductor film 458 includes a contact hole 461 formed in the upper substrate 452 or the lower substrate 453, a conductor film formed therein, and an external electrode formed on the upper substrate 452 or the lower substrate 453 connected thereto. -Connected to wiring 463. The sample plate 475 is a conductor, and a voltage is applied from the conductor film 458. When the sample 476 is irradiated with the laser beam 478, various ions are generated, but ions having the same potential as the voltage applied to the sample plate 475 jump out from the sample. When a voltage opposite to the voltage of the sample plate 475 is applied to the conductor film 459, most of the ions having the same sign as the voltage of the sample plate 475 are attracted to the conductor film 459 and pass through the central hole 481-1.

イオン照射により熱が発生するので、試料室454は熱くなる。そこで、試料板が立てかけられる主基板壁451−1の試料背板の近傍に凹部469を形成し、この凹部469を冷却するようにする。この冷却は、たとえば冷却水、冷却気体を用いることができる。また、試料室454の周辺にも同様の凹部を形成して冷却することもでき、さらに上部基板452や下部基板453側から冷却することもできる。尚、導電体膜458は熱の良導体でもあるので、サンプルプレート475の熱を効果的に吸収できる。特にサンプルプレート475は真空引きライン468により導電体膜458へ密着しているので、電気的接続や熱の伝達もより良好になる。 Since the ion irradiation generates heat, the sample chamber 454 becomes hot. Therefore, a recess 469 is formed in the vicinity of the sample back plate of the main substrate wall 451-1 on which the sample plate is leaned, and the recess 469 is cooled. For this cooling, for example, cooling water or cooling gas can be used. Further, it is possible to form a similar concave portion around the sample chamber 454 for cooling, and it is also possible to perform cooling from the side of the upper substrate 452 and the lower substrate 453. Since the conductor film 458 is also a good conductor of heat, the heat of the sample plate 475 can be effectively absorbed. Particularly, since the sample plate 475 is in close contact with the conductor film 458 by the vacuum line 468, electrical connection and heat transfer are also improved.

図36は、別のイオン化法の実施形態を示す図である。主基板(第1基板)501の上下面に上部基板(第2基板)502、下部基板(第3基板)503が付着し、主基板501に上部基板(第2基板)502から下部基板(第3基板)503へ貫通する貫通室504(504−1、504−2、504−3)が形成されている。504−1はイオン化室であり、イオン化室504−1にはスプレーガスを導入するスプレーガス導入ライン516が接続する。イオン化室504−1の隣には引き出し電極・加速室504−2があり、それらは中央孔505−1を有する基板隔壁501−2によって隔てられている。引き出し電極・加速室504−2は、中央孔505−1を有する基板側壁501−2および隣室504−3と隔てている中央孔505−2を有する基板隔壁501−4によって隔てられた貫通室である。引き出し電極・加速室504−2には、中央孔505−3を有する引き出し電極となる基板側壁501−3が配置されている。基板側壁501−3の表面には導電体膜電極配線508が形成され、この導電体膜電極配線508は下部基板503の上面にも形成され、下部基板503のコンタクト510を通して下部基板503の下面に形成された外側電極511に接続する。スプレーガスは分析するものを含むガスである。
<ここから>
FIG. 36 is a diagram showing another embodiment of the ionization method. The upper substrate (second substrate) 502 and the lower substrate (third substrate) 503 are attached to the upper and lower surfaces of the main substrate (first substrate) 501, and the upper substrate (second substrate) 502 to the lower substrate (second substrate) 502 are attached to the main substrate 501. (Three substrates) 503 are formed with penetrating chambers 504 (504-1, 504-2, 504-3). 504-1 is an ionization chamber, and a spray gas introduction line 516 for introducing a spray gas is connected to the ionization chamber 504-1. Next to the ionization chamber 504-1 is an extraction electrode/acceleration chamber 504-2, which is separated by a substrate partition wall 501-2 having a central hole 505-1. The extraction electrode/acceleration chamber 504-2 is a penetration chamber separated by a substrate side wall 501-2 having a central hole 505-1 and a substrate partition wall 501-4 having a central hole 505-2 separated from an adjacent chamber 504-3. is there. In the extraction electrode/acceleration chamber 504-2, a substrate side wall 501-3 serving as an extraction electrode having a central hole 505-3 is arranged. A conductor film electrode wiring 508 is formed on the surface of the substrate side wall 501-3, and the conductor film electrode wiring 508 is also formed on the upper surface of the lower substrate 503, and is provided on the lower surface of the lower substrate 503 through the contact 510 of the lower substrate 503. It is connected to the formed outer electrode 511. Spray gas is the gas that contains what is to be analyzed.
<From here>

スプレーガス導入ライン516は、主基板501の中央付近に形成される場合は、中央孔505と同じプロセスで作製することができる。ただし、中央孔505と異なるサイズの場合は、フォトリソおよびエッチングは別々に行なえば良い。スプレーガス導入ライン516は別のスプレーガス導入ライン517を通して上部基板502または下部基板503に開口したスプレーガス導入開口部518へ接続する。スプレーガス導入開口部518をフォトリソ法+エッチング法等により開口した後に、引き続きその開口部分をマスクにして主基板501をエッチング等してスプレーガス導入ライン517を形成することができる。前もってスプレーガス導入ライン517を主基板501に形成し、および/またはスプレーガス導入開口部518を上部基板等へ形成してから、上部基板等を主基板に付着しても良い。或いは、上部基板502または下部基板503に開口部を形成し、その開口部をスプレーガス導入ラインとしても良い。 When the spray gas introduction line 516 is formed near the center of the main substrate 501, the spray gas introduction line 516 can be manufactured by the same process as the central hole 505. However, when the size is different from that of the central hole 505, photolithography and etching may be performed separately. The spray gas introducing line 516 is connected to the spray gas introducing opening 518 opened in the upper substrate 502 or the lower substrate 503 through another spray gas introducing line 517. After opening the spray gas introduction opening 518 by a photolithography method+etching method or the like, the main substrate 501 can be subsequently etched using the opening portion as a mask to form the spray gas introduction line 517. The spray gas introduction line 517 may be formed in the main substrate 501 in advance and/or the spray gas introduction opening 518 may be formed in the upper substrate or the like, and then the upper substrate or the like may be attached to the main substrate. Alternatively, an opening may be formed in the upper substrate 502 or the lower substrate 503 and the opening may be used as a spray gas introduction line.

スプレーガス導入開口部518から試料液体または試料ガスを含むスプレーガス(霧化ガスまたはネブライザーガスとも言う)を入れてイオン化室504−1へスプレーガス525を導入する。イオン化室525の内面には導電体膜506が形成され、その導電体膜506へはコンタクト孔512(上部基板502側)、および/またはコンタクト孔510(下部基板503側)そこに形成された導電体膜、そこに接続する電極・配線513(上部基板502側)、および/または電極・配線511(下部基板503側)が接続し、これらの電極・配線511や513から導電体膜506へ電圧を印加でき、イオン化室525へ導入されたスプレーガス525を印可した電圧と同符号のイオンにイオン化できる。上部基板502上または下部基板503上の導電体膜509は、主基板501と付着させる前にも形成でき、すなわち、上部基板502上または下部基板503上に導電体膜509を形成した後、貫通孔または凹部を開けた主基板501を合わせて付着させれば良い。同様に主基板側面の導電体膜509も貫通孔または凹部を開けた主基板501の側面に形成した後に、上部基板502または下部基板503と主基板501に付着させれば良い。主基板501を2つ以上に分割して、上部基板502側および下部基板503側と別々に形成して、それらを合わせ込んで付着することもできる。スプレーガス導入ライン516の内面にも導電体膜526を形成して、そこに電圧を印加できる。その場合、スプレーガス導入ライン516内でもスプレーガスはイオン化するので、より効率的にイオン化が可能である。スプレーガス導入ライン516の内面にも導電体膜526を形成する方法として、本明細書にも説明しているように、主基板501を分割して、そこに凹部516の半分を形成し、その後この凹部516の表面に導電体膜526を形成し、上下で貼り合わせれば良い。スプレーガス導入ライン517の内面にも導電体膜を形成できる。 A spray gas containing a sample liquid or a sample gas (also referred to as an atomizing gas or a nebulizer gas) is introduced from a spray gas introduction opening 518, and a spray gas 525 is introduced into the ionization chamber 504-1. A conductive film 506 is formed on the inner surface of the ionization chamber 525, and the conductive film 506 has a contact hole 512 (upper substrate 502 side) and/or a contact hole 510 (lower substrate 503 side) formed in the conductive film. The body film, the electrode/wiring 513 (upper substrate 502 side) and/or the electrode/wiring 511 (lower substrate 503 side) connected thereto are connected, and a voltage is applied from these electrodes/wiring 511 and 513 to the conductor film 506. Can be applied, and the spray gas 525 introduced into the ionization chamber 525 can be ionized into ions having the same sign as the applied voltage. The conductor film 509 on the upper substrate 502 or the lower substrate 503 may be formed before being attached to the main substrate 501, that is, after the conductor film 509 is formed on the upper substrate 502 or the lower substrate 503, the penetrating film may be formed. The main substrates 501 having holes or recesses may be attached together. Similarly, the conductor film 509 on the side surface of the main substrate may be formed on the side surface of the main substrate 501 having a through hole or a recess, and then attached to the upper substrate 502 or the lower substrate 503 and the main substrate 501. It is also possible to divide the main substrate 501 into two or more parts, separately form the upper substrate 502 side and the lower substrate 503 side, and attach them together. A conductor film 526 can be formed on the inner surface of the spray gas introduction line 516 and a voltage can be applied thereto. In that case, since the spray gas is ionized also in the spray gas introduction line 516, the ionization can be performed more efficiently. As a method of forming the conductor film 526 also on the inner surface of the spray gas introduction line 516, the main substrate 501 is divided and half of the recesses 516 are formed therein, as described in this specification, and then, A conductor film 526 may be formed on the surface of the concave portion 516, and the upper and lower portions may be bonded together. A conductor film can also be formed on the inner surface of the spray gas introduction line 517.

形成法として、たとえば、スプレーガス導入ライン517を形成後、CVD法またはPVD法またはメッキ法で導電体膜を形成できる。尚、これらの導電体膜は、たとえば、Cu、W、Mo、Ni、Cr、Al、Au、Ti、高濃度ポリSi、導電性炭素(導電性ナノチューブ、グラフェンを含む)等の導電体膜、またはこれらの複合膜や積層膜である。イオン化室504−1は高電圧(たとえば、100V〜10KV)がかかり、イオンが発生するので、熱も発生する。主基板501はたとえばシリコン等で、上部基板502や下部基板503はたとえばガラスや石英等であり、導電体膜や絶縁膜も300度以上の温度までは問題なく持つが、この高温が質量分析室等へ伝達すると特性に影響を及ぼすので、できるだけ温度が上昇しないようにすることが望ましい。本質量分析器は小さいので、冷風を当てたりして全体を冷やすことも簡単であるが、熱くなる部分については特にその部分だけ冷却することが望ましい。イオン化室504−1等は比較的熱くなるので、イオン化室504−1等の周囲の主基板501に凹部519を形成し、この凹部519に冷却水や冷却水を導き、イオン化室504−1等を冷却することができる。この凹部519は上部基板502または下部基板502に開口部521を形成しそこから主基板501をエッチングして形成しても良いし、凹部519を形成してから、上部基板502または下部基板502を主基板501に付着させ、開口部521は前もって形成しても良いし、付着後に形成しても良い。 As a forming method, for example, after forming the spray gas introduction line 517, the conductor film can be formed by the CVD method, the PVD method, or the plating method. Incidentally, these conductor films are, for example, conductor films such as Cu, W, Mo, Ni, Cr, Al, Au, Ti, high-concentration poly-Si, conductive carbon (including conductive nanotubes and graphene), Alternatively, it is a composite film or a laminated film of these. A high voltage (for example, 100 V to 10 KV) is applied to the ionization chamber 504-1 to generate ions, and thus heat is also generated. The main substrate 501 is, for example, silicon or the like, and the upper substrate 502 or the lower substrate 503 is, for example, glass or quartz. The conductor film and the insulating film can have a temperature of 300° C. or higher without any problem, but this high temperature causes the mass analysis chamber. It is desirable to prevent the temperature from rising as much as possible, because the characteristics will be affected if it is transmitted to the. Since this mass spectrometer is small, it is easy to cool the whole by applying cold air, but it is particularly desirable to cool only the part that becomes hot. Since the ionization chamber 504-1 and the like become relatively hot, a recess 519 is formed in the main substrate 501 around the ionization chamber 504-1 and the like, and cooling water and cooling water are introduced into the recess 519, and the ionization chamber 504-1 and the like. Can be cooled. The recess 519 may be formed by forming an opening 521 in the upper substrate 502 or the lower substrate 502 and etching the main substrate 501 from the opening 521. Alternatively, after forming the recess 519, the upper substrate 502 or the lower substrate 502 is formed. The opening 521 may be formed on the main substrate 501 in advance, or may be formed after the attachment.

電極513または511へ高周波電圧を印加してイオン化室504−1に存在する気体をプラズマ化(イオン化)することもできる。このときは、大気圧以下の低圧(たとえば、1torr〜100torr)でもプラズマ化できるので、イオン化室504−1の上下基板502、503へ真空引き用の開口部を設けてイオン化室504−1を低圧にすることもできる。あるいは、引き出し電極用隔壁501−3の導電体膜508とイオン化室504−1内の導電体膜506、509との間に高電圧(たとえば、100V〜10KV)を印加して、イオン化室504−1内のガスや霧をイオン化することもできる。この場合は、隔壁501−2はない方が望ましい。図36の場合も図37と同様に導電体膜506や509をヒータとして使用することもできる。その場合、引き出し電極側とヒータ側の導電体膜506、509との間に高電圧をかけてイオン化室504−1内のガスや霧をイオン化することもできる。 It is also possible to apply a high frequency voltage to the electrode 513 or 511 to plasmaize (ionize) the gas present in the ionization chamber 504-1. At this time, plasma can be formed even at a low pressure below atmospheric pressure (for example, 1 torr to 100 torr). You can also Alternatively, a high voltage (for example, 100 V to 10 KV) is applied between the conductor film 508 of the extraction electrode partition wall 501-3 and the conductor films 506 and 509 in the ionization chamber 504-1, and the ionization chamber 504- It is also possible to ionize the gas and mist inside 1. In this case, it is desirable that the partition wall 501-2 is not provided. In the case of FIG. 36 as well, like the case of FIG. 37, the conductor films 506 and 509 can be used as heaters. In that case, a high voltage can be applied between the extraction electrode side and the heater side conductor films 506 and 509 to ionize the gas or mist in the ionization chamber 504-1.

イオン化室504−1でイオン化したイオンは中央孔505−1を有する隔壁501−2を挟んで隣室に形成された中央孔507を有する基板側壁501−3で引き出されて、中央孔507を通って、さらに中央孔505−2を有する隔壁501−4の中央孔505−2を通って隣室の貫通室504−3へイオンビーム528として進む。引き出し電極・加速室504−2にある導電体膜508には、コンタクト孔510、電極・配線511が形成され、外部から電圧を印加できる。たとえば、イオンと逆電位を印加すればイオンは引き出され加速され、中央孔507を通過するイオンビーム528となる。引き出し電極・加速室504−2にはさらに加速電極(中央孔を有する)や、集束電極を設けても良い。また、図35のイオン集束室456を引き出し電極・加速室504−2の前後に設けてイオンを集束しても良い。隣室504−3は、たとえば質量分析室(図19では308)である。イオン化室504−1と引き出し電極・加速室504−2との間の隔壁501−2は、イオンを引き出し電極501−3で引き出すときに問題がなければ設けなくても良い。たとえば、正イオンを発生するときは、導電体膜506や526に正電圧を印加するが、イオン化室504−1の導電体膜506に印加した正電圧によって、発生した正イオンは中心付近に集束される。この集束した正イオンが負電圧に印加された引き出し電極501−3によって引き出される。このとき、隔壁501−2の中央孔505−1の大きさを調整して、引き出し電極501−3により引き出されやすくする。たとえば、中央孔505−1の大きさを中央孔507より小さくし、引き出し電極501−3の中央孔505−1を通り易くすることもできる。また、イオン化室504−1は大気圧近傍の圧力であるが、隔壁501−2により、引き出し電極・加速室504−2の圧力を下げることもできる。たとえば、隔壁501−2と引き出し電極の隔壁501−3との間に真空引きライン522(522−1)を設けて真空引きすることができる。 Ions ionized in the ionization chamber 504-1 are extracted by the substrate side wall 501-3 having the central hole 507 formed in the adjacent chamber across the partition wall 501-2 having the central hole 505-1, and pass through the central hole 507. Further, the ion beam 528 travels through the central hole 505-2 of the partition wall 501-4 having the central hole 505-2 to the penetrating chamber 504-3 of the adjacent chamber. A contact hole 510 and an electrode/wiring 511 are formed in the conductor film 508 in the extraction electrode/acceleration chamber 504-2, and a voltage can be applied from the outside. For example, when a potential opposite to that of the ions is applied, the ions are extracted and accelerated, and become an ion beam 528 that passes through the central hole 507. The extraction electrode/acceleration chamber 504-2 may be further provided with an acceleration electrode (having a central hole) or a focusing electrode. Further, the ion focusing chamber 456 of FIG. 35 may be provided before and after the extraction electrode/acceleration chamber 504-2 to focus the ions. The adjacent room 504-3 is, for example, a mass spectrometry room (308 in FIG. 19). The partition wall 501-2 between the ionization chamber 504-1 and the extraction electrode/acceleration chamber 504-2 may be omitted if there is no problem when extracting the ions with the extraction electrode 501-3. For example, when generating positive ions, a positive voltage is applied to the conductor films 506 and 526, but the generated positive ions are focused near the center by the positive voltage applied to the conductor film 506 of the ionization chamber 504-1. To be done. The focused positive ions are extracted by the extraction electrode 501-3 applied with a negative voltage. At this time, the size of the central hole 505-1 of the partition wall 501-2 is adjusted to facilitate the extraction by the extraction electrode 501-3. For example, the size of the central hole 505-1 can be made smaller than that of the central hole 507 so that the extraction electrode 501-3 can easily pass through the central hole 505-1. Although the pressure in the ionization chamber 504-1 is near atmospheric pressure, the pressure in the extraction electrode/acceleration chamber 504-2 can be lowered by the partition wall 501-2. For example, the evacuation line 522 (522-1) can be provided between the partition wall 501-2 and the partition wall 501-3 of the extraction electrode to evacuate.

図36で述べた方法は、エレクトロスプレー法(ESI)の一種である。エレクトロスプレー法(ESI)は大気圧イオン化法であるから、イオン化室504−1は大気圧状態であるが、このイオン化室504−1の上部基板502または下部基板503に開口部を設けて、イオン化に影響を及ぼさない程度に排気しても良い。また、別の開口部も設けて窒素パージしたり、乾燥させたりしてイオン化室504−1をクリーニングすることもできる。引き出し電極・加速室504−2の右側の部屋(隔壁501−3と隔壁501−4との間)は真空引きライン522(522−2)を設けて真空引きする。 The method described in FIG. 36 is a type of electrospray method (ESI). Since the electrospray method (ESI) is an atmospheric pressure ionization method, the ionization chamber 504-1 is in an atmospheric pressure state. You may exhaust it to the extent that it does not affect. Further, the ionization chamber 504-1 can be cleaned by providing another opening and purging with nitrogen or drying. The chamber on the right side of the extraction electrode/acceleration chamber 504-2 (between the partition wall 501-3 and the partition wall 501-4) is provided with a vacuuming line 522 (522-2) to evacuate.

図36において、上部電極509と下部電極506を分離し、側面にも導電体膜電極を形成しないで、いわゆる平行平板型電極とし、これらの上部電極509と下部電極506との間に高周波電圧を印加することによって、プラズマが発生し、中央孔516から噴射されたスプレーガス525はイオン化する。特に上部電極509と下部電極506をの距離は500μm〜1mm〜2mmと小さいときは、上部電極509と下部電極506間が高電界になるので、容易にプラズマ化する。これらの電極間距離が2mm以上の場合は、それに応じて高周波電圧の大きさを大きくすることによってプラズマが発生する。中央孔516の内面に形成した上側電極526および下側電極526を分離して、平行平板電極とすればこれらの電極間距離は上部基板502に形成した電極509と下部基板503に形成した電極506との間の距離より小さくなる。中央孔516の内面に形成し分離した上側電極526および下側電極526と上部基板502に形成した電極509と下部基板503に形成した電極506とを側面で接続すれば、中央孔516の内面に形成し分離した上側電極526および下側電極526との間に高周波電圧を印加することによって、もっと小さな電圧で中央孔内でプラズマ化することもできる。貫通室504−1内を低圧にすることもできるので、プラズマ化できる条件を設定しやすい。 In FIG. 36, the upper electrode 509 and the lower electrode 506 are separated, and a conductor film electrode is not formed on the side surface to form a so-called parallel plate type electrode, and a high frequency voltage is applied between the upper electrode 509 and the lower electrode 506. By applying, plasma is generated and the spray gas 525 injected from the central hole 516 is ionized. In particular, when the distance between the upper electrode 509 and the lower electrode 506 is as small as 500 μm to 1 mm to 2 mm, a high electric field is generated between the upper electrode 509 and the lower electrode 506, so that plasma is easily generated. When the distance between these electrodes is 2 mm or more, plasma is generated by increasing the magnitude of the high frequency voltage accordingly. If the upper electrode 526 and the lower electrode 526 formed on the inner surface of the central hole 516 are separated to form parallel plate electrodes, the distance between these electrodes is the electrode 509 formed on the upper substrate 502 and the electrode 506 formed on the lower substrate 503. Less than the distance between. If the upper electrode 526 and the lower electrode 526 formed on the inner surface of the central hole 516 and separated, the electrode 509 formed on the upper substrate 502 and the electrode 506 formed on the lower substrate 503 are connected at the side surface, the inner surface of the central hole 516 is formed. By applying a high-frequency voltage between the upper electrode 526 and the lower electrode 526 that have been formed and separated, plasma can be generated in the central hole with a smaller voltage. Since the inside pressure of the through chamber 504-1 can be set to a low pressure, it is easy to set the conditions under which plasma can be generated.

図37は、大気圧化学イオン化法について説明する図である。図36と同じ材料等は同じ符号を付している。スプレーガス525が入る所は、加熱室504−6であり、加熱室504−6の隣には、中央孔505−1を有する隔壁501−6を介してイオン化室504−7がある。加熱室504−6の内面には導電体膜506や509が積層されている。これらの導電体膜506や509は、薄膜抵抗体であり、抵抗体を挟んで電極511−1、511−2(コンタクト孔は510−1、510−2)や電極513−1、513−2(コンタクト孔は512−1、512−2)が接続している。電極511−1と511−2との間、および/または電極513−1、513−2との間に電流を流せば、薄膜抵抗体509が発熱する。加熱室504−6はたとえば、約300度〜500度Cに加熱され、スプレーガス525は溶媒と試料分子に気化され、中央孔505−1を通ってイオン化室504へ入る。(基板側壁501−6はない場合もある)スプレーガス導入ライン516や517にも薄膜抵抗526を形成し、電流を流して発熱させれば、さらにスプレーガス525の溶媒と試料分子への気化効率が良くなる。 FIG. 37 is a diagram for explaining the atmospheric pressure chemical ionization method. The same materials and the like as those in FIG. 36 are denoted by the same reference numerals. A place where the spray gas 525 enters is a heating chamber 504-6, and next to the heating chamber 504-6, there is an ionization chamber 504-7 via a partition wall 501-6 having a central hole 505-1. Conductor films 506 and 509 are laminated on the inner surface of the heating chamber 504-6. These conductor films 506 and 509 are thin-film resistors, and electrodes 511-1 and 511-2 (contact holes 510-1 and 510-2) and electrodes 513-1 and 513-2 sandwich the resistors. (Contact holes 512-1, 512-2) are connected. When a current is passed between the electrodes 511-1 and 511-2 and/or between the electrodes 513-1 and 513-2, the thin film resistor 509 generates heat. The heating chamber 504-6 is heated to, for example, about 300 to 500° C., the spray gas 525 is vaporized into the solvent and sample molecules, and enters the ionization chamber 504 through the central hole 505-1. (There may be no substrate side wall 501-6) If a thin film resistor 526 is also formed in the spray gas introduction lines 516 and 517 and a current is passed to generate heat, the vaporization efficiency of the spray gas 525 to the solvent and sample molecules is further increased. Will get better.

イオン化室504−7において、先端が尖った(細くなった)電極(尖塔電極)529および530が対面して配置される。電極529は下部基板503側に配置され、コンタクト孔510−3を通して外部電極・配線511−3へ接続する。電極530は上部基板502側に配置され、コンタクト孔512−3を通して外部電極・配線513−3へ接続する。これらの間に電圧を印加すると、放電が起こり、気化された溶媒分子はイオン化され反応イオンとなり、反応イオンと試料分子の間でプロトン授受が起こり(イオン化反応)、試料分子はプロトン付加またはプロトン脱離を起こしイオンとなる。これらのイオンが隔壁501−4の中央孔505−2を通って隣室504−8に配置される引き出し電極に引き出される。すなわち、隣室504−8は引き出し電極・加速室であり、図36における引き出し電極・加速室504−2と同様である。これによって、イオンビーム528が質量分析室等へ導入される。加熱室504−6やイオン化室504−7は温度が上がるので、これらの周囲の主基板501に凹部519を形成し、冷却水や冷却ガスを通してこれらの部屋からの熱を外側へ出さないようにすることが望ましい。図37では、スプレーガス導入ライン516の出口は隔壁501−6の中央孔505−1や尖塔電極529、530と対面しているように記載しているが、気化しない霧がイオン化室504−7へ入り込んだり、尖塔電極529、530へ付着したりして、イオン化室の電場電圧が低下することを避けるために、対面しないように加熱室504−6の側面側(たとえば、図37における紙面の手前または奥側)に設けることが望ましい。また、加熱室504−6の上下基板502または503へ霧やガスの排出口を設けても良いし、そこからポンプで少し排気しても良い。また、メンテナンスのときに、その排出口を用いてN2等で乾燥等を含むパージを行なっても良い。さらにイオン化室504−7にも同様に排出口やパージや真空引き用の開口部を設けても良い。 In the ionization chamber 504-7, electrodes (pointed electrodes) 529 and 530 having sharp tips (thinned tips) are arranged to face each other. The electrode 529 is arranged on the lower substrate 503 side and is connected to the external electrode/wiring 511-3 through the contact hole 510-3. The electrode 530 is disposed on the upper substrate 502 side and is connected to the external electrode/wiring 513-3 through the contact hole 512-3. When a voltage is applied between them, a discharge occurs, the vaporized solvent molecules are ionized and become reaction ions, proton exchange occurs between the reaction ions and the sample molecule (ionization reaction), and the sample molecule is protonated or deprotonated. It becomes separated and becomes an ion. These ions pass through the central hole 505-2 of the partition wall 501-4 and are extracted to the extraction electrode arranged in the adjacent chamber 504-8. That is, the adjacent chamber 504-8 is an extraction electrode/acceleration chamber and is similar to the extraction electrode/acceleration chamber 504-2 in FIG. As a result, the ion beam 528 is introduced into the mass spectrometry room or the like. Since the temperature of the heating chamber 504-6 and the ionization chamber 504-7 rises, a recess 519 is formed in the main substrate 501 around them so that the heat from these chambers does not pass to the outside through the cooling water or the cooling gas. It is desirable to do. In FIG. 37, the outlet of the spray gas introduction line 516 is described as facing the central hole 505-1 of the partition wall 501-6 and the spire electrodes 529 and 530, but the mist that does not vaporize is the ionization chamber 504-7. In order to prevent the electric field voltage of the ionization chamber from decreasing due to the entry into the electrode or the attachment to the pinnacle electrodes 529 and 530, the side surface of the heating chamber 504-6 (for example, the paper surface in FIG. It is desirable to install it on the front or back side. In addition, a discharge port for mist or gas may be provided in the upper and lower substrates 502 or 503 of the heating chamber 504-6, or a small amount of gas may be exhausted by a pump from there. Further, at the time of maintenance, the discharge port may be used to perform purging including drying with N2 or the like. Further, the ionization chamber 504-7 may be similarly provided with an exhaust port and an opening for purging and vacuuming.

尖塔電極529、530の形成方法を以下に説明する。図38は、尖塔電極を有するイオン化室の作製方法を示す図である。図38(a)に示すように下部基板542に付着した厚みh25の主基板541の一部を厚さh26に薄くするために感光性膜543をパターニングする。主基板541と感光性膜543との間に感光性膜543の密着を高めたり、エッチングストッパーとなる膜(たとえば、SiO2等の絶縁膜)を積層しても良い。このパターン543をマスクにして主基板541の厚みがh26である凹部544を形成する。(図38(b))次にh25の厚みを有する主基板541の基板側壁541−1を形成するための感光性膜545(545−1)のパターニングを行なう。同時に凹部544内において尖塔541−3を形成する部分の主基板を残すための感光性膜545(545−2)のパターニングを行なう。(図38(c))この感光性膜545(545−1、2)をマスクにして、主基板541をエッチングし、下部基板542に貫通する貫通孔546を形成する。主基板541がSi基板であり、下部基板がガラス基板や石英基板である場合は、静電陽極結合で強固に付着でき、Si基板を高速に垂直に近いエッチングをして、オーバーエッチングしてもガラス基板542を余りエッチングしないドライエッチングの条件を選定できる。このエッチングで、厚みh25の基板隔壁541−1およびエッチングしていない主基板541、尖塔電極541−3を形成すべき部分の主基板541−2が形成される。(図38(d)) The method of forming the steeple electrodes 529 and 530 will be described below. FIG. 38 is a diagram showing a method for manufacturing an ionization chamber having a steeple electrode. As shown in FIG. 38A, the photosensitive film 543 is patterned in order to reduce a part of the main substrate 541 having the thickness h25 attached to the lower substrate 542 to the thickness h26. Between the main substrate 541 and the photosensitive film 543, the adhesion of the photosensitive film 543 may be enhanced, or a film serving as an etching stopper (for example, an insulating film such as SiO 2) may be laminated. Using the pattern 543 as a mask, a recess 544 having a thickness h26 of the main substrate 541 is formed. (FIG. 38B) Next, the photosensitive film 545 (545-1) for forming the substrate side wall 541-1 of the main substrate 541 having a thickness of h25 is patterned. At the same time, patterning is performed on the photosensitive film 545 (545-2) for leaving the main substrate in the recess 544 where the spire 541-3 is formed. (FIG. 38C) The main substrate 541 is etched using the photosensitive film 545 (545-1, 2) as a mask to form a through hole 546 penetrating the lower substrate 542. When the main substrate 541 is a Si substrate and the lower substrate is a glass substrate or a quartz substrate, they can be firmly attached by electrostatic anodic bonding, and even if the Si substrate is etched at a high speed in a nearly vertical direction, overetching It is possible to select a dry etching condition in which the glass substrate 542 is not so much etched. By this etching, the substrate partition wall 541-1 having a thickness h25, the unetched main substrate 541, and the main substrate 541-2 of the portion where the spire electrode 541-3 is to be formed are formed. (Fig. 38(d))

次に感光性膜547をパターニングし、基板側壁541−1等の主基板541をエッチングすべきではない部分に感光性膜547−1のパターニングを行なう。このとき、基板側壁541−1の側面がエッチングされないようにするために、基板側壁541−1の側面も感光性膜547−1で覆う。同時に尖塔電極541−3を形成すべき部分の主基板541−2に尖塔電極541−3を形成するための感光性膜547−2のパターニングを行なう。(図38(e))この感光性膜547−2をマスクにして、主基板541−2をエッチングする。このエッチングはサイドエッチングも行なうエッチングである。サイドエッチング量と縦方向のエッチング量がコントロールされた条件で行ない、このサイドエッチング法は、縦方向エッチング量h26を行なうとサイドエッチング量がh27になるようなエッチングである。従って、感光性膜547−2の幅(直径)を2×h27とし、h27=h26とすると、主基板541−3が縦方向にh26エッチングされて下部基板542が露出するとエッチングされたパターン541−3は先端が尖塔となる円錐形状となる。{図38(f)、(g)} Next, the photosensitive film 547 is patterned, and the photosensitive film 547-1 is patterned on a portion such as the substrate side wall 541-1 where the main substrate 541 should not be etched. At this time, in order to prevent the side surface of the substrate side wall 541-1 from being etched, the side surface of the substrate side wall 541-1 is also covered with the photosensitive film 547-1. At the same time, the photosensitive film 547-2 for forming the steeple electrode 541-3 is patterned on the main substrate 541-2 in the portion where the steeple electrode 541-3 is to be formed. (FIG. 38E) The main substrate 541-2 is etched by using the photosensitive film 547-2 as a mask. This etching is etching that also performs side etching. The side etching amount and the vertical etching amount are controlled under the controlled conditions. In this side etching method, the side etching amount becomes h27 when the vertical etching amount h26 is performed. Therefore, if the width (diameter) of the photosensitive film 547-2 is set to 2×h27 and h27=h26, the main substrate 541-3 is vertically etched by h26 and the lower substrate 542 is exposed. 3 has a conical shape with a steeple tip. {Fig. 38(f), (g)}

次に、導電体膜を積層し、パターニングして図38(h)に示すように、円錐形状の主基板541−3の全体を覆う導電体膜パターン548および、それに接続し下部基板上に延びる配線パターン549を形成する。配線パターン549は下部基板542内に形成するコンタクト孔550、そこに形成される導電体膜を通して、下部基板542の下面に形成される導電体膜電極・配線551に接続する。同様のパターンを上部基板540側にも形成し、図38(i)に示すように、上部基板540側の基板側壁552(552−1)と下部基板542側の基板側壁541(541−1)と重ね合わせると、円錐状の尖塔電極が対面したイオン化室を形成できる。尚、重ね合わされるのは基板側壁552(552−1)と基板側壁541(541−1)だけでなく、同じ高さに形成された主基板同士552および541も重ね合わされることは言うまでもない。本明細書で説明したように、主基板552および541同士の付着は、接着剤を用いる方法、常温接合、拡散接合、高温接合、静電結合等種々の方法を用いることができる。特に主基板がSi基板や導電体基板の場合は、ガラス基板や石英基板553を間に挟むことによって、静電陽極接合を用いて強固に付着することができる。 Next, as shown in FIG. 38(h), a conductor film is laminated and patterned, and as shown in FIG. 38(h), a conductor film pattern 548 covering the entire conical main substrate 541-3 and the conductor film pattern 548 connected thereto and extending on the lower substrate. A wiring pattern 549 is formed. The wiring pattern 549 is connected to the conductor film electrode/wiring 551 formed on the lower surface of the lower substrate 542 through the contact hole 550 formed in the lower substrate 542 and the conductor film formed therein. A similar pattern is also formed on the upper substrate 540 side, and as shown in FIG. 38I, the substrate sidewall 552 (552-1) on the upper substrate 540 side and the substrate sidewall 541 (541-1) on the lower substrate 542 side. When it is overlapped with, the ionization chamber where the conical steeple electrodes face each other can be formed. It goes without saying that not only the substrate side wall 552 (552-1) and the substrate side wall 541 (541-1) are superposed, but also the main substrates 552 and 541 formed at the same height are superposed. As described in this specification, the main substrates 552 and 541 can be attached to each other by various methods such as a method using an adhesive, room temperature bonding, diffusion bonding, high temperature bonding, and electrostatic bonding. Particularly, when the main substrate is a Si substrate or a conductor substrate, a glass substrate or a quartz substrate 553 can be sandwiched between the substrates to firmly attach them using electrostatic anodic bonding.

図38では、一対の尖塔電極を示したが、複数対の尖塔電極を設けることによって、放電領域を増やせるので、イオン化効率が高くなる。尖塔電極作製時に主基板541−2をある程度オーバーエッチングする必要があるので、完全に尖った尖塔電極を作るとh26より小さくなり、尖塔電極の高さh27はある程度ばらつく。従って、上下基板を付着させた後の尖塔電極の先端同士の距離も少しばらつき、放電電圧もばらつくが、各電極には個別に電圧を印加できるので、多数の尖塔電極を形成した場合でも、電圧値を変化させることによって、安定した放電を行なわせることができる。 In FIG. 38, a pair of pinnacle electrodes is shown, but by providing a plurality of pairs of pinnacle electrodes, the discharge region can be increased, so that the ionization efficiency is increased. Since it is necessary to overetch the main substrate 541-2 to some extent when manufacturing the steeple electrode, the height h27 of the steeple electrode varies to some extent when the perfectly sharpened steeple electrode is smaller than h26. Therefore, the distance between the tips of the pinnacle electrodes after the upper and lower substrates are attached varies slightly, and the discharge voltage also varies, but since voltage can be applied individually to each electrode, even when multiple pinnacle electrodes are formed, the voltage By changing the value, stable discharge can be performed.

図38では上部基板または下部基板を主基板に付着させてから主基板を用いて尖塔電極を形成したが、前持って尖塔電極を上部基板または下部基板に付着させて、その後に凹部を形成した主基板を付着させて図38(g)の状態を作製することもできる。この場合、尖塔電極全体を導電体電極とすることができ、高電圧に強い電極を作製できる。また、上部基板または下部基板を主基板に付着させて、尖塔電極を形成すべき領域にある主基板を全部エッチング除去して(すなわち、図38(b)において、完全な貫通室とする)、尖塔電極をマウント装置で所定の位置に付着させることもできる。尖塔電極全体が導電体であるときは、尖塔電極の真下の上下部基板内にコンタクト孔を形成することができるので、導電体膜548や549を形成しなくても良い。また、図38(b)の図に示すような凹部544を形成しなくても、直接尖塔電極を形成して、サイドエッチング時に尖塔電極の高さh27を調整しても良い。特に対面する側が尖塔電極でなく平行平板電極の場合は、尖塔電極と平行平板電極との距離を比較的大きく取れるので、有効である。さらに、h26の主基板を最初に用いて尖塔電極および基板側壁(この時の高さはh25より小さい)、後に基板側壁等付着させる部分に必要な高さの別の主基板またはガラス等の基板を付着させて図38(g)に示すような構造を実現することもできる。 In FIG. 38, the upper substrate or the lower substrate is attached to the main substrate and then the steeple electrode is formed using the main substrate. However, the steeple electrode is attached to the upper substrate or the lower substrate by holding the front substrate and then the recess is formed. It is also possible to attach the main substrate to produce the state shown in FIG. In this case, the entire steeple electrode can be used as a conductor electrode, and an electrode resistant to high voltage can be manufactured. Further, the upper substrate or the lower substrate is attached to the main substrate, and the main substrate in the region where the steeple electrode is to be formed is completely removed by etching (that is, a complete penetrating chamber in FIG. 38B). It is also possible to attach the pinnacle electrode in place with a mounting device. When the entire steeple electrode is a conductor, the contact holes can be formed in the upper and lower substrates directly below the steeple electrode, so that the conductor films 548 and 549 need not be formed. Further, it is also possible to directly form the steeple electrode and adjust the height h27 of the steeple electrode during side etching without forming the recess 544 as shown in FIG. 38(b). In particular, when the facing surface is not a spire electrode but a parallel plate electrode, it is effective because the distance between the spire electrode and the parallel plate electrode can be made relatively large. Further, the main substrate of h26 is first used to form a steeple electrode and the side wall of the substrate (the height at this time is smaller than h25), and another main substrate having a height necessary for the portion to be attached later such as the side wall of the substrate or a substrate such as glass. Can be attached to realize a structure as shown in FIG.

図38では、上下基板に尖塔電極を形成したが、一方を平行平板電極にしても放電(コロナ放電など)を行なわせて、気化されたガスをイオン化することができる。この場合平行平板電極を図38(h)に示す導電体膜549のように上部基板または下部基板上に形成することができるが、前もって上部基板または下部基板上に導電体膜パターンを形成したり、平板電極を付着させて、その後貫通孔をあけた主基板と付着させて、その後図38(f)に示すように下部基板側と上部基板側を付着させることができる。この場合、尖塔電極を形成する方は複数の尖塔電極を形成することもできる。 In FIG. 38, the spire electrodes are formed on the upper and lower substrates, but even if one of them is a parallel plate electrode, discharge (corona discharge or the like) can be performed to ionize the vaporized gas. In this case, the parallel plate electrode can be formed on the upper substrate or the lower substrate like a conductor film 549 shown in FIG. 38(h), but a conductor film pattern can be formed on the upper substrate or the lower substrate in advance. It is possible to attach a plate electrode and then attach it to a main substrate having a through hole, and then attach a lower substrate side and an upper substrate side as shown in FIG. 38(f). In this case, the person who forms the steeple electrode can also form a plurality of steeple electrodes.

図37において、イオン化室504−7で発生したイオンは隣室504−8に入るが、隣室504−8はたとえば引き出し電極室であり、引き出し電極により発生したイオン528が引張られていく。しかし、イオン化室504−7は中央孔505−2を有する基板側壁板501−4で隣室504−8と仕切られているので、イオンの引き出し力は余り強くない。そこで、基板側壁板501−4と対面する側の主基板側壁に導電体膜電極を形成し、隣室504−8へ入れたいイオンと同じ符号(正または負)の電圧をかけておき、発生するイオンを押出して隣室504−8へ所望の符号を持つイオンを出射することができる。図37では、基板側壁板501−4と対面するのは、基板側壁板501−6であるが、中央孔505−1があるために、基板側壁板501−6の側面に形成する導電体膜の面積は小さいので、イオンを押し出す力が弱い場合がある。あるいは、基板側壁板501−6を設けない場合は、対面する所は、基板側壁501−1であるが、距離が離れ過ぎているため、イオンを押し出す力が弱くなる。そこで、隣室504−8の位置を基板側壁板501−6の対面には配置しないで、たとえば、隣室504−8と基板側壁板501−6の関係を90度の位置関係とする。そうすれば、隣室504−8の対面は基板側壁(イオン化室504−7において、図37では紙面と垂直方向の位置にある)であり、この基板側壁には側面全体に導電体膜電極を形成できるので、イオンを押出す力は十分であり、発生したイオンは大部分隣室504−8へ入る。 In FIG. 37, the ions generated in the ionization chamber 504-7 enter the adjacent chamber 504-8, but the adjacent chamber 504-8 is, for example, the extraction electrode chamber, and the ions 528 generated by the extraction electrode are pulled. However, since the ionization chamber 504-7 is partitioned from the adjacent chamber 504-8 by the substrate side wall plate 501-4 having the central hole 505-2, the ion extraction force is not so strong. Therefore, a conductor film electrode is formed on the side wall of the main substrate on the side facing the substrate side wall plate 501-4, and a voltage having the same sign (positive or negative) as the ions to be put into the adjacent chamber 504-8 is applied and generated. Ions can be pushed out and ions having a desired sign can be emitted to the adjacent chamber 504-8. In FIG. 37, it is the substrate side wall plate 501-6 that faces the substrate side wall plate 501-4, but the conductor film formed on the side surface of the substrate side wall plate 501-6 due to the central hole 505-1. Since the area of is small, the force to push out the ions may be weak. Alternatively, when the substrate side wall plate 501-6 is not provided, the facing surface is the substrate side wall 501-1, but since the distance is too large, the force for pushing out the ions becomes weak. Therefore, the position of the adjacent chamber 504-8 is not arranged on the opposite side of the substrate side wall plate 501-6, but for example, the relationship between the adjacent chamber 504-8 and the substrate side wall plate 501-6 is set to a 90-degree positional relationship. Then, the facing surface of the adjacent chamber 504-8 is the side wall of the substrate (in the ionization chamber 504-7, the position is perpendicular to the paper surface in FIG. 37), and the conductive film electrode is formed on the entire side surface of the side wall of the substrate. Therefore, the force for pushing out the ions is sufficient, and most of the generated ions enter the adjacent chamber 504-8.

図19では、イオンを固体試料に照射してイオンおよび中性粒子を発生させている。(この場合、イオン化が十分であれば、レーザー照射等は必ずしも必要はない。図39は高速原子衝撃法(FAB)の一種である連続フロー(CF)−FABイオン化を本発明に適用した実施形態を示す図である。上部基板562および下部基板563に主基板561が付着し、貫通室564−1、564−2、564−3等が形成されている。貫通室564−1と564−2は中央孔565−1を有する基板側壁561−3により隔てられ、貫通室564−2と564−3は中央孔565−4を有する基板側壁561−10により隔てられている。貫通室564−1はイオン化室であり、その側面側の基板側壁561−1の中央部には試料導入孔566が形成され、そこにつながる縦方向試料導入孔567が形成されている。試料導入孔566は中央孔565−1等と同じ方法で形成できる。縦方向試料導入孔567は上部基板に開口部568−1が形成され、そこに繋がっている。 In FIG. 19, the solid sample is irradiated with ions to generate ions and neutral particles. (In this case, if ionization is sufficient, laser irradiation or the like is not always necessary. FIG. 39 shows an embodiment in which continuous flow (CF)-FAB ionization, which is a type of fast atom bombardment method (FAB), is applied to the present invention. The main substrate 561 is attached to the upper substrate 562 and the lower substrate 563 to form penetration chambers 564-1, 564-2, 564-3, etc. Penetration chambers 564-1 and 564-2. Are separated by a substrate side wall 561-3 having a central hole 565-1, and the through chambers 564-2 and 564-3 are separated by a substrate side wall 561-10 having a central hole 565-4. Is an ionization chamber, and a sample introduction hole 566 is formed in the center of the substrate side wall 561-1 on the side surface side thereof, and a vertical direction sample introduction hole 567 connected to the sample introduction hole 566 is formed. It can be formed by the same method as that of 565-1 etc. The vertical sample introduction hole 567 has an opening 568-1 formed in the upper substrate and is connected thereto.

被検出成分は移動相と共に試料導入用開口部568−1から縦方向試料導入孔567さらに試料導入孔566を通じてイオン化室564−1へ入る。移動相として、たとえばグリセリン等の粘性の高い液体(マトリックス)を0.1〜数%の濃度になるように加えた有機溶媒または有機溶媒/水が用いられる。試料導入孔566の出口部573において、有機溶媒や水は揮発し、被検出成分を溶かした状態でマトリックスは試料導入孔566の出口部573の基板側面に染み出す。このとき、溶媒等の気化によって被検出成分はマトリックス中に濃縮される。イオン化室の上部基板等には開口部568−2が空いていて、その上に配置されたFAB銃570で数kVに加速されたXeやAr等の中性高速原子ビーム571がマトリックス574へ照射される。この高速原子の持つ運動エネルギーによりマトリックスや揮発せずに残った溶媒分子等がイオン化され、イオンと被検出成分の間でプロトンや電子の移行が起こる。その結果、被検出成分の正及び負イオンを生成する。生成したイオンはイオン化室564−1の隣にある引き出し電極・加速室564−2へ入り、加速・集束されてイオンビーム575として隣室564−3へ導かれる。この隣室564−3はたとえば、質量分析室である。引き出し電極・加速室564−2には複数の加速電極や集束(収束)電極561−4、5等が配置され、所々に真空引き開口部568−3が開口され、引き出し電極・加速室564−2が低圧にされる。加速電極や集束(収束)電極561−4、5は、中央孔565−2、3等を有する基板側壁でその周りを導電体膜が形成され、電圧を印加できる。イオン化室564−1も上部基板等へ真空引き用の開口部を設けて低圧にすることもできる。さらにはイオン銃そのものを含めてイオン化室を真空箱へ納めることによってイオン化室を低圧にすることができる。また、原子ビーム571が照射する主基板側面が熱を発生する場合には、その背面側に冷却室を設けることもできる。原子ビーム571が照射する主基板側面には各種絶縁膜の他に導電体膜を形成することもでき、発生する熱等を速やかに外部へ伝達することができる。図39に示したイオン化法は、CF−FAB法と呼ばれていて、本発明を用いると非常に小さく構成でき、しかも簡単に作製でき、正確な測定も可能となる。 The component to be detected enters the ionization chamber 564-1 together with the mobile phase from the sample introduction opening 568-1 through the vertical sample introduction hole 567 and the sample introduction hole 566. As the mobile phase, for example, an organic solvent or organic solvent/water to which a highly viscous liquid (matrix) such as glycerin is added so as to have a concentration of 0.1 to several% is used. At the outlet portion 573 of the sample introduction hole 566, the organic solvent and water are volatilized, and the matrix exudes to the side surface of the substrate at the outlet portion 573 of the sample introduction hole 566 in a state where the components to be detected are dissolved. At this time, the components to be detected are concentrated in the matrix due to vaporization of the solvent or the like. The upper substrate of the ionization chamber has an opening 568-2, and the FAB gun 570 placed on the opening 568-2 irradiates the matrix 574 with a neutral high-speed atomic beam 571 such as Xe or Ar accelerated to several kV. To be done. The kinetic energy of these fast atoms ionizes the matrix, solvent molecules remaining without volatilization, and the transfer of protons and electrons between the ions and the component to be detected. As a result, positive and negative ions of the component to be detected are generated. The generated ions enter the extraction electrode/acceleration chamber 564-2 adjacent to the ionization chamber 564-1, are accelerated and focused, and are guided to the adjacent chamber 564-3 as an ion beam 575. This adjacent chamber 564-3 is, for example, a mass spectrometry chamber. In the extraction electrode/acceleration chamber 564-2, a plurality of acceleration electrodes, focusing (converging) electrodes 561-4, 5 and the like are arranged, vacuum drawing openings 568-3 are opened in some places, and the extraction electrode/acceleration chamber 564- 2 is brought to low pressure. The accelerating electrodes and focusing (converging) electrodes 561-4, 5 are formed with conductor films around the side walls of the substrate having central holes 565-2, 3 etc., and a voltage can be applied. The ionization chamber 564-1 can also be set to a low pressure by providing an opening for vacuuming the upper substrate and the like. Furthermore, the ionization chamber including the ion gun itself can be housed in a vacuum box to lower the pressure of the ionization chamber. Further, when the side surface of the main substrate irradiated by the atomic beam 571 generates heat, a cooling chamber can be provided on the back side thereof. On the side surface of the main substrate irradiated with the atomic beam 571, a conductor film can be formed in addition to various insulating films, and the generated heat or the like can be quickly transmitted to the outside. The ionization method shown in FIG. 39 is called the CF-FAB method, and when the present invention is used, it can be made extremely small and can be easily manufactured, and accurate measurement can be performed.

<コリジョンセル>
質量分析装置では、分析精度や分析感度を高めるために、イオンビーム軸に沿って複数の四重極等の多重極電極室を複数並べて、前段の四(多)重極室から出射したイオンを次段の四(多)重極室に取り込む効率を高めたものも実用されている。その中で、本発明を用いて作製したコリジョンセルについて説明する。コリジャンセルは、本明細書で示す四重極質量分析室において、上部基板または下部基板に設けた開口部からAr、N2、O2、NH3等の衝突ガスや反応ガスを外部から導入し、前段から進入したイオンビームとこれらの導入ガスと衝突させて、イオンを解離したり、反応させたりして、プロダクトイオンを生成する。このプロダクトイオンを四重極電極に印加される高周波電圧(直流バイアス電圧を印加する場合もある)を印加して、イオンを次段の四(多)重極室等に送る。従って、本発明では非常に簡単に四重極電極室をコリジョンセルに変更できる。すなわち、衝突ガスや反応ガスを外部から導入口と排出口(排出口は真空ポンプに接続する)を形成する。
<Collision cell>
In a mass spectrometer, multiple multipole electrode chambers such as multiple quadrupoles are arranged along the ion beam axis in order to increase the analysis accuracy and sensitivity, and the ions emitted from the preceding (four) multipole chambers are analyzed. The one with higher efficiency to be taken into the next (four) multipole chamber is also in practical use. Among them, the collision cell manufactured by using the present invention will be described. In the quadrupole mass spectrometric chamber shown in the present specification, the Coryjan cell introduces a collision gas or a reaction gas such as Ar, N2, O2, and NH3 from the outside through an opening provided in the upper substrate or the lower substrate, and enters from the previous stage. The produced ion beam is made to collide with these introduced gases to dissociate or react with the ions to generate product ions. A high-frequency voltage (a DC bias voltage may be applied) applied to the quadrupole electrode is applied to the product ions, and the ions are sent to the next-stage quadrupole chamber or the like. Therefore, in the present invention, the quadrupole electrode chamber can be changed to a collision cell very easily. That is, the collision gas and the reaction gas are externally provided with an inlet and an outlet (the outlet is connected to a vacuum pump).

コリジョンセルには気体が導入されるので、前段または後段の貫通室(たとえば、質量分析室)よりも圧力が高くなるので、前段または後段の貫通室へ影響をできるだけ与えないように、前段または後段の貫通室との間にさらに貫通室を設け、その貫通室に真空びきラインを接続して真空びきすることもできる。また、それらの貫通室同士の隔壁に備わる中央孔(イオンビームが通る)を小さくしたり、または大きくしたり、あるいは長さを調節してガスの出入りを調節することもできる。貫通室同士の隔壁に備わる中央孔(イオンビームが通る)を小さくする場合、イオンビームが隔壁に衝突しないようにするために、その隔壁自体に電極を設けてイオンビームを集束することもできる。または、貫通室の前にイオンビーム集束用の中央孔を有する隔壁(基板側壁)を別に配置しても良い。本発明は、複数の貫通室や隔壁や導電体膜を設けても工程は殆ど同じであるから、作製上および製造コスト上の増大は余りない。(少し面積が増えるが、小さいので問題にならない。)従って、念のための貫通室や隔壁、導電体膜隔壁(これはイオン(加速または集束)レンズと呼んでも良い)を設けておき、必要な場合に外部から電圧を印加し、不要な場合は何もしないだけで良い。 Since gas is introduced into the collision cell, the pressure becomes higher than that of the through chamber in the preceding or subsequent stage (for example, the mass spectrometry chamber). It is also possible to further provide a through chamber with the through chamber and to connect a vacuum sweeping line to the through chamber for vacuum sweeping. In addition, the central hole (where the ion beam passes) provided in the partition between the through chambers can be made smaller or larger, or the length can be adjusted to adjust the gas flow. When the central hole (where the ion beam passes) provided in the partition walls of the through chambers is made small, in order to prevent the ion beam from colliding with the partition walls, the partition walls themselves may be provided with electrodes to focus the ion beam. Alternatively, a partition wall (substrate side wall) having a central hole for focusing the ion beam may be separately arranged in front of the penetration chamber. In the present invention, even if a plurality of through chambers, partition walls, and conductor films are provided, the steps are almost the same, so there is little increase in manufacturing and manufacturing costs. (Although the area increases a little, but it is not a problem because it is small.) Therefore, it is necessary to provide a penetrating chamber, a partition, and a conductive film partition (this may be called an ion (accelerating or focusing) lens) just in case. In such a case, a voltage is applied from the outside, and if unnecessary, nothing is done.

<イオントラップ型質量分析装置>
次に、本発明はイオントラップ型質量分析装置にも適用することができる。図40はイオントラップ型質量分析装置の作製方法を示す図である。サポート基板602に主基板601が付着している。サポート基板602はガラス、セラミック、プラスティック等の絶縁体基板、Si等の半導体基板、CuやAlやFe等の導電体基板等種々の基板を使用することができる。サポート基板602と主基板601との付着方法は接着剤や低融点半田(金属)で付着させて、後で示すように、主基板601と分離できるようにする。接着剤の場合は、紫外線照射で剥離できるものや熱をかけることにより脱着できるようなものを使用できる。サポート基板602に付着した主基板601の表面に感光性膜603を形成し、イオントラップ型質量分析装置を形成すべき領域を窓開けする。(図40(a))次に、窓開けした部分の主基板601を所定厚みまでエッチングし、主基板601の凹部604を形成する。この所定厚みとはイオントラップ型質量分析装置のリング電極の半径にほぼ等しい。(図40(b))(主基板の厚みh31、所定厚みh32)
<Ion trap mass spectrometer>
Next, the present invention can also be applied to an ion trap mass spectrometer. FIG. 40 is a diagram showing a method for manufacturing an ion trap mass spectrometer. The main substrate 601 is attached to the support substrate 602. As the support substrate 602, various substrates such as an insulating substrate made of glass, ceramic, plastic or the like, a semiconductor substrate made of Si or the like, a conductive substrate made of Cu, Al, Fe or the like can be used. As a method of attaching the support substrate 602 and the main substrate 601, the support substrate 602 is attached with an adhesive or a low melting point solder (metal) so that it can be separated from the main substrate 601 as described later. In the case of an adhesive, an adhesive that can be peeled off by irradiation with ultraviolet rays or an adhesive that can be detached by applying heat can be used. A photosensitive film 603 is formed on the surface of the main substrate 601 attached to the support substrate 602, and a region where an ion trap mass spectrometer is to be formed is opened. (FIG. 40(a)) Next, the main substrate 601 in the portion where the window is opened is etched to a predetermined thickness to form a recess 604 in the main substrate 601. This predetermined thickness is approximately equal to the radius of the ring electrode of the ion trap mass spectrometer. (FIG. 40(b)) (main substrate thickness h31, predetermined thickness h32)

次に、感光性膜603を除去し、再度感光性膜605を塗布(または付着)し、フォトリソ法により、基板側壁や主基板として残すべき部分605−3、4およびイオントラップ型質量分析装置のリング電極形成用パターン605−1、2を形成する。イオントラップ型質量分析装置のリング電極形成用パターン605−1、2は主基板601の凹部604に形成される。このときの平面パターンは図40(k)に示すように感光性膜パターン605−1および605−2は繋がっていて、円形状パターンとなっている。(尚、正方形または矩形状パターンでも、イオントラップ型質量分析装置電極の電圧条件を調整することによって、四重極電場を形成することができる。)(図40(c))次に、これらの感光性膜パターン605をマスクにして主基板601をエッチングする。このとき、一部の主基板601−1、2、3を残す。(厚みh33)主基板601のエッチングはサイドエッチングが行なわれるように、ウエットエッチングまたはドライエッチング法を用い等方性エッチングで行なう。またはアルカリウエットエッチングでシリコンの結晶軸に沿ったエッチングを行ない、横方向もエッチングする。一定厚みh33を制御性良く残してエッチングする方法は種々知られている。たとえば、前もってシリコン基板中に高濃度のP型拡散層を形成しておけば(基板貼り合わせ法でも可能)、その部分がエッチングストッパーとなる。(図40(d))感光性膜605をリムーブした状態が図40(e)である。次に、リング電極となる部分における中央部の空洞となる部分606−2の主基板601−2をエッチング除去する。このエッチングは、感光性膜を形成してこの部分だけ窓開けした後に垂直(異方性)エッチングで行なう。このとき、主基板601−4、601−7、601−1、601−3等はエッチングしない。リング電極となる部分601−5、6の部分は高さがコントロールできればある程度エッチングしても良い。(特性は、電圧を変化させて調整可能)(図40(f)) Next, the photosensitive film 603 is removed, the photosensitive film 605 is applied (or attached) again, and the portions 605-3 and 4 to be left as the substrate side wall and the main substrate and the ion trap mass spectrometer are formed by the photolithography method. Ring electrode forming patterns 605-1 and 605-2 are formed. The ring electrode forming patterns 605-1 and 605-2 of the ion trap mass spectrometer are formed in the recess 604 of the main substrate 601. The plane pattern at this time is a circular pattern in which the photosensitive film patterns 605-1 and 605-2 are connected as shown in FIG. (Note that even with a square or rectangular pattern, the quadrupole electric field can be formed by adjusting the voltage condition of the electrode of the ion trap mass spectrometer.) (FIG. 40(c)) Next, these The main substrate 601 is etched using the photosensitive film pattern 605 as a mask. At this time, some of the main substrates 601-1, 2 and 3 are left. (Thickness h33) The main substrate 601 is etched by isotropic etching using wet etching or dry etching so that side etching is performed. Alternatively, alkali wet etching is performed along the crystal axis of silicon, and etching is also performed in the lateral direction. Various methods are known for etching while leaving a constant thickness h33 with good controllability. For example, if a high-concentration P-type diffusion layer is formed in advance in a silicon substrate (it is also possible by a substrate bonding method), that portion becomes an etching stopper. (FIG. 40(d)) The state where the photosensitive film 605 is removed is shown in FIG. 40(e). Next, the main substrate 601-2 in the central cavity 606-2 of the ring electrode is removed by etching. This etching is performed by vertical (anisotropic) etching after forming a photosensitive film and opening a window only in this portion. At this time, the main substrates 601-4, 601-7, 601-1, 601-3, etc. are not etched. Portions 601-5 and 6 to be the ring electrodes may be etched to some extent if the height can be controlled. (Characteristics can be adjusted by changing the voltage) (Fig. 40(f))

次に、主基板601上に導電体膜を積層し、導電体膜パターン607を形成する。リング電極となる部分(601−5、6)およびその部分に接続する配線部分を残して、不要な導電体膜はエッチング除去する。主基板がSi等の半導体基板である場合は絶縁膜を形成してから導電体膜を形成する。導電体膜はCu、W、Mo、Cr、Ti、Al、Au等の金属膜、これらの合金膜または積層膜であり、CVD法、PVD法、メッキ法、電鋳法等で積層する。(図40(g))次に、エンドキャップ電極609を付着した上部基板または下部基板608をアライメントしながら主基板601に付着させる。(図40(h))この付着は、接着剤を用いても良いし、上部基板または下部基板608がガラスまたは石英で、主基板がSi等の場合は静電陽極径都合を行なうこともできる。この後、サポート基板602を取り外す。このサポート基板の取り外す方法も種々ある。たとえば、サポート基板602と主基板601を熱軟化性接着剤または低融点合金(軟化温度または融点T1)で付着した場合、主基板601と上下基板を硬化性接着剤または静電陽極接合(硬化温度または静電陽極接合温度T2)で付着させる場合、T1>T2の接着剤等を選択し、まず、T2の温度で主基板601と上下基板を付着させ、その後温度を上げてT1以上にしてサポート基板602と主基板601を離す。(図40(i)) Next, a conductor film is laminated on the main substrate 601, and a conductor film pattern 607 is formed. The unnecessary conductor film is removed by etching, leaving the portions (601-5, 6) to be the ring electrodes and the wiring portions connected to the portions. When the main substrate is a semiconductor substrate such as Si, an insulating film is formed and then a conductor film is formed. The conductor film is a metal film of Cu, W, Mo, Cr, Ti, Al, Au or the like, or an alloy film or a laminated film of these, and is laminated by a CVD method, a PVD method, a plating method, an electroforming method or the like. (FIG. 40(g)) Next, the upper substrate or the lower substrate 608 to which the end cap electrode 609 is attached is attached to the main substrate 601 while being aligned. (FIG. 40(h)) This attachment may be performed by using an adhesive, or when the upper substrate or the lower substrate 608 is glass or quartz and the main substrate is Si or the like, the electrostatic anode diameter may be adjusted. .. After that, the support substrate 602 is removed. There are various methods for removing the support substrate. For example, when the support substrate 602 and the main substrate 601 are attached to each other with a thermosoftening adhesive or a low melting point alloy (softening temperature or melting point T1), the main substrate 601 and the upper and lower substrates are hardened adhesive or electrostatic anodic bonding (hardening temperature). Or, when attaching at an electrostatic anodic bonding temperature T2), select an adhesive such as T1>T2, first attach the main substrate 601 and the upper and lower substrates at the temperature of T2, and then raise the temperature to support T1 or higher. The substrate 602 and the main substrate 601 are separated. (Fig. 40(i))

次に、主基板601にイオンビーム通路となる溝(中央孔)610を形成する。主基板601−4および601−7は高さがh31であるから、上下基板608に付着しているがリング電極となる部分の主基板601−5、6は上下基板608に付着していない。しかしリング電極配線607は主基板601−4および601−7の部分まで伸びているので、この部分にコンタクト孔611を上下基板608に開口して、導電体膜をコンタクト孔内に形成し、さらに上下基板608上に電極配線612を形成する。また、同時にエンドキャップ電極609に導通するコンタクト孔611、電極配線612を形成する。この後。上部基板側と下部基板側を付着させてイオントラップ部が完成する。この付着時に主基板同士の間にガラス基板等を介しても良い。リング電極601−5および601−6は一体となっており、また上下の導電体膜607も付着により繋がっている。また、リング電極601−5および601−6は、601−3および601−4で支持されていて不安定のように見えるが、601−3および601−4の厚みh33は調整でき、またイオントラップ特性に影響を与えない部分で適宜支持部分を作製できるし、また、上下基板608とも一部であれば接続して形成できるので、強度的には全く問題ない。さらに、図40では、リング電極部分601−5、6を薄くしたが、薄くしなくてもイオントラップ特性に問題ない場合は、薄くしなくても良く、その場合、上下基板608とリング電極部分601−5、6を直接付着できるので、さらに強度を増すことができる。さらに、この場合、コンタクト孔や電極配線も直接リング電極から取り出せるので、601−3、4を設ける必要がなくなり、独立したリング電極とすることもできる。(図40(j)) Next, a groove (central hole) 610 which serves as an ion beam passage is formed in the main substrate 601. Since the main substrates 601-4 and 601-7 have a height of h31, they are attached to the upper and lower substrates 608, but the portions of the main substrates 601-5 and 6 serving as ring electrodes are not attached to the upper and lower substrates 608. However, since the ring electrode wiring 607 extends to the portions of the main substrates 601-4 and 601-7, a contact hole 611 is opened in the upper and lower substrates 608 at this portion, and a conductor film is formed in the contact hole. Electrode wiring 612 is formed on the upper and lower substrates 608. At the same time, a contact hole 611 and an electrode wiring 612 which are electrically connected to the end cap electrode 609 are formed. After this. The ion trap portion is completed by adhering the upper substrate side and the lower substrate side. At the time of this attachment, a glass substrate or the like may be interposed between the main substrates. The ring electrodes 601-5 and 601-6 are integrated, and the upper and lower conductor films 607 are also connected by adhesion. Further, the ring electrodes 601-5 and 601-6 are supported by 601-3 and 601-4 and appear unstable, but the thickness h33 of 601-3 and 601-4 can be adjusted, and the ion trap is Since the supporting portion can be appropriately formed in a portion that does not affect the characteristics, and the upper and lower substrates 608 can be partially formed and connected, there is no problem in terms of strength. Further, in FIG. 40, the ring electrode portions 601-5 and 6 are thinned. However, if there is no problem in the ion trap characteristics without thinning, it does not need to be thinned. In that case, the upper and lower substrates 608 and the ring electrode portions are Since 601-5 and 601 can be directly attached, the strength can be further increased. Further, in this case, since the contact hole and the electrode wiring can be directly taken out from the ring electrode, it is not necessary to provide 601-3 and 601 and the ring electrode can be an independent ring electrode. (Fig. 40(j))

このように、本発明を用いて簡単なプロセスでイオントラップ型質量分析装置を作製できる。このイオントラップ型質量分析装置は1つのリング電極601−5、6と2つの対向するエンドキャップ電極609−1、2により構成されている。リング電極601−5、6には高周波高電圧が印加され、リング電極601−5、6と一対のエンドキャップ電極609−1、2とで囲まれる空間(イオントラップ空間613)内に形成される四重極電場によってイオン捕捉空間615を形成し、そこにイオンを捕捉する。一方、エンドキャップ電極609−1、2にはそのときの分析モードに応じて適宜の補助交流電圧が印加される。荷電粒子(イオン、電子)は、リング電極601−5およびそれに繋がった主基板601−4に形成された中央孔610の左側の通路から進入する(荷電粒子G1)。荷電粒子G1は中央孔610を有する基板601−4の左側のたとえば、イオン化室から引き出し電極で加速されて入って来る。荷電粒子G1はリング電極601−5の中央孔610からイオントラップ空間613へ出て(荷電粒子G2)、イオントラップ電場によりイオン捕捉空間615内に捕捉される。イオン捕捉空間615内に捕捉されたイオンは、適宜掃き出され(荷電粒子G3)対向するリング電極601−6が有する中央孔610に進入し、さらにそれにつながる基板601−7の中央孔610を通って出射し(荷電粒子G4)、たとえば隣室のイオン検出室へ出ていき、イオン量をカウントされる。 Thus, the present invention can be used to fabricate an ion trap mass spectrometer by a simple process. This ion trap mass spectrometer is composed of one ring electrode 601-5 and 6 and two opposing end cap electrodes 609-1 and 609-2. A high frequency high voltage is applied to the ring electrodes 601-5 and 6 and is formed in a space (ion trap space 613) surrounded by the ring electrodes 601-5 and 6 and the pair of end cap electrodes 609-1 and 609. An ion trapping space 615 is formed by the quadrupole electric field, and ions are trapped there. On the other hand, an appropriate auxiliary AC voltage is applied to the end cap electrodes 609-1, 2 in accordance with the analysis mode at that time. Charged particles (ions, electrons) enter from a passage on the left side of the central hole 610 formed in the ring electrode 601-5 and the main substrate 601-4 connected thereto (charged particle G1). The charged particles G1 enter from the ionization chamber on the left side of the substrate 601-4 having the central hole 610, for example, by being accelerated by the extraction electrode. The charged particles G1 exit from the central hole 610 of the ring electrode 601-5 to the ion trap space 613 (charged particles G2) and are trapped in the ion trapping space 615 by the ion trapping electric field. The ions trapped in the ion trapping space 615 are appropriately swept (charged particles G3) and enter the central hole 610 of the opposing ring electrode 601-6, and further pass through the central hole 610 of the substrate 601-7 connected thereto. And then emitted (charged particles G4) to, for example, the adjacent ion detection chamber, and the amount of ions is counted.

また、上部基板608等に開口部617を設けて、そこからイオントラップ室613に標的ガス(Ar、Xe、N2、NH3、O2等)を導入し、イオントラップ室内部に形成された電場によりその中心に集められた特定の質量数範囲にあるイオンと前記標的ガスとを衝突させることにより、イオンの分解または反応を行う。すなわち、コリジョンセルも形成できる。十分に解離分解が行われた後に電極601−5、6、609−1、2へ印加する電圧が変更され、イオントラップ615内部にイオンを排出するような電場が形成されてイオンが放出される。イオントラップから出たイオンは質量分析器やイオン検出器に導かれる。また、真空引き用の開口部616を上下基板608に作製すればイオントラップ室を所望の真空度にできる。 Further, an opening 617 is provided in the upper substrate 608 or the like, and a target gas (Ar, Xe, N2, NH3, O2, or the like) is introduced into the ion trap chamber 613 from there, and an electric field formed inside the ion trap chamber 613 Ions are decomposed or reacted by colliding the ions in the specific mass number range collected at the center with the target gas. That is, a collision cell can also be formed. After the dissociative decomposition is sufficiently performed, the voltage applied to the electrodes 601-5, 6, 609-1, 2 is changed, and an electric field for ejecting ions is formed inside the ion trap 615 to release the ions. .. Ions emitted from the ion trap are guided to a mass spectrometer and an ion detector. Further, if the opening 616 for evacuation is formed in the upper and lower substrates 608, the ion trap chamber can have a desired degree of vacuum.

図40に示したイオントラップ質量分析装置ではリング電極601−5の中央孔610を通って荷電粒子Gがイオントラップ室613に入り、さらにリング電極601−6の中央孔610を通って荷電粒子Gがイオントラップ室613から出ていくが、エンドキャップ電極609を通すこともできる。図41は荷電粒子がエンドキャップ電極609を通るイオントラップ質量分析装置を示す図である。図40(i)まで同じプロセスを用いることができるので、図40(h)以降を示す。図40と異なる部分を特に詳細に説明する。図41(h)において、上部基板608に開口部614が形成され、エンドキャップ電極609に通路618があいている。エンドキャップ電極609を上部基板608に付着するとき、開口部614と通路618が合うように付着する。これによって、開口部614と通路618は上部基板608の基板面に垂直方向に通る通路となる。その他は図40(h)および図40(i)、図40(j)で説明した内容と同じである。図40(j)において、上部基板608−1側と下部基板608−2を付着するとき、上側の通路614−1および618−1と下側の通路614−2および618−2は一直線上に揃うようにし、その中心線がイオン捕捉空間615の中心を通るようにすることが望ましい。 In the ion trap mass spectrometer shown in FIG. 40, the charged particles G enter the ion trap chamber 613 through the central hole 610 of the ring electrode 601-5, and further pass through the central hole 610 of the ring electrode 601-6. Exits from the ion trap chamber 613, but can also pass through the end cap electrode 609. FIG. 41 is a diagram showing an ion trap mass spectrometer in which charged particles pass through the end cap electrode 609. Since the same process can be used up to FIG. 40(i), FIG. 40(h) and subsequent figures are shown. The part different from FIG. 40 will be described in detail. In FIG. 41H, an opening 614 is formed in the upper substrate 608, and a passage 618 is formed in the end cap electrode 609. When the end cap electrode 609 is attached to the upper substrate 608, the opening 614 and the passage 618 are attached so that they are aligned with each other. As a result, the opening 614 and the passage 618 become a passage that passes in the direction perpendicular to the substrate surface of the upper substrate 608. Others are the same as the contents described in FIG. 40(h), FIG. 40(i), and FIG. 40(j). In FIG. 40(j), when the upper substrate 608-1 side and the lower substrate 608-2 are attached, the upper passages 614-1 and 618-1 and the lower passages 614-2 and 618-2 are aligned. It is desirable that they are aligned and the center line thereof passes through the center of the ion trapping space 615.

次に、図41(k)に示すように、第2主基板619が付着した第2上部基板620を作製し、貫通室621を形成する。この貫通室621にはイオン化室および引き出し電極を配置する。発生するイオンが通路614−1および618−1を通るように各部品を配置する。それらの機能を有した第2上部基板620に付着した貫通室621を持つ第2主基板619の支柱619−1、2を(第1)上部基板608−1に付着する。貫通室621で発生したイオンが通路614−1および618−1を通ってイオントラップ室613に入るようにアライメントして付着させる。 Next, as shown in FIG. 41K, a second upper substrate 620 to which the second main substrate 619 is attached is produced, and a through chamber 621 is formed. An ionization chamber and an extraction electrode are arranged in this penetration chamber 621. The components are arranged so that the generated ions pass through the passages 614-1 and 618-1. The columns 619-1, 2 of the second main substrate 619 having the through chamber 621 attached to the second upper substrate 620 having those functions are attached to the (first) upper substrate 608-1. Ions generated in the penetration chamber 621 are aligned and attached so as to enter the ion trap chamber 613 through the passages 614-1 and 618-1.

次に第3主基板622が付着した第2下部基板623を作製し、貫通室624を形成する。この貫通室624にはイオン検出室を配置する。イオントラップ室613から通路614−2および618−2を通って貫通室624へ出射したイオンが検出室に入るように各部品を配置する。それらの機能を有した第2下部基板623に付着した貫通室624を持つ第3主基板622の支柱622−1、2を(第1)下部基板608−2に付着する。通路614−2および618−2を通って出射したイオンが検出室に入るようにアライメントして付着させる。 Next, the second lower substrate 623 to which the third main substrate 622 is attached is manufactured, and the through chamber 624 is formed. An ion detection chamber is arranged in this penetration chamber 624. Each component is arranged so that the ions emitted from the ion trap chamber 613 through the passages 614-2 and 618-2 to the through chamber 624 enter the detection chamber. The columns 622-1 and 62-2 of the third main substrate 622 having the through chambers 624 attached to the second lower substrate 623 having these functions are attached to the (first) lower substrate 608-2. The ions emitted through the passages 614-2 and 618-2 are aligned and attached so as to enter the detection chamber.

図40に示したイオントラップ型質量分析装置は基板面に対して平行に荷電粒子(イオン)が進むが、図41の場合は基板面に対して垂直に荷電粒子(イオン)が進む。各室のサイズ(高さ)が1枚の主基板では不足する場合は、必要な厚さの主基板を重ねて付着すれば良い。このようにして、エンドキャップ電極に開けた通路を通してイオンを移動させることができるイオントラップ型質量分析装置も作製できる。
図40や図41に示したイオントラップ型質量分析装置では、リング電極601−5、6を上部基板および下部基板608から離しているが、離間させずに付着した状態で形成することもできる。その場合イオントラップ空間はリング電極601−5、6で囲まれた状態になる。従って、リング電極の占有面積(体積)も小さくて済む。リング電極作製プロセスも簡単化できる。
In the ion trap mass spectrometer shown in FIG. 40, charged particles (ions) travel parallel to the substrate surface, but in the case of FIG. 41, charged particles (ions) travel perpendicularly to the substrate surface. When the size (height) of each chamber is insufficient with one main substrate, the main substrates having a required thickness may be stacked and attached. In this way, an ion trap mass spectrometer capable of moving ions through the passage opened in the end cap electrode can also be manufactured.
In the ion trap mass spectrometer shown in FIGS. 40 and 41, the ring electrodes 601-5 and 6 are separated from the upper substrate and the lower substrate 608, but they can be formed in a state of being adhered without being separated. In that case, the ion trap space is surrounded by the ring electrodes 601-5 and 6. Therefore, the occupied area (volume) of the ring electrode can be small. The ring electrode manufacturing process can also be simplified.

図49は、図41と同じく縦方向に形成したイオントラップ型質量分析装置を示す図である。図49に示すイオントラップにおいて、リング電極は浮いた状態になく固定されている。本質量分析装置は、イオントラップ室を有する基板領域A、イオン化室および引き出し電極室を有する基板領域B、イオン検出室を有する基板領域Cから構成される。基板領域Bは中央部に引き出し電極室となる貫通室914−2、その引き出し電極室914−2にイオンを供給するイオン化室となる貫通室914−1、3が配置される。引き出し電極室914−2とイオン化室914−1との間は、中央孔915−1を有する基板側壁板911−3で仕切られている。引き出し電極室914−2とイオン化室914−3との間は、中央孔915−2を有する基板側壁板911−4で仕切られている。イオン化室は本明細書で記載した種々のイオン化法を用いたイオン化室を採用できる。このイオン化室へ試料供給室を接続することもできる。ここでは、イオン化室を2つ記載しているが、1つでも良いし、3つ以上引き出し電極室914−2に接続することもできる。あるいは、外部で発生したイオンを引き出し電極室914−2に接続しても良い。 FIG. 49 is a view showing an ion trap mass spectrometer formed in the vertical direction similarly to FIG. 41. In the ion trap shown in FIG. 49, the ring electrode is not floating but fixed. The mass spectrometer is composed of a substrate region A having an ion trap chamber, a substrate region B having an ionization chamber and an extraction electrode chamber, and a substrate region C having an ion detection chamber. In the substrate region B, a penetration chamber 914-2 serving as an extraction electrode chamber and a penetration chambers 914-1 and 91-3 serving as ionization chambers for supplying ions to the extraction electrode chamber 914-2 are arranged in the central portion. The extraction electrode chamber 914-2 and the ionization chamber 914-1 are separated from each other by a substrate side wall plate 911-3 having a central hole 915-1. The extraction electrode chamber 914-2 and the ionization chamber 914-3 are partitioned by a substrate side wall plate 911-4 having a central hole 915-2. As the ionization chamber, an ionization chamber using various ionization methods described in this specification can be adopted. A sample supply chamber can also be connected to this ionization chamber. Although two ionization chambers are described here, one ionization chamber may be used, or three or more ionization chambers may be connected to the extraction electrode chamber 914-2. Alternatively, ions generated outside may be connected to the extraction electrode chamber 914-2.

引き出し電極室914−2では、イオンをイオントラップ室へ加速してある速度でイオントラップ室へ送る機能を有する。主基板911の上面は上部基板912に、主基板911の下面は下部基板913に付着している。下部基板913には中央が繰り抜いた円板状電極917−1,2が形成されており、円板状電極917−1と2の間に絶縁膜918が形成されている。必要に応じて円板状電極917−1と2の上も絶縁膜918が形成される。円板状電極917−1、2にはイオンと逆符号の電圧を印加すると、円板状電極917−1と2の中央部に開いた開口部919からイオンが引き出され、加速してイオントラップ室904へ入る。円板状電極917−1と2の直上の上部基板912に押し出し電極916を形成しておけば、押し出し電極916にイオンと同符号の電圧を印加すると、イオンは押し出されて開口部919へ入っていく。この押し出し電極916があればイオンの開口部919への進行の効率を増大させることができる。 The extraction electrode chamber 914-2 has a function of accelerating ions into the ion trap chamber and sending them to the ion trap chamber at a certain speed. The upper surface of the main substrate 911 is attached to the upper substrate 912, and the lower surface of the main substrate 911 is attached to the lower substrate 913. On the lower substrate 913 are formed disc-shaped electrodes 917-1 and 97-2 whose center is hollowed out, and an insulating film 918 is formed between the disc-shaped electrodes 917-1 and 2. An insulating film 918 is also formed on the disk-shaped electrodes 917-1 and 2 as needed. When a voltage having a sign opposite to that of the ions is applied to the disk-shaped electrodes 917-1 and 92-2, the ions are extracted from the opening 919 opened at the center of the disk-shaped electrodes 917-1 and 2 and accelerated to accelerate the ion trap. Enter the room 904. If a push-out electrode 916 is formed on the upper substrate 912 immediately above the disk-shaped electrodes 917-1 and 2, when a voltage having the same sign as the ion is applied to the push-out electrode 916, the ions are pushed out and enter the opening 919. To go. If this push-out electrode 916 is provided, the efficiency with which ions travel to the opening 919 can be increased.

基板領域Aは、図41と異なるのは、リング電極が上下基板に付着していることである。すなわち、主基板901に中央が細くなった貫通室904が形成され、テーパー形状になった基板側壁901−1、2が形成される。この形成方法は種々の方法があるが、たとえば、Si基板をサポート基板に付着させ、フォトレジスト等でマスクし上部側からSiエッチングすれば、テーパー形状の傾斜面を持つ貫通室の半分を作製できる。このテーパー角度はエッチング条件を変えれば制御できる。次にサポート基板を取り外し、同じものを重ねて付着すれば(たとえば、一点鎖線Mで)、図49に示す形状の貫通室904を有する基板領域Aが作製できる。リング電極となる導電体膜905(905−1、2)は主基板901の基板側壁901−1、2の側面に積層されている。主基板901が導電体膜や、Si等の半導体基板であるときは、主基板901の上に絶縁膜を積層した後に導電体膜を積層させる。ここで、リング電極905(905−1、2)は基板面に平行な断面は略円形となっていて、ひと繋ぎの電極である。 The substrate area A is different from FIG. 41 in that the ring electrodes are attached to the upper and lower substrates. That is, a through chamber 904 having a narrow center is formed in the main substrate 901, and tapered substrate side walls 901-1, 90-2 are formed. There are various methods of forming this. For example, if a Si substrate is attached to a support substrate, masked with photoresist or the like, and Si is etched from the upper side, half of the through chamber having a tapered inclined surface can be manufactured. .. This taper angle can be controlled by changing the etching conditions. Next, if the support substrate is removed and the same ones are stacked and attached (for example, by the alternate long and short dash line M), the substrate region A having the through chamber 904 having the shape shown in FIG. 49 can be manufactured. The conductor films 905 (905-1, 2) to be the ring electrodes are laminated on the side surfaces of the substrate side walls 901-1, 902 of the main substrate 901. When the main substrate 901 is a conductor film or a semiconductor substrate made of Si or the like, the conductor film is laminated after the insulating film is laminated on the main substrate 901. Here, the ring electrode 905 (905-1, 2) has a substantially circular cross section parallel to the substrate surface, and is a continuous electrode.

上部基板902にエンドキャップ電極906が形成され、イオントラップ室である貫通室904に配置される。また、下部基板903にエンドキャップ電極908が形成され、イオントラップ室である貫通室904に配置される。エンドキャップ電極906の中央には開口部907が空いていて、基板領域Aと基板領域Bに関して、基板領域Aの上部基板902と基板領域Bの下部基板913が、開口部907と開口部919の軸がそろうようにして付着される。従って、開口部919および907を通って進んできたイオンはイオントラップ室904の中央部のイオン捕捉空間910でトラップされる。 An end cap electrode 906 is formed on the upper substrate 902 and arranged in the through chamber 904 which is an ion trap chamber. In addition, an end cap electrode 908 is formed on the lower substrate 903 and arranged in the through chamber 904 which is an ion trap chamber. An opening 907 is formed in the center of the end cap electrode 906. With respect to the substrate regions A and B, the upper substrate 902 in the substrate region A and the lower substrate 913 in the substrate region B are separated from the openings 907 and 919. The shafts are attached so that they align. Therefore, the ions that have advanced through the openings 919 and 907 are trapped in the ion trapping space 910 at the center of the ion trap chamber 904.

基板領域Cは、イオン検出室である貫通室924お有し、主基板921の上面に上部基板922が、主基板921の下面に下部基板923が付着している。上部基板922に主基板921の一部が921−3、4が残され、中央部に開口部928が開けられ、主基板の一部921−3、4の周辺、特に開口部928の側面側に導電体膜925−1、2が形成される。上部基板922側の開口部928は孔形状であるが、主基板の一部921−3、4の開口部は、平行な溝型であり、主基板の一部921−3、4の側面に形成された導電体膜は平行平板電極となる。貫通室924には、主基板の一部921−5、6が残されており、これらの表面は平行になっていて、平行な空間924−2を形成している。主基板の一部921−5、6の表面に(主基板が半導体や導電体であるときは、絶縁膜を介して)二次電子放出物質膜926(926−1,2)が形成され、その両端に導電体膜(上下において)が形成される。基板領域Aと基板領域Cに関して、基板領域Aの下部基板903と基板領域Cの上部基板922が、開口部909と開口部928の軸がそろうようにして付着される。 The substrate region C has a penetration chamber 924 which is an ion detection chamber, and an upper substrate 922 is attached to the upper surface of the main substrate 921 and a lower substrate 923 is attached to the lower surface of the main substrate 921. A part of the main substrate 921 is left on the upper substrate 922, 921-3 and 4 are left, and an opening 928 is opened in the central portion. Conductor films 925-1 and 92-2 are formed on. The opening 928 on the side of the upper substrate 922 has a hole shape, but the openings of the main substrate portions 921-3 and 4 are parallel groove-shaped and are formed on the side surfaces of the main substrate portions 921-3 and 4. The formed conductor film becomes a parallel plate electrode. A part of the main substrate 921-5, 6 is left in the through chamber 924, and the surfaces thereof are parallel to each other to form a parallel space 924-2. Secondary electron emission material films 926 (926-1, 2) are formed on the surfaces of the parts 921-5, 6 of the main substrate (via an insulating film when the main substrate is a semiconductor or a conductor), Conductor films (up and down) are formed on both ends thereof. With respect to the substrate regions A and C, the lower substrate 903 of the substrate region A and the upper substrate 922 of the substrate region C are attached so that the axes of the openings 909 and 928 are aligned.

イオン捕捉空間910でトラップされたイオンは、エンドキャップ電極908の電位に引かれて開口部909を通って基板領域Cの開口部928へ入る。基板領域Cの開口部928の主基板921−3と4の側面に形成された導電体膜電極925−1,2は平行平板電極となっているので、電圧を調整することによってイオン軌道を曲げることができる。従って、曲げられたイオンは下側電極の二次電子放出物質膜926−2に衝突し、電子eを放出する。この放出された電子eは、上側の電極の電界に引かれてその二次電子放出物質膜926−1に衝突し、電子eを放出する。放出された電子eは下側の電界に引かれてその二次電子放出物質膜926−2に衝突し、電子eを放出する。衝突により放出される電子は衝突する前の電子数よりかなり多いので、衝突を繰り返すたびに電子数が増大していく。二次電子放出物質膜の端に衝突して放出された最後の電子は、貫通室924(924−3)の右端の基板側壁921−2の側面(内面)に形成された導電体膜に衝突し、電流を発生させる。この電流を測定すれば、イオン量を求めることができる。 The ions trapped in the ion trapping space 910 are attracted by the potential of the end cap electrode 908 and enter the opening 928 of the substrate region C through the opening 909. Since the conductor film electrodes 925-1 and 925-1 formed on the side surfaces of the main substrates 921-3 and 4 of the opening 928 in the substrate region C are parallel plate electrodes, the ion trajectory is bent by adjusting the voltage. be able to. Therefore, the bent ions collide with the secondary electron emission material film 926-2 of the lower electrode and emit the electron e. The emitted electrons e are attracted by the electric field of the upper electrode and collide with the secondary electron emission material film 926-1 to emit the electrons e. The emitted electrons e are attracted to the lower electric field and collide with the secondary electron emission material film 926-2 to emit the electrons e. Since the number of electrons emitted by collision is much larger than the number of electrons before the collision, the number of electrons increases each time the collision is repeated. The last electron emitted by colliding with the edge of the secondary electron emission material film collides with the conductor film formed on the side surface (inner surface) of the substrate side wall 921-2 at the right end of the through chamber 924 (924-3). And generate an electric current. By measuring this current, the amount of ions can be obtained.

空間924−2は、中央孔とすることもでき、このときは中央孔の内面に二次電子放出物質膜を形成する。その両端に導電体膜を形成して、その導電体膜に(高)電圧を印加し、この中央孔924−2内へイオンを衝突させれば、同様に二次電子が放出され、導電体膜電極927で電流変化を計測できる。尚、基板領域Cでは下側の主基板921−6の領域が上側の主基板921−5の領域より大きいが、中央孔を形成する場合でも、上下を重ねて付着させるので、特に問題はない。以上のようにして、複数のイオン化室を有する縦型のイオントラップ方式の質量分析装置を作製することができる。尚、図では、導電体膜と接続する配線やコンタクト配線や外側電極は記載していないが、配線は引きまわして設計できるので、外側電極を所望の場所に形成できる。また、ガス導入孔や真空引きライン用の開口部も記載していないが、これらも所望の位置に形成できる。 The space 924-2 may be a central hole, and in this case, a secondary electron emission material film is formed on the inner surface of the central hole. If a conductor film is formed on both ends of the conductor film, a (high) voltage is applied to the conductor film, and ions are made to collide into the central hole 924-2, secondary electrons are similarly emitted and the conductor film is formed. The change in current can be measured with the membrane electrode 927. In the substrate area C, the area of the lower main board 921-6 is larger than the area of the upper main board 921-5, but even when the central hole is formed, there is no particular problem because the upper and lower parts are attached to each other. .. As described above, a vertical ion trap mass spectrometer having a plurality of ionization chambers can be manufactured. Although wirings, contact wirings, and outer electrodes that are connected to the conductor film are not shown in the drawing, the wirings can be designed by being rotated, so that the outer electrodes can be formed at desired positions. Further, although neither a gas introduction hole nor an opening for a vacuum drawing line is shown, these can also be formed at desired positions.

<電子増倍管>
図19において、質量分析室308で振り分けられたイオンビーム331はイオン検出室309へ入る。イオン検出室に配置されるイオン検出系は種々の方式を使用できる。ここでは、平行平板タイプまたはパイプ状のチャネル型二次電子増倍管であるとして説明する。イオン検出室309は、主基板内に形成された貫通室であり、中央孔310−5を有する基板側壁(隔壁)301−5で隔てられている。貫通室309の上部は上部基板302が、貫通室309の下部は下部基板303が付着し、側面側は主基板301で囲まれている。上部基板302の下面には電極333が形成され、下部基板303の上面には電極332が形成されている。これらの電極332、333は二次電子放出物質から構成されている。二次電子放出物質とは、イオンや電子等の荷電粒子が当たると、そのエネルギーを得て電子を放出しやすい物質である。二次電子放出物質として、たとえば、酸化マグネシウム(MgO)、Mg、Au、Pt、BeO、Cr、PolySi、Al、Al2O3、TiN、これらの複合膜、が挙げられる。
<Electron multiplier>
In FIG. 19, the ion beam 331 distributed in the mass analysis chamber 308 enters the ion detection chamber 309. Various methods can be used for the ion detection system arranged in the ion detection chamber. Here, it is assumed that the plate is a parallel plate type or a pipe type channel type secondary electron multiplier. The ion detection chamber 309 is a through chamber formed in the main substrate and is separated by a substrate side wall (partition wall) 301-5 having a central hole 310-5. The upper substrate 302 is attached to the upper part of the through chamber 309, the lower substrate 303 is attached to the lower part of the through chamber 309, and the side face side is surrounded by the main substrate 301. An electrode 333 is formed on the lower surface of the upper substrate 302, and an electrode 332 is formed on the upper surface of the lower substrate 303. These electrodes 332 and 333 are made of a secondary electron emitting material. The secondary electron emitting substance is a substance which, when hit by a charged particle such as an ion or an electron, easily obtains its energy and emits an electron. Examples of secondary electron emitting materials include magnesium oxide (MgO), Mg, Au, Pt, BeO, Cr, PolySi, Al, Al2O3, TiN, and composite films of these.

平行平板タイプの場合は、主基板301の側面にも二次電子放出物質膜を形成し(この場合、絶縁膜を介することが望ましい。)主基板301の2つの側面同士を平行平板電極とすることもできる。パイプ状のチャネル型二次電子増倍管である場合は、上部基板302の下面の電極333、下部基板303の上面の電極332、主基板301の2つの側面に形成した電極としても二次電子放出物質を連続して接続すれば良い。また、中央孔を有する基板側壁のように、中央孔を有した基板側壁を形成し、そこに平行平板型に二次電子放出物質から成る電極、または中央孔の内面に連続した二次電子放出物質から成る電極を形成して、二次電子増倍管を形成できる。 In the case of the parallel plate type, a secondary electron emission material film is also formed on the side surface of the main substrate 301 (in this case, it is desirable to interpose an insulating film). Two side surfaces of the main substrate 301 are used as parallel plate electrodes. You can also In the case of a pipe-shaped channel type secondary electron multiplier, an electrode 333 on the lower surface of the upper substrate 302, an electrode 332 on the upper surface of the lower substrate 303, and an electrode formed on the two side surfaces of the main substrate 301 also serve as secondary electrons. It is sufficient to connect the emitting substances in series. Further, like the side wall of the substrate having the central hole, the side wall of the substrate having the central hole is formed, and the parallel plate type electrode made of the secondary electron emitting material is formed on the side wall of the substrate or the secondary electron emission continuous to the inner surface of the central hole. An electrode made of a material can be formed to form a secondary electron multiplier.

電極332、333の両端にはコンタクト孔323(その中に導電体膜が形成されている)が形成され、外部電極324(324−1、2、3、4)が上部基板302、下部基板303の外側に形成されている。イオンビーム331の導入側における電極332、333の外部電極324−1、3とイオン検出室の出口側における電極332の外部電極324−2、4との間に高圧直流電圧を印加すると、イオンビーム331は矢印で示すように、二次電子放出物質から成る電極332または333に衝突し、二次電子334−1が放出され、その二次電子334−1が対面する電極332または333に衝突し、二次電子334−2が放出され、これを繰り返してなだれ式に増倍されて最終的な二次電子334−nが、コレクター335に集められる。コレクター335は、イオン検出室309の二次電子放出物質から成る電極332、333の出力端部から出ていく二次電子334−nが衝突する部分、たとえば、イオン検出室309の長手方向の終端となる主基板301−6の側面に形成された導電体膜である。このコレクター335は、コンタクト孔323を通して外部電極324−5に接続する。イオン検出室309の二次電子放出物質から成る電極332、333の出力端部電極324−2、4とコレクター335に接続するコレクター電極324−5の間に二次電子334−nを導く直流電圧が印加されているので、二次電子334−nが殆どコレクター335へ集まりコレクター電極324−5を通してコレクター電流として検出される。 Contact holes 323 (having a conductor film formed therein) are formed at both ends of the electrodes 332, 333, and the external electrodes 324 (324-1, 2, 3, 4) are the upper substrate 302 and the lower substrate 303. Is formed on the outside of. When a high voltage DC voltage is applied between the external electrodes 324-1, 3 of the electrodes 332, 333 on the introduction side of the ion beam 331 and the external electrodes 324-2, 4 of the electrode 332 on the exit side of the ion detection chamber, As indicated by an arrow, 331 collides with an electrode 332 or 333 made of a secondary electron emitting substance, a secondary electron 334-1 is emitted, and the secondary electron 334-1 collides with the facing electrode 332 or 333. , Secondary electrons 334-2 are emitted, and this is repeated to multiply by an avalanche, and the final secondary electrons 334-n are collected in the collector 335. The collector 335 is a portion where the secondary electrons 334-n emitted from the output ends of the electrodes 332 and 333 made of the secondary electron emitting substance of the ion detection chamber 309 collide, for example, the longitudinal end of the ion detection chamber 309. It is a conductor film formed on the side surface of the main substrate 301-6. The collector 335 is connected to the external electrode 324-5 through the contact hole 323. DC voltage for guiding secondary electrons 334-n between the output end electrodes 324-2, 4 of the electrodes 332, 333 made of secondary electron emission material of the ion detection chamber 309 and the collector electrode 324-5 connected to the collector 335. Is applied, most of the secondary electrons 334-n gather in the collector 335 and are detected as a collector current through the collector electrode 324-5.

尚、平行平板型の場合、電極332、333の両端を互いにずらすことによって、傾斜電界を形成できるので、二次電子のサイクロイド運動に近い運動も起こすことができるので、コレクター電流を増大させることもできる。(特公平08−003984) Incidentally, in the case of the parallel plate type, a gradient electric field can be formed by shifting both ends of the electrodes 332, 333 with respect to each other, so that a motion close to a cycloidal motion of secondary electrons can also occur, so that the collector current can be increased. it can. (Japanese Patent Publication No. 08-003984)

図42は、本発明を用いたダイノードを多数配置したイオン検出室を示す図である。図42(a)は基板面と平行方向の断面模式図、図42(b)は基板面と垂直方向の断面模式図を示す。イオン検出室637の隣室は質量分析室であり、これらの両室は基板側壁(隔壁)631−2−1および631−3−1(これらはつながった側壁であり、中央孔630(630−1)を有する)で隔てられていて、イオン検出室637は上下部基板641または642に開口した真空引き用開口部647を通して低圧になっている。質量分析室を出てイオン検出室に入ったイオンビーム630は、中央孔630(630−2)を有する基板側壁631−2−2および631−3−2(これらはつながった側壁である)の中央孔630(630−2)を通る。この中央孔630(630−2)の左右の側壁に平行平板電極を構成している導電膜633−1および633−2を形成する。一方の電極633−1は上部基板641に開口されたコンタクト孔(導電体膜が積層されている)645を通じて外側電極646−0へ接続し、他方の電極633−2は下部基板642に開口されたコンタクト孔(導電体膜が積層されている)643を通じて外側電極644−0へ接続する。これらの外側電極644−0および646−0へ電圧を印加することによって、平行平板電極633−1および633−2の間に電界が生じ、イオンビーム639の軌道が曲げられる。中央孔に平行平板電極を形成すれば、電極間距離が小さいので、小さな電圧印加でも電界は大きくなり、イオンビームを簡単に曲げることができる。従って、小さな電圧でなくても良ければ、基板側壁に設けた中央孔を用いなくても、通常の主基板631の側面631−2および631−3の一部に平行平板電極用の導電体膜633−1および633−2を形成すれば良い。導電体膜はたとえばCu、Al、W等である。 FIG. 42 is a diagram showing an ion detection chamber in which a large number of dynodes according to the present invention are arranged. 42A shows a schematic sectional view in a direction parallel to the substrate surface, and FIG. 42B shows a schematic sectional view in a direction perpendicular to the substrate surface. The chamber next to the ion detection chamber 637 is a mass spectrometry chamber, and both chambers are substrate side walls (partition walls) 631-2-1 and 631-3-1 (these are connected side walls and the central hole 630 (630-1). The ion detection chamber 637 has a low pressure through an evacuation opening 647 opened in the upper and lower substrates 641 or 642. The ion beam 630 exiting the mass analysis chamber and entering the ion detection chamber is of the side walls 631-2-2 and 631-3-2 of the substrate having the central hole 630 (630-2) (these are connected side walls). It passes through the central hole 630 (630-2). Conductive films 633-1 and 633-2 forming parallel plate electrodes are formed on the left and right sidewalls of the central hole 630 (630-2). One electrode 633-1 is connected to the outer electrode 646-0 through a contact hole (conductor film is laminated) 645 opened in the upper substrate 641, and the other electrode 633-2 is opened in the lower substrate 642. It is connected to the outer electrode 644-0 through a contact hole (a conductive film is laminated) 643. By applying a voltage to these outer electrodes 644-0 and 646-0, an electric field is generated between the parallel plate electrodes 633-1 and 633-2, and the trajectory of the ion beam 639 is bent. If a parallel plate electrode is formed in the central hole, the distance between the electrodes is small, so that the electric field is large even when a small voltage is applied, and the ion beam can be bent easily. Therefore, if a small voltage is not required, even if the central hole provided in the side wall of the substrate is not used, a conductive film for parallel plate electrodes is formed on a part of the side surfaces 631-2 and 631-3 of the normal main substrate 631. It is sufficient to form 633-1 and 633-2. The conductor film is, for example, Cu, Al, W or the like.

イオン検出室637には左右の主基板側面631−2および631−3よりイオン検出室637内側へ突出した複数の主基板631−2−3−1〜631−2−3−n(主基板側面631−2側)および631−3−3−1〜631−3−3−m(主基板側面631−3側)が形成され、その突出物631−2−3−1〜631−2−3−nおよび631−3−3−1〜631−3−3−mの表面には絶縁膜(たとえば、SiO2膜やSiNxOy膜やSiNx膜)を介して二次電子放出物質膜632(632−1、・・・、632−n)および635(635−1、・・・、632−m)が形成される。この二次電子放出物質膜はたとえば、CVD法、PVD法で積層した後、フォトリソ法+エッチング法で形成され、主基板の側面631−2および631−3からの突出部631−2−3−1〜631−2−3−nおよび631−3−3−1〜631−3−3−mの表面を少なくとも覆っている。二次電子放出物質膜は半導体または導電体であるから、隣同士および相互間に導通しないようにする。従って、主基板631と二次電子放出物質膜632との間には通常絶縁膜(SiO2等)を積層し、さらに突出部631−2−3−1〜631−2−3−nおよび631−3−3−1〜631−3−3−mに形成した二次電子放出物質膜632は互いに導通しないように、フォトリソ等およびエッチング等を用いて、不要な部分をエッチング除去する。次に導電体膜を積層し、突出部631−2−3−1〜631−2−3−nおよび631−3−3−1〜631−3−3−mに形成した二次電子放出物質膜632の一部と接触するように導電体膜配線634(634−1、・・・、n)および636(636−1、・・・、m)を形成する。平行平板電極用の導電体膜633−1および633−2の形成と同時に行なうことができる。 In the ion detection chamber 637, a plurality of main substrates 631-2-3-1 to 631-2-3-n (main substrate side faces) protruding from the left and right main substrate side faces 631-2 and 631-3 to the inside of the ion detection chamber 637. 631-2 side) and 631-3-3-1 to 631-3-3m (main substrate side surface 631-3 side) are formed, and their protrusions 631-2-3-1 to 631-2-3. -N and 631-3-3-1 to 631-3-3m have a secondary electron emission material film 632 (632-1) through an insulating film (for example, SiO2 film, SiNxOy film or SiNx film) on the surface. ,..., 632-n) and 635 (635-1,..., 632-m) are formed. This secondary electron emission material film is formed by, for example, a photolithography method + an etching method after being laminated by a CVD method or a PVD method, and a protrusion 631-2-3 from side surfaces 631-2 and 631-3 of the main substrate. 1-631-2-3-n and 631-3-3-1 to 631-3-3-m at least cover the surface. Since the secondary electron emission material film is a semiconductor or a conductor, it should not be electrically connected to each other. Therefore, an insulating film (SiO2 or the like) is usually stacked between the main substrate 631 and the secondary electron emission material film 632, and the protrusions 631-2-3-1 to 631-2-3-n and 631- are formed. The unnecessary portions of the secondary electron emission material films 632 formed in 3-3-1 to 631-3-m are removed by etching using photolithography or the like or etching or the like so that they are not electrically connected to each other. Next, a conductor film is laminated, and the secondary electron emission material formed on the protrusions 631-2-3-1 to 631-2-3-n and 631-3-3-1 to 631-3-3-m. Conductor film wirings 634 (634-1,..., N) and 636 (636-1,..., M) are formed so as to be in contact with part of the film 632. This can be performed simultaneously with the formation of the conductor films 633-1 and 633-2 for the parallel plate electrodes.

突出部631−2−3−1〜631−2−3−nおよび631−3−3−1〜631−3−3−mは、貫通室(イオン検出室)637を形成するときに形成できる。二次電子放出物質膜632や導電体膜633のパターン形成は、主基板631の表面(または上部基板641および下部基板642の表面)に対して略垂直な側面に感光性膜パターンを形成し、それをマスクにして二次電子放出物質膜632や導電体膜633をエッチング除去する必要があるが、感光性シートを用いて露光する方法や、電着レジスト法で感光性膜パターンを形成した後、等方性エッチング(ドライまたはウエット)で形成できる。露光法は斜め照射露光法や斜め回転露光法を用いて行なうことができ、焦点深度が深ければ垂直照射でも可能である。電子線照射露光も用いることができる。また、焦点深度の深い露光法であれば、厚いレジスト膜も露光できるので、感光性膜の形成を塗布法で行なうこともできる。これらの導電体膜パターン633、634、636は、図42(b)にも示すように上部基板641の下面および下部基板642の上面にも形成されているので、その部分に対して上部基板641および下部基板642にコンタクト孔645および643を形成し、その中に形成した導電体膜を通し、さらにその上に導電体膜電極配線646(646−0、1、・・・、n、n+1)および導電体膜電極配線644(644−0、1、・・・、m)を形成する。これによって、導電体膜パターン633、634、636へ電圧を印加できる。 The protrusions 631-2-3-1 to 631-2-3-n and 631-3-3-1 to 631-3-3-m can be formed when the penetration chamber (ion detection chamber) 637 is formed. .. The pattern formation of the secondary electron emission material film 632 and the conductor film 633 is performed by forming a photosensitive film pattern on a side surface substantially perpendicular to the surface of the main substrate 631 (or the surfaces of the upper substrate 641 and the lower substrate 642), It is necessary to etch and remove the secondary electron emission material film 632 and the conductor film 633 using the mask as a mask. However, after exposure using a photosensitive sheet or after forming a photosensitive film pattern by an electrodeposition resist method. , Can be formed by isotropic etching (dry or wet). The exposure method can be performed using an oblique irradiation exposure method or an oblique rotation exposure method, and vertical irradiation is also possible if the depth of focus is deep. Electron beam irradiation exposure can also be used. In addition, since a thick resist film can be exposed by an exposure method having a deep depth of focus, the photosensitive film can be formed by a coating method. These conductor film patterns 633, 634, 636 are also formed on the lower surface of the upper substrate 641 and the upper surface of the lower substrate 642 as shown in FIG. And contact holes 645 and 643 are formed in the lower substrate 642, the conductor film formed therein is passed therethrough, and conductor film electrode wiring 646 (646-0, 1,..., N, n+1) is further formed thereon. And the conductor film electrode wiring 644 (644-0, 1,..., M) is formed. Accordingly, a voltage can be applied to the conductor film patterns 633, 634, 636.

イオンビーム639はイオン検出室637に入ると、上述した平行平板電極633(633−1、2)で発生する電界によって軌道を曲げて、一番近い突出物631−2−3−1の二次電子放出物質膜へ照射することができる。特に、導電体膜634−1を通してこれと接続する二次電子放出物質膜632−1へイオンビームの電荷と逆の電位をかければ、さらにエネルギーを得て照射することができる。二次電子放出物質膜632−1への電圧をかけるようにしておけば、その条件によって平行平板電極633(633−1、2)の存在はなくても良い。ただし、平行平板電極633(633−1、2)を設ければ所定の場所にコントロールして照射できる。イオンビーム639が二次電子放出物質膜632−1へ衝突すると、二次電子640が放出される。 When the ion beam 639 enters the ion detection chamber 637, the trajectory is bent by the electric field generated by the parallel plate electrodes 633 (633-1, 2) described above, and the secondary of the closest protrusion 631-2-3-1. The electron emission material film can be irradiated. In particular, if a potential opposite to the charge of the ion beam is applied to the secondary electron emission material film 632-1 connected thereto through the conductor film 634-1, further energy can be obtained for irradiation. If a voltage is applied to the secondary electron emission material film 632-1, the parallel plate electrodes 633 (633-1, 2) may not be present depending on the conditions. However, if parallel plate electrodes 633 (633-1, 2) are provided, it is possible to control and irradiate a predetermined place. When the ion beam 639 collides with the secondary electron emission material film 632-1, secondary electrons 640 are emitted.

その対側面631−3に形成された突出部635−3−3−1に形成された二次電子放出物質膜635−1に導電体膜636−1からプラスの電位(発生した二次電子640が元に戻らないように、二次電子放出物質膜632−1の電位よりプラス側にしておく必要がある。その電圧条件は測定しながら最適値を設定すれば良い。)をかけておけば、矢印641−1のように二次電子放出物質膜632−1より放出された二次電子の殆どが二次電子放出物質膜635−1に入射し、さらに二次電子を放出する。これが繰り返されて最終段の突出部631−2−3−nに形成された二次電子放出物質膜632−nから増倍された多量の二次電子640−pが出射されて、コレクター導電体膜638へ集められる。コレクター導電体膜638もコンタクト645を通して外側電極配線646−(n+1)から電圧を印加することができ、二次電子放出物質膜632−nの電位よりプラス側にしておけば、殆どの二次電子がコレクター導電体膜638に照射され、二次電子により発生した電流を検知できる。 A positive potential (generated secondary electrons 640) is generated from the conductor film 636-1 to the secondary electron emission material film 635-1 formed on the protruding portion 635-3-3-1 formed on the opposite side surface 631-3. Of the secondary electron emission material film 632-1, the voltage condition should be set to an optimum value while measuring). , Almost all of the secondary electrons emitted from the secondary electron emission material film 632-1 enter the secondary electron emission material film 635-1 and further emit secondary electrons. By repeating this, a large amount of the multiplied secondary electrons 640-p is emitted from the secondary electron emission material film 632-n formed on the protruding portion 631-2-3-n at the final stage, and the collector conductor is formed. Collected in membrane 638. A voltage can also be applied to the collector conductor film 638 from the outer electrode wiring 646-(n+1) through the contact 645. Is irradiated on the collector conductor film 638, and the current generated by the secondary electrons can be detected.

たとえば、入射するイオン639がプラスの場合は、平行平板電極633−1に負電圧を印加し主基板631−2側へイオン639を曲げ、また二次電子放出物質膜632−1に負電圧(たとえば、−aV)を印加しておけば良い。さらに二次電子640−1が次に当たる二次電子放出物質膜635−1に−aVよりも少しプラス側の電圧(たとえば、−a+bV)をかけておけば、二次電子640−1が二次電子放出物質膜635−1に当たる。このように次段のダイノードに前段のダイオードより少し(たとえばbV)だけプラスの電圧)をかけていき、最終段の二次電子放出物質膜632−nにcVをかける。(たとえば、c=−a+n×2b)さらに、コレクター638へCc+dVの電圧を印加すれば、最終段の二次電子放出物質膜632−nから出た二次電子640−pは殆どコレクター638へ集まる。上記のa、b、c、dの値は、実測から決めていけば良いが、本発明のイオン検出室637は極めて小さく、しかもLSIプロセスを用いているので極めて正確に作製できるので、a、b、c、dの値は小さくても比較的高電界を得ることができる。たとえば、基板側面631−2および631−3に形成された二次電子放出物質膜同士の距離を1mmとすれば、a=10V〜500V、n=10、m=9として、b=0.5V〜25V、c=0V、d=1〜50Vの間で選択できる。また、基板側面631−2および631−3に形成された二次電子放出物質膜同士の距離を長くなれば、たとえば、上記の値をその倍数だけ大きくしていけば良い。 For example, when the incident ion 639 is positive, a negative voltage is applied to the parallel plate electrode 633-1 to bend the ion 639 to the main substrate 631-2 side, and the secondary electron emitting material film 632-1 has a negative voltage ( For example, -aV) may be applied. Further, if a voltage (for example, -a+bV) on the positive side of -aV is applied to the secondary electron emission material film 635-1 to which the secondary electron 640-1 is next applied, the secondary electron 640-1 becomes a secondary electron. This corresponds to the electron emission material film 635-1. In this way, the dynode in the next stage is applied with a little voltage (for example, a positive voltage of bV) than the diode in the previous stage, and cV is applied to the secondary electron emission material film 632-n in the final stage. (For example, c=−a+n×2b) Further, if a voltage of Cc+dV is applied to the collector 638, most of the secondary electrons 640-p emitted from the secondary electron emission material film 632-n at the final stage are collected in the collector 638. .. The values of a, b, c, and d above may be determined by actual measurement, but the ion detection chamber 637 of the present invention is extremely small, and since the LSI process is used, it can be manufactured extremely accurately. A relatively high electric field can be obtained even if the values of b, c, and d are small. For example, if the distance between the secondary electron emission material films formed on the substrate side surfaces 631-2 and 631-3 is 1 mm, then a=10V to 500V, n=10, m=9, and b=0.5V. -25V, c=0V, d=1-50V can be selected. Further, if the distance between the secondary electron emission material films formed on the substrate side surfaces 631-2 and 631-3 is increased, for example, the above value may be increased by a multiple thereof.

図42(b)はイオン検出室637の縦方向(基板面に対して垂直方向)断面模式図であるが、断面方向(紙面に対して垂直方向)の構造も一部重ねて示している。たとえば、平行平板電極633(633−1、2)およびコンタクト孔643、645mおよび電極・配線644−0、646−0は必ずしもすべてが同一の断面にはならないが、それらの関係が分かるようにすべての構造を記載している。ただし、同一断面にならないものについては透明模様を採用している。このような関係は直ぐに分かるので、他の部分にも適用している。コレクター638の領域はイオン検出室637と大きさを同じとして描いているが、横方向(図42(a)の縦方向)は大きく取ることもできるので、コレクター638のある領域637−Aを横方向に広くしてコレクター638の面積を大きくし、より多くの二次電子640−pを捕捉することもできる。 Although FIG. 42B is a schematic cross-sectional view of the ion detection chamber 637 in the vertical direction (direction perpendicular to the substrate surface), a part of the structure in the cross-sectional direction (direction perpendicular to the paper surface) is also shown. For example, the parallel plate electrodes 633 (633-1, 2), the contact holes 643, 645m, and the electrodes/wirings 644-0, 646-0 do not all have the same cross section, but all of them are shown so that their relationships can be understood. The structure of is described. However, transparent patterns are used for those that do not have the same cross section. Since such a relationship can be seen immediately, it is applied to other parts. Although the region of the collector 638 is depicted as having the same size as the ion detection chamber 637, the region 637-A in which the collector 638 is present can be made wider because the region in the lateral direction (vertical direction in FIG. 42A) can be made larger. The area of the collector 638 can be increased by increasing the area in the direction, and more secondary electrons 640-p can be trapped.

図42(c)は、図42(a)および(b)におけるA−A‘部分の断面模式図であり、図42(a)および(b)の左右方向から見た図である。破線647で示す線は主基板631の側面631−2とダイノード部分となる突出部631−2−3との境目を示すが、実際には同じ主基板であるから境目は分からないので、他の所でイオン検出室となる空洞で突出部分がない部分における主基板側面を延長して破線として記載している。同様に破線648で示す線は主基板631の側面631−3とダイノード部分となる突出部631−3−mとの境目を示す。突出部631−2−3および突出部631−3−mの表面にはそれぞれ二次電子放出物質膜632および635が上基板641の下面から下基板642の上面まで積層されている。また、突出部631−3−mの上の二次電子放出物質膜632の表面にはさらに導電体膜636が上基板641の下面から下基板642の上面まで積層されている。このように広い領域で導電体膜636と二次電子放出物質膜632は接触しているので、二次電子放出物質膜632、635が導電体膜の場合はもちろん、半導体膜の場合にも、導電体膜636から二次電子放出物質膜632に十分に電位が印加される。当然ではあるが、突出部がある部分はない部分に比べてイオン検出室が狭くなっている。尚、これまでもそうであるが、二次電子放出物質膜632、635と主基板631との間には絶縁膜を形成して導通しないようにすることもでき、さらに導電体膜636や二次電子放出物質膜632、635の上に保護膜としての絶縁膜を形成することもできる。本発明の優れている点は、貫通室の中でコンタクト孔やビア等の小さなパターンを形成する必要がないので、貫通室のような凹部となった部分におけるパターニングの正確さが不要であり製造がしやすい。 42(c) is a schematic cross-sectional view taken along the line A-A' in FIGS. 42(a) and 42(b), and is a view seen from the left-right direction in FIGS. 42(a) and 42(b). The line indicated by the broken line 647 indicates the boundary between the side surface 631-2 of the main substrate 631 and the protruding portion 631-2-3 serving as the dynode portion. The side surface of the main substrate in a portion where there is no protruding portion in the cavity that serves as the ion detection chamber is shown as a broken line. Similarly, a line indicated by a broken line 648 indicates a boundary between the side surface 631-3 of the main substrate 631 and the protruding portion 631-3-m serving as a dynode portion. Secondary electron emission material films 632 and 635 are laminated on the surfaces of the protrusion 631-2-3 and the protrusion 631-3-m from the lower surface of the upper substrate 641 to the upper surface of the lower substrate 642, respectively. Further, a conductor film 636 is further laminated on the surface of the secondary electron emission material film 632 on the protruding portion 631-3-m from the lower surface of the upper substrate 641 to the upper surface of the lower substrate 642. Since the conductor film 636 and the secondary electron emission material film 632 are in contact with each other in such a wide area, not only when the secondary electron emission material films 632 and 635 are conductor films but also when they are semiconductor films, A sufficient potential is applied from the conductor film 636 to the secondary electron emission material film 632. As a matter of course, the ion detection chamber is narrower than the portion without the protruding portion. As has been the case so far, it is possible to form an insulating film between the secondary electron emission material films 632 and 635 and the main substrate 631 so as not to conduct electricity. An insulating film as a protective film may be formed on the secondary electron emission material films 632 and 635. The advantage of the present invention is that since it is not necessary to form a small pattern such as a contact hole or a via in the through chamber, the accuracy of patterning in a recessed portion such as the through chamber is not required, and the manufacturing Easy to peel.

図42(d)は、図42(a)および(b)におけるB−B‘部分の断面模式図であり、図42(a)および(b)の左右方向から見た図である。中央孔630−2の内面の左右両側に平行平板電極用の導電体膜633(633−1、2)が形成されている。これらの導電体膜633(633−1、2)は図42(a)および(b)に記載しているように上基板641または下基板642の方にまで伸びていて、外側電極・配線646−0や644−0から電圧を印加できる。中央孔630や導電体膜633の形成方法は、これまでも説明した様に主基板631を上下に分離して、それぞれ上基板641や下基板642に付着させて形成することができ、さらにそれらを貼り合わせれば良い。その貼り合わせ(付着)部分を破線649で示す。 42(d) is a schematic cross-sectional view of a B-B' portion in FIGS. 42(a) and 42(b), and is a view seen from the left-right direction of FIGS. 42(a) and 42(b). Conductor films 633 (633-1, 2) for parallel plate electrodes are formed on both left and right sides of the inner surface of the central hole 630-2. These conductor films 633 (633-1, 2) extend to the upper substrate 641 or the lower substrate 642 as shown in FIGS. 42(a) and 42(b), and the outer electrode/wiring 646 is formed. Voltage can be applied from -0 or 644-0. The central hole 630 and the conductor film 633 can be formed by separating the main substrate 631 into upper and lower parts and attaching them to the upper substrate 641 and the lower substrate 642, respectively, as described above. Just stick together. The bonded (attached) portion is indicated by a broken line 649.

突出部分631−2−3−1〜nや631−3−3−1〜mの形状を図42(a)に示すように、イオンビーム639の入射方向に傾いた傾斜面を持つように主基板631の厚み方向に略垂直に形成すると、イオンビーム639を一定角度で二次電子放出物質膜632のパターンへ照射しやすい。さらに二次電子の入射角度もほぼ一定角度で対面する傾斜面に入射しやすいので、設計や条件設定が簡単である。イオンビーム639の入射側に最も近くイオンビームが照射されるダイノード部である突出部631−2−3−1の傾斜角をα1、そこから出た二次電子が照射される対向するダイノード部である突出部631−3−3−1の傾斜角をβ1、主基板631の側面631−2側のn番目のダイノード部である突出部631−2−3−nの傾斜角をαn、主基板631の側面631−3側のm番目のダイノード部である突出部631−3−3−mの傾斜角をβmとする。このとき、10度<α1、・・・、αn<45度、10度<β1、・・・、βm<45度とするのが良い。これによってイオンビームの照射角度や二次電子の放出率および照射角度を制御しやすい。尚、傾斜角を小さくすれば、イオン検出室を長くする必要があり、傾斜角を大きくすれば、イオン検出室を短くできる。(同じダイノード数の場合) As shown in FIG. 42(a), the shapes of the protruding portions 631-2-3-1 to n and 631-3-3-1 to m are designed to have an inclined surface inclined in the incident direction of the ion beam 639. When formed substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate 631, it is easy to irradiate the pattern of the secondary electron emission material film 632 with the ion beam 639 at a constant angle. Furthermore, since the incident angle of the secondary electrons is almost constant, the secondary electrons can easily be incident on the facing inclined surfaces, which simplifies the design and condition setting. The inclination angle of the protrusion 631-2-3-1, which is the dynode portion that is closest to the incident side of the ion beam 639 and is irradiated with the ion beam, is α1, and the opposite dynode portion that is irradiated with secondary electrons emitted therefrom is α1. The inclination angle of a protrusion 631-3-3-1 is β1, the inclination angle of the protrusion 631-2-3-n, which is the n-th dynode portion on the side surface 631-2 side of the main substrate 631, is αn, and the main substrate is The inclination angle of the protruding portion 631-3-3 -m, which is the m-th dynode portion on the side surface 631-3 side of 631, is βm. At this time, it is preferable that 10 degrees<α1,..., αn<45 degrees, 10 degrees<β1,..., βm<45 degrees. This makes it easy to control the irradiation angle of the ion beam, the emission rate of secondary electrons, and the irradiation angle. It should be noted that if the tilt angle is small, the ion detection chamber needs to be long, and if the tilt angle is large, the ion detection chamber can be shortened. (When the number of dynodes is the same)

尚、突出部分631−2−3−1〜nや631−3−3−1〜mの表面形状は湾曲形状にすることもできる。たとえば、主基板を上下2つに分割して、それぞれ突出部分631−2−3−1〜nや631−3−3−1〜m形成するときに横方向エッチング(サイドエッチング)と縦方向(主基板の厚さ方向)のエッチング速度を制御するウエットエッチングまたはドライエッチングを用いて、突出部分631−2−3−1〜nや631−3−3−1〜mの表面形状を湾曲(片側)または傾斜面エッチングして、それらを中央部分で付着させれば良い。突出部分631−2−3−1〜nや631−3−3−1〜mの表面形状をこのような傾斜面または湾曲面にすれば、二次電子線等を突出部分631−2−3−1〜nや631−3−3−1〜mの表面に集中できるので、より多くの二次電子線を発生させることができる。 The surface shape of the protruding portions 631-2-3-1 to n and 631-3-3-1 to m may be curved. For example, when the main substrate is divided into upper and lower parts and the protruding portions 631-2-3-1 to n and 631-3-3-1 to m are respectively formed, the horizontal etching (side etching) and the vertical etching (side etching) are performed. By using wet etching or dry etching that controls the etching rate in the thickness direction of the main substrate, the surface shape of the protruding portions 631-2-3-1 to 631-3-1-m is curved (one side). ) Or inclined surfaces are etched and they are attached at the central portion. If the surface shape of the protruding portions 631-2-3-1 to 63-n and 631-3-3-1 to m is such an inclined surface or a curved surface, a secondary electron beam or the like is projected onto the protruding portion 631-2-3. Since it is possible to concentrate on the surfaces of -1 to n and 631-3-3-1 to m, more secondary electron beams can be generated.

図43は、図42で示す平行平板型電極を作製する方法の一実施形態を示す図である。この平行平板型電極633−1、2の作製方法の難しさは、中央孔630−2の側面に電極を形成することである。図43では図42で示す平行平板型電極付近の状態だけを示す。図43では主基板は上下に半分分割される。図43(a)〜(e)は平面図(主基板の表面に平行)であり、図43(f)〜(k)は平面図に垂直な断面図である。下部基板652に付着した主基板651の表面に感光性膜パターン653を形成し、中央孔を形成する部分を開口し(図43(a)、その開口部から主基板651に中央孔となる凹部654を形成する。この中央孔654の深さは、実際の中央孔(図42においては中央孔630−2)の深さの約半分である。この中央孔654の側面には平行平板電極を作製するので、この中央孔654のエッチングではできるだけ垂直にエッチングする。図43(g)は感光性膜パターン653を除去した状態である。 FIG. 43 is a diagram showing one embodiment of a method for producing the parallel plate electrode shown in FIG. 42. The difficulty of the method of manufacturing the parallel plate electrodes 633-1 and 2 is that electrodes are formed on the side surfaces of the central hole 630-2. FIG. 43 shows only the state near the parallel plate electrodes shown in FIG. In FIG. 43, the main board is divided into upper and lower halves. 43(a) to 43(e) are plan views (parallel to the surface of the main substrate), and FIGS. 43(f) to 43(k) are cross-sectional views perpendicular to the plan view. A photosensitive film pattern 653 is formed on the surface of the main substrate 651 attached to the lower substrate 652, and a portion for forming a central hole is opened (FIG. 43(a), and a concave portion to be the central hole is formed in the main substrate 651 through the opening). The depth of the central hole 654 is about half the depth of the actual central hole (central hole 630-2 in FIG. 42). A parallel plate electrode is provided on the side surface of the central hole 654. Since it is manufactured, the central hole 654 is etched as vertically as possible, and the photosensitive film pattern 653 is removed in FIG.

次に、イオン検出室となる部分の感光性膜655の窓開けを行なう。感光性膜655−2は中央孔654を有する基板側壁を形成するパターンであり、感光性膜655−2、3はイオン検出室となる部分の基板651の側面を形成するパターンであり、開口部はイオン検出室となる部分である。(図43(b))これらの感光性膜パターンをマスクにしてイオン検出室となる部分の主基板651をエッチングする。これらのエッチングは垂直エッチングでも、あるいはテーパーエッチングでも良い。将来重ねて貼り合わせるときに上面がコントロールされたサイズでできていれば良い。図43(c)は、イオン検出室となる部分の主基板651のエッイングを行ない、感光性膜655を除去した後の状態を示していて、イオン検出室の側面となる主基板651−2、3や中央孔654−1を有する基板側壁651−1、さらにはイオン検出室の下面となる下部基板652が示されている。図43(b)で示す凹部654の長手方向(中央孔のイオンビーム進行方向)は、マスクずれやエッチングばらつき等も考慮して実際の中央孔654−1より大きく形成した方が良い。 Next, the window of the photosensitive film 655 in the portion which will be the ion detection chamber is opened. The photosensitive film 655-2 is a pattern that forms the side wall of the substrate having the central hole 654, and the photosensitive films 655-2 and 35-2 are patterns that form the side surfaces of the substrate 651 that will be the ion detection chamber. Is the part that becomes the ion detection chamber. (FIG. 43B) By using these photosensitive film patterns as a mask, the portion of the main substrate 651 which will be the ion detection chamber is etched. These etchings may be vertical etchings or taper etchings. It is sufficient if the upper surface is of a controlled size when it is laminated and laminated in the future. FIG. 43C shows the state after the photosensitive film 655 is removed by etching the main substrate 651 in the portion to be the ion detection chamber, and the main substrate 651-2 to be the side surface of the ion detection chamber, 3 and a substrate side wall 651-1 having a central hole 654-1, and a lower substrate 652 which is the lower surface of the ion detection chamber. It is preferable that the longitudinal direction of the recess 654 shown in FIG. 43(b) (the ion beam advancing direction of the central hole) be larger than the actual central hole 654-1 in consideration of mask shift, etching variation and the like.

次に主基板651上に絶縁膜を形成し、(絶縁膜は記載せず、主基板が絶縁体であるときはなくても良い)導電体膜656を積層し、平行平板用の電極形成用の感光性膜パターン657−1や配線形成用の感光性パターン657−2、3を形成する。これらの感光性膜パターンは段差部に形成されるので、感光性シート膜や電着レジスト膜、焦点深度の大きい露光法、斜め露光法、回転露光法等を用いて行なう。(図43(d))その感光性膜パターンをマスクにして導電体膜656をエッチングして、導電体膜パターン656(656−1、2、3)を形成する。図43(e)は感光性膜657を除去後の平面図であり、導電体膜パターン656−1は中央孔654−1の左右側面に形成された電極となり、導電体膜パターン656−2、3は下部基板652に形成された配線パターンである。図43(e)におけるA−A‘断面が図43(h)であり、主基板651の側壁651―1の中央部に形成された中央孔654の左右の側面に導電体膜電極656−1が形成されている。図43(e)におけるB−B‘断面が図43(i)であり、中央孔654の側面に導電体膜電極656−1が形成され、その導電体膜電極656−1は下部基板652に形成された配線パターン656−2、3と基板側壁651−1の段差部で接続している。この導電体膜656の形成は、まずCVD法やPVD法で形成したときは段差部で薄くなるが、その後メッキ法や選択CVD法等で導電体膜を厚く積層するので、段差部でも十分接続する。さらに主基板651のエッチングのときにテーパーエッチングをすれば段差部がテーパー化するので、導電体膜の接続もより十分となる。尚、図43(i)では導電体膜656と主基板との間の絶縁膜は記載していない。 Next, an insulating film is formed on the main substrate 651, and a conductor film 656 (which is not shown when the main substrate is an insulator and may be omitted) is laminated to form an electrode for forming a parallel plate. The photosensitive film pattern 657-1 and the photosensitive patterns 657-2 and 3 for forming wiring are formed. Since these photosensitive film patterns are formed on the steps, they are formed by using a photosensitive sheet film, an electrodeposition resist film, an exposure method with a large depth of focus, an oblique exposure method, a rotary exposure method, or the like. (FIG. 43D) The conductor film 656 is etched by using the photosensitive film pattern as a mask to form conductor film patterns 656 (656-1, 2, 3). FIG. 43(e) is a plan view after removing the photosensitive film 657. The conductor film pattern 656-1 becomes electrodes formed on the left and right side surfaces of the central hole 654-1, and the conductor film pattern 656-2, Reference numeral 3 is a wiring pattern formed on the lower substrate 652. The cross section AA' in FIG. 43(e) is shown in FIG. 43(h), and the conductor film electrodes 656-1 are formed on the left and right side surfaces of the central hole 654 formed in the central portion of the side wall 651-1 of the main substrate 651. Are formed. 43(i) is a cross-sectional view taken along the line BB′ in FIG. 43(e), in which a conductor film electrode 656-1 is formed on the side surface of the central hole 654, and the conductor film electrode 656-1 is formed on the lower substrate 652. The formed wiring patterns 656-2, 3 are connected to the step portion of the substrate side wall 651-1. The formation of the conductor film 656 becomes thin at the step portion when first formed by the CVD method or the PVD method, but since the conductor film is thickly laminated by the plating method or the selective CVD method after that, the connection at the step portion is sufficient. To do. Further, when the main substrate 651 is etched, if the taper etching is performed, the step portion is tapered, so that the connection of the conductor film becomes more sufficient. Note that the insulating film between the conductor film 656 and the main substrate is not shown in FIG. 43(i).

同様のものを上部基板658側にも形成して、下部基板652側と上部基板658側とを付着させることによって、中央孔に形成された側面が平行平板電極となるイオン検出室が形成される。図43(k)は下部基板652側と上部基板658側とを付着させた後、コンタクト孔659(659−1、2)、660(660−1、2)、それらのコンタクト孔への導電体膜の形成、さらにそれらに接続する電極・配線661(661−1、2)、662(662−1、2)を形成する。(これらのコンタクト孔や電極・配線は付着させる前に形成することもできる。)上下の導電体膜配線656−2と4、および656−3と5との接続、さらには中央孔654の側面に形成された導電体膜656−1同士(656−1−1、2)の接続は、付着時にたとえば圧着されて接続する。あるいは、適度な熱処理を行なって接着したり、融着させることもできる。接着剤を用いて接着するときには、分散型導電体粒子を含む接着剤で圧着すれば、導電体膜の有る部分だけ接続できる。以上のような簡単なプロセスで中央孔側面に平行平板電極を形成し、イオン検出室外側から電圧印加も自由にできるので、所望の条件でイオンビームの軌道を変化させることができる。上記説明や図面から簡単に分かるように、中央孔の途中で電極を分離することもでき、それぞれの電極への電圧印加をすることができ、前段の平行平板電虚と後段の平行平板電極のそれぞれでイオンの軌道を変化させることができるので、より精密なイオンビーム制御を行なうこともできる。さらには、中央孔の上下にも平行平板電極を簡単に形成できる(上下だけに感光性膜パターンを形成し、側面の導電体膜をエッチング除去すれば良い)ので、イオンビームの上下方向の制御もできる。従って、上下方向の制御と左右方向の制御を行ないながらイオンビームを左右上下に制御することもでき、所望のダイノードやチャネル電極の所望部分へイオンビームを照射することもできる。 By forming the same one on the upper substrate 658 side and attaching the lower substrate 652 side and the upper substrate 658 side to each other, an ion detection chamber whose side surface formed in the central hole serves as a parallel plate electrode is formed. .. In FIG. 43(k), after attaching the lower substrate 652 side and the upper substrate 658 side, contact holes 659 (659-1, 2), 660 (660-1, 2) and conductors to those contact holes are shown. A film is formed, and electrodes/wirings 661 (661-1, 2) and 662 (662-1, 2) connected to them are formed. (These contact holes and electrodes/wirings can also be formed before they are attached.) Connection between the upper and lower conductor film wirings 656-2 and 656-2 and 656-3 and 5, and the side surface of the central hole 654. The conductor films 656-1 (656-1-1, 2) formed in the above are connected by, for example, pressure bonding at the time of attachment. Alternatively, a suitable heat treatment may be performed for adhesion or fusion. When adhering with an adhesive, if the pressure is applied with an adhesive containing dispersed conductor particles, only the portion with the conductor film can be connected. Since the parallel plate electrodes are formed on the side surfaces of the central hole and the voltage can be freely applied from the outside of the ion detection chamber by the above-described simple process, the trajectory of the ion beam can be changed under desired conditions. As can be easily understood from the above description and drawings, the electrodes can be separated in the middle of the central hole, voltage can be applied to each electrode, and the parallel plate electrode in the front stage and the parallel plate electrode in the rear stage can be separated. Since the trajectories of the ions can be changed for each, more precise ion beam control can be performed. Furthermore, since parallel plate electrodes can be easily formed above and below the central hole (it is only necessary to form a photosensitive film pattern only on the top and bottom and etch away the conductor film on the side surface), so the vertical direction of the ion beam can be controlled. Can also Therefore, it is possible to control the ion beam vertically and horizontally while controlling the vertical direction and the horizontal direction, and it is possible to irradiate the desired portion of the desired dynode or channel electrode with the ion beam.

図44は、本発明の中央孔をチャネル形二次電子増倍管に適用した実施例を示す図である。イオン検出室677内に長さLの中央孔674−3を有する基板側壁671−3が形成されている。イオン検出室677は、上部基板672と主基板671と下部基板673が付着した状態で上部基板672と下部基板673の間の主基板の一部または全部がくり抜かれた空洞室である。イオン検出室677は、隣室のたとえば質量分析室から入射するイオンビーム678がイオン検出室677と隣室とを隔てる基板側壁(隔壁)671−1が有する中央孔674−1を有する基板側壁(隔壁)671−1、イオンビーム678を曲げてチャネル形二次電子増倍管680の中央孔674−3の所定の内面壁へ当てる平行平板型電極676−1−1およびイオンビームが通る中央孔674−2を有する基板側壁671−2、チャネル形二次電子増倍管680、チャネル形二次電子増倍管680から出射する二次電子線679−nが照射するコレクタ電極676−4、およびコレクタ電極676−4を付着(積層)させて支持する基板側壁671−4を有する。本発明では、コレクタ電極も他の導電体膜と同じプロセスで積層できる。たとえば、上部基板672または下部基板673に付着させた主基板671に貫通室677を形成し、その後、主基板が導電体基板(たとえば、Fe系やCu系、Al系、導電C系)や半導体基板(たとえば、Si系、C系、化合物系)の場合は、絶縁膜(たとえば、SiOx、SiOxNy、SiNy)を積層させた後、導電体膜(たとえば、Cu系、Al系、導電C系、Ti系、W系、シリサイド系、導電性PolySi系、Mo系、Ni系、Au系、Ag系)を積層し、所望のパターニングをすれ良い。その後、上部基板側と下部基板側を貼り合わせれば良い。コレクター電極676−4はイオンビーム678の進行方向に対して直角方向の基板側壁671の側面671−4に形成されているように描いているが、二次電子679−nを最も捕捉しやすいように形成しても良い。たとえば、基板側面671−4の中央部を窪ませても良く、この形成方法は基板側面671−4(の分割した半分)を形成時に等方性エッチングやコントロールしたサイドエッチングを行なうことによって作製できる。また、イオンビーム678の進行方向に対して基板側壁671の側面671−4を傾斜させることも簡単にできる。さらにコレクター電極のあるイオン検出室(二次電子増倍管となる領域680を出た所からのイオン検出室)を主基板側面方向(主基板の厚み方向と直角な、図44の紙面に対して直角方向)に拡張して広げて作製しても良い。 FIG. 44 is a diagram showing an embodiment in which the central hole of the present invention is applied to a channel type secondary electron multiplier. A substrate side wall 671-3 having a central hole 674-3 of length L is formed in the ion detection chamber 677. The ion detection chamber 677 is a hollow chamber in which a part or all of the main substrate between the upper substrate 672 and the lower substrate 673 is hollowed out while the upper substrate 672, the main substrate 671, and the lower substrate 673 are attached. The ion detection chamber 677 has a substrate side wall (partition wall) having a central hole 674-1 included in a substrate side wall (partition wall) 671-1 that separates the ion detection chamber 677 and the adjacent chamber by an ion beam 678 that is incident from the adjacent chamber, for example, a mass spectrometry room. 671-1, a parallel plate electrode 676-1-1, which bends the ion beam 678 and hits a predetermined inner wall of the central hole 674-3 of the channel type secondary electron multiplier 680, and a central hole 674 through which the ion beam passes. 2 having a substrate side wall 671-2, a channel type secondary electron multiplier 680, a collector electrode 676-4 irradiated by a secondary electron beam 679-n emitted from the channel type secondary electron multiplier 680, and a collector electrode. It has a substrate side wall 671-4 for supporting (attaching (stacking)) 676-4. In the present invention, the collector electrode can also be laminated in the same process as that of another conductor film. For example, a through chamber 677 is formed in the main substrate 671 attached to the upper substrate 672 or the lower substrate 673, and then the main substrate is a conductor substrate (for example, Fe-based, Cu-based, Al-based, conductive C-based) or semiconductor. In the case of a substrate (eg, Si-based, C-based, compound-based), an insulating film (eg, SiOx, SiOxNy, SiNy) is laminated, and then a conductor film (eg, Cu-based, Al-based, conductive C-based, Ti-based, W-based, silicide-based, conductive PolySi-based, Mo-based, Ni-based, Au-based, Ag-based) layers may be stacked and desired patterning may be performed. After that, the upper substrate side and the lower substrate side may be bonded together. Although the collector electrode 676-4 is drawn so as to be formed on the side surface 671-4 of the substrate side wall 671 in the direction perpendicular to the traveling direction of the ion beam 678, it is most easily trapped by the secondary electrons 679-n. It may be formed in For example, the central portion of the substrate side surface 671-4 may be recessed, and this formation method can be performed by performing isotropic etching or controlled side etching at the time of forming the substrate side surface 671-4 (half thereof divided). .. Further, it is possible to easily incline the side surface 671-4 of the substrate side wall 671 with respect to the traveling direction of the ion beam 678. Furthermore, the ion detection chamber with the collector electrode (the ion detection chamber from the place where the secondary electron multiplier tube 680 is exited) is located in the side direction of the main substrate (perpendicular to the thickness direction of the main substrate, with respect to the plane of FIG. It may be produced by expanding in a right angle direction) and expanding.

図44の平行平板電極676−1(676−1−1、2)も図43に示したものと同じく中央孔に形成した電極であるが、上部基板672および下部基板673、および主基板表面に平行な電極である点で図43に示したものとは異なる。(図43に示したものは上部基板672および下部基板673、および主基板表面に垂直方向に形成されている。)この形成方法は、既に記載した通りであるが、導電体膜676−1−1を形成した後に、中央孔674−2の底面側を感光性膜でカバーし、側面側の感光性膜を除去し、それらのパターンをマスクにして側面側の導電性膜をエッチング除去すれば良い。あるいは、基板側壁を用いないで、上部基板672の下面に上部電極を形成し、下部基板673に下部電極を形成して、平行平板電極を作製することもできる。この場合、主基板671を上部基板672または下部基板673に付着させた後に貫通室を形成し、その後絶縁膜および導電体膜を形成して、感光性膜をパターニングし上部電極を上部基板672の下面に、下部電極を下部基板673の上面に形成して平行平板電極構造を構成することもできるし、または、上部基板672および下部基板673にそれぞれ上部電極および下部電極を形成した後に、既に貫通室または凹部を形成した主基板671を付着させて(貫通室または凹部の部分に上部電極および下部電極のパターンを合わせる)、平行平板電極構造を構成することができる。(凹部の場合は、付着させた後に完全に貫通室となるように主基板の除去(エッチング)を行なう必要がある。)中央孔の上下電極の距離をdとすれば、電界E=V/dであるからdおよびVを変化させることによってイオンの軌道を変化させることができる。すなわち、同じイオン軌道の変化量を得るときに、dが小さければ印加電圧Vは小さくて済む。dが最も大きくなるときは、主基板671の側壁がない場合であり、そのときdは主基板の厚みにほぼ等しい。(実際には、絶縁膜や導電体膜の厚みも考慮する必要がある。) The parallel plate electrodes 676-1 (676-1-1, 2) in FIG. 44 are also electrodes formed in the central hole similarly to those shown in FIG. 43, but on the upper substrate 672 and the lower substrate 673, and on the main substrate surface. It differs from that shown in FIG. 43 in that it is parallel electrodes. (The one shown in FIG. 43 is formed in the vertical direction on the upper substrate 672, the lower substrate 673, and the surface of the main substrate.) This forming method is as described above, but the conductor film 676-1- is used. After forming 1, the bottom surface side of the central hole 674-2 is covered with a photosensitive film, the photosensitive film on the side surface side is removed, and the conductive film on the side surface side is removed by etching using those patterns as a mask. good. Alternatively, the parallel plate electrodes can be manufactured by forming the upper electrode on the lower surface of the upper substrate 672 and the lower electrode on the lower substrate 673 without using the substrate side wall. In this case, after the main substrate 671 is attached to the upper substrate 672 or the lower substrate 673, a through chamber is formed, and then an insulating film and a conductor film are formed, a photosensitive film is patterned, and an upper electrode is formed on the upper substrate 672. The lower electrode may be formed on the lower surface of the lower substrate 673 to form a parallel plate electrode structure, or the upper electrode and the lower electrode may be formed on the upper substrate 672 and the lower substrate 673, respectively. A parallel plate electrode structure can be formed by attaching a main substrate 671 having a chamber or a recess formed therein (matching the patterns of the upper electrode and the lower electrode with the penetrating chamber or the recess). (In the case of a concave portion, it is necessary to remove (etch) the main substrate so as to completely form the through chamber after adhering.) If the distance between the upper and lower electrodes of the central hole is d, the electric field E=V/ Since it is d, the trajectories of ions can be changed by changing d and V. That is, when obtaining the same amount of change in ion trajectory, the applied voltage V can be small if d is small. The maximum value of d is when there is no side wall of the main substrate 671, and then d is substantially equal to the thickness of the main substrate. (In practice, it is also necessary to consider the thickness of the insulating film and the conductor film.)

次に、二次電子増倍管680について詳細に説明する。本発明を用いれば簡単なプロセスでチャネル形二次電子増倍管を作製できる。すなわち、長さLの中央孔674−3を有する基板側壁671−3を作製する。この作製方法はこれまでと同じく、主基板671を2つに分割し、深さd/2、幅eの凹部を作製する。垂直エッチング法を用いれば断面が矩形形状の凹部になり、サイドエッチング法を用いれば傾斜した凹部(略台形形状と呼んでも良い)が形成できる。(少し湾曲した形状となる場合もある。)次に、主基板671の基板側壁671−3(この長さが二次電子増倍管のチャネル長さとなる)を作製する。すなわち、基板側壁671−3等(他の基板側壁パターンも含む)以外の主基板671のエッチングを行ない、貫通室であるイオン検出室677を形成する。この後、凹部674−3および基板側壁、貫通室等へ絶縁膜および二次電子放出物質675を積層し、次に二次電子放出物質675を図44に示すように凹部674−3および基板側壁671−3の両端の側面部分(および上部基板672、下部基板673、基板671の貫通室677の側面で必要な部分)に二次電子放出物質675を残して、それ以外はエッチングする。次に導電体膜676を積層し、二次電子放出物質675の両端部部分と接触するように配線676−2(676−2−1、2)および676−3(676−3−1、2)、それ以外の配線676−1(676−1−1、2)やコレクター電極676−4等を形成する。この後導電体膜676を保護する保護膜(たとえば、SiOx、SiOxNy、SiNy)を形成しても良い。この後、上部基板側と下部基板側を貼り合わせる(付着させる)。 Next, the secondary electron multiplier 680 will be described in detail. By using the present invention, a channel type secondary electron multiplier can be manufactured by a simple process. That is, the substrate side wall 671-3 having the central hole 674-3 having the length L is manufactured. In this manufacturing method, the main substrate 671 is divided into two to form a recess having a depth of d/2 and a width of e, as in the conventional method. If the vertical etching method is used, a concave section having a rectangular cross section is formed, and if the side etching method is used, an inclined concave section (which may be called a substantially trapezoidal shape) can be formed. (It may have a slightly curved shape.) Next, the substrate side wall 671-3 of the main substrate 671 (this length becomes the channel length of the secondary electron multiplier) is manufactured. That is, the main substrate 671 other than the substrate side walls 671-3 and the like (including other substrate side wall patterns) is etched to form the ion detection chamber 677 which is a penetration chamber. After that, the insulating film and the secondary electron emitting material 675 are laminated on the recess 674-3, the side wall of the substrate, the through chamber, etc., and then the secondary electron emitting material 675 is formed on the recess 674-3 and the side wall of the substrate as shown in FIG. The secondary electron emission material 675 is left in the side surface portions of both ends of 671-3 (and the upper substrate 672, the lower substrate 673, and the portions required for the side surfaces of the through chamber 677 of the substrate 671), and the other portions are etched. Next, a conductor film 676 is stacked, and wirings 676-2 (676-2-1, 2) and 676-3 (676-3-1, 2) are contacted with both end portions of the secondary electron emission material 675. ) And other wirings 676-1 (676-1-1, 2), collector electrodes 676-4, etc. are formed. After that, a protective film (for example, SiOx, SiOxNy, SiNy) that protects the conductor film 676 may be formed. Then, the upper substrate side and the lower substrate side are bonded (attached).

付着した後の図44(a)におけるA−A‘の断面図を図44(b)に示す。中央孔674−3は主基板671(671−3)に積層された絶縁膜674−3、その上に積層された二次電子放出物質675に囲まれている。この空洞部分674−3を二次電子が増倍されながら進んでいく。すなわち、イオンビーム678が空洞(チャネルと呼ぶ)の入り口付近に当たり、そこで二次電子679−1が発生する。二次電子増倍管680の入り口側の電極676−2(676−2−1、2)と二次電子増倍管680の出口側の電極676−3(676−3−1、2)との間に電圧Vが印加され(入口側の電圧を出口側より負側にする。たとえば、出口側を0Vとした時、入口側に−P0V(P0>0)とすると出口側へいくに従い二次電子増倍管は正側になっていくので、電子が次々に二次電子放出物質675に当たりながら放出電子数を増大していく。出口では、コレクター676−4の電圧を出口側電極676−3(676−3−1、2)より正側にしておけば、(たとえば、出口側を0Vとして、コレクター電圧をQ0V(Q0>0)とする)最後の二次電子679−nがコレクター676−4へ集められて、コレクター電流を検出できる。中央孔674−3の形状は、凹部のエッチングの時に種々変えることができるので、最適の形状を選択できる。また、凹部の側面または上下の二次電子放出物質を除去すれば、平行平板形の二次放出電子物質による電極も形成できる。主基板671の側壁671−3をなくして、上部基板672、下部基板673、主基板671の側面(図44の紙面に垂直方向)に二次電子放出物質を積層すれば、深さdが主基板671のほぼ厚み分、幅eが主基板の側面のほぼ幅分のチャネル型(平行平板型もパイプ型(内部で二次電子放出物質がつながっている)もできる)の二次電子増倍管も作製できる。 FIG. 44B shows a cross-sectional view of AA′ in FIG. 44A after the attachment. The central hole 674-3 is surrounded by the insulating film 674-3 laminated on the main substrate 671 (671-3) and the secondary electron emitting material 675 laminated thereon. Secondary cavities 674-3 proceed while the secondary electrons are multiplied. That is, the ion beam 678 hits the vicinity of the entrance of a cavity (called a channel), and secondary electrons 679-1 are generated there. Electrodes 676-2 (676-2-1, 2) on the inlet side of the secondary electron multiplier 680 and electrodes 676-3 (676-3-1, 2) on the outlet side of the secondary electron multiplier 680. A voltage V is applied between (the voltage on the inlet side is made more negative than the outlet side. For example, when the outlet side is 0 V, -P 0 V (P 0 >0) is applied to the outlet side. As the secondary electron multiplier becomes more positive, the number of emitted electrons increases while the electrons successively hit the secondary electron emitting material 675. At the outlet, the voltage of the collector 676-4 is changed to the outlet side. If it is set on the positive side of the electrode 676-3 (676-3-1, 2), the last secondary electron (for example, the outlet side is 0 V and the collector voltage is Q 0 V (Q 0 >0)). The collector current 679-n is collected in the collector 676-4, and the collector current can be detected.The shape of the central hole 674-3 can be variously changed at the time of etching the recess, so that the optimum shape can be selected. An electrode made of a parallel plate type secondary emission electron substance can also be formed by removing the secondary electron emission substance on the side surface or above and below the upper substrate 672, the lower substrate 673, and the side wall 671-3 of the main substrate 671. By stacking the secondary electron emission material on the side surface of the main substrate 671 (in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 44), the depth d is approximately the thickness of the main substrate 671 and the width e is approximately the width of the main substrate side surface. A type (parallel plate type or pipe type (with secondary electron emitting substance connected inside) type) secondary electron multiplier can also be produced.

さらに、チャネル深さ(主基板の厚み方向)dを進行方向に徐々に大きくすることは難しいが、チャネル幅(主基板の側面方向、すなわち図44の紙面に垂直方向)eを進行方向に徐々に連続的に大きくすることは簡単にできる(マスクで簡単に作製できる)ので、傾斜電界も容易に作製できる。従って、チャネル長さLを余り長くしなくても傾斜電界を実現できる。尚、平行平板電極で電界をかけてイオンビームを上下(図44の方式)または左右(図42、図43の方式)に軌道を制御できるが、二次電子増倍管680内の最初にあたる二次電子放出物質の場所と対応させておけば、発生する二次電子は電界に引き寄せられていくので、二次電子増倍管680の構造が平行平板型の場合において、その電極構造が上下型でもまたは左右型でもそれほど問題なく二次電子を増倍することができる。あるいは、イオンビームの軌道を変化させる平行平板電極がなくても、直接二次電子増倍管680内へ入射させれば電界に引き寄せられて二次電子放出物質へ当たり二次電子を発生し、その後も電界に引き寄せられて二次電子の増倍化を実現できる。ただし、平行平板電極があれば、二次電子増倍管の所望の場所へイオンビームを照射できるので、二次電子増倍管の長さや大きさ(dやe)を小さくすることができる。 Further, it is difficult to gradually increase the channel depth (thickness direction of the main substrate) d in the traveling direction, but gradually increase the channel width (side direction of the main substrate, that is, the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 44) e in the traveling direction. Since it is easy to increase continuously (it can be easily made with a mask), the gradient electric field can be easily made. Therefore, the gradient electric field can be realized without making the channel length L too long. It is possible to control the orbit of the ion beam up and down (method of FIG. 44) or left and right (method of FIG. 42 and FIG. 43) by applying an electric field with the parallel plate electrodes. When the secondary electron multiplier 680 has a parallel plate type structure, its electrode structure is a vertical type because the generated secondary electrons are attracted to the electric field if they correspond to the location of the secondary electron emitting material. However, it is possible to multiply the secondary electrons without any problem even with the right or left type. Alternatively, even if there is no parallel plate electrode that changes the trajectory of the ion beam, if it is directly injected into the secondary electron multiplier 680, it is attracted to the electric field and hits the secondary electron emitting material to generate secondary electrons, After that, the secondary electrons can be multiplied by being attracted to the electric field. However, if there is a parallel plate electrode, the ion beam can be irradiated to a desired place of the secondary electron multiplier, so that the length and size (d and e) of the secondary electron multiplier can be reduced.

本発明の質量分析装置において、Si基板(4インチウエハ以上)の上下面にガラス基板を付着して、Siウエハに複数の貫通室を作製する。隣接する貫通室は中央孔(中央に基板面と平行な水平方向溝が中央に形成される)を有する基板側壁板で仕切られる。この中央孔を有する貫通室の形成方法は種々あるが、たとえば、中央孔の真中付近で上下別々に分けて、中央孔の半分および貫通室の半分を形成して、上側と下側を中央孔の所で付着させて作製できる。すなわち、一括基板型装置である。
図45は、ガラス基板を上下面に付着したSi基板(4インチウエハ以上)を用いた本質量分析装置の断面図(基板面に垂直方向)を示す。図46(a)は、電場部および磁場部を含む質量分析部の平面図(基板面に平行な断面図)示す。図46(b)は、磁場部およびイオン検出部の別の実施形態を示す平面図である。本質量分析装置は、図45に示すように、試料供給部、イオン化部、引き出し電極部、質量分析部、イオン検出部から構成される。
試料供給部から供給された試料ガスまたは試料液体は、イオン化部出口で霧(ガス)化し、高電界が印加されるイオン化部でイオン化する。その発生したイオンは引き出し電極・加速電極部の引き出し電極により引き寄せられ、加速または減速・収束して、電場室および磁場室を有する質量分析部へ入り、質量分析部で質量電荷比m/z(m:質量、z:電荷)に応じて選別され、イオン検出部へ出射される。イオン検出部でイオン電荷が電子増倍され電流としてイオン量が検出される。本発明は、ガスクロマトグラフィや液体クロマトグラフィーなどと結合した質量分析装置(GC−MS、LC−MS)の一括基板型装置とも言える。(尚、固体試料へも応用できる。)図45に基づいて、各部の概要を述べる。
In the mass spectrometer of the present invention, glass substrates are attached to the upper and lower surfaces of a Si substrate (4 inch wafer or more) to form a plurality of through chambers in the Si wafer. Adjacent through chambers are partitioned by a substrate side wall plate having a central hole (a horizontal groove parallel to the substrate surface is formed in the center). There are various methods of forming the through-hole having the central hole. For example, the upper and lower sides of the central hole are divided into upper and lower parts by dividing them into upper and lower parts separately in the vicinity of the middle of the central hole. It can be made by adhering at the place. That is, it is a collective substrate type device.
FIG. 45 shows a sectional view (perpendicular to the substrate surface) of the present mass spectrometer using a Si substrate (4 inch wafer or more) having glass substrates attached to the upper and lower surfaces. FIG. 46(a) is a plan view (cross-sectional view parallel to the substrate surface) of the mass spectrometric section including the electric field section and the magnetic field section. FIG. 46B is a plan view showing another embodiment of the magnetic field section and the ion detection section. As shown in FIG. 45, this mass spectrometer is composed of a sample supply unit, an ionization unit, an extraction electrode unit, a mass analysis unit, and an ion detection unit.
The sample gas or sample liquid supplied from the sample supply unit is atomized (gas) at the outlet of the ionization unit and ionized at the ionization unit to which a high electric field is applied. The generated ions are attracted by the extraction electrode of the extraction electrode/acceleration electrode unit, accelerated or decelerated/focused, enter the mass analysis unit having the electric field chamber and the magnetic field chamber, and enter the mass-to-charge ratio m/z ( It is selected according to (m: mass, z: electric charge) and emitted to the ion detector. The ionic charge is electron-multiplied by the ionic detector, and the ionic quantity is detected as a current. The present invention can also be said to be a collective substrate type device of a mass spectrometer (GC-MS, LC-MS) combined with gas chromatography or liquid chromatography. (It can be applied to a solid sample.) An outline of each part will be described with reference to FIG.

<A。試料供給部>
図45に示す試料供給部およびイオン化部は、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)を本発明に適用したものである。試料は、目標物質(試料)を含む液体(試料液)を使用するので、液体クロマトグラフィー(LC)−ESI法の一種である。試料液の入る試料導入ライン17を上部基板2の開口部14に接続する。Si基板の中央(厚さ方向における)に形成された中央孔(試料導入管)11−1が形成されており、その中央孔(試料導入管)11−1の入り口側は厚み方向に形成された縦孔(試料導入管)13に接続し、その縦孔(試料導入管)13は上部基板2の開口部14に接続する。中央孔(試料導入管)11−1の出口側は、イオン化部のイオン化室4−1に接続する。試料液は矢印Aから入り、中央孔(試料導入管)11−1はキャピラリ(毛細管)になっているので、イオン化室に入った所で広がり、霧化(ガス化)(記号A-1で示し、スプレーガスとも言う)する。
上部基板2の開口部14、縦孔(試料導入管)13のサイズは比較的自由に選択できる。中央孔(試料導入管)11−1のサイズはSi基板11の厚みに依存するが、Si基板11も積層すれば自由に厚みを増大することもできる。従って、たとえば、Si基板11の厚みは、0.5mm〜10mmで調節でき(もちろん、これより広い範囲で調節も可能)、中央孔(試料導入管)11−1の直径は50μm〜1mmを正確に作製でき、毛細管としての機能を発揮できる。中央孔(試料導入管)11−1には加熱用導電体膜9−7、10−7も形成できるので、試料を加熱することもできる。あるいは、中央孔11−1の外側において凹部れ、この導電体膜電極9−1に上部基板2に形成されたコンタクト配線5を通して、上部基板2の上面に形15を上下に設けて、この部分に熱い液体や気体を流したり、または薄膜抵抗体を形成し電気加熱して、中央孔11−1内の温度を高めることもできる。
<A. Sample supply section>
The sample supply section and the ionization section shown in FIG. 45 are obtained by applying the electrospray ionization method (ESI) to the present invention. Since a sample uses a liquid (sample solution) containing a target substance (sample), it is a kind of liquid chromatography (LC)-ESI method. A sample introduction line 17 into which the sample liquid enters is connected to the opening 14 of the upper substrate 2. A central hole (sample introducing pipe) 11-1 formed in the center (in the thickness direction) of the Si substrate is formed, and the inlet side of the central hole (sample introducing pipe) 11-1 is formed in the thickness direction. The vertical hole (sample introducing pipe) 13 is connected to the vertical hole (sample introducing pipe) 13, and the vertical hole (sample introducing pipe) 13 is connected to the opening 14 of the upper substrate 2. The outlet side of the central hole (sample introduction tube) 11-1 is connected to the ionization chamber 4-1 of the ionization section. The sample solution enters from the arrow A, and the central hole (sample introduction tube) 11-1 is a capillary (capillary tube), so it spreads when it enters the ionization chamber, and atomization (gasification) (symbol A-1 (Also referred to as spray gas).
The sizes of the opening 14 and the vertical hole (sample introduction tube) 13 of the upper substrate 2 can be relatively freely selected. The size of the central hole (sample introduction tube) 11-1 depends on the thickness of the Si substrate 11, but the thickness can be freely increased by stacking the Si substrate 11 as well. Therefore, for example, the thickness of the Si substrate 11 can be adjusted in the range of 0.5 mm to 10 mm (of course, it can be adjusted in a wider range), and the diameter of the central hole (sample introduction tube) 11-1 is 50 μm to 1 mm accurately. It can be produced and can function as a capillary tube. Since the heating conductor films 9-7 and 10-7 can also be formed in the central hole (sample introduction tube) 11-1, the sample can also be heated. Alternatively, the shape 15 is vertically provided on the upper surface of the upper substrate 2 through the contact wiring 5 formed on the upper substrate 2 through the conductor film electrode 9-1 which is recessed outside the central hole 11-1. It is also possible to raise the temperature in the central hole 11-1 by flowing a hot liquid or gas, or by forming a thin film resistor and electrically heating it.

<B。イオン化部>
イオン化室4−1は、Si基板1内に形成された貫通室であり、上部が上部基板(たとえば、ガラス基板や石英基板)2、下部が下部基板3、左側面(図45における)が中央孔11−1を有する基板側壁1−1、右側面が中央孔11−2を有する基板側壁板1−2、奥側側面および手前側側面もSi基板側壁(図45では示すことができない)によって囲まれている。
上部基板2の下面の一部には導電体膜電極9−1が形成さ成された外側電極7−1が接続する。また、導電体膜電極9−1は中央孔内面の導電体膜電極9−7と接続する。
下部基板3の上面の一部には導電体膜電極10−1が形成され、この導電体膜電極10−1に下部基板3に形成されたコンタクト配線6を通して、下部基板3の下面に形成された外側電極8−1が接続する。また、導電体膜電極10−1は中央孔内面の導電体膜電極10−7と接続する。
導電体膜電極9−1は、上部基板2に形成してからSi基板1に付着して、形成できる。あるいは、上部基板2を付着したSi基板1に貫通室4−1を形成してから、導電体膜電極9−1を形成することもできる。このとき、中央孔11−1も形成できるので、中央孔内面に導電体膜電極9−7も形成することができる。導電体膜電極10−1および10−7も同様である。また、貫通室内において、記載していないが、導電体膜とSi基板1との間には絶縁膜(CVD法等で積層、たとえば、SiO2膜やSiN膜)が形成されている。(尚、絶縁膜は、他の部分についても記載していない。)また、導電体膜の上には保護膜として絶縁膜を形成することもできる。
上部基板2側に付着したSi基板1uと下部基板3側に付着したSi基板1bとは、貫通室、中央孔、絶縁膜、導電体膜、保護膜等を形成した後にSi側の面で付着する(付着面を一点鎖線Mで示す)。この付着法として、常温接合、接着剤を使用した接着、間にガラス基板を挟んで静電陽極接合等を使うことができる。
従って、毛細管としての中央孔11−1の内面の導電体膜電極9−7および10−7には、外側電極7−1および8−1から2000V〜4000Vの高電圧を印加できる。(対電極は、基板側壁板1−2上の導電体膜電極10−2−1である。)この結果、試料液が毛細管である中央孔11−1を通り、イオン化室4−1の出口18において帯電した液滴(スプレーガス)A-1となって、貫通室4−1に放出される。
貫通室4−1内は、導電体膜電極9−1、10−1の一部を使って加熱することもでき、また開口部16を上下基板2、3に設けてポンプに接続し、気化した溶媒を速やかに排出することもできる。また、前述したように中央孔11−1を加熱することもできるので試料液Aのガス化を助けることもできる。この結果、帯電液滴(スプレーガス)は微細粒子化・乾燥し、試料がイオン化する。
イオン化室4−1の温度が他の部分へ伝達しないようにするために、イオン化室4−1の周囲や中央孔11−1の周囲に凹部15と同様の凹部を設けて、その凹部に冷却ガス(ドライアイスガス等)や冷却水を導入することもできる。また、イオン化室等の汚れは、開口部からパージガスやクリーニングガス、あるいは洗浄液等を導入し、常にクリーンな状態を保持することもできる。本発明の貫通室の容積は非常に小さいので、クリーニング後も短時間で元の状態へ復帰しやすい。
尚、イオン化法は、以下の他のイオン化法も本発明の一括基板型で作製可能なので、TEG(テストパターン)で他のイオン化法も検討する。また、イオン化室4−1に設けた開口部から外部で発生したイオンを導入することもできる。
<B. Ionization Department>
The ionization chamber 4-1 is a through chamber formed in the Si substrate 1. The upper part is an upper substrate (for example, a glass substrate or a quartz substrate) 2, the lower part is a lower substrate 3, and the left side surface (in FIG. 45) is the center. The side wall 1-1 of the substrate having the hole 11-1, the side wall plate 1-2 of the right side having the central hole 11-2, the back side surface and the front side surface are also formed by the Si substrate side wall (not shown in FIG. 45). being surrounded.
An outer electrode 7-1 formed with a conductor film electrode 9-1 is connected to a part of the lower surface of the upper substrate 2. Further, the conductor film electrode 9-1 is connected to the conductor film electrode 9-7 on the inner surface of the central hole.
A conductor film electrode 10-1 is formed on part of the upper surface of the lower substrate 3, and the conductor film electrode 10-1 is formed on the lower surface of the lower substrate 3 through the contact wiring 6 formed on the lower substrate 3. The outer electrode 8-1 is connected. Further, the conductor film electrode 10-1 is connected to the conductor film electrode 10-7 on the inner surface of the central hole.
The conductor film electrode 9-1 can be formed by being formed on the upper substrate 2 and then attached to the Si substrate 1. Alternatively, it is possible to form the through chamber 4-1 in the Si substrate 1 to which the upper substrate 2 is attached and then form the conductor film electrode 9-1. At this time, since the central hole 11-1 can also be formed, the conductor film electrode 9-7 can also be formed on the inner surface of the central hole. The same applies to the conductor film electrodes 10-1 and 10-7. Although not shown in the penetration chamber, an insulating film (laminated by a CVD method or the like, for example, a SiO2 film or a SiN film) is formed between the conductor film and the Si substrate 1. (Note that the insulating film does not describe other portions.) Further, an insulating film can be formed as a protective film on the conductor film.
The Si substrate 1u attached to the upper substrate 2 side and the Si substrate 1b attached to the lower substrate 3 side are attached on the Si side surface after forming a through chamber, a central hole, an insulating film, a conductor film, and a protective film. (Adhesive surface is indicated by the one-dot chain line M). As the attachment method, room temperature bonding, bonding using an adhesive, electrostatic anodic bonding with a glass substrate sandwiched therebetween, or the like can be used.
Therefore, a high voltage of 2000 V to 4000 V can be applied from the outer electrodes 7-1 and 8-1 to the conductor film electrodes 9-7 and 10-7 on the inner surface of the central hole 11-1 as a capillary tube. (The counter electrode is the conductor film electrode 10-2-1 on the side wall plate 1-2 of the substrate.) As a result, the sample solution passes through the central hole 11-1 which is a capillary tube and exits from the ionization chamber 4-1. The charged liquid droplets (spray gas) A-1 in 18 are discharged to the penetration chamber 4-1.
The inside of the penetration chamber 4-1 can be heated by using a part of the conductor film electrodes 9-1 and 10-1. Further, the openings 16 are provided in the upper and lower substrates 2 and 3 and connected to a pump to vaporize. It is also possible to quickly discharge the solvent. Further, since the central hole 11-1 can be heated as described above, the gasification of the sample liquid A can be assisted. As a result, the charged droplets (spray gas) are made into fine particles and dried, and the sample is ionized.
In order to prevent the temperature of the ionization chamber 4-1 from being transmitted to other parts, a recess similar to the recess 15 is provided around the ionization chamber 4-1 and around the central hole 11-1, and the recess is cooled. Gas (dry ice gas, etc.) or cooling water can also be introduced. Further, with respect to dirt in the ionization chamber or the like, a purge gas, a cleaning gas, a cleaning liquid, or the like can be introduced from the opening to keep a clean state at all times. Since the volume of the penetration chamber of the present invention is very small, it is easy to return to the original state in a short time even after cleaning.
As the ionization method, the following other ionization methods can also be manufactured with the collective substrate type of the present invention, so other ionization methods will be examined with TEG (test pattern). Also, ions generated outside can be introduced through an opening provided in the ionization chamber 4-1.

<(1)大気圧化学イオン化(APCI)、(2)大気圧光イオン化(APPI)、(3)電子イオン化(EI)(4)平行平板電極による高周波プラズマによるイオン化>
たとえば、(3)電子イオン化(EI)について、図47に基づいて簡単に説明する。イオン化室34−1は、上部基板32、下部基板31が上下面に付着したSi基板31内に形成された貫通室であり、開口部42から試料ガスGが導入され、開口部43から真空引きされ、低圧にされる。下部基板面にタングステン(W)膜のフィラメント41が形成され、外側電極38−1−1および38−1−2で電流が流れ、フィラメント41が加熱され熱電子(e)が発生する。熱電子eは対面する上部基板面に形成された電子トラップ電極39−1−2に向かって飛んでいく。(イオン化電圧50V〜100V)イオン化室34−1へ導入された試料ガスGは熱電子によりイオン化する。(M+e→M+2e−)生成したイオンは、基板側壁31−1の側面に形成された導電体膜電極(リペラー電極)40−1−1により押し出され、イオン化室34−1から隣の引き出し電極・加速電極室34−2へ送られる。引き出し電極・加速電極室34−2ではイオンは引き出し電極・加速電極40−2−1、2により加速し、図45等に示した隣の質量分析室へ入射する。必要なら、さらに電極を並べて加速または収束させる。
上部基板の外側に電磁石コイルB−3が配置される。(下側N極)下部基板の外側に電磁石コイルB−4が配置される。(上側N極)このようにイオン化室を磁石で挟むことにより、フィラメント41から出た熱電子eは磁場により螺旋を描きながら電子トラップ電極39−2−2へ向かい、試料ガス分子との衝突時間(機会)が増えて、イオン化効率を増大させることができる。
他の方式についても本発明で作製でき、イオン種により最適の方式を選定できる。
<(1) Atmospheric pressure chemical ionization (APCI), (2) Atmospheric pressure photoionization (APPI), (3) Electron ionization (EI), (4) Ionization by high frequency plasma by parallel plate electrodes>
For example, (3) electron ionization (EI) will be briefly described with reference to FIG. The ionization chamber 34-1 is a through chamber formed in the Si substrate 31 in which the upper substrate 32 and the lower substrate 31 are attached to the upper and lower surfaces, the sample gas G is introduced through the opening 42, and the opening 43 is evacuated. To low pressure. A filament 41 of a tungsten (W) film is formed on the lower substrate surface, a current flows through the outer electrodes 38-1-1 and 38-1-2, the filament 41 is heated, and thermoelectrons (e) are generated. The thermoelectrons e fly toward the electron trap electrodes 39-1-2 formed on the facing upper substrate surface. (Ionization voltage 50V to 100V) The sample gas G introduced into the ionization chamber 34-1 is ionized by thermoelectrons. (M+e →M + +2e−) The generated ions are pushed out by the conductor film electrode (repeller electrode) 40-1-1 formed on the side surface of the substrate side wall 31-1, and the ion next to the ionization chamber 34-1. It is sent to the extraction electrode/acceleration electrode chamber 34-2. In the extraction electrode/acceleration electrode chamber 34-2, the ions are accelerated by the extraction electrode/acceleration electrodes 40-2-1 and 40-2 and enter the adjacent mass analysis chamber shown in FIG. 45 and the like. If necessary, the electrodes are further arranged to accelerate or converge.
The electromagnet coil B-3 is arranged outside the upper substrate. (Lower N pole) The electromagnet coil B-4 is arranged outside the lower substrate. (Upper N pole) By thus sandwiching the ionization chamber with the magnet, the thermoelectrons e emitted from the filament 41 travel toward the electron trap electrode 39-2-2 while drawing a spiral by the magnetic field, and the collision time with the sample gas molecule. (Opportunity) can be increased, and the ionization efficiency can be increased.
Other methods can be produced by the present invention, and the optimum method can be selected depending on the ion species.

<C。引き出し電極部>
引き出し電極室4−2は、中央孔11−2を有するSi基板側壁板1−2によりイオン化室4−1と仕切られている。Si基板側壁板1−2に接近して中央孔11−3を有するSi基板側壁板1−3が配置され、Si基板側壁板1−2の側面および中央孔11−3に導電体膜電極10−2−2が形成され、外側電極8−2−2に接続する。Si基板側壁板1−2の側面の導電体膜電極10−2−2と対面するSi基板側壁板1−2の側面にも導電体膜電極10−2−1が形成され、コンタクト配線6を通して外側電極8−2−1に接続する。Si基板側壁板1−2の導電体膜電極10−2−1は接地され、Si基板側壁板1−3の導電体膜電極10−2−2にはイオンと逆電荷の電圧が印加されている。イオン化室で発生したイオンは、Si基板側壁板1−2の中央孔11−2を通って引き出し電極室4−2に入り、引き出し電極である導電体膜電極10−2−2に引かれて加速され、Si基板側壁板1−3の中央孔11−3を通って隣室へ出射される。この引き出し電極10−2−2に印加される電圧をVとすれば、1/2mv=zeV (i)が成り立つ。(mイオンの質量、vイオンの速度、z電荷数、e電荷素量、V印加電圧)
m=10−25kg、V1=10Vとすると、イオンの速度v=4.5×10m/secとなる。
引き出し電極室4−2には、真空引き用の開口部14が形成され、所定の圧力に保持される。また、真空引き用以外にも開口部14が設けられ、Ar等の不活性ガスを入れて引き出し電極室4−2をクリーニングできる。
さらに、引き出し電極室4−2には、必要なら、引き出し電極と同じ構造の中央孔を有する基板側壁板(導電体膜も形成)を設けて、イオンと逆電圧を印加して加速させたり、またはイオンと同電圧を印加して減速および集束させることもできる。
<D。質量分析部>
質量分析部は、電場部および磁場部を持つ二重収束型である。(単収束型の場合電場部をなくす。)
<D−1.電場部>
引き出し電極部で加速したイオンは、Si基板側壁板1−4が有する中央孔11−4を通って電場室4−3へ入射する(速度v)。電場室4−3は扇型形状の貫通室であり、扇型形状のSi基板1の2つの対向する側面(図46(a)参照、図45では奥側Si基板側面および手前側Si基板側面)に導電体膜電極10−8(10−8−1、10−8−2)が形成されている。この導電体膜電極10−8には外側電極7−3および8−3から電圧Vを印加できる。扇型電場室4−3の中心軌道半径をr、導電体膜電極10−8(10−8−1、10−8−2)間距離をdとすると、zeV/d=mv/r (ii)。(i)と(ii)より、r=2dV/Vとなる。たとえば、d=10mm、V=10V、V=5Vとすれば、r=40mmである。従って、4インチウエハに作製可能である。
電場室4−3と磁場室4−4の間にエネルギーフィルター室4−6を配置し、電場で収束された収束面付近にエネルギーフィルターとなるスリット(基板側壁板1−5−2が有する中央孔11−5−2)を配置して、一定範囲の運動エネルギーを持つイオンだけを通過させる。
<C. Lead electrode part>
The extraction electrode chamber 4-2 is partitioned from the ionization chamber 4-1 by a Si substrate side wall plate 1-2 having a central hole 11-2. A Si substrate side wall plate 1-3 having a central hole 11-3 is arranged close to the Si substrate side wall plate 1-2, and the conductor film electrode 10 is provided on the side surface of the Si substrate side wall plate 1-2 and the central hole 11-3. -2-2 is formed and connected to the outer electrode 8-2-2. The conductor film electrode 10-2-1 is formed on the side surface of the Si substrate side wall plate 1-2 facing the conductor film electrode 10-2-2 on the side surface of the Si substrate side wall plate 1-2. Connect to the outer electrode 8-2-1. The conductor film electrode 10-2-1 of the Si substrate side wall plate 1-2 is grounded, and the voltage of the opposite electric charge to the ions is applied to the conductor film electrode 10-2-2 of the Si substrate side wall plate 1-3. There is. Ions generated in the ionization chamber enter the extraction electrode chamber 4-2 through the central hole 11-2 of the Si substrate side wall plate 1-2, and are drawn to the conductor film electrode 10-2-2 which is the extraction electrode. It is accelerated and emitted to the adjacent chamber through the central hole 11-3 of the Si substrate side wall plate 1-3. If the voltage applied to the extraction electrode 10-2-2 is V 1 , 1/2mv 2 =zeV 1 (i) is established. (Mass of m ions, velocity of v ions, number of z charges, elementary amount of e charges, V applied voltage)
When m=10 −25 kg and V 1 =10V, the ion velocity v=4.5×10 3 m/sec.
An opening 14 for vacuuming is formed in the extraction electrode chamber 4-2 and is maintained at a predetermined pressure. Further, the opening 14 is provided in addition to the one for evacuation, and the extraction electrode chamber 4-2 can be cleaned by introducing an inert gas such as Ar.
Furthermore, if necessary, the extraction electrode chamber 4-2 is provided with a substrate side wall plate (also forming a conductive film) having a central hole having the same structure as that of the extraction electrode so as to accelerate by applying a reverse voltage to ions, Alternatively, the same voltage as that of the ions can be applied to decelerate and focus.
<D. Mass Spectrometer>
The mass spectrometric section is a double focusing type having an electric field section and a magnetic field section. (In the case of the single convergence type, the electric field part is eliminated.)
<D-1. Electric field section>
The ions accelerated in the extraction electrode portion enter the electric field chamber 4-3 through the central hole 11-4 of the Si substrate side wall plate 1-4 (velocity v). The electric field chamber 4-3 is a fan-shaped penetration chamber, and has two facing side surfaces of the fan-shaped Si substrate 1 (see FIG. 46A). In FIG. 45, the rear Si substrate side surface and the front Si substrate side surface. ) Is formed with a conductor film electrode 10-8 (10-8-1, 10-8-2). The voltage V 2 can be applied to the conductor film electrode 10-8 from the outer electrodes 7-3 and 8-3. When the center orbital radius of the sector type field chamber 4-3 r, conductive film electrode 10-8 (the 10-8-1,10-8-2) between the distance and d, zeV 2 / d = mv 2 / r (ii). From (i) and (ii), r=2dV 1 /V 2 . For example, if d=10 mm, V 1 =10 V, V 2 =5 V, then r=40 mm. Therefore, a 4-inch wafer can be manufactured.
An energy filter chamber 4-6 is arranged between the electric field chamber 4-3 and the magnetic field chamber 4-4, and a slit serving as an energy filter (the center of the substrate side wall plate 1-5-2 has a vicinity of a converging surface converged by the electric field). The holes 11-5-2) are arranged so that only ions having a certain range of kinetic energy pass through.

<D−2.磁場部>
電場によって選別されたイオンは、Si基板側壁板1−5−3の中央孔11−5−3を通って、速度vで磁場室に入り扇型磁場Bにより軌道を曲げられ、半径Rの中心軌道を描く。{zevB=mv/R (iii)}
磁場室4−4では、基板面に対して垂直方向に磁場Bが印加されている。すなわち、上部基板2の上面にB−1の電磁石(コイル)が、また下部基板3の下面にコイル軸が基板面に垂直になるように配置される。(i)式から見積もったイオン速度を10〜10m/sec、R=4cm、Si基板の厚さ(磁場室の高さ)1mmとすると、磁界H(=B/μ0、μ0透磁率)は10H(v=10m/sec)、10H(v=10m/sec)、10H(v=10m/sec)となる。このような磁界は、コイル配線直径90μm、コイル直径1mm、巻き数100のコイルに約0.1A(v=103m/sec)、1A(v=10m/sec)、10 A(v=10m/sec)の電流を流して得られる。
このようなコイルは、基板上にコイル配線(Cu等をPVD法およびメッキ法により形成)を積層することによっても実現できる。(特許出願済)基板上に形成されたコイルはそのサイズを小さくできる(直径0.1mm〜1mm以下のコイルも簡単に作製可能)ので、磁場室が小さくても十分な磁場強度を磁場室に印加できる。また、基板上に形成されたコイルを用いると、非常に正確に(合わせ誤差5μm以下)磁場室の所定位置にコイルを配置できる。特に、コイルを基板面に隙間なく(10μm以下の間隔で)並べることが可能であり、個々のコイルの電流制御が可能であるため、複数のコイルを配置した領域における磁場室の磁場強度を均一に保持することもできる。
コイル配線の層間絶縁膜の厚みを10μmとし、二重巻き配線にすれば(基板形成コイルの場合、多重巻きはプロセス増加なく簡単に作製できる)、上記サイズのコイル高さは約5mmとなる。コイル配線を超伝導体(たとえば、Nb系や高温超電導物質材料)にすれば大電流を流すこともできるので、磁場強度の調節範囲が大きくなり、質量の大きな分子にも適用できる。コイル領域を液体Heに浸漬しても少ない体積で済むため、ランニングコストも少なくて済む。
<D-2. Magnetic field section>
The ions selected by the electric field pass through the central hole 11-5-3 of the side wall plate 1-5-3 of the Si substrate, enter the magnetic field chamber at a velocity v, and are orbitally bent by the fan-shaped magnetic field B, and have a radius R center. Draw a trajectory. {ZevB=mv 2 /R (iii)}
In the magnetic field chamber 4-4, the magnetic field B is applied in the direction perpendicular to the substrate surface. That is, a B-1 electromagnet (coil) is arranged on the upper surface of the upper substrate 2, and a coil axis is arranged on the lower surface of the lower substrate 3 so that the coil axis is perpendicular to the substrate surface. Assuming that the ion velocity estimated from equation (i) is 10 3 to 10 5 m/sec, R=4 cm, and the thickness of the Si substrate (height of the magnetic field chamber) is 1 mm, the magnetic field H(=B/μ 0 , μ 0 The magnetic permeability is 10 4 H (v=10 3 m/sec), 10 5 H (v=10 4 m/sec), and 10 6 H (v=10 5 m/sec). Such a magnetic field is approximately 0.1 A (v=10 3 m/sec), 1 A (v=10 4 m/sec), 10 A (v=v) for a coil with a coil wiring diameter of 90 μm, a coil diameter of 1 mm, and a coil with 100 turns. It is obtained by passing a current of 10 5 m/sec).
Such a coil can also be realized by stacking coil wiring (Cu or the like formed by the PVD method and the plating method) on the substrate. (Patent pending) Since the size of the coil formed on the substrate can be made small (coils with a diameter of 0.1 mm to 1 mm or less can be easily made), sufficient magnetic field strength can be applied to the magnetic field chamber even if the magnetic field chamber is small. it can. Further, by using the coil formed on the substrate, the coil can be arranged at a predetermined position of the magnetic field chamber very accurately (alignment error of 5 μm or less). In particular, the coils can be arranged on the surface of the substrate without any gap (at intervals of 10 μm or less), and the current of each coil can be controlled. Therefore, the magnetic field strength of the magnetic field chamber is uniform in the area where multiple coils are arranged. Can also be held at.
If the thickness of the interlayer insulating film of the coil wiring is set to 10 μm and double winding wiring is used (in the case of a substrate forming coil, multiple winding can be easily manufactured without increasing the number of processes), the coil height of the above size becomes about 5 mm. If the coil wiring is made of a superconductor (for example, Nb-based or high-temperature superconducting material), a large current can be passed, so that the magnetic field strength can be adjusted in a wide range, and the present invention can be applied to molecules with a large mass. Even if the coil area is dipped in liquid He, a small volume is required, and thus running costs are low.

<多種イオンの同時検出法の調査・研究>
本発明は、多数のイオン検出部を同時に(コストアップなく)一括して作製できる。これらの検出部は同じサイズで同じ性能を有するため、各イオン種の検出能力にバラツキが少なく、絶対的比較が可能である。その一例を図46(b)に示す。
図46(b)は、磁場部の周囲に多数のイオン検出部を設けた質量分析装置を示す平面図である。引き出し電極・加速電極室、または図46(a)に示すエネルギーフィルター室である貫通室22−1を進行してきたイオン24がSi基板側壁板21−1の中央孔27から貫通室22−2へ出射される。貫通室22−1に直接接続する貫通室22−2の一部は磁場室Bとなっており、貫通室22−1から出射したイオンは必ず磁場室Bを通る。磁場Bはイオンの入射軸に対して180度に印加されている。磁場室Bは矩形(正方形、長方形等)状または半円形状の磁場であり、基板面に垂直に磁場Bが印加される。貫通室22−1の外周は、矩形状または円形状になっており、その外周に沿って多数のイオン検出部22−4(22−4−1−n、22−4−2−m、22−4−3−p、22−4−4−q、m、n、p、q=1、2、・・・)が配置される。(iii)式から分かるように、一様な磁場Bのもとで、イオン軌道半径Rは質量電荷比質量電荷比m/zに依存するので、m/zが異なるイオン種は異なるイオン検出部へ入る。従って、磁場Bを掃引することなく多数のイオン種を同時に同定できる。さらに磁場Bの掃引も行なえば、さらに多くのイオン種の情報を入手でき、これらの多数の情報から従来よりも高精度な分析が可能となる。
従来の装置では、装置サイズが極めて大きくなること、装置作製がむずかしいこと、製造に時間がかかること、個々のイオン検出部の性能をそろえることも困難であること、製造コストが莫大になることなどのために、図46(b)で示す構造を作製することは不可能であったが、本発明では簡単に作製できることが大きなメリットである。
<Survey and research on simultaneous detection method for multiple ions>
According to the present invention, a large number of ion detectors can be manufactured at the same time (without cost increase). Since these detection units have the same size and the same performance, there is little variation in the detection capability of each ion species, and absolute comparison is possible. An example thereof is shown in FIG.
FIG. 46B is a plan view showing a mass spectrometer in which a large number of ion detectors are provided around the magnetic field unit. Ions 24 that have advanced through the penetration electrode 22-1 which is the extraction electrode/acceleration electrode chamber or the energy filter chamber shown in FIG. 46(a) move from the central hole 27 of the Si substrate side wall plate 21-1 to the penetration chamber 22-2. Is emitted. A part of the penetration chamber 22-2 directly connected to the penetration chamber 22-1 is a magnetic field chamber B, and the ions emitted from the penetration chamber 22-1 always pass through the magnetic field chamber B. The magnetic field B is applied at 180 degrees with respect to the ion incident axis. The magnetic field chamber B is a rectangular (square, rectangular, etc.) or semicircular magnetic field, and the magnetic field B is applied perpendicularly to the substrate surface. The outer periphery of the penetration chamber 22-1 has a rectangular shape or a circular shape, and a large number of ion detection units 22-4 (22-4-1-n, 22-4-2-m, 22 are arranged along the outer periphery thereof. -4-3-p, 22-4-4-q, m, n, p, q=1, 2,...) are arranged. As can be seen from the equation (iii), under the uniform magnetic field B, the ion orbit radius R depends on the mass-to-charge ratio and the mass-to-charge ratio m/z. Enter Therefore, a large number of ion species can be identified simultaneously without sweeping the magnetic field B. Further, if the magnetic field B is swept, information on a larger number of ion species can be obtained, and from this large amount of information, it is possible to perform analysis with higher accuracy than in the past.
With conventional devices, the size of the device is extremely large, it is difficult to manufacture the device, it takes time to manufacture, it is difficult to match the performance of individual ion detectors, and the manufacturing cost becomes enormous. Therefore, it was impossible to fabricate the structure shown in FIG. 46B, but the present invention has a great merit that it can be easily fabricated.

<E.イオン検出部>
質量分析室4−4で選別されたイオンは、基板側壁板1−6の中央孔11−6を通りイオン検出室4−5へ入射する。中央孔11−6の上面に形成された導電体膜電極9−3および下面に形成された導電体膜電極10−3は平行平板型電極となっており、これらに接続する外側電極7−4および8−4にかかる電圧を調整することによって、イオンの軌道を上下方向に変化させることができる。イオン検出室4−5には、電子増倍管となる中央孔11−7を有する基板側壁板1−7(長さL)が形成される。電子増倍管が平行平板型である場合は、中央孔11−7の底部および両端の側面、および上部基板/下部基板の一部に二次電子放出物質膜12(12−1、12−2)を形成し、電子増倍管がチャネル型の場合は中央孔11−7の内面全体および両端の側面、および上部基板/下部基板の一部に二次電子放出物質膜を形成する。二次電子放出物質は、たとえばMgO、Mg、BeOである。基板側壁板1−7の両端に導電体膜9−4、9−5、10−4、10−5を形成し、コンタクト配線5、6を通して外側電極7−5、7−7、8−5、8−6と接続する。基板側壁板1−7の両端に電圧(前方に対して後方を正とする)を印加すれば、二次電子放出物質膜12−1および12−2の長さL方向に傾斜電界が形成される。イオン検出室4−5へ入射したイオンが曲げられて二次電子放出物質膜12−1の前方に当たると、二次電子eが放出される。その二次電子eは対面する二次電子放出物質膜12−2に当たると、次の二次電子eが放出される。この二次電子eは対面する二次電子放出物質膜12−1に当たると、次の二次電子eが放出される。これらが繰り返されて放出される二次電子量は次々に増倍し、電子増倍管である中央孔11−7から増倍した電子が出ていき、その後方にあるSi基板側壁に形成された導電体膜電極9−6および10−6へあたり、コンタクト5を通して外側電極7−7に電流が流れる。すなわち、選別されたイオン量を検出することができる。
<E. Ion detector>
The ions selected in the mass analysis chamber 4-4 enter the ion detection chamber 4-5 through the central hole 11-6 of the substrate side wall plate 1-6. The conductor film electrode 9-3 formed on the upper surface of the central hole 11-6 and the conductor film electrode 10-3 formed on the lower surface are parallel plate electrodes, and the outer electrode 7-4 connected to these electrodes. The trajectories of the ions can be changed in the vertical direction by adjusting the voltages applied to and 8-4. A substrate side wall plate 1-7 (length L) having a central hole 11-7 serving as an electron multiplier is formed in the ion detection chamber 4-5. When the electron multiplier is a parallel plate type, the secondary electron emitting material film 12 (12-1, 12-2) is formed on the bottom and side surfaces of both ends of the central hole 11-7 and a part of the upper substrate/lower substrate. ) Is formed, a secondary electron emission material film is formed on the entire inner surface of the central hole 11-7 and side surfaces at both ends, and a part of the upper substrate/lower substrate when the electron multiplier is a channel type. The secondary electron emitting substance is, for example, MgO, Mg or BeO. Conductor films 9-4, 9-5, 10-4, 10-5 are formed on both ends of the substrate side wall plate 1-7, and outer electrodes 7-5, 7-7, 8-5 are provided through the contact wirings 5, 6. , 8-6. By applying a voltage (the rear is positive with respect to the front) to both ends of the substrate side wall plate 1-7, a gradient electric field is formed in the length L direction of the secondary electron emission material films 12-1 and 12-2. It When the ions that have entered the ion detection chamber 4-5 are bent and hit the front of the secondary electron emission material film 12-1, secondary electrons e are emitted. When the secondary electron e hits the facing secondary electron emission material film 12-2, the next secondary electron e is emitted. When this secondary electron e hits the facing secondary electron emission material film 12-1, the next secondary electron e is emitted. The amount of secondary electrons emitted by repeating these processes is multiplied one after another, and the multiplied electrons come out from the central hole 11-7, which is an electron multiplier tube, and are formed on the side wall of the Si substrate behind them. An electric current flows through the contact 5 to the outer electrode 7-7, reaching the conductor film electrodes 9-6 and 10-6. That is, the selected amount of ions can be detected.

<最終製品概念図>
図48は、本発明の最終製品(本体のみ)のイメージ完成図である。すなわち、上下にガラス基板を付着したSiウエハ(4インチ〜8インチ、もっと大きくても良い)内に、試料供給部、イオン化部、引き出し電極・加速電極部、質量分析部{電場部(1/4扇型形状)、磁場部(1/4扇型形状)}、イオン検出部を有する質量分析装置を作製する。真空系は外付けする。試料供給部は図に示すように、複数配置でき、外側から液体試料等を装置の試料供給部へ接続する。それぞれの機能部には導電体膜配線で電極に接続し、制御用および解析用LSIでコントロールできる。磁場部で超電導磁石を使用するときは、その部分に基板枠容器を設けて、極低温まで冷却することもできる。このように、本発明の質量分析装置は、4インチ〜8インチのウエハ(基板)内に収納できる大きさとなり、超小型の質量分析器を極めて安価に作製できる。分解能は、電場部と磁場部の大きさで決まる要素が大きいが、極めて精度良く加工でき、また組立て誤差がなく、精密な装置を作製できるので、従来と同程度(二重収束型従来品では分解能が10,000以上)以上の精度は得られると思われる。
<Conceptual diagram of final product>
FIG. 48 is an image completed view of the final product (only the main body) of the present invention. That is, a sample supply part, an ionization part, an extraction electrode/acceleration electrode part, a mass spectrometric part {electric field part (1/ (4 fan shape), magnetic field part (1/4 fan shape)}, and a mass spectrometer having an ion detection part. The vacuum system is attached externally. As shown in the figure, a plurality of sample supply units can be arranged, and a liquid sample or the like is connected to the sample supply unit of the apparatus from the outside. Each functional part is connected to an electrode by a conductor film wiring and can be controlled by a control and analysis LSI. When a superconducting magnet is used in the magnetic field part, a substrate frame container can be provided in that part to cool to a cryogenic temperature. As described above, the mass spectrometer of the present invention has a size that can be accommodated in a wafer (substrate) of 4 inches to 8 inches, and a very small mass analyzer can be manufactured at extremely low cost. The resolution depends largely on the size of the electric field and magnetic field, but it is possible to process with extremely high accuracy, and there is no assembly error, so a precise device can be manufactured. It is thought that an accuracy of more than 10,000) will be obtained.

<本発明の新規性・優位性>
本発明のような4インチ〜8インチ{直径100mm〜200mm、厚み3mm以下(Si基板2mm、ガラス基板0.3mm×2)、8インチ以上も可能}の基板を使用して、微小な試料供給部、イオン化室、引き出し電極・加速室、電場室、磁場室、イオン検出室(これらを機能部と呼ぶ)を作製したことは報告されていない。また、特許等のアイデアも発見されていない。増して、これらを一括して同じ基板で実現したことも報告はなく、新規性および進歩性・優位性を有する。
本質量分析装置は超小型{本体:サイズ6インチウエハ(50cm3)以下、重量130g以下}であり、一括製造であるから、製造コストは10万円以下{本体:サイズ6インチウエハ}を実現できる。従来品は、同性能であれば、50cm×50cm×50cm以上、20kg以上であるから、大きさ(体積)で1/2500以下、重量で1/100以下、価格で1/20以下であり、優位性は十分ある。
各機能部を一括してしかも精度良く(1μm以下)作製できるので、他方式の部品組み立て方式に比較すると、はるかに正確に作製できるので、検出精度も従来と同程度以上は期待できる。
本発明は超小型で軽いので携帯が可能であるから、その場観測ができる。しかし、従来品は携帯が殆どできないことから、その場観測は極めて困難であり、この点でも大きな優位性がある。
さらに、本質量分析装置では、磁場室に基板作製のコイルを使用する。基板同士でアライメントしてコイルを配置するので、配置精度が10μm以下で非常に良い。しかもコイルの大きさも1mm〜10mmと小さいので、全体のサイズも大きくならない。このような基板コイルを使用した磁場室は新規性および進歩性が高い。価格やサイズも小さく、精度も高いので、従来品より格段に優位性を有する。尚、コイルは電子イオン化法にも使用する。これも新規性および進歩性が高い。
<The novelty and superiority of the present invention>
Using a substrate of 4 inches to 8 inches {diameter 100 mm to 200 mm, thickness 3 mm or less (Si substrate 2 mm, glass substrate 0.3 mm x 2), 8 inches or more} as in the present invention, a minute sample supply unit It has not been reported that an ionization chamber, an extraction electrode/acceleration chamber, an electric field chamber, a magnetic field chamber, and an ion detection chamber (these are referred to as functional units) have been produced. In addition, no idea such as a patent has been found. Furthermore, it has not been reported that they are realized on the same substrate all at once, and it has novelty, inventive step and superiority.
This mass spectrometer is ultra-compact {main body: size 6 inch wafer (50 cm 3 ) or less, weight 130 g or less} and it is a batch manufacturing, so the manufacturing cost is 100,000 yen or less {main body: size 6 inch wafer} it can. With the same performance, the conventional products are 50 cm x 50 cm x 50 cm or more and 20 kg or more, so the size (volume) is 1/2500 or less, the weight is 1/100 or less, and the price is 1/20 or less. There is enough advantage.
Since each functional part can be manufactured collectively and with high accuracy (1 μm or less), it can be manufactured much more accurately than other parts assembling methods, so that detection accuracy can be expected to be about the same as or higher than conventional ones.
Since the present invention is ultra-compact and lightweight, it can be carried, so that in-situ observation is possible. However, in-situ observation is extremely difficult because conventional products can hardly be carried, and this is also a great advantage.
Further, in this mass spectrometer, a coil for making a substrate is used in the magnetic field chamber. Since the coils are arranged by aligning between the substrates, the arrangement accuracy is 10 μm or less, which is very good. Moreover, the size of the coil is as small as 1 mm to 10 mm, so the overall size does not increase. A magnetic field chamber using such a substrate coil is highly novel and innovative. The price and size are small and the accuracy is high, so it has a significant advantage over conventional products. The coil is also used in the electron ionization method. This is also highly novel and inventive.

<開発の成果によって期待される社会への貢献の内容>
本発明で得られた結果により、質量分析層を基板型で作製できることが分かり、機器(量産機)開発の可能性が高まる。
真空系を含めた価格でも20万円以下を実現できるので、1家庭1台の質量分析装置を持てるようになる。従って、水質や、食品の検査も家庭でできるようになるので、食に対する安全意識が飛躍的に向上する。
サイズも真空系含めて、小型アタッシュケース程度(30cm×20cm×5cm)程度になるので、携帯も簡単にできる。従って、福島原発汚染で問題となっている放射性セシウム(137Cs) などの分析もその場でできるので、危険地帯には近寄らないなど人間の安全度を向上できる。
犯罪現場でも直接物質を分析できるので、迅速な原因究明や犯人特定を援助でき、この結果、犯罪の抑止力にもなる。
さらに、考古学者や環境科学者が現地で精密なその場観測ができるので、科学技術の発展が飛躍的高まる。また、安く小さいので、大量に購入でき、多数の分析を迅速に行なうこともできる。
以上のように、質量分析装置が個々人に身近となり、安全・安心な社会の実現に貢献できる。
また、本発明は、四重極型、イオントラップ型、タンデム型、飛行時間型、FT-ICR(フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴)など他の方式の質量分析装置にも適用できるので、目的や用途に応じて種々選択し、幅広い応用が期待できる。
さらに、イオン注入装置へも適用でき、装置価格も現状の約1億円から100万円台に下げることができる。半導体価格のコストダウンに大貢献できる。
さらに、この質量分析装置の構造は加速器(線形加速器、シンクロトロン、マイクロトロン等)にも適用できるので、従来の超大型加速装置を超小型にできる。
たとえば、直径100mのシンクロトロンは」10m直径へ、30kmのリニアトロン(ILC)は1km以下へと小型化ができる可能性がある。
製造コストが大幅に下がり、医療用として100万円/台以下を実現できる可能性があり、すべてのガン患者のガンを安く治療できるようになる。
さらに、基板を用いて一括してシステムを形成できるので、小型で精密な製品を安くできるので、様々な製品に展開できるようになる。かつて、軽薄短小の時代の到来が期待されていたが、なかなか実現しなかった。本発明を契機に軽薄短小の時代を半導体・MEMS技術を武器にして実現させることができる。
<Details of social contribution expected from development results>
From the results obtained by the present invention, it is found that the mass spectrometry layer can be produced in a substrate type, which increases the possibility of developing an apparatus (mass production machine).
Even if the price including the vacuum system is less than 200,000 yen, you can have one mass spectrometer for each home. Therefore, the quality of water and food can be inspected at home, and the awareness of food safety is dramatically improved.
The size is about the size of a small attache case (30 cm × 20 cm × 5 cm) including the vacuum system, so you can easily carry it. Therefore, radioactive cesium (137Cs), which is a problem in Fukushima nuclear pollution, can be analyzed on the spot, and human safety can be improved by not approaching dangerous areas.
Since the substance can be directly analyzed even at the crime scene, it can assist in the quick investigation of the cause and the identification of the offender, and as a result, it also serves as a deterrent to the crime.
In addition, archaeologists and environmental scientists can make precise in-situ observations in the field, which greatly enhances the development of science and technology. Also, since it is cheap and small, it can be purchased in large quantities and a large number of analyzes can be performed quickly.
As described above, the mass spectrometer can be made familiar to individuals and contribute to the realization of a safe and secure society.
Further, the present invention is applicable to other types of mass spectrometers such as quadrupole type, ion trap type, tandem type, time-of-flight type, FT-ICR (Fourier transform ion cyclotron resonance). A wide range of applications can be expected by making various selections according to the requirements.
Furthermore, it can also be applied to ion implantation equipment, and the equipment price can be reduced from the current approximately 100 million yen to the million yen range. It can greatly contribute to cost reduction of semiconductor price.
Further, since the structure of this mass spectrometer can be applied to an accelerator (linear accelerator, synchrotron, microtron, etc.), the conventional super-large accelerator can be made ultra-compact.
For example, a synchrotron with a diameter of 100 m may be downsized to a diameter of 10 m, and a lineartron (ILC) with a length of 30 km may be downsized to 1 km or less.
The manufacturing cost will be drastically reduced, and there is a possibility of achieving less than 1 million yen/unit for medical use, and cancers of all cancer patients can be treated cheaply.
Furthermore, since the system can be formed in a lump by using the substrate, a small and precise product can be manufactured at a low cost, so that it can be applied to various products. At one time, it was hoped that the era of lightness, thinness, shortness, and smallness would arrive, but it did not materialize. With the present invention as an opportunity, the age of lightness, thinness, shortness and smallness can be realized by using semiconductor/MEMS technology as a weapon.

図50は、基板貫通孔また基板凹部の側壁へパターンを形成する方法または装置を示す図である。主基板1011に貫通孔(または凹部)1009が形成されており、この貫通孔1009の側面壁に電極や配線等の導電体パターンを形成する場合について説明する。基板1011の貫通孔1009の側面に絶縁膜1012を積層する。基板1011は、使用する目的にあった基板を使用する。質量分析器や加速器などの場合は、基板はシリコン(Si)、SiC、GaN、InP、C等の各種半導体基板、ガラス、石英、サファイヤ、各種プラスチック、各種セラミック等の絶縁基板または半絶縁基板、Al、Cu、Fe等の金属や合金等の導電体基板を使用できる。絶縁膜1012は、たとえばシリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜やシリコン窒化膜である。シリコン酸化膜の場合酸化法やCVD法やPVD法、あるいは塗布法等によって形成できる。基板1011が絶縁基板の場合には絶縁膜1012は時必ずしも必要ではないが、その上に積層する密着層1013との密着性向上のためには積層した方が良い。絶縁膜1012上に密着層1013を積層する。この密着層1013はその上に積層する導電体膜1014との密着性向上用や拡散防止(バリア)用である。導電体膜1014がメッキ層である場合はシーズ(種)層の役目もある。密着層1013は導電体膜であり、たとえばTi、TiN、TiO、Ta、TaN等である。導電体膜1014がたとえば銅(Cu)メッキである場合は、さらにCu膜を積層するのが良い。これらの密着層1013はCVD法やPVD法で積層できる。 FIG. 50 is a diagram showing a method or apparatus for forming a pattern on a side wall of a substrate through hole or a substrate recess. A case where a through hole (or a recess) 1009 is formed in the main substrate 1011 and a conductor pattern such as an electrode or wiring is formed on the side wall of the through hole 1009 will be described. An insulating film 1012 is laminated on the side surface of the through hole 1009 of the substrate 1011. As the substrate 1011, a substrate suitable for the purpose of use is used. In the case of a mass spectrometer, an accelerator, etc., the substrate is various semiconductor substrates such as silicon (Si), SiC, GaN, InP, C, etc., insulating substrates such as glass, quartz, sapphire, various plastics, various ceramics or semi-insulating substrates, A conductor substrate such as a metal such as Al, Cu or Fe or an alloy can be used. The insulating film 1012 is, for example, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride film. In the case of a silicon oxide film, it can be formed by an oxidation method, a CVD method, a PVD method, a coating method, or the like. When the substrate 1011 is an insulating substrate, the insulating film 1012 is not always necessary, but it is better to stack the insulating film 1012 in order to improve the adhesiveness with the adhesive layer 1013 laminated thereon. An adhesion layer 1013 is stacked on the insulating film 1012. The adhesion layer 1013 is for improving the adhesion to the conductor film 1014 laminated thereon and for preventing diffusion (barrier). When the conductor film 1014 is a plated layer, it also serves as a seed layer. The adhesion layer 1013 is a conductor film, for example, Ti, TiN, TiO, Ta, TaN, or the like. When the conductor film 1014 is plated with copper (Cu), for example, a Cu film is preferably laminated. These adhesion layers 1013 can be laminated by a CVD method or a PVD method.

密着層1013の上に導電体膜1014を積層する。導電体膜1014は、たとえばCu、Zn、Ni、Al、Au、Ag、W、Mo、Fe等の金属膜や各種金属膜である。導電性カーボンナノチューブでも良いし、超伝導体でも良い。これらの導電体膜1014はCVD法やPVD法や塗布法やメッキ法で積層できる。メッキ法の場合には密着層およびシーズ層である1013を利用して通電し電界メッキにより形成できる。メッキ膜の場合は各種ハンダメッキも使用できる。 A conductor film 1014 is laminated on the adhesion layer 1013. The conductor film 1014 is, for example, a metal film of Cu, Zn, Ni, Al, Au, Ag, W, Mo, Fe or the like, or various metal films. It may be a conductive carbon nanotube or a superconductor. These conductor films 1014 can be stacked by a CVD method, a PVD method, a coating method, or a plating method. In the case of the plating method, the adhesion layer and the seed layer 1013 can be used to energize and perform electroplating. In the case of plating film, various solder plating can be used.

貫通孔1009の側壁に電極や配線を形成するために、導電体膜1014の上に感光性膜1015を積層する。感光性膜1015はフォトレジスト膜や感光性樹脂等である。感光性膜1015は、塗布法やディップ法やスプレー法や電着法等で形成する。貫通孔1009内にも積層する必要があるので、ディップ法や電着法が条件設定しやすい。貫通孔1009のアスペクト比は余り高くない(0.5〜2程度)ので、貫通孔1009の内部にも感光性膜1015を形成できる。感光性膜1015を形成した後、必要があれば感光前のプリベーク等を行なう。 A photosensitive film 1015 is laminated on the conductor film 1014 in order to form electrodes and wirings on the sidewalls of the through holes 1009. The photosensitive film 1015 is a photoresist film, a photosensitive resin, or the like. The photosensitive film 1015 is formed by a coating method, a dipping method, a spray method, an electrodeposition method, or the like. Since it is also necessary to stack the layers inside the through hole 1009, it is easy to set conditions for the dipping method or the electrodeposition method. Since the aspect ratio of the through hole 1009 is not so high (about 0.5 to 2), the photosensitive film 1015 can be formed inside the through hole 1009. After forming the photosensitive film 1015, pre-baking before exposure is performed if necessary.

次に露光を行なうが、これまでに説明した様に斜め露光法により感光することができる。アスペクト比が1の場合、基板1011の最も深い底の方を露光する場合、感光性膜パターンをできるだけ垂直に近い形状にするには約45度の角度で斜め露光すれば良い。露光の角度に対して忠実な感光性膜パターンになる場合、感光性膜形状は約45度の逆テーパー形状となる。表と裏から基板1011の厚みの半分までを露光する場合は、感光性膜形状は約27度の逆テーパーとなる。感光性膜の厚みを2μmとしても感光性膜パターンのパターンずれ(パターン上部と下部の差)は1μm〜2μmであり、電極面積(幅)や配線パターン面積(幅)に比較すると1%程度なのでパターンずれは殆ど問題にならない。従って、斜め露光法を用いれば貫通孔1009内の感光性膜パターンを形成できる。 Next, exposure is performed, but as described above, it is possible to perform exposure by the oblique exposure method. When the aspect ratio is 1, when the deepest bottom of the substrate 1011 is exposed, oblique exposure may be performed at an angle of about 45 degrees in order to make the photosensitive film pattern as vertical as possible. When the photosensitive film pattern is faithful to the exposure angle, the photosensitive film shape is an inverse taper shape of about 45 degrees. When exposing from the front and back to half the thickness of the substrate 1011, the photosensitive film shape has an inverse taper of about 27 degrees. Even if the thickness of the photosensitive film is 2 μm, the pattern shift (difference between the upper and lower portions of the pattern) of the photosensitive film pattern is 1 μm to 2 μm, which is about 1% compared with the electrode area (width) and the wiring pattern area (width). The pattern shift is hardly a problem. Therefore, if the oblique exposure method is used, the photosensitive film pattern in the through hole 1009 can be formed.

ここでは、別の方法による本発明の露光方法を説明する。図50には基板に形成した発光体を用いた露光法装置1020を示している。基板1021の両面に発光体1022を形成し、その発光体1022を形成した基板を透明基板1024で挟んだものを露光装置として用いる。透明体基板1024上に発光体1022からの光を通す部分1026と通さない部分1025を形成する。この部分1026のパターンは、貫通孔1009の側面のパターンに対応する。発光体基板1021と透明体基板1024の間には空間1023が存在しているが、発光体基板1021を透明体基板1024の容器にセットするときに空間1023が形成される。この露光法装置1020は、本発明の質量分析器や加速装置と類似する方法によっても形成することができる。すなわち、基板1028内に貫通孔1023を形成し、一方の側に発光体基板1021を付着させる。発光体1022のある領域は貫通孔1023の部分に配置する。基板1028の他方の側に透明体基板1024を付着させる。ここで貫通孔1023は空間となる。発光体基板1021の両側に発光体1022が形成されている場合は、両側に基板1028および透明体基板1024を付着すれば良い。 Here, an exposure method of the present invention by another method will be described. FIG. 50 shows an exposure method apparatus 1020 using a light emitting body formed on a substrate. A light-emitting body 1022 is formed on both surfaces of the substrate 1021, and the substrate on which the light-emitting body 1022 is formed is sandwiched between transparent substrates 1024 to be used as an exposure device. A portion 1026 through which light from the light emitting body 1022 passes and a portion 1025 through which light does not pass are formed on the transparent substrate 1024. The pattern of this portion 1026 corresponds to the pattern on the side surface of the through hole 1009. Although a space 1023 exists between the light emitter substrate 1021 and the transparent substrate 1024, the space 1023 is formed when the light emitter substrate 1021 is set in the transparent substrate 1024 container. The exposure method apparatus 1020 can also be formed by a method similar to that of the mass spectrometer and the accelerator of the present invention. That is, the through hole 1023 is formed in the substrate 1028, and the light emitting substrate 1021 is attached to one side. A region where the light emitting body 1022 is provided is arranged in the through hole 1023. A transparent substrate 1024 is attached to the other side of the substrate 1028. Here, the through hole 1023 becomes a space. When the light emitters 1022 are formed on both sides of the light emitter substrate 1021, the substrate 1028 and the transparent substrate 1024 may be attached to both sides.

発光体1022は、たとえばLED素子である。LED素子を直接基板1021上に形成しても良いし、LEDチップを基板1021に搭載することもできる。LED素子を直接形成できる基板は、GaN、GaAs、InP等の各種化合物半導体基板や各種化合物半導体層をエピタキシャル形成した基板や貼り合わせ基板である。LEDチップを搭載する場合の基板は、COB基板やセラミック基板等である。いずれの基板も配線層が形成され、LED素子やLEDチップを点灯させることができる。発光体1022はまた、有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子である。有機EL素子を直接基板上に形成しても良いし、有機EL素子を基板に搭載しても良い。発光体1022からの光を通さない部分1025は、たとえば透明体基板1024上に金属膜層(Al膜等)を形成し、露光法によりパターニングして形成できる。感光性膜に炭素等の光吸収物質を混合させて露光法でパターニングした後に熱処理して光を通さない部分1025を得ることもできる。これらのパターンが貫通孔1009の基板側面に形成するパターンのマスクとなる。 The light emitting body 1022 is, for example, an LED element. The LED element may be directly formed on the substrate 1021, or the LED chip may be mounted on the substrate 1021. The substrate on which the LED element can be directly formed is a compound semiconductor substrate made of GaN, GaAs, InP, or the like, a substrate having various compound semiconductor layers epitaxially formed, or a bonded substrate. The substrate on which the LED chip is mounted is a COB substrate, a ceramic substrate, or the like. A wiring layer is formed on any of the substrates, and the LED element and the LED chip can be turned on. The light emitting body 1022 is also an organic EL (electroluminescence) element. The organic EL element may be directly formed on the substrate, or the organic EL element may be mounted on the substrate. The portion 1025 that does not transmit light from the light-emitting body 1022 can be formed by forming a metal film layer (Al film or the like) on the transparent substrate 1024 and patterning it by an exposure method. It is also possible to obtain a portion 1025 that does not transmit light by mixing a light absorbing material such as carbon with the photosensitive film, patterning the same by an exposure method, and then performing heat treatment. These patterns serve as masks for patterns formed on the side surface of the through hole 1009 on the substrate side.

以上のようにして作製した露光装置1020を貫通孔1009へ挿入して、位置合わせしてから発光体1022を点灯して光を通す部分1026から光1027を照射する。この光1027は感光性膜1015が感光する波長を有するように発光体を選択する。この結果、図50(b)に示すように、貫通孔1009の基板側壁に感光性膜パターン1015−1および1015−2が形成される。図50に示す場合の感光性膜はポジであるが、ネガの感光性膜も使用できる。露光装置1020と貫通孔1009の基板側壁との距離は短いので、露光装置1020から照射される光線1027は貫通孔1009の基板側壁に対してほぼ垂直な光線であるから、現像後の感光性膜パターン1015−1および1015−2はほぼ垂直パターンとなるので、パターンずれは殆どなくなる。尚、基板1011の上面や下面も通常の露光法を用いて感光性膜パターン1015−3および1015−4を形成できる。 The exposure apparatus 1020 manufactured as described above is inserted into the through hole 1009, and after alignment, the light emitting body 1022 is turned on and light 1027 is emitted from the portion 1026 through which light passes. This light 1027 selects the light emitter so that it has a wavelength at which the photosensitive film 1015 is exposed. As a result, as shown in FIG. 50B, the photosensitive film patterns 1015-1 and 1015-2 are formed on the substrate sidewall of the through hole 1009. Although the photosensitive film shown in FIG. 50 is positive, a negative photosensitive film can also be used. Since the distance between the exposure device 1020 and the side wall of the substrate of the through hole 1009 is short, the light beam 1027 emitted from the exposure device 1020 is a light beam which is substantially perpendicular to the side wall of the substrate of the through hole 1009. Since the patterns 1015-1 and 1015-2 are substantially vertical patterns, there is almost no pattern deviation. The photosensitive film patterns 1015-3 and 1015-4 can be formed on the upper surface and the lower surface of the substrate 1011 by using a normal exposure method.

図50では、奥行き側(紙面に垂直方向の前面または後面)を示していないが、前面または後面も同様にしてLED素子を形成した基板を配置しておくことによって、前面または後面も露光できる。この場合、片方の面はLEDは不要であるから、前面に光を照射する場合は、前面の方にLED素子を配置した基板を配置する。後面に光を照射する場合は、後面の方にLED素子を配置した基板を配置する。図53は前面および後面に発光体を配置した露光装置を示す図である。図50に示した露光装置1020のLED素子1022を両面に配置した基板1021の側面(端面と考えても良く、前面側)側にLED素子1063を片面に配置した基板1061を配置する。同様に、基板1021の側面(端面と考えても良く、後面側)側にLED素子を片面に配置した基板1062を配置する。基板1061のLED素子搭載面(前面)側には空間1023を挟んで透明体基板1024の前方側側面1024(1024−S3)が配置されており、この透明体基板1024(1024−S3)にも光を通さない部分であるマスクパターンが形成され、基板1061に搭載されたLED素子1063の光によって、このマスクパターンに合わせた感光性膜パターンが、貫通室1009の前方側にも形成される。 Although the depth side (the front surface or the rear surface in the direction perpendicular to the paper surface) is not shown in FIG. 50, the front surface or the rear surface can be exposed by arranging a substrate on which LED elements are similarly formed on the front surface or the rear surface. In this case, the LED is not required on one surface, so when irradiating light on the front surface, the substrate on which the LED elements are arranged is arranged on the front surface. When irradiating the rear surface with light, the substrate on which the LED elements are arranged is arranged on the rear surface. FIG. 53 is a diagram showing an exposure apparatus in which light emitting bodies are arranged on the front surface and the rear surface. The substrate 1061 having the LED elements 1063 arranged on one side thereof is arranged on the side surface (end face, which may be considered to be the end surface) side of the substrate 1021 having the LED elements 1022 arranged on both sides of the exposure apparatus 1020 shown in FIG. Similarly, a substrate 1062 having LED elements arranged on one side is arranged on the side surface (end face, which may be considered as an end surface) side of the substrate 1021. A front side surface 1024 (1024-S3) of a transparent substrate 1024 is arranged on the LED element mounting surface (front surface) side of the substrate 1061 with a space 1023 interposed therebetween, and this transparent substrate 1024 (1024-S3) is also provided. A mask pattern, which is a portion that does not pass light, is formed, and the light of the LED element 1063 mounted on the substrate 1061 also forms a photosensitive film pattern matching the mask pattern on the front side of the through chamber 1009.

同様に、基板1061のLED素子搭載面(後面)側には空間1023を挟んで透明体基板1024の後方側側面1024(1024−S4)が配置されており、この透明体基板1024(1024−S4)にも光を通さない部分であるマスクパターンが形成され、基板1062に搭載されたLED素子の光によって、このマスクパターンに合わせた感光性膜パターンが、貫通室1009の後方側にも形成される。尚、基板1021の側面のLED素子搭載面に面した透明体基板は1024(1024−S1)および1024(1024−S2)である。透明体基板1024の上面1024(1024−T)は基板1021の上面に付着しており、透明体基板1024の下面1024(1024−B)は基板1021の下面に付着しており、LED素子搭載基板1021を支持している。基板1061、1062も透明体基板1024の上面1024(1024−T)および下面1024(1024−B)に付着していても良い。基板1061、1062は基板1021の端面(前面、後面)に付着していても良いし、付着していなくても良い。付着していない場合は、基板1061、1062の上端面および/または下端面が透明体基板1024の上面1024(1024−T)および下面1024(1024−B)に付着させて支持させる。透明体基板1024の上面1024(1024−T)および下面1024(1024−B)は、光を透過する必要はないので、必ずしも透明体でなくても良い。図50と合わせれば、透明体基板1024の上面1024(1024−T)および下面1024(1024−B)は別基板1028(上基板)および1029(下基板)であっても良い。その場合、透明体基板1024(1024−S1〜S4)は別基板1028および1029に付着している。以上の4側面露光装置1020によって、貫通室1009の4つの基板側壁に感光性パターンを形成できる。尚、現状技術でも、貫通室の幅が2mm以上あれば、基板1061および1062を図53に示すように基板1021の端面に配置することができる。 Similarly, a rear side surface 1024 (1024-S4) of the transparent substrate 1024 is arranged on the LED element mounting surface (rear surface) side of the substrate 1061 with a space 1023 interposed therebetween. This transparent substrate 1024 (1024-S4). ), a mask pattern, which is a portion that does not pass light, is formed, and a light sensitive film pattern matching the mask pattern is also formed on the rear side of the through chamber 1009 by the light of the LED element mounted on the substrate 1062. It The transparent substrates facing the LED element mounting surface on the side surface of the substrate 1021 are 1024 (1024-S1) and 1024 (1024-S2). The upper surface 1024 (1024-T) of the transparent substrate 1024 is attached to the upper surface of the substrate 1021, and the lower surface 1024 (1024-B) of the transparent substrate 1024 is attached to the lower surface of the substrate 1021. 1021 is supported. The substrates 1061 and 1062 may also be attached to the upper surface 1024 (1024-T) and the lower surface 1024 (1024-B) of the transparent substrate 1024. The substrates 1061 and 1062 may or may not be attached to the end faces (front face, rear face) of the substrate 1021. When not attached, the upper end surfaces and/or the lower end surfaces of the substrates 1061 and 1062 are attached to and supported by the upper surface 1024 (1024-T) and the lower surface 1024 (1024-B) of the transparent substrate 1024. The upper surface 1024 (1024-T) and the lower surface 1024 (1024-B) of the transparent substrate 1024 need not be transparent because they do not need to transmit light. 50, the upper surface 1024 (1024-T) and the lower surface 1024 (1024-B) of the transparent substrate 1024 may be separate substrates 1028 (upper substrate) and 1029 (lower substrate). In that case, the transparent substrate 1024 (1024-S1 to S4) is attached to the separate substrates 1028 and 1029. Photosensitive patterns can be formed on the four sidewalls of the substrate of the through chamber 1009 by the above-described four side exposure apparatus 1020. Even in the state of the art, if the width of the through chamber is 2 mm or more, the substrates 1061 and 1062 can be arranged on the end surface of the substrate 1021 as shown in FIG.

これらの感光性膜パターン1015−1〜4をマスクにしてその下地の導電体膜1014および密着層1013をエッチング除去できる。エッチングはウエットエッチングやドライエッチングで行なうことができる。ウエットエッチングの場合は、ディッピングにより貫通孔1009へエッチング液を入れてエッチングできる。また、スプレーエッチングや照射エッチングでは、斜めスプレーまたは斜め照射によりエッチングできる。ドライエッチングの場合は、エッチングガスを貫通孔1009内へ回り込ませてエッチングできる。指向性のあるドライエッチング(たとえば、RIE)では斜め照射によりエッチングが可能である。これらのエッチングの場合サイドエッチング量は導電体膜1014の厚み〜厚み×2〜3程度である。導電体膜1014の厚みを100μmとすると、サイドエッチング量はMAX300μmであるが、全体の電極サイズが5mm程度であれば特に問題になる量ではない。 By using these photosensitive film patterns 1015-1 to 101-4 as a mask, the underlying conductive film 1014 and the adhesion layer 1013 can be removed by etching. The etching can be performed by wet etching or dry etching. In the case of wet etching, the through hole 1009 can be filled with an etching solution by dipping to perform etching. In spray etching or irradiation etching, etching can be performed by oblique spray or oblique irradiation. In the case of dry etching, etching gas can be circulated into the through hole 1009 for etching. In directional dry etching (for example, RIE), etching can be performed by oblique irradiation. In the case of these etchings, the side etching amount is about the thickness of the conductor film 1014 to the thickness×2 to 3 or so. When the thickness of the conductor film 1014 is 100 μm, the side etching amount is MAX 300 μm, but if the entire electrode size is about 5 mm, this is not a particularly problematic amount.

図51は、貫通孔側壁エッチング装置1030を示す図である。基板1031に貫通孔(室)1032を形成し、その両側に基板1033および1034を付着する。これらの作製法はこれまでに述べた方法と同様である。基板1034の中央部分または一部にエッチング液またはエッチングガス導入孔1035を形成する。このエッチングガス(液)導入孔1035は、基板貼り合わせ等で作製できる。あるいは、このエッチングガス導入孔1035は基板1033および/または1034に形成することもできる。貫通孔1009の深さに相当する基板1033および1034に多数のエッチングガスまたはエッチング液噴出用穴1036が形成されている。この貫通孔側壁エッチング装置1030を貫通孔1009へ挿入し、貫通孔1009の側壁に対応する領域にエッチングガスまたはエッチング液噴出用穴1036を配置する。エッチングガス(液)導入孔1035からエッチングガス(液)1037を導入し、エッチングガス(液)1038をさらにエッチングガス(液)噴出用穴1036から貫通孔1009の基板側壁へ噴出させて導電体膜1014および密着層1013をエッチングする。この結果、導電体膜104のパターを貫通孔1009の側壁へ形成できる。噴出するエッチングガス(液)1038は基板1033および1034に対して垂直に近い角度で噴出される。貫通孔側壁エッチング装置1030と貫通孔1009の基板側壁との距離は小さいので、導電体膜1014等の形状も垂直に近い形状を得ることもできる。また、導入されるエッチングガス(液)1037の圧力を変化させることによって、エッチングガス(液)1038の速度や角度も調整できるので、導電体膜1014等のエッチング速度や形状を制御できる。基板1033および1034を導電体基板にしてエッチングされる基板1011側と導電体基板1033および1034の間に電界を生じさせることによって、ドライエッチングも可能であり、導電体膜1014等のエッチング速度や形状を制御することもできる。 FIG. 51 is a diagram showing a through hole side wall etching apparatus 1030. Through holes (chambers) 1032 are formed in the substrate 1031 and substrates 1033 and 1034 are attached to both sides thereof. These manufacturing methods are the same as those described above. An etching solution or etching gas introduction hole 1035 is formed in the central portion or a part of the substrate 1034. The etching gas (liquid) introduction hole 1035 can be formed by bonding the substrates. Alternatively, the etching gas introduction hole 1035 can be formed in the substrate 1033 and/or 1034. A large number of holes 1036 for ejecting etching gas or etching solution are formed in the substrates 1033 and 1034 corresponding to the depth of the through holes 1009. The through hole side wall etching apparatus 1030 is inserted into the through hole 1009, and the etching gas or etching solution injection hole 1036 is arranged in a region corresponding to the side wall of the through hole 1009. The etching gas (liquid) 1037 is introduced from the etching gas (liquid) introducing hole 1035, and the etching gas (liquid) 1038 is further ejected from the etching gas (liquid) ejecting hole 1036 to the side wall of the substrate of the through hole 1009 to form a conductor film. 1014 and the adhesion layer 1013 are etched. As a result, the pattern of the conductor film 104 can be formed on the side wall of the through hole 1009. The jetting etching gas (liquid) 1038 is jetted toward the substrates 1033 and 1034 at an angle close to vertical. Since the distance between the through hole side wall etching apparatus 1030 and the side wall of the substrate of the through hole 1009 is small, the shape of the conductor film 1014 and the like can be obtained close to vertical. Further, since the speed and angle of the etching gas (liquid) 1038 can be adjusted by changing the pressure of the introduced etching gas (liquid) 1037, the etching speed and shape of the conductor film 1014 and the like can be controlled. Dry etching is also possible by generating an electric field between the side of the substrate 1011 to be etched and the conductive substrates 1033 and 1034 using the substrates 1033 and 1034 as conductive substrates, and the etching rate and shape of the conductive film 1014 or the like can be used. Can also be controlled.

図51は貫通室1009の基板側壁面エッチング装置であるが、前方側および後方側を示していないが、前方側および後方側も同様の構造にすることによって、貫通室1009の4つの基板側壁面をエッチングできる。尚、4つの基板側壁面をできるだけ均一にエッチングするために、エッチング装置1030と4つの基板側壁面までの距離をできるだけ等しくした方が良いので、貫通室1009のサイズに合わせてエッチング装置1030を作製すると良い。基板等が配置される雰囲気は、低温〜常温〜高温のエッチング可能な温度であり、低圧〜常圧〜高圧のエッチング可能な圧力に保持される。 Although FIG. 51 shows a substrate side wall surface etching apparatus for the through chamber 1009, the front side and the rear side are not shown, but the front side and the rear side have the same structure. Can be etched. In order to etch the four substrate sidewall surfaces as uniformly as possible, it is better to make the distances between the etching device 1030 and the four substrate sidewall surfaces as equal as possible. Therefore, the etching device 1030 is manufactured according to the size of the through chamber 1009. Good to do. The atmosphere in which the substrate or the like is placed is a low temperature to room temperature to a high temperature at which etching is possible, and is maintained at a low pressure to atmospheric pressure to a high pressure at which etching is possible.

本発明の発明で用いる貫通孔1009のアスペクト比(基板1011の厚みに対する貫通孔の直径(幅)の比)は余り大きくないので、貫通孔の側面に積層する膜(CVD、PVD、メッキ等)のステップカバー率(平坦部分に対する貫通孔側面の膜の厚みの比)もそれほど小さくはならない。たとえば、基板1011の厚み(貫通孔深さ)が5mm〜20mmの場合、貫通孔幅も同程度であるから、アスペク比は1であり、ステップカバー率は30〜80%程度である。CVD、PVD、メッキ等の技術向上によってこのステップカバー率は向上するであろう。貫通孔幅が5mmの場合、本発明の基板側壁露光装置1020や基板側壁エッチング装置1030の幅は4mm以下であれば、両側の基板側壁に接触しないで挿入することができる。基板側壁露光装置1020の場合、発光体搭載基板の厚みを0.5mm、発光体の厚みを0.2mm、(主)基板1021の厚みを2mm、両側の透明基板1024の厚みを0.5mm、マスク部分1025の厚みを0.1mmとすれば、基板側壁露光装置1020の幅は、約3.2mmとなる。基板側壁エッチング装置1030の場合、(主)基板1021の厚みを2mm、両側の基板1033および1034の幅を0.5mmとすれば、基板側壁エッチング装置1030の幅は、約3mmとなる。尚、基板1011の厚みは5mm〜20mmとして、絶縁膜1012の厚みを100nm〜10000nm、密着層1013の厚みは100nm〜100000nm、導電体膜1014の厚みは1μm〜500μm、感光性膜1015の厚みは1μm〜500μmを選択することもできる。ただし、これらのサイズに関係なく最適なサイズを選択することもできる。 Since the aspect ratio of the through hole 1009 (ratio of the diameter (width) of the through hole to the thickness of the substrate 1011) used in the invention of the present invention is not so large, a film (CVD, PVD, plating, etc.) laminated on the side surface of the through hole. The step coverage (ratio of the thickness of the film on the side surface of the through hole to the flat portion) does not become so small. For example, when the thickness (through hole depth) of the substrate 1011 is 5 mm to 20 mm, the through hole width is also about the same, so the aspect ratio is 1 and the step coverage is about 30 to 80%. Improvements in CVD, PVD, plating and other technologies will improve this step coverage. When the width of the through hole is 5 mm and the width of the substrate side wall exposure device 1020 and the substrate side wall etching device 1030 of the present invention is 4 mm or less, the substrate side wall exposure device 1020 and the substrate side wall etching device 1030 can be inserted without contacting the substrate side walls on both sides. In the case of the substrate sidewall exposure apparatus 1020, the thickness of the light emitter mounting substrate is 0.5 mm, the thickness of the light emitter is 0.2 mm, the thickness of the (main) substrate 1021 is 2 mm, and the thickness of the transparent substrates 1024 on both sides is 0.5 mm. If the thickness of the mask portion 1025 is 0.1 mm, the width of the substrate side wall exposure device 1020 is about 3.2 mm. In the case of the substrate sidewall etching apparatus 1030, if the (main) substrate 1021 has a thickness of 2 mm and the substrates 1033 and 1034 on both sides have a width of 0.5 mm, the substrate sidewall etching apparatus 1030 has a width of about 3 mm. Note that the substrate 1011 has a thickness of 5 mm to 20 mm, the insulating film 1012 has a thickness of 100 nm to 10000 nm, the adhesive layer 1013 has a thickness of 100 nm to 100000 nm, the conductive film 1014 has a thickness of 1 μm to 500 μm, and the photosensitive film 1015 has a thickness of It is also possible to select 1 μm to 500 μm. However, the optimum size can be selected regardless of these sizes.

図52は、型(モールド)を用いて本発明の加速器や質量分析装置の貫通室を作製する方法を示す図である。図51は図47に示す質量分析装置を作製する場合を示す。図52(a)に示すように、試料供給部・イオン化部1041、引き出し電極部1042、電場部1043、磁場部1044、イオン検出部1045を有するモールド1040を作製する。このモールドはあらかじめ型を作製してその型に合わせてモールドを作製しても良いし、組立てて作製しても良い。組立て作製として、たとえば3Dプリンター装置を用いて作製できる。モールド材料は、その周りを被う基板1046の材料に応じて最適なものを選定する。たとえば、基板1046の材料がSi(PolySi、またはアモルファスSi、または単結晶Si)の場合、その形成温度より融点およびその材料との反応温度が高い材料を選択する。たとえば、カーボン(C)、WC、石英、サファイヤ、ジルコニア(ZrO2)など多数の材料がある。これらの材料は粉末にして焼結して成形することもできる。モールドの形状は、平面的な形状に関して作製するもの(この場合は質量分析装置)と同じ形状であり、その形状をした柱状体である。 FIG. 52 is a diagram showing a method of producing a through chamber of an accelerator or a mass spectrometer of the present invention using a mold. FIG. 51 shows a case where the mass spectrometer shown in FIG. 47 is manufactured. As shown in FIG. 52A, a mold 1040 having a sample supply unit/ionization unit 1041, extraction electrode unit 1042, electric field unit 1043, magnetic field unit 1044, and ion detection unit 1045 is produced. As for this mold, a mold may be prepared in advance and a mold may be prepared according to the mold, or it may be assembled and manufactured. As an assembled production, for example, it can be produced using a 3D printer device. The optimum mold material is selected according to the material of the substrate 1046 that covers the mold material. For example, when the material of the substrate 1046 is Si (PolySi, or amorphous Si, or single crystal Si), a material having a melting point and a reaction temperature with the material higher than its formation temperature is selected. For example, there are many materials such as carbon (C), WC, quartz, sapphire and zirconia (ZrO2). These materials can also be powdered and sintered to be molded. The shape of the mold is the same as that of a planar shape (in this case, a mass spectrometer), and is a columnar body having that shape.

このモールド1040の周囲に基板材料を結晶成長させるか、溶融材料を流し込んで基板材料のインゴットを作製するか、あるいは、基板材料の粉末体でモールド周囲を囲み焼結してインゴットを作製したりする。粉末焼結の場合粉末体の融点より低い温度で焼結できるという利点がある。こうして、図52(b)に示すように、モールド体1040が中に入ったインゴット1048が形成される。モールド体1040を取り除けば、モールド体と同じ空洞がインゴット1048内に形成される。このインゴット1048を質量分析装置と同じ厚みで切断すれば、貫通室を有する基板(ウエハ)が作製できる、たとえば、厚み5mmの基板厚ならば、長さT=1000mmのインゴットなら、200枚の基板を作製できる。このように基板内の貫通室をエッチングによらず基板作製と同時に貫通室を有する基板を多数作製できる。インゴット1048からの基板切断は、ワイヤソーによる切断やダイシングを用いた切断があり、切断後に必要な研磨や化学研磨、あるいはCMPを行なって基板表面や貫通室の基板側壁面を所定表面状態にすることもできる。モールド体1040が入ったままインゴット1048を切断することもでき、切断後にモールド体1040を除去すれば良い。基板材料がSiで、モールド材が石英やサファイヤ等である場合には、HF処理を行なってモールド材(の一部または全部)を溶かしてモールド材を除去できる。また、基板材料がSiで、モールド材が炭素の場合は、酸素で炭素材料をCO2にしてモールド材を除去できる。 A substrate material is crystal-grown around the mold 1040, a molten material is poured to produce an ingot of the substrate material, or a powder material of the substrate material surrounds the periphery of the mold and is sintered to produce an ingot. .. Powder sintering has the advantage that it can be sintered at a temperature lower than the melting point of the powder body. Thus, as shown in FIG. 52B, an ingot 1048 having the mold body 1040 inside is formed. With the mold body 1040 removed, the same cavity as the mold body is formed in the ingot 1048. If this ingot 1048 is cut to the same thickness as the mass spectrometer, a substrate (wafer) having a through chamber can be produced. For example, if the thickness of the substrate is 5 mm, the length of T=1000 mm is 200 substrates. Can be produced. In this way, a large number of substrates having through chambers can be produced at the same time when the substrates are produced without etching the through chambers in the substrate. Substrate cutting from the ingot 1048 includes cutting with a wire saw and cutting using dicing, and after the cutting, necessary polishing, chemical polishing, or CMP is performed to bring the substrate surface and the substrate sidewall surface of the through chamber to a predetermined surface state. Can also The ingot 1048 can be cut while the mold body 1040 is still contained, and the mold body 1040 can be removed after cutting. When the substrate material is Si and the molding material is quartz, sapphire, or the like, the molding material can be removed by performing HF treatment to melt (a part or all of) the molding material. When the substrate material is Si and the molding material is carbon, the carbon material can be changed to CO2 with oxygen to remove the molding material.

基板がプラスチックである場合、モールド材はAl等の金属やガラス等で作製することもでき、インゴット作製後プラスチックは溶けないが金属は溶ける溶液で処理すれば良い。基板が金属や合金である場合、モールド材はその金属や合金より融点が高く、融点温度付近の温度までは相互に反応しにくい材料が良い。たとえば、基板が半田合金である場合、半田合金(Sn-Pb、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu、Sn-Zn-Bi、Sn-Zn-Al等)の融点は150℃〜400℃であるから、モールド材としてポリイミド等の耐熱性のある高分子材料や、ガラス、Si等を使用できる。また、基板とモールド材の熱膨張率に関しては、モールド材の熱膨張率が基板より大きなものが良い。たとえば、溶けた基板材料でモールドの周りを埋めて基板インゴットを作製して固化した後、温度を低下するとモールドは基板よりも収縮率が大きいので、自然にモール材を基板インゴットから取り外すことができる。モールドのサイズは、使用温度(たとえば、常温、超伝導体を使用するときはその温度)における空洞(貫通孔)サイズを考慮してモールドサイズを選定する。また、半田金属等の低融点金属や低融点合金をモールド材料として、それより融点の低いプラスチックやセルロースナノファイバー(CNF)等の高分子材料で基板材料を構成すれば、基板インゴットの作製も容易である。 When the substrate is plastic, the molding material can be made of metal such as Al, glass, or the like. After the ingot is made, the plastic is not soluble, but the metal can be treated with a soluble solution. When the substrate is a metal or an alloy, the mold material is preferably a material having a higher melting point than the metal or alloy and hardly reacting with each other up to a temperature near the melting point temperature. For example, when the substrate is a solder alloy, the melting point of the solder alloy (Sn-Pb, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Zn-Bi, Sn-Zn-Al, etc.) is 150°C to 400°C. Therefore, a heat-resistant polymer material such as polyimide, glass, Si or the like can be used as the molding material. Regarding the coefficient of thermal expansion of the substrate and the molding material, it is preferable that the coefficient of thermal expansion of the molding material is larger than that of the substrate. For example, after the mold is filled with the melted substrate material to form a substrate ingot and then solidified, the mold shrinks more than the substrate when the temperature is lowered, so the molding material can be naturally removed from the substrate ingot. .. The size of the mold is selected in consideration of the size of the cavity (through hole) at the operating temperature (for example, room temperature, when using a superconductor). Also, if a low melting point metal such as solder metal or a low melting point alloy is used as the mold material and the substrate material is composed of a polymer material having a lower melting point such as plastic or cellulose nanofiber (CNF), the production of the substrate ingot is easy. Is.

モールド体1040の側面に電極・配線膜を形成しておき、基板材料で囲んだ後でインゴット1048内面に電極・配線膜を転写することもできる。たとえば、モールド体1040の側面全体に電極・配線膜を貼りつけておき、インゴット1048内面全体に電極・配線膜を転写する。インゴット1048を切断して基板体とした後に、形成された貫通室内面に形成された電極・配線膜をパターニングして、電極・配線層を形成する。あるいは、図52(a)に示すように、モールド体1040の側面に部分的に電極・配線膜1051や1052を形成する。電極・配線膜1051は、インゴット1048の深さ方向に連続した電極・配線膜であり、切断して基板体とした後に貫通室の深さ方向のみをパターニングすれば良い。電極・配線膜1052は、基板の貫通室内面に形成されるパターン通りに形成されたパターンなので、切断して基板体とした後における電極・配線膜19052のパターニングは不要である。ただし、モールド体1040の側面に形成する電極・配線膜パターン1052を切断後の基板貫通室の位置に正確に形成しておく必要がある。このようなモールド体1040の側面に電極・配線膜を形成するには、CVD法、PVD法(イオンプレーティング法を含む)、塗布法、ディップ法等のほか、型を用いてモールド体1040を形成する場合は、その型に電極・配線膜を形成して、それを転写するという方法もある。また、3Dプリンターを用いて、電極・配線膜を形成することもできる。 It is also possible to form an electrode/wiring film on the side surface of the molded body 1040, enclose it with a substrate material, and then transfer the electrode/wiring film to the inner surface of the ingot 1048. For example, the electrode/wiring film is attached to the entire side surface of the molded body 1040, and the electrode/wiring film is transferred to the entire inner surface of the ingot 1048. After the ingot 1048 is cut into a substrate body, the electrode/wiring film formed on the inner surface of the formed penetration chamber is patterned to form an electrode/wiring layer. Alternatively, as shown in FIG. 52A, the electrode/wiring films 1051 and 1052 are partially formed on the side surface of the molded body 1040. The electrode/wiring film 1051 is an electrode/wiring film that is continuous in the depth direction of the ingot 1048, and may be patterned only in the depth direction of the penetration chamber after being cut into a substrate body. Since the electrode/wiring film 1052 is a pattern formed according to the pattern formed on the inner surface of the through-hole of the substrate, patterning of the electrode/wiring film 19052 after cutting into a substrate body is unnecessary. However, it is necessary to accurately form the electrode/wiring film pattern 1052 formed on the side surface of the mold body 1040 at the position of the substrate penetration chamber after cutting. In order to form an electrode/wiring film on the side surface of such a molded body 1040, a CVD method, a PVD method (including an ion plating method), a coating method, a dipping method, or the like may be used. When forming, there is also a method of forming an electrode/wiring film on the mold and transferring the film. Alternatively, the electrode/wiring film can be formed using a 3D printer.

インゴット1048の形状は、円柱形、断面が長方形や正方形や三角形や種々の多角形の角柱、楕円柱など種々の形状を取ることができる。インゴットの結晶形も単結晶、多結晶、アモルファス、粉末体を固化したもの、樹脂状態、プラスチック体、ゴム状体などやこれらの組合せ体で構成することができる。貫通室の深さが厚いもの、たとえば10cm以上のものなどは、インゴットの厚みと貫通室の厚みが同じとなる場合もあり、そのときはインゴット1つからは1つの主基板しか取れないことになる。さらには、半分の厚みの基板しか取れないインゴットの場合もあり、そのときは基板を重ねて(貼り合わせ等で)貫通室を形成する必要がある。型を入れずに平板な基板を作製し、金型で基板を打ち抜いて貫通室を作製することもできる。特に基板が金属の場合は打ち抜きしやすい。また、レーザー切断によっても貫通室や凹部を作製できる。 The shape of the ingot 1048 can be various shapes such as a cylindrical shape, a rectangular cross section, a square shape, a triangular shape, various polygonal prisms, and an elliptic cylinder in cross section. The crystal form of the ingot can also be composed of a single crystal, a polycrystal, an amorphous material, a solidified powder body, a resin state, a plastic body, a rubber-like body, or a combination thereof. If the depth of the penetration chamber is large, for example, if it is 10 cm or more, the thickness of the ingot may be the same as the thickness of the penetration chamber, and at that time, only one main substrate can be taken from one ingot. Become. Furthermore, in some cases, the ingot can take only half the thickness of the substrate, and in that case, it is necessary to stack the substrates (by bonding or the like) to form the through chamber. It is also possible to manufacture a flat substrate without inserting a mold and punch the substrate with a mold to manufacture the through chamber. Especially when the substrate is metal, it is easy to punch. Further, the through chamber and the recess can be formed by laser cutting.

図52では、中央孔については示していないが、図54は中央孔を形成する方法を示す図である。貫通室を形成するモールド1071および1072の間に中央孔を形成するモールド1073が存在する。図54(a)はモールド1070の斜視図であり、透視図で示している。直方体形状のモールド1071および1072の間を結ぶ中央孔モールド1073が離間して等間隔に配置されている。図54(b)はモールド1070の断面図(高さ方向)である。一点鎖線1074は切断面を示す。モールド1071および1072および中央孔モールド1073うぃ合わせたモールド1070の周囲に基板を形成し、基板インゴットを作製した後に、モールドを除去すれば良い。基板インゴットを切断して(主)基板を作製した後にモールドを除去しても良い。中央孔モールド1073はモールド1071および1072に比べてサイズが小さいために、モールド1071および1072と基板境界面を分離した後、軽い衝撃を与えれば中央孔モールド1073とモールド1071および1072のつなぎ目で簡単に折れてモールド1071および1072を基板インゴットまたは基板インゴット切断後の基板から分離することができる。中央孔モールド1073、モールド1071および1072が同種材料の場合には、中央孔モールド1073とモールド1071および1072の付着を弱くしておけば、さらに低い衝撃力で分離させることができる。 Although the central hole is not shown in FIG. 52, FIG. 54 is a diagram showing a method of forming the central hole. There is a mold 1073 forming a central hole between the molds 1071 and 1072 forming the through chamber. FIG. 54A is a perspective view of the mold 1070, which is a perspective view. Central hole molds 1073 connecting between the rectangular parallelepiped molds 1071 and 1072 are arranged at equal intervals. FIG. 54B is a cross-sectional view (height direction) of the mold 1070. The dashed-dotted line 1074 shows a cross section. The mold may be removed after forming a substrate around the molds 1070 fitted with the molds 1071 and 1072 and the central hole mold 1073 and producing a substrate ingot. The mold may be removed after cutting the substrate ingot to produce the (main) substrate. Since the central hole mold 1073 has a smaller size than the molds 1071 and 1072, after separating the molds 1071 and 1072 from the substrate boundary surface, if a light shock is applied, the central hole mold 1073 and the molds 1071 and 1072 can be easily connected. The molds 1071 and 1072 can be folded and separated from the substrate ingot or the substrate after the substrate ingot is cut. When the central hole mold 1073 and the molds 1071 and 1072 are made of the same material, if the central hole mold 1073 and the molds 1071 and 1072 are weakly attached, they can be separated with a lower impact force.

たとえば、モールドをサファイヤ(酸化アルミニウム、融点約2070℃)で作製し、基板インゴットをシリコン(融点1410℃)で作製する。シリコンよりもサファイヤをエッチングする液またはガスでシリコン(インゴット、基板)とサファイア(モールド)の境をエッチングして隙間をあけて分離させる。モールドを石英(融点約1700℃)で作製した場合、基板インゴットをシリコン(融点1410℃)で作製する。シリコンよりも石英をエッチングする液またはガスでシリコン(インゴット、基板)と石英の境をエッチングして隙間をあけて分離させる。石英のエッチング液としてHF系溶液がある。モールドをFe(融点1540℃)で作製し、基板インゴットをガラス(融点600℃〜700℃)で作製する。ガラスよりもFeをエッチングする液またはガスでガラス(インゴット、基板)とFe(モールド)の境をエッチングして隙間をあけて分離させる。Feのエッチング液として塩酸や硫酸がある。 For example, the mold is made of sapphire (aluminum oxide, melting point: about 2070° C.), and the substrate ingot is made of silicon (melting point: 1410° C.). A liquid or gas that etches sapphire rather than silicon is used to etch the boundary between silicon (ingot, substrate) and sapphire (mold) to separate a gap. When the mold is made of quartz (melting point about 1700° C.), the substrate ingot is made of silicon (melting point 1410° C.). The boundary between silicon (ingot, substrate) and quartz is etched by a liquid or gas that etches quartz rather than silicon, and a gap is formed to separate the boundary. An HF solution is used as an etching solution for quartz. The mold is made of Fe (melting point 1540° C.), and the substrate ingot is made of glass (melting point 600° C. to 700° C.). A liquid or gas that etches Fe rather than glass is used to etch the boundary between the glass (ingot, substrate) and Fe (mold) to separate a gap. Hydrochloric acid and sulfuric acid are used as an etching solution for Fe.

モールド1070を幾つかのブロックに分けた割型で作製し、インゴット形成後に割型を取り外す方法でも貫通室を作製できる。そのときでも中央孔モールド1073はインゴット中から取り外すのが困難な場合は、ウエットエッチング液や等方性ドライエッチングガスで中央孔モールド1073を溶解する。あるいは、図54(b)に示すように中央孔の略中心部を通る面(破線で示す)1075で切断して、中央孔モールド1073を露出させて取り外すことができる。この場合も中央孔モールド1073をエッチング可能な溶液またはドライエッチングガスを用いて中央孔モールドと基板との境界をエッチングして分離しやすくすることもできる。中央孔の略中心部を通る面(破線で示す)1075で切断してモールドを分離した後は、貫通室や中央孔へ必要な膜付けをした後に分離した上下の基板を切断面1075で付着して通常の中央孔を持つ基板を作製できる。モールド1070の周囲に必要な膜付けをして、その膜を基板(インゴット)に転写して、貫通室や中央孔内面へ絶縁膜や導電体膜またはそれらのパターンを形成することもできる。 The penetrating chamber can also be manufactured by a method in which the mold 1070 is divided into a number of blocks and manufactured by a split mold, and the split mold is removed after the ingot is formed. Even at that time, if it is difficult to remove the central hole mold 1073 from the ingot, the central hole mold 1073 is dissolved with a wet etching solution or an isotropic dry etching gas. Alternatively, as shown in FIG. 54( b ), the central hole mold 1073 can be exposed and removed by cutting at a surface (shown by a broken line) 1075 that passes through a substantially central portion of the central hole. Also in this case, the boundary between the central hole mold and the substrate can be easily etched by using a solution or dry etching gas capable of etching the central hole mold 1073. After separating the mold by cutting along the plane (shown by the broken line) 1075 that passes through substantially the center of the central hole, attach the necessary upper and lower substrates to the through chamber and central hole, and then attach the separated upper and lower substrates at the cutting surface 1075. Then, a substrate having a normal central hole can be manufactured. It is also possible to attach a necessary film around the mold 1070, transfer the film to a substrate (ingot), and form an insulating film, a conductor film, or a pattern thereof on the inner surface of the through chamber or the central hole.

中央孔モールド1073を使用しない場合、貫通室を有する基板に貫通室を接続する中央孔を作製する必要がある。まず、基板インゴットを切断面1074および中央孔が形成される部分の中央孔高さの略半分の位置である切断線(面)1076で切断する。図55は中央孔が形成される部分の中央孔高さの略半分の位置で切断した基板に中央孔を形成する方法を示す図である。図55(a)は中央孔形成前の基板の平面図である。貫通室1076(1076−1、2)および貫通室1077(1077−1、2)が形成された基板1080の平面図は、図54に破線で示す切断面1075である。貫通室1077(1077−1、2)は、貫通室1076(1076−1、2)を持つ加速器や質量分析器の隣の加速器や質量分析器の貫通室である。中央孔はまだ形成されていない。1079は基板面または基板である。図55(d)は図55(a)の断面図である。図55(b)に示すように、この基板面1079上に感光性膜1081を形成し、パターニングして中央孔形成領域1082(1082−1,2)を窓開けする。図55(e)は図55(b)の断面図である。次に、図55(f)に示すように、この感光性膜パターン1081をマスクにして基板1079をエッチングして中央孔1083を形成する。このエッチングはレーザー等を用いて形成しても良い。あるいは研磨法で作製することもできる。たとえば、中央孔のサイズに適合した円柱形の研磨冶具を回転させて中央孔の半分(横側に半円形の柱状)を研磨する。研磨時には研磨剤+水をかけながら、さらに軽いエッチング液を混ぜながら研磨する。図55(g)に円柱形の研磨冶具1084を使用した研磨方法を示す。中央孔を形成する領域に円柱形研磨冶具1084を回転させながら当てて基板1079を研磨する。円柱形研磨冶具1084は基板1079に対して上下可能な支持台に取り付けられ、支持台を徐々におろして、基板1079が所定深さ削れたら支持台の下降をストップさせて上昇させる。この結果、基板1079には中央孔の半分が形成できる。尚、円柱形の研磨冶具を用いるときは、感光性膜パターン1081は不要である。 When the central hole mold 1073 is not used, it is necessary to make a central hole for connecting the through chamber to the substrate having the through chamber. First, the substrate ingot is cut along a cutting line (plane) 1076 which is a position approximately half the height of the central hole in the portion where the cutting surface 1074 and the central hole are formed. FIG. 55 is a diagram showing a method of forming a central hole in a substrate cut at a position approximately half the height of the central hole in the portion where the central hole is formed. FIG. 55(a) is a plan view of the substrate before forming the central hole. A plan view of the substrate 1080 on which the through chambers 1076 (1076-1, 2) and the through chambers 1077 (1077-1, 2) are formed is a cut surface 1075 indicated by a broken line in FIG. 54. The penetration chamber 1077 (1077-1, 2) is a penetration chamber of the accelerator or the mass analyzer next to the accelerator or the mass analyzer having the penetration chamber 1076 (1076-1, 2). The central hole has not yet been formed. 1079 is a substrate surface or a substrate. FIG. 55(d) is a sectional view of FIG. 55(a). As shown in FIG. 55B, a photosensitive film 1081 is formed on the substrate surface 1079 and patterned to open a central hole formation region 1082 (1082-1, 1082-1). FIG. 55(e) is a sectional view of FIG. 55(b). Next, as shown in FIG. 55F, the substrate 1079 is etched using the photosensitive film pattern 1081 as a mask to form a central hole 1083. This etching may be formed using a laser or the like. Alternatively, it can be prepared by a polishing method. For example, a cylindrical polishing jig adapted to the size of the central hole is rotated to polish half of the central hole (a semicircular column on the lateral side). At the time of polishing, a polishing agent and water are applied, and a lighter etching solution is mixed to perform polishing. FIG. 55(g) shows a polishing method using a cylindrical polishing jig 1084. The substrate 1079 is polished by applying the cylindrical polishing jig 1084 to the region where the central hole is formed while rotating. The cylindrical polishing jig 1084 is attached to a support base that can move up and down with respect to the substrate 1079, and the support base is gradually lowered, and when the substrate 1079 has been shaved to a predetermined depth, the support base is stopped from descending and raised. As a result, half of the central hole can be formed in the substrate 1079. The photosensitive film pattern 1081 is not necessary when using a cylindrical polishing jig.

モールド型の中を空洞にしたものでもモールドを作製できる。モールドを薄い膜や薄板で囲んで中を空洞にする。(モールドフレームと称する。)モールドフレームの空洞内は窒素、酸素、空気、He、Ar等の不活性ガスを入れて適度な内圧をかけても良い。基板インゴットを作製するときに温度を上げる場合は空洞内のガスは膨張するので、内圧が増加するから、その内圧によって変形しないようにモールドフレームの強度を調節する。あるいはモールドフレームが変形しても基板インゴットを作製時に正確なモールド型になるようにするためにモールドフレームの強度および空洞内の内圧を調節しても良い。当然モールドフレーム材料はインゴット作製時に変形したり融けたりしないような材料で形成する必要がある。これについてはこれまで述べた通りである。モールド型を取り外すときに、空洞内のガスを抜いて内圧を下げるとモールドフレームが縮小するので、簡単にモールド型(モールドフレーム)を取り外すことができる。インゴット作製後はインゴット作製時よりも温度が下がり空洞内の内圧が下がるので、そのときにモールドフレームが縮小するので、自然とモールドフレームを取り外すことができる。 A mold can be produced even if the mold is hollow. Enclose the mold with a thin film or plate to make a hollow inside. (It is referred to as a mold frame.) Nitrogen, oxygen, air, an inert gas such as He, Ar, etc. may be introduced into the cavity of the mold frame to apply an appropriate internal pressure. When the temperature is raised when manufacturing the substrate ingot, the gas in the cavity expands, so the internal pressure increases, so the strength of the mold frame is adjusted so as not to deform due to the internal pressure. Alternatively, even if the mold frame is deformed, the strength of the mold frame and the internal pressure in the cavity may be adjusted so that the substrate ingot becomes an accurate mold when being manufactured. Naturally, the mold frame material must be formed of a material that does not deform or melt during the production of the ingot. This is as described above. When the mold die is removed, the gas inside the cavity is released to reduce the internal pressure, so that the mold frame shrinks, so that the mold die (mold frame) can be easily removed. After the ingot is manufactured, the temperature is lower than that at the time of manufacturing the ingot, and the internal pressure in the cavity is lowered. At that time, the mold frame is contracted, so that the mold frame can be removed naturally.

モールドフレームがインゴット基板から外れない場合でも、空洞内の圧力が低下するので、モールドフレームがインゴット基板を押圧力も低下するから、モールド材をエッチングするエッチング液やエッチングガス(プラズマエッチングも含む)がモールドフレームとインゴット基板との間に入り込み易くなり、モールドフレームとインゴット基板の境界面に面しているモールドフレームがエッチングされる。この結果インゴット基板からモールドフレームを分離することができる。さらに、空洞内にエッチング液やエッチングガス(プラズマエッチングも含む)を入れることができ、モールドフレームの厚みも薄いのでモールドフレームを内と外から溶解させることができる。この結果インゴット基板からモールドフレームを除去することができる。中央孔モールドも内部が空洞のモールドを使用できる。 Even if the mold frame does not come off from the ingot substrate, the pressure inside the cavity drops, so the pressing force of the mold frame also lowers the ingot substrate, so etching liquid or etching gas (including plasma etching) that etches the mold material It becomes easy to enter between the mold frame and the ingot substrate, and the mold frame facing the interface between the mold frame and the ingot substrate is etched. As a result, the mold frame can be separated from the ingot substrate. Further, an etching liquid or etching gas (including plasma etching) can be put in the cavity, and the thickness of the mold frame is thin, so that the mold frame can be dissolved from the inside and the outside. As a result, the mold frame can be removed from the ingot substrate. As the central hole mold, a mold having a hollow inside can be used.

図56は貫通室内壁を研磨して平滑でなめらかな面にするための方法((a))および貫通室内壁へパターンを転写する方法について説明する図((b)、(c))である。図56(a)は貫通室形成用のモールド型を取り外した後の貫通室1086を有するインゴット基板の貫通室1086内壁(内面)を研磨する方法を示す図である。円柱形の研磨棒1087を貫通室1086内へ挿入し、研磨棒1087を回転しながら貫通室1086の内面をなぞる。貫通室1086の内面はモールド型を外した跡で荒れた状態の場合もあるので、研磨棒1087の回転により貫通室1086の内面の凹凸を取り平滑化し表面をなめらかにすることができる。研磨棒1086の円柱面に研磨剤を付着させたり塗布したり、および/または研磨材を含む液を吹きかけたり、その液中で研磨棒1086を回転させる。インゴット基板で行なえば多数の基板をまとめて処理できるし、基板に切断後に個々に行なえばより精密な研磨が可能となる。研磨棒1086は円柱形であるから、貫通室1085が直方体形状の場合は、角部の研磨はむずかしいが、より半径の小さな円柱形研磨棒で行なえば角部も十分な研磨が可能となる。角部とその他で使い分けても良い。また、円柱形状でなく、直方体形状の研磨棒も使用できる。直方体形状研磨棒は往復運動をさせることにより貫通室内面を研磨することができる。 FIG. 56 is a diagram ((b), (c)) for explaining a method ((a)) for polishing the inner wall of the through-hole to form a smooth and smooth surface and a method for transferring a pattern to the inner wall of the through-hole. .. FIG. 56( a) is a diagram showing a method of polishing the inner wall (inner surface) of the through chamber 1086 of the ingot substrate having the through chamber 1086 after removing the mold for forming the through chamber. A cylindrical polishing rod 1087 is inserted into the through chamber 1086, and the inner surface of the through chamber 1086 is traced while rotating the polishing rod 1087. Since the inner surface of the through chamber 1086 may be rough due to the removal of the mold, the rotation of the polishing rod 1087 can remove the unevenness of the inner surface of the through chamber 1086 and smooth the surface. An abrasive is adhered to or coated on the cylindrical surface of the polishing rod 1086, and/or a liquid containing an abrasive is sprayed, and the polishing rod 1086 is rotated in the liquid. If the ingot substrate is used, a large number of substrates can be processed together, and if the substrates are cut into individual substrates, more precise polishing is possible. Since the polishing rod 1086 has a cylindrical shape, it is difficult to polish the corner portion when the through chamber 1085 has a rectangular parallelepiped shape, but the corner portion can be sufficiently polished by using the cylindrical polishing rod having a smaller radius. You may choose to use the corners and others. Further, a polishing rod having a rectangular parallelepiped shape instead of a cylindrical shape can also be used. The rectangular parallelepiped polishing rod can reciprocate to polish the inner surface of the through chamber.

図56(b)は、円柱形転写棒を使用して貫通室内面にパターンを転写する方法を示す図である。円柱形転写棒1088に転写パターン1089を付着させて、貫通室1086内に円柱形転写棒1088を挿入し、貫通室1086の内面に円柱形転写棒1088に付着した転写パターン1089を接触させて、転写パターン1089を貫通室1086の内面に付着させて転写する。転写パターン1089は円柱形転写棒1088の周囲に付着して形成されているので、円柱形転写棒1088の表面を貫通室1086の内面に押しつけながら回転させてパターン転写する。転写パターン1089はたとえば導電体電極・配線パターンである。円柱形表面に導電体膜を積層し、フォトリソ法を用いて導電体膜パターンを形成し、円柱形表面を貫通室内面に当てる。このとき、貫通室表面と導電体膜が密着性良く付着する条件(たとえば、熱処理)で処理して貫通室表面に導電体膜を付着させる。同時に円柱形表面と導電体膜との密着度が貫通室表面と導電体膜が密着度より低い条件にすれば円柱形表面上の導電体膜パターンが貫通室表面へ転写できる。円柱形を回転させることによって、次々と転写できる。あるいは、転写シートに導電体膜パターンを付着しておき、その転写シートを円柱形転写棒に巻き付けておく。このとき、導電体膜パターンを外側にしておく場合に、円柱形転写棒を貫通室表面に押し当てて回転させながら転写シートに付着させた導電体膜パターンを貫通室表面に転写する。あるいは、導電体膜パターンを内側にして転写シートを外側にしておき、円柱形転写棒を貫通室表面に押し当てて回転させながら転写シートを貫通室表面に付着させれば、転写シートに付着させた導電体膜パターンも貫通室表面に付着させることができる。インゴット基板内の貫通室に転写することもできるし、切断後の基板の貫通室に転写することもできる。同じ形状の貫通室であれば(たとえば、図55における貫通室1076と1077)、複数の転写棒を支持体に取り付けて、それぞれの貫通室に同時に転写棒を挿入して、同時に転写することができる。 FIG. 56(b) is a diagram showing a method of transferring a pattern onto the inner surface of the through chamber using a cylindrical transfer bar. The transfer pattern 1089 is attached to the cylindrical transfer rod 1088, the cylindrical transfer rod 1088 is inserted into the through chamber 1086, and the transfer pattern 1089 attached to the cylindrical transfer rod 1088 is brought into contact with the inner surface of the through chamber 1086, The transfer pattern 1089 is attached to the inner surface of the through chamber 1086 and transferred. The transfer pattern 1089 is formed by adhering to the periphery of the cylindrical transfer rod 1088, and thus the pattern is transferred by rotating while pressing the surface of the cylindrical transfer rod 1088 against the inner surface of the through chamber 1086. The transfer pattern 1089 is, for example, a conductor electrode/wiring pattern. A conductor film is laminated on a cylindrical surface, a conductor film pattern is formed by using a photolithography method, and the cylindrical surface is applied to the inner surface of the penetrating interior. At this time, the conductor film is adhered to the surface of the through chamber by processing under conditions (for example, heat treatment) in which the surface of the through chamber and the conductive film adhere to each other with good adhesion. At the same time, if the degree of adhesion between the cylindrical surface and the conductor film is lower than the degree of adhesion between the through chamber surface and the conductor film, the conductor film pattern on the cylindrical surface can be transferred to the through chamber surface. By rotating the cylindrical shape, it can be transferred one after another. Alternatively, a conductor film pattern is attached to the transfer sheet, and the transfer sheet is wound around a cylindrical transfer rod. At this time, when the conductor film pattern is placed outside, the conductor film pattern attached to the transfer sheet is transferred to the surface of the through chamber while the cylindrical transfer rod is pressed against the surface of the through chamber and rotated. Alternatively, if the conductor sheet pattern is on the inside and the transfer sheet is on the outside, and the transfer sheet is attached to the surface of the through chamber while pressing the cylindrical transfer rod against the surface of the through chamber and rotating it, the transfer sheet will be attached. A conductive film pattern can also be attached to the surface of the through chamber. It can be transferred to the through chamber in the ingot substrate or can be transferred to the through chamber of the substrate after cutting. If the penetrating chambers have the same shape (for example, penetrating chambers 1076 and 1077 in FIG. 55), it is possible to attach a plurality of transfer rods to the support and insert the transfer rods into the respective penetrating chambers at the same time to perform transfer at the same time. it can.

図56(c)は、貫通室と同じ直方体形状の転写板に導電体膜電極・配線パターン1092および1093を形成し、それらのパターンを貫通室内面に転写する方法を示す図である。導電体膜パターン1092、1093を付着した転写板1091または導電体膜パターン1092、1093を付着した転写シートを付着した転写板1091を貫通室1086へ挿入し、貫通室1086内面に押し当てて転写する。転写シートを用いる場合、ポリイミド等の高耐熱シートにアルミやCu、Au等の電極・配線を形成し、反体面に高耐熱性の熱硬化性接着剤を付着しておき、この接着面を貫通室内面に付着させて転写シートを付着させて熱処理により貫通室内面にポリイミドシートを挟んで導電体膜パターンを貫通室内面に形成できる。転写した後は、必要ならば、保護膜をCVD法等で積層するか、さらに保護膜(耐熱用が良い)テープを転写法で付着させる。この結果、300℃〜500℃程度の耐熱性を持たせた貫通室を作製できる。また、インゴット基板内の貫通室に転写することもできるし、切断後の基板の貫通室に転写することもできる。同じ形状の貫通室であれば(たとえば、図55における貫通室1076と1077)、複数の転写棒を支持体に取り付けて、それぞれの貫通室に同時に転写板を挿入して、同時に転写することができる。 FIG. 56(c) is a diagram showing a method of forming conductor film electrode/wiring patterns 1092 and 1093 on the same rectangular parallelepiped transfer plate as the through chamber and transferring these patterns to the inside of the through chamber. The transfer plate 1091 having the conductor film patterns 1092 and 1093 attached thereto or the transfer plate 1091 having the transfer sheet having the conductor film patterns 1092 and 1093 attached thereto is inserted into the through chamber 1086 and transferred by being pressed against the inner surface of the through chamber 1086. .. When using a transfer sheet, form electrodes and wiring of aluminum, Cu, Au, etc. on a high heat resistant sheet such as polyimide, attach a high heat resistant thermosetting adhesive to the opposite surface, and penetrate this adhesive surface It is possible to form a conductor film pattern on the inner surface of the penetrating inner surface by sandwiching the polyimide sheet on the inner surface of the penetrating inner surface by applying a transfer sheet to the inner surface of the penetrating sheet and heat-treating it. After the transfer, if necessary, a protective film may be laminated by a CVD method or the like, or a protective film (good for heat resistance) tape may be attached by a transfer method. As a result, a penetration chamber having heat resistance of about 300°C to 500°C can be manufactured. Further, it can be transferred to the through chamber in the ingot substrate or can be transferred to the through chamber of the substrate after cutting. If the through chambers have the same shape (for example, the through chambers 1076 and 1077 in FIG. 55), it is possible to attach a plurality of transfer rods to the support and insert the transfer plates into the respective through chambers at the same time to perform simultaneous transfer. it can.

図51に示した装置は成膜装置(CVD装置)としても使用できる。エッチングガス1037、1038の代わりに成膜用ガスを導入する。たとえば、多結晶Siを貫通室側壁に成長する時にはSiH4ガスを導入口1035から入れて、噴出用穴1036から貫通室側壁へ噴出させる。基板1011を所定温度(たとえば、350℃〜500℃)で加熱しておけば貫通室側壁へ多結晶Si膜を成長できる。装置1030に成膜しないようにするために、装置1030を冷却しておけば良い。基板1011と装置1030との間に電界を印加すれば、もっと低温でも成膜でき、高速成膜も可能である。W膜を成長するには、たとえばWF6ガス、WSi膜を成長するには、WF6ガスとSiH4ガスの混合ガスを導入し、噴出穴から噴出すれば良い。その場合(ガス混合で反応する場合)、装置内で混合ガスが反応しないようにするために、貫通孔1032を別々にして、それらの貫通孔(室)への導入口および噴出穴も別にしておき、噴出口から出て、(基板1011の)貫通室側壁近傍でガス混合できるようにしても良い。SiO膜の場合は、SiH4ガスとO2ガスで成膜できる。SiN膜の場合は、SiH2Cl2ガスとNH3膜で成膜できる。その他の金属膜(Al、Cu、Ni、Cr、Ti等各種)や合金膜や各種膜を成膜できる。また、N2、H2、He等の各種キャリアガスを混合しても良い。これらの成膜装置はCVD装置となる。基板等が配置される雰囲気は、低温〜常温〜高温の成膜可能な温度であり、低圧〜常圧〜高圧の成膜可能な圧力に保持される。 The apparatus shown in FIG. 51 can also be used as a film forming apparatus (CVD apparatus). A film forming gas is introduced instead of the etching gases 1037 and 1038. For example, when growing polycrystalline Si on the side wall of the through chamber, SiH4 gas is introduced from the inlet 1035 and ejected from the ejection hole 1036 to the side wall of the through chamber. If the substrate 1011 is heated at a predetermined temperature (for example, 350° C. to 500° C.), a polycrystalline Si film can be grown on the sidewall of the through chamber. The device 1030 may be cooled in order to prevent film formation on the device 1030. By applying an electric field between the substrate 1011 and the device 1030, film formation can be performed at a lower temperature and high-speed film formation is also possible. To grow the W film, for example, to grow the WF6 gas and the WSi film, a mixed gas of WF6 gas and SiH4 gas may be introduced and ejected from the ejection holes. In that case (when reacting by gas mixing), in order to prevent the mixed gas from reacting in the device, the through holes 1032 are separated, and the introduction port and the ejection hole to these through holes (chambers) are also separated. Alternatively, the gas may be mixed in the vicinity of the side wall of the through chamber (of the substrate 1011) by ejecting from the ejection port. In the case of a SiO film, it can be formed using SiH4 gas and O2 gas. In the case of a SiN film, SiH2Cl2 gas and NH3 film can be formed. Other metal films (a variety of Al, Cu, Ni, Cr, Ti, etc.), alloy films and various films can be formed. Further, various carrier gases such as N2, H2 and He may be mixed. These film forming devices are CVD devices. The atmosphere in which the substrate and the like are arranged is a temperature at which the film can be formed from a low temperature to a room temperature to a high temperature, and is maintained at a low film pressure to a normal pressure to a high film forming pressure.

図51に示した装置はメッキ膜の成長にも使用できる。エッチングガス1037、1038の代わりにメッキ液を導入し、噴出する。たとえば、Cuメッキする場合、基板1011に電界をかけて(マイナス印加)、メッキ液硫酸銅(CuSO4)溶液を導入口1035から入れて、噴出用穴1036から貫通室側壁へ噴出させる。新しいメッキ液を供給できるので、高速メッキが可能である。この場合は、メッキ装置となる。メッキ膜積層の場合、通常メッキと同様にメッキ膜を成長させたくない場所は感光性膜(レジスト膜)等でマスクしておけば、マスクがない部分だけにメッキすることができる。 The apparatus shown in FIG. 51 can also be used for growing a plated film. Instead of the etching gases 1037 and 1038, a plating solution is introduced and ejected. For example, in the case of Cu plating, an electric field is applied to the substrate 1011 (minus application), a plating solution copper sulfate (CuSO4) solution is introduced from the inlet 1035, and ejected from the ejection hole 1036 to the side wall of the through chamber. High-speed plating is possible because a new plating solution can be supplied. In this case, the plating device is used. In the case of plating film lamination, if a place where the plating film is not desired to be grown is masked with a photosensitive film (resist film) or the like as in the case of normal plating, it is possible to plate only the portion without the mask.

図51に示した装置の代わりにターゲット基板(たとえば、Al、Cu、Ti、Cr、TiN、Ni、Au、Si、W,Mo、あるいはSiO等の絶縁体)を貫通室に挿入し、ターゲット基板に高周波電界を印加し、低圧下でスパッターガス(たとえば、Ar、N2)を導入すれば、ターゲットからターゲット材料がスパッターされて、ターゲット材料が貫通室側壁へ付着できる。ターゲット材料と貫通室側壁の距離が非常に近いので高速でスパッター膜を積層できる。この場合、装置はスパッター装置となる。また、レジスト液等の感光性膜液を入れた装置を貫通室等に挿入して、噴出またはスプレーして貫通室や凹部側面や底面に感光性膜を形成できる。加熱素子(抵抗や赤外線ランプ等)を搭載した装置を貫通室等に挿入すればその感光性膜をプリベークできる。露光した後には、現像液を入れた装置を貫通室等に挿入して、噴出またはスプレー等して貫通室や凹部側面や底面に感光性膜をパターニングできる。感光性膜のCVD(プラズマ)も挿入CVD装置で可能である。以上説明した装置は別基板に多数搭載して基板内の多数の貫通室に挿入等して、多数の貫通室内のパターニングや成膜や熱処理(感光性膜の塗布・付着や形成、感光性膜の露光、感光性膜の現像、各種膜のエッチング、各種膜のCVD、各種膜のPVD(スパッター、蒸着)、各種熱処理等)を同時に処理できる。 A target substrate (for example, an insulator such as Al, Cu, Ti, Cr, TiN, Ni, Au, Si, W, Mo, or SiO) is inserted into the through chamber instead of the device shown in FIG. When a high frequency electric field is applied to the target and a sputtering gas (for example, Ar or N2) is introduced under a low pressure, the target material is sputtered from the target and the target material can adhere to the side wall of the through chamber. Since the distance between the target material and the side wall of the through chamber is very short, the sputtered film can be deposited at high speed. In this case, the device is a sputter device. Further, a device containing a photosensitive film liquid such as a resist liquid may be inserted into the penetration chamber or the like and jetted or sprayed to form a photosensitive film on the penetration chamber, the side surface or the bottom surface of the recess. If a device equipped with a heating element (resistor, infrared lamp, etc.) is inserted into the penetration chamber or the like, the photosensitive film can be prebaked. After the exposure, a device containing a developing solution can be inserted into the penetration chamber or the like, and jetted or sprayed to pattern the photosensitive film on the penetration chamber, the side surface or the bottom surface of the recess. CVD (plasma) of the photosensitive film is also possible with the insertion CVD device. A large number of the above-described devices are mounted on different substrates and inserted into a large number of through chambers in the substrate to perform patterning, film formation and heat treatment (coating/adhesion/formation of photosensitive film, photosensitive film Exposure, photosensitive film development, various film etching, various film CVD, various film PVD (sputtering, vapor deposition), various heat treatments, etc.) can be simultaneously processed.

本発明は、基板内に基板上面から基板下面に貫通する貫通室を作製し、貫通室内に絶縁膜、導電体膜を積層し、所望形状の導電体膜電極等を作製し、貫通室内を通るイオンの軌道を制御したイオン注入装置である。図57に示す実施形態は、高周波電源を加速源とするシンクロトロン方式の加速器を基板型イオン注入方式に適用したものであり、図57は、本発明のシンクロトロン方式基板型イオン注入装置を基板面に平行に見た平面図である。イオン化室2112でイオンを発生させ、そのイオンを引き出し電極・加速室2113で所定速度まで加速させる。その加速させたイオンを質量分離室2114で所望のイオンに選別し、その選別したイオンをシンクロトン方式加速室2117と質量分離室2114を接続する連結室2115へ送る。連結室2115とシンクロトロン方式加速室117との間には、中央孔2116を有する基板隔壁が配置され、連結室2115を進むイオンはこの中央孔2116を通ってシンクロトロン方式加速室2117の直線状貫通室である高周波加速室2118―1へ入る。 According to the present invention, a penetration chamber penetrating from the substrate upper surface to the substrate lower surface is formed in a substrate, an insulating film and a conductor film are laminated in the penetration chamber, a conductor film electrode having a desired shape is formed, and the penetration chamber is passed. This is an ion implantation device in which the trajectories of ions are controlled. The embodiment shown in FIG. 57 is an application of a synchrotron type accelerator using a high frequency power source as an acceleration source to a substrate type ion implantation system, and FIG. 57 shows a substrate of the synchrotron type substrate type ion implantation device of the present invention. It is the top view seen parallel to the surface. Ions are generated in the ionization chamber 2112, and the ions are accelerated to a predetermined speed in the extraction electrode/acceleration chamber 2113. The accelerated ions are sorted into desired ions in the mass separation chamber 2114, and the sorted ions are sent to a connection chamber 2115 which connects the synchroton system acceleration chamber 2117 and the mass separation chamber 2114. A substrate partition having a central hole 2116 is arranged between the connection chamber 2115 and the synchrotron acceleration chamber 117, and ions advancing through the connection chamber 2115 pass through the central hole 2116 and form a linear shape in the synchrotron acceleration chamber 2117. Enter the high-frequency acceleration chamber 211-18, which is a penetration chamber.

シンクロトロン方式加速室2117は、貫通室が環状につながっており、この環状の貫通室である環状通路2118の中をイオンが加速しながら周回する。環状通路2118は、2つの直線状加速室2118−1、3およびこれらの2つの直線状加速室2118−1、3を接続する円弧(半円形)形状の円形加速室2118−2、4から成る。直線状加速室2118−1、3は高周波電圧が印加されてイオンは加速される。半円形形状の円形加速室2118−2の2つの対面する貫通室側壁に導電体膜電極2121および2122が形成される。円形加速室2118−2の2つの対面する貫通室側壁に形成された導電体膜電極2121および2122は平行である。(いわゆる平行平板電極で、電極間距離r1)また、半円形形状の円形加速室2118−4の2つの対面する貫通室側壁に導電体膜電極2123および2124が形成される。円形加速室2118−4の2つの対面する貫通室側壁に形成された導電体膜電極2123および2124は平行である。(いわゆる平行平板電極で、電極間距離r1) The synchrotron type acceleration chamber 2117 has penetrating chambers connected in an annular shape, and ions orbit in an annular passage 2118 which is an annular penetrating chamber while accelerating. The annular passage 2118 is composed of two linear acceleration chambers 2118-1, 3 and a circular acceleration chamber 2118-2, 4 having an arc (semi-circular) shape connecting these two linear acceleration chambers 2118-1, 3. .. A high frequency voltage is applied to the linear acceleration chambers 2118-1 and 2118 to accelerate the ions. Conductor film electrodes 2121 and 2122 are formed on the sidewalls of the two facing penetration chambers of the semicircular circular acceleration chamber 2118-2. The conductor film electrodes 2121 and 2122 formed on the two facing sidewalls of the through chamber of the circular acceleration chamber 2118-2 are parallel to each other. (So-called parallel plate electrodes, inter-electrode distance r1) Further, conductor film electrodes 2123 and 2124 are formed on the two facing sidewalls of the semi-circular circular acceleration chamber 2118-4. The conductor film electrodes 2123 and 2124 formed on the two facing penetration chamber side walls of the circular acceleration chamber 2118-4 are parallel to each other. (So-called parallel plate electrodes, distance r1 between electrodes)

イオンは環状通路2118を周回し、直線状加速室2118−1で高周波電圧印加により図57において左側へ加速され進行し、円形加速室2118−2で一定電界の力を受けて円形軌道(中心軌道半径R1)を取り、次にイオンは直線状加速室118−3で高周波電圧印加により図57において右側へ加速され進行し、円形加速室2118−4で一定電界の力を受けて円形軌道(中心軌道半径R1)を取り、直線状加速室2118−1へ入る。これらが繰り返されて、イオンは周回するたびに加速され所定の速度(所定のエネルギー)になると、直線状加速室2118−1を進み直進するイオン軌道方向に配置された基板隔壁が有する中央孔2125を通って、出口通路(貫通室)2126へ入りイオン出口2127から出射する。イオン出口2127の出口通路(貫通室)2126にはスキャナー部2128があり、2つの対面する基板側壁には導電体膜電極2129−1、2が形成され、この2つの導電体膜電極2129−1、2間の電界によりイオンは左右へ(基板面と平行方向へ)振られて(走査されて)出射する。また、図57では図示できないが、基板面に平行な方向にも2つの導電体膜電極が形成され、これらの電極間の電界によりイオンは上下へ(基板面と垂直方向へ)振られて(走査されて)出射する。イオンの出射側に配置されたエンドステーション等へ配置されたウエハ2130へ上下左右に振られた(走査された)イオンが注入される。尚、連絡室2115や出口通路2127でも加速室と同様の方法で加速することができる。また、スキャナー部2128には磁場を形成することもできるので、磁界でイオン軌道を上下・左右にスキャンできる。たとえば、上下にコイルや電磁石を配置して磁場を変化させることによってイオンを左右(横方向)に走査でき、主基板の側面にコイルや電磁石を配置すればイオンを上下に走査できる。 The ions circulate in the circular passage 2118, and are accelerated to the left side in FIG. 57 by the high-frequency voltage application in the linear acceleration chamber 2118-1, and proceed to the circular acceleration chamber 2118-2. Radius R1), and then the ions are accelerated to the right side in FIG. 57 by applying a high frequency voltage in the linear acceleration chamber 118-3 and proceed to the circular acceleration chamber 2118-4, where they are subjected to a constant electric field force and a circular orbit (center). Take the orbital radius R1) and enter the linear acceleration chamber 2118-1. When these are repeated and the ions are accelerated each time they orbit to reach a predetermined velocity (predetermined energy), the central hole 2125 provided in the substrate partition wall arranged in the direction of the ion orbit that advances in the linear acceleration chamber 2118-1 and goes straight ahead. And enters the exit passage (penetration chamber) 2126 and exits from the ion exit 2127. A scanner portion 2128 is provided in the outlet passage (penetration chamber) 2126 of the ion outlet 2127, and conductor film electrodes 2129-1 and 2129-2 are formed on the two facing substrate side walls, and these two conductor film electrodes 2129-1 are formed. The ions are oscillated (scanned) to the left and right (in the direction parallel to the substrate surface) by the electric field between the two and emitted. Although not shown in FIG. 57, two conductor film electrodes are also formed in a direction parallel to the substrate surface, and ions are oscillated up and down (in a direction perpendicular to the substrate surface) by the electric field between these electrodes ( Emit (scanned). Ions oscillated vertically (left and right) (scanned) are implanted into a wafer 2130 arranged in an end station or the like arranged on the ion emission side. It should be noted that the communication chamber 2115 and the outlet passage 2127 can be accelerated in the same manner as in the acceleration chamber. Further, since a magnetic field can be formed in the scanner unit 2128, the ion trajectory can be scanned vertically and horizontally with the magnetic field. For example, ions can be scanned left and right (lateral direction) by arranging coils and electromagnets above and below and changing the magnetic field, and ions can be scanned up and down by arranging coils and electromagnets on the side surface of the main substrate.

主基板2111内に形成された貫通室には、必要に応じて中央孔を有する基板側壁板が配置され、各貫通室を仕切ったり(ただし、中央孔でつながっている)、導電体膜電極が形成され電界が印加されている部分もある。中央孔を有する基板側壁板の側面等にも導電体膜電極が形成され、これらの導電体膜電極に高周波電圧や静電界等を印加し、イオンを加速したり、減速したり、収束したりすることができる。主基板2111は、導電体基板(たとえば、Al、Cu、Fe、Ni、Zn、Ti、Cr等の金属またはこれらを含む合金、導電性プラスチック、導電性炭素(導電性グラフェン、導電性カーボンナノチューブも含む)、導電性半導体(たとえば、高濃度不純物元素を含む低抵抗Si)、導電性セラミック)、半導体基板{たとえば、Si、Ge、C、化合物半導体(たとえば、GaAs、InP、GaN等の各種二元系半導体、各種多元系半導体)}、絶縁体基板(たとえば、ガラス、石英、AlN、アルミナ、各種プラスチック、各種セラミック、各種高分子基板)、およびこれらの複合基板である。導電体基板や半導体基板は、その基板上に導電体膜を形成する場合であって、基板と導電体膜と導通させない場合は、それらの間に絶縁膜を介在させる。主基板2111の上面には第1上部基板、下面には第1下部基板が付着している。従って、主基板2111内に形成された貫通室は、上部が第1上部基板に、下部が第1下部基板に、側面が主基板111の側壁に囲まれている。イオンはこれらの基板に囲まれた貫通室を進んでいく。主基板2111内に形成された貫通室は、第1上部基板や第1下部基板に設けた開口部から真空引きすることによって、所定の圧力以下に保持される。また、別(真空引き用と兼用することもできる)の開口部から貫通室のクリーニングまたはパージ用気体や液体を流すこともできる。 The through-hole chamber formed in the main substrate 2111 is provided with a substrate side wall plate having a central hole as needed, and partitions each through-hole (however, it is connected by the central hole) or a conductor film electrode. There is also a portion formed and to which an electric field is applied. Conductor film electrodes are also formed on the side surface of the side wall plate of the substrate having a central hole, and high-frequency voltage, electrostatic field, etc. are applied to these conductor film electrodes to accelerate, decelerate, or converge ions. can do. The main substrate 2111 is a conductor substrate (for example, metals such as Al, Cu, Fe, Ni, Zn, Ti and Cr or alloys containing these, conductive plastics, conductive carbon (conductive graphene, conductive carbon nanotubes are also included. ), conductive semiconductors (for example, low resistance Si containing high-concentration impurity elements), conductive ceramics), semiconductor substrates (for example, Si, Ge, C, compound semiconductors (for example, GaAs, InP, GaN, etc.). Original semiconductors, various multi-component semiconductors), insulator substrates (for example, glass, quartz, AlN, alumina, various plastics, various ceramics, various polymer substrates), and composite substrates thereof. In the case where a conductor film is formed on the conductor substrate or the semiconductor substrate and the substrate and the conductor film are not electrically connected to each other, an insulating film is interposed therebetween. A first upper substrate is attached to the upper surface of the main substrate 2111 and a first lower substrate is attached to the lower surface. Therefore, the through chamber formed in the main substrate 2111 is surrounded by the first upper substrate at the upper portion, the first lower substrate at the lower portion, and the side wall of the main substrate 111 at the side surface. Ions travel in a penetration chamber surrounded by these substrates. The penetration chamber formed in the main substrate 2111 is maintained at a predetermined pressure or lower by evacuating from the openings provided in the first upper substrate and the first lower substrate. Further, a gas or liquid for cleaning or purging the through chamber can be flown from another opening (which can also be used for vacuuming).

質量分離室2114は、これまでに述べた磁場タイプまたは電場タイプまたはそれらを組み合わせたもの、あるいは四重極型あるいはICR型あるいはイオントラップ型など種々の方式を使用すれば良い。イオン化室2113もこれまでに述べたイオン化室を使用できる。あるいは外付けでイオン化したイオンを導入しても良い。加速室2113、2115、2118−1、2118−3もこれまでに述べた線形の加速室を使用できる。円形加速室2118−2、4は両側面に電極を有するものであるが、進行方向または上下方向に電極を分割してそれぞれに個別に電圧を印加できるようにしておけば、円形加速室の電界を変化させてイオン軌道を制御できる。この円形加速室は磁場を用いてもイオン軌道を制御できる。すなわち、主基板の上下にコイルや電磁石を配置すればローレンツ力によってイオン軌道を制御できる。さらに電場と磁場の両方を用いるとさらに精密なイオン軌道を制御できる。 For the mass separation chamber 2114, various methods such as the magnetic field type, the electric field type or a combination thereof described above, a quadrupole type, an ICR type, or an ion trap type may be used. As the ionization chamber 2113, the ionization chamber described above can be used. Alternatively, externally ionized ions may be introduced. As the acceleration chambers 2113, 2115, 2118-1, 2118-3, the linear acceleration chambers described so far can be used. The circular acceleration chambers 2118-2, 4 have electrodes on both sides, but if the electrodes are divided in the traveling direction or the vertical direction so that a voltage can be applied individually to each of them, the electric field of the circular acceleration chambers is increased. Can be changed to control the ion trajectory. This circular accelerating chamber can also control the ion trajectory by using a magnetic field. That is, if coils and electromagnets are arranged above and below the main substrate, the ion trajectory can be controlled by the Lorentz force. Furthermore, by using both electric and magnetic fields, it is possible to control more precise ion trajectories.

図16に示したものと同じように、図57に示す環状軌道を取り囲む環状軌道を横方向につなげていけば、さらに容易に高速で高濃度のイオンを発生できる。図58は2つの環状軌道を有するシンクロトロン型イオン注入装置を示す図で(平面図)ある。一段目の環状軌道2140は図57に示すシンクロトロン型イオン注入装置と同じもので、イオン化室等も有するが、イオン出射ライン243は、一段目の環状軌道2140の一部(円形軌道から出るようにするのが良い)に設けた開口部(中央孔を有する開口部が良い)2142から出て、2段目の環状軌道2145に設けた開口部(中央孔を有する開口部が良い)2144に接続する。2段目の環状軌道に入ったイオンは既に回転しているイオンと合流して回転しながら加速して、直線状加速室を進み直進するイオン軌道方向に配置された基板隔壁が有する中央孔2146を通って、出口通路(貫通室)2147へ入りイオン出口2150から出射する。イオン出口2150の出口通路(貫通室)2147にはスキャナー部2148があり、2つの対面する基板側壁には導電体膜電極2149−1、2が形成され、この2つの導電体膜電極2149−1、2間の電界によりイオンは左右へ(基板面と平行方向へ)振られて(走査されて)出射する。また、図58では図示できないが、基板面に平行な方向にも2つの導電体膜電極が形成され、これらの電極間の電界によりイオンは上下へ(基板面と垂直方向へ)振られて(走査されて)出射する。イオンの出射側に配置されたエンドステーション等へ配置されたウエハ2151へ上下左右に振られた(走査された)イオンが注入される。尚、出口通路2147でも加速室と同様の方法で加速することができる。また、スキャナー部2148には磁場を形成することもできるので、磁界でイオン軌道を上下・左右にスキャンできる。たとえば、上下にコイルや電磁石を配置して磁場を変化させることによってイオンを左右(横方向)に走査でき、主基板の側面にコイルや電磁石を配置すればイオンを上下に走査できる。さらに3段目、4段目、・・・と多数段の環状軌道も本発明では同時に形成できる。多数段の環状軌道にすればより高速で高電流のイオンを作り出すことができる。しかも本発明では配線層も形成できるので、LSIチップを基板2111上に搭載して各電極やコイルに印加する電圧や電流を制御できるので、極めて精密にイオン軌道をコントロールできる。 Similar to the one shown in FIG. 16, if the ring-shaped orbits surrounding the ring-shaped orbit shown in FIG. 57 are connected in the lateral direction, it is possible to easily generate high-concentration ions at high speed. FIG. 58 is a diagram (plan view) showing a synchrotron type ion implanter having two orbits. The first-stage annular orbit 2140 is the same as the synchrotron type ion implanter shown in FIG. 57 and also has an ionization chamber and the like, but the ion emission line 243 is part of the first-stage annular orbit 2140 (so as to exit from the circular orbit). To the opening (the opening having the central hole is good) 2144, which exits from the opening (the opening having the central hole is good) 2142 provided in the second stage annular raceway 2145. Connecting. Ions that have entered the second-stage annular orbit merge with ions that are already rotating and accelerate while rotating, and go through a linear acceleration chamber and go straight ahead. And enters the exit passage (penetration chamber) 2147 and exits from the ion exit 2150. A scanner unit 2148 is provided in the exit passage (penetration chamber) 2147 of the ion exit 2150, and conductor film electrodes 2149-1 and 2149-2 are formed on the two facing substrate side walls, and these two conductor film electrodes 2149-1 are formed. The ions are oscillated (scanned) to the left and right (in the direction parallel to the substrate surface) by the electric field between the two and emitted. Although not shown in FIG. 58, two conductor film electrodes are also formed in a direction parallel to the substrate surface, and ions are oscillated vertically (in a direction perpendicular to the substrate surface) by the electric field between these electrodes ( Emit (scanned). Ions oscillated vertically (left and right) (scanned) are implanted into a wafer 2151 arranged at an end station or the like arranged on the ion emission side. The exit passage 2147 can be accelerated in the same manner as in the acceleration chamber. Further, since a magnetic field can be formed in the scanner unit 2148, the ion trajectory can be scanned vertically and horizontally with the magnetic field. For example, ions can be scanned left and right (lateral direction) by arranging coils and electromagnets above and below and changing the magnetic field, and ions can be scanned up and down by arranging coils and electromagnets on the side surface of the main substrate. Further, the third step, the fourth step,... And the multi-step annular track can be simultaneously formed in the present invention. Ions of higher speed and higher current can be created by using a multi-stage circular orbit. In addition, since the wiring layer can be formed in the present invention, the voltage or current applied to each electrode or coil can be controlled by mounting the LSI chip on the substrate 2111, so that the ion trajectory can be controlled extremely precisely.

図59は、イオン出射ライン2143と2段目環状軌道2145との接続領域の状態を拡大したもの(基板と平行な平面図)である。イオン出射ライン243は2段目環状軌道2145の空洞2159と接続開口部2144で接続する。イオン出射ライン243の両側面(基板側壁)2152(2152−1、2)の貫通室内面に電極2153(2153−1、2)および2154(2154−1、2)が形成されている。これらの電極2153−1、2と2154−1、2はそれぞれ平行な電極となっている。イオン2160はイオン出射ライン243を直進して来るが、イオン出射ライン2143の出口2144付近に来るとこれらの電極で発生する電界によって軌道を曲げられて、2段目の環状軌道2145の空洞2159を進んで来るイオン2151の向きに可能な限り平行な方向になって合流する。イオン出射ライン243の出口2144付近に設けた電極2153および2154は幾つかに分割されて(図59では2つに分割だが、もっと多く分割することもできる)、それぞれ異なる電界を印加できるので、イオン2160の軌道を任意にスムーズに変えることができる。従って、これらの分割された電極への電圧を(電界)を調整して出来る限り、イオン2161に合流するようにできる。2段目環状軌道2145の空洞2159の基板側面(側壁)2155−1、2157のイオン出射ライン2143の出口(開口部)2144の付近にも幾つかに分割された電極2156(2156−1、2)および2158(2158−1、2)が形成されている。これらの平行平板電極2156(2156−1、2)および2158(2158−1、2)にも電圧を印加してイオン出射ライン2143の出口(開口部)2144から出るイオン2160の軌道を変えることができ、イオン2160の軌道を空洞2159を通るイオン2161と合流できるように調整できる。これらの平行平板電極2156(2156−1、2)および2158(2158−1、2)にも異なる電圧を印加して精密にイオン軌道を調整できる。また、平行平板電極2156および2158はもっと多く分割してさらに正確にイオン軌道をコントロールできる。また、電極2153、2154および2156、2158は基板厚み方向にも分割でき、イオン軌道を上下左右にも調整できる。さらに主基板の上下にコイルや電磁石を配置すれば、基板の厚み方向に磁界を発生させることができるので、これらの磁界によってもイオン軌道を調整することができる。従って、電界と磁界を用いてさらにイオン軌道の正確な調整をすることができる。 FIG. 59 is an enlarged view of a state of a connection region between the ion emission line 2143 and the second-stage annular orbit 2145 (a plan view parallel to the substrate). The ion emission line 243 is connected to the cavity 2159 of the second-stage annular orbit 2145 by the connection opening 2144. Electrodes 2153 (2153-1, 2) and 2154 (2154-1, 2) are formed on the inner surfaces of the through-holes on both side surfaces (substrate side walls) 2152 (2152-1, 2) of the ion emission line 243. These electrodes 2153-1, 2154-1 and 2154-1, 2 are parallel electrodes. The ions 2160 travel straight along the ion emission line 243, but when they come near the exit 2144 of the ion emission line 2143, the orbits are bent by the electric field generated by these electrodes, and the cavities 2159 of the second-stage annular orbit 2145 are generated. The ions 2151 advancing in a direction as parallel as possible to join. The electrodes 2153 and 2154 provided in the vicinity of the outlet 2144 of the ion emission line 243 are divided into several parts (in FIG. 59, they are divided into two parts, but can be divided into more parts), and different electric fields can be applied to each of them. The trajectory of 2160 can be changed smoothly as desired. Therefore, the voltage to these divided electrodes can be merged with the ions 2161 as much as possible by adjusting the (electric field). Electrodes 2156 (2156-1, 2156-1, 2156, 2156, 2156-1, 2) near the exit (opening) 2144 of the ion emission line 2143 of the substrate side surface (sidewall) 2155-1, 2157 of the cavity 2159 of the second-stage annular orbit 2145. ) And 2158 (2158-1, 2) are formed. By applying a voltage also to these parallel plate electrodes 2156 (2156-1, 2) and 2158 (2158-1, 2), the trajectory of the ions 2160 emitted from the outlet (opening) 2144 of the ion emission line 2143 can be changed. The trajectory of the ion 2160 can be adjusted so that the ion 2160 can join with the ion 2161 passing through the cavity 2159. Ion trajectories can be precisely adjusted by applying different voltages to the parallel plate electrodes 2156 (2156-1, 2) and 2158 (2158-1, 2). Further, the parallel plate electrodes 2156 and 2158 can be divided into more parts to control the ion trajectory more accurately. Further, the electrodes 2153, 2154 and 2156, 2158 can be divided also in the substrate thickness direction, and the ion trajectory can be adjusted vertically and horizontally. Further, by disposing coils and electromagnets above and below the main substrate, a magnetic field can be generated in the thickness direction of the substrate, so that the ion orbit can be adjusted also by these magnetic fields. Therefore, the ion orbit can be further accurately adjusted by using the electric field and the magnetic field.

本発明の基板型イオン注入装置は上下に重ねて多段イオン注入装置とすることもできる。多段にすることによってより高速(高エネルギー)のイオンとすることができるとともに、各段にイオンを蓄積できるので、高ドーズのイオン注入を行なうことができる。図60は、2段に積層したイオン注入装置の軌道連結部の断面を示す図である。1段目の環状軌道2170は下部基板2171上に主基板を付着し、その上に上部基板2172を付着している。1段目の環状軌道2170は空洞2175を有し、その中をイオン2176が回転している。同様に2段目の環状軌道2180は下部基板2182上に主基板を付着し、その上に上部基板2181を付着している。2段目の環状軌道2180は空洞2185を有し、その中をイオン2186が回転している。1段目の環状軌道2170と2段目の環状軌道2180は積層されるが、1段目の環状軌道2170の上部基板の開口部2177と2段目の環状軌道2180の下部基板の開口部2187の所で連結され、1段目の環状軌道2170の空洞2175と2段目の環状軌道2180の空洞2185は繋がっている。1段目の環状軌道2170の開口部2177のイオン進行方向の後方において、下部基板2171の上面に電極2173が形成され、上部基板2172の下面に電極2174が形成されている。これらの電極2173および2174は平行平板電極となっており、この間に電界を発生させて、イオン軌道2176を進むイオンの軌道を上方に変えて開口部2177および2187を通るイオン軌道2179になる。2段目の環状軌道2180の開口部2187のイオン進行方向の前方において、下部基板2182の上面に電極2184が形成され、上部基板2181の下面に電極2183が形成されている。これらの電極2183および2184は平行平板電極となっており、この間に電界を発生させる。開口部2177および2187を通るイオン軌道2179を進んできたイオンは、平行平板電極の間に入り、電界の力を受けて軌道を変えられて、2段目の環状軌道2180の空洞2185を通るイオン軌道2186に入り、周回する。あるいは、この開口部において、基板に垂直方向にコイルや電磁石を配置することによって、基板に平行な方向(紙面に垂直方向)に対して磁界を印加してイオン軌道を上方に変更できる。小さなコイルを多数配置しそれぞれの磁界を個別にコントロールすることによって、さらに正確にイオン軌道を制御できる。これらの制御はLSIを使用して行なうことができる。これを繰り返せば、上下に多数の環状軌道を積層できるので、多段イオン注入装置となる。多段に積層したときに、中間の環状軌道への真空引きや電気配線の供給は、各段の隙間(軌道など何もない領域)を開口してその部分から行なえば良い。また、軌道の制御は各電極への電圧および電流の制御を行なうようなLSIチップを用いれば良い。また、真空計や温度計や電流計等の各種センサを各所に設置しておけば各段の環状軌道の状態を把握し制御することもできる。 The substrate type ion implantation apparatus of the present invention may be stacked on top of each other to form a multi-stage ion implantation apparatus. Higher-speed (high-energy) ions can be obtained by using multiple stages, and since ions can be accumulated in each stage, high-dose ion implantation can be performed. FIG. 60 is a view showing a cross section of the track connecting portion of the ion implantation apparatus stacked in two stages. The first-stage annular orbit 2170 has a main substrate attached on a lower substrate 2171 and an upper substrate 2172 attached thereon. The first-stage circular orbit 2170 has a cavity 2175 in which ions 2176 are rotating. Similarly, in the second-stage annular track 2180, the main substrate is attached on the lower substrate 2182, and the upper substrate 2181 is attached thereon. The second-stage annular orbit 2180 has a cavity 2185 in which ions 2186 are rotating. The first-stage annular orbit 2170 and the second-stage annular orbit 2180 are stacked, but the upper substrate opening 2177 of the first-stage annular orbit 2170 and the lower substrate opening 2187 of the second-stage annular orbit 2180 are stacked. The cavities 2175 of the first-stage annular orbit 2170 and the cavities 2185 of the second-stage annular orbit 2180 are connected to each other. An electrode 2173 is formed on the upper surface of the lower substrate 2171 and an electrode 2174 is formed on the lower surface of the upper substrate 2172 behind the opening 2177 of the opening 2177 of the first-stage annular orbit 2170. These electrodes 2173 and 2174 are parallel plate electrodes, and an electric field is generated between them to change the trajectory of ions advancing through the ion trajectory 2176 upward to form an ion trajectory 2179 passing through the openings 2177 and 2187. An electrode 2184 is formed on the upper surface of the lower substrate 2182 and an electrode 2183 is formed on the lower surface of the upper substrate 2181 in front of the opening 2187 of the second orbit 2180 in the ion traveling direction. These electrodes 2183 and 2184 are parallel plate electrodes and generate an electric field therebetween. The ions that have proceeded along the ion orbit 2179 passing through the openings 2177 and 2187 enter between the parallel plate electrodes, and the orbit is changed by the force of the electric field, so that the ions pass through the cavity 2185 of the second-stage annular orbit 2180. Enter orbit 2186 and orbit. Alternatively, by disposing a coil or an electromagnet in the opening in a direction perpendicular to the substrate, a magnetic field can be applied in a direction parallel to the substrate (a direction perpendicular to the paper surface) to change the ion trajectory upward. Ion trajectories can be controlled more accurately by arranging a number of small coils and controlling each magnetic field individually. These controls can be performed using an LSI. By repeating this, a large number of annular orbits can be stacked above and below, so that a multi-stage ion implantation apparatus is obtained. When stacking in multiple stages, vacuuming and supply of electrical wiring to the middle annular orbit may be performed by opening the gap (region where there is nothing such as the orbit) in each stage and starting from that portion. Further, the trajectory may be controlled by using an LSI chip that controls the voltage and current to each electrode. Further, if various sensors such as a vacuum gauge, a thermometer, and an ammeter are installed at various places, the state of the annular orbit at each stage can be grasped and controlled.

図61はRFQ(Radio Frequency Quadrouple)型線形加速器の一例を示す図である。内部が空洞2194を持つ両端が開口された導電性の筒体2193が基板内に形成された空洞(貫通室)2191内に配置されている。筒体2193の空洞2194には四重極電極2197が配置されている。この四重極電極2197、2198は、たとえば先端部を長さ方向に波形条に形成した4枚の電極(ヴェイン電極)や4本のロッド電極、その他の形状を有する電極であり、四重極電極2197、2198が囲む空間を通るイオンビーム(加速軸)に沿って、4本の四重極電極2197、2197および2198、2198は直交するように対向して配置され、、相対向する電極はそれぞれ山と山、または谷と谷が向かい会うとともに、互いに90度隔てた隣り合う四重極電極同士2197、2197および2198、2198は山と谷とが交互に隣合うように配置された構成とされている。一方の対向する一対の電極2197、2197は筒体2193に電気的に短絡されており、他方の対向する一対の電極2198、2198は空洞(貫通室)2191を囲む基板2188および/または2189にステム2196および/または支持台座2195で支持されて、空洞共振器が構成されている。空洞2191を囲む基板の所定位置につながる高周波導入ライン2199によって、一対の電極2197、2197および対向する一対の電極2198、2198に、互いの符号が異なるように高周波電力が印加される。以上のように構成されたRFQ線形加速器は、一対の電極2197、2197を内導体とするとともに筒体2193を外導体とする第一の同軸線路の周りに、導体2193を内導体とするとともに基板2188および/または2189を外導体とする第二の同軸線路が、折り返されるように結合された構造となっている。 FIG. 61 is a diagram showing an example of an RFQ (Radio Frequency Quadrouple) type linear accelerator. A conductive cylindrical body 2193 having a cavity 2194 inside and open at both ends is arranged in a cavity (penetration chamber) 2191 formed in the substrate. A quadrupole electrode 2197 is arranged in the cavity 2194 of the cylindrical body 2193. The quadrupole electrodes 2197 and 2198 are, for example, four electrodes (Vane electrodes) having a corrugated end in the lengthwise direction, four rod electrodes, or electrodes having other shapes. The four quadrupole electrodes 2197, 2197 and 2198, 2198 are arranged so as to be orthogonal to each other along the ion beam (acceleration axis) passing through the space surrounded by the electrodes 2197, 2198, and the electrodes facing each other are Each of the quadrupole electrodes 2197, 2197, and 2198, 2198, which are adjacent to each other and are facing each other at 90 degrees apart from each other, are arranged so that the peaks and the valleys are alternately adjacent to each other. Has been done. One of the pair of electrodes 2197, 2197 facing each other is electrically short-circuited to the cylindrical body 2193, and the pair of electrodes 2198, 2198 facing the other of the stem 2118 and/or 2189 surrounding the cavity (penetrating chamber) 2191 is a stem. It is supported by 2196 and/or the support pedestal 2195 to form a cavity resonator. High frequency power is applied to the pair of electrodes 2197 and 2197 and the pair of electrodes 2198 and 2198 facing each other by a high frequency introduction line 2199 connected to a predetermined position of the substrate surrounding the cavity 2191 so that their signs are different from each other. The RFQ linear accelerator configured as described above uses the conductor 2193 as an inner conductor and the substrate around the first coaxial line having the pair of electrodes 2197, 2197 as the inner conductor and the tubular body 2193 as the outer conductor. The second coaxial line having 2188 and/or 2189 as an outer conductor has a structure in which the second coaxial line is coupled so as to be folded back.

図62は図61に示すRFQ型線形加速器の作製方法を示す図である。左側の図が長手方向(イオン進行方向に平行)の断面模式図で、右側の図がそれと垂直方向の断面模式図である。導電体基板3001上に導電体基板3002を付着させる。(図62(a))これらの導電体基板の材料は、たとえば、Al、Cu、Ni、Ti等の金属または合金、あるいは、高濃度に不純物元素をドープした低抵抗の半導体(たとえば、Si)である。付着法は、常温接合法、高温接合法、拡散接合法等の直接接合法、または導電性接着剤や半田等の低融点合金を介在した接着法など各種接合法を使用できる。導電体基板3001および導電体基板3002は異種材料でも良いし、同種材料でも良い。次にフォトリソ法等を用いて導電体基板3002の不要な部分を除去して貫通孔(貫通室)3003(3003−1、2、3)を形成する。この除去方法は、エッチング(WETまたはドライ)、レーザーエッチング、打ち抜きがある。エッチング法では、フォトリソ法で形成した感光性膜等とエッチング材料である導電体基板3002とのエッチング選択比を考慮して感光性膜等の厚みを選択する。サイドエッチングはあっても良いが、マスクパターン通り形成するために垂直エッチングが望ましい。また下地材料である導電体基板3001が余りエッチングされないようなエッチング条件でエッチングすることが望ましい。レーザーエッチングや打ち抜きの場合はフォトリソ法等でのマスクを使用しないマスクレスで行なうこともできる。貫通室3003−1は図61で示した筒体2193の内側の空洞2194となる部分である。導電体基板3002を導電体基板3001に付着する前にパターニングすることもできるが、残すべき部分3002(3002−1、2、3)は図61で示した筒体2193の側面部分であるから、除去する部分3003−2を全部除去すると残すべき部分3002(3002−1、2、3)も取れてしまうので、一部を残しておかなければならない。しかし、打ち抜き法やモールドインゴット法を使用できるので工程が簡略になるという利点がある。(図62(b))また、導電体基板3001と導電体基板3002を1枚の導電体基板にして断面形状がコの字状になるようにエッチング等しても良い。すなわち、この場合は貫通孔(室)を形成せずに凹部形成となる。 FIG. 62 is a diagram showing a method of manufacturing the RFQ linear accelerator shown in FIG. The figure on the left side is a schematic sectional view in the longitudinal direction (parallel to the ion advancing direction), and the figure on the right side is a schematic sectional view in the direction perpendicular thereto. A conductor substrate 3002 is attached on the conductor substrate 3001. (FIG. 62(a)) The material of these conductor substrates is, for example, a metal or alloy such as Al, Cu, Ni, or Ti, or a low-resistance semiconductor (for example, Si) doped with an impurity element at a high concentration. Is. As the adhesion method, various bonding methods such as a room temperature bonding method, a high temperature bonding method, a direct bonding method such as a diffusion bonding method, or a bonding method in which a low melting point alloy such as a conductive adhesive or solder is interposed can be used. The conductor substrate 3001 and the conductor substrate 3002 may be made of different materials or the same material. Next, an unnecessary portion of the conductor substrate 3002 is removed by using a photolithography method or the like to form a through hole (penetration chamber) 3003 (3003-1, 2, 3). This removal method includes etching (WET or dry), laser etching, and punching. In the etching method, the thickness of the photosensitive film or the like is selected in consideration of the etching selection ratio between the photosensitive film or the like formed by the photolithography method and the conductor substrate 3002 which is an etching material. Side etching may be performed, but vertical etching is preferable in order to form a mask pattern. Further, it is desirable to perform the etching under the etching conditions such that the conductor substrate 3001 which is the base material is hardly etched. In the case of laser etching or punching, a maskless method such as a photolithography method which does not use a mask can be used. The penetrating chamber 3003-1 is a portion that becomes a cavity 2194 inside the cylindrical body 2193 shown in FIG. 61. The conductor substrate 3002 can be patterned before being attached to the conductor substrate 3001, but the portions 3002 (3002-1, 2, 3) to be left are the side surface portions of the cylindrical body 2193 shown in FIG. When all the removed portions 3003-2 are removed, the portions 3002 (3002-1, 2, 3) to be left are also removed, so some of them must be left. However, since the punching method and the mold ingot method can be used, there is an advantage that the process is simplified. (FIG. 62(b)) Alternatively, the conductor substrate 3001 and the conductor substrate 3002 may be made into one conductor substrate and etched so that the cross-sectional shape becomes a U-shape. That is, in this case, a recess is formed without forming a through hole (chamber).

次に、基板3004を導電体基板3001に付着させる。基板3004と導電体基板3001を電気的に導通する場合は、基板3004は導電体基板で良い。この場合において、半導体基板や絶縁体基板を使用することもできるが、基板3004をエッチングした後で、パターン3004−1(図62(d)に示す)上に導電体膜を形成し、導電体基板3001と基板3004上に付着する導電体基板3007との導通を取る。基板3004と導電体基板3001を電気的に導通しない場合は、基板3004は絶縁体基板が良い。この場合において、基板3004として半導体基板や導電体基板を使用する場合は、導電体基板3001上に絶縁体膜を積層するか、基板3004をエッチングした後で、パターン3004−1(図62(d)に示す)上に絶縁体膜を形成し、導電体基板3001と基板3004上に付着する導電体基板3007とが導通しないようにする。次に導電体基板3001の筒体部分3001−1を分離するために、筒体2193の側面部分3002(3002−1、2、3)の周囲の導電体基板3001を除去し、貫通孔(貫通室3005(3005−1、2、3、4)を形成する。これによって、導電体基板3001の周囲3001−2と筒体部分3001−1は分離される。基板3004は、筒体2193を支持するためのステム2196を作製することと、空洞2191を取り囲む基板となる。そこで、フォトリソ法等を用いて基板3004をエッチング等して不要部分を除去して貫通室3006(3006−1、2、3、4)を形成する。これらの貫通室3006(3006−1、2、3、4)は空洞2191となる。除去されない部分3004−1はステム2196となり、貫通室3006(3006−1、2、3、4)を囲む部分3004−2は空洞2191を取り囲む基板となる。付着方法はこれまでに述べた方法を選択できる。導通を取らない場合は接着剤を使う場合は絶縁性接着剤が良い。貫通室3006(3006−1、2、3、4)は筒体2103を囲む空洞2191である。貫通室3006(3006−1、2、3、4)は貫通孔(貫通室3005(3005−1、2、3、4)と接続する。 Next, the substrate 3004 is attached to the conductor substrate 3001. When the substrate 3004 and the conductive substrate 3001 are electrically connected to each other, the substrate 3004 may be a conductive substrate. In this case, a semiconductor substrate or an insulator substrate can be used, but after the substrate 3004 is etched, a conductor film is formed over the pattern 3004-1 (shown in FIG. 62D) to form a conductor. Conduction is established between the substrate 3001 and the conductor substrate 3007 attached to the substrate 3004. When the substrate 3004 and the conductor substrate 3001 are not electrically connected to each other, the substrate 3004 is preferably an insulator substrate. In this case, when a semiconductor substrate or a conductor substrate is used as the substrate 3004, an insulating film is stacked over the conductor substrate 3001 or the substrate 3004 is etched, and then the pattern 3004-1 (see FIG. An insulating film is formed on the conductive substrate 3001 and the conductive substrate 3007 attached to the substrate 3004 so that they are not electrically connected to each other. Next, in order to separate the cylindrical portion 3001-1 of the conductive substrate 3001, the conductive substrate 3001 around the side surface portion 3002 (3002-1, 2, 3) of the cylindrical body 2193 is removed, and a through hole (penetration hole) is formed. A chamber 3005 (3005-1, 2, 3, 4) is formed, which separates the periphery 3001-2 of the conductor substrate 3001 from the cylindrical portion 3001-1. The substrate 3004 supports the cylindrical body 2193. A stem 2196 for manufacturing is formed and a substrate surrounding the cavity 2191. Therefore, an unnecessary portion is removed by etching the substrate 3004 using a photolithography method or the like to remove the through chamber 3006 (3006-1, 2, 6-1, 3, 4). These penetrating chambers 3006 (3006-1, 2, 3, 4) become cavities 2191. The part 3004-1 that is not removed becomes the stem 2196, and penetrating chambers 3006 (3006-1, 2). The part 3004-2 surrounding 3, 4) serves as a substrate surrounding the cavity 2191. The adhesion method can be selected from the methods described above. If no adhesive is used, an insulating adhesive is used if an adhesive is used. Good. The through chamber 3006 (3006-1, 2, 3, 4) is a cavity 2191 surrounding the cylindrical body 2103. The through chamber 3006 (3006-1, 2, 3, 4) is a through hole (through chamber 3005 (3005). -1, 2, 3, 4).

基板3004の上に導電体基板3007を付着する。付着方法はこれまでに述べた方法で行なうことができる。導電体基板3007は第二の同軸線路の外導体となる。導電体基板3007は加速器の部分だけをカバーすれば良いので、不要な部分はエッチング等で除去する。予め不要部分を除去した導電体基板3007を基板3004上に付着しても良い。(図62(e))この結果、RF型線形加速器の上半分または下半分が作製された。筒体となる導電体基板3001−1とその側面となる3002−1〜3をステム3004−1で支持し、ステム3004−1は導電体基板3007に接続する。RF型線形加速器の上下はほぼ対称形なので、図62(e)に示したものと同じものを作製し、イオン注入の加速室や加速器の加速室や質量分析装置の加速室等に四重極電極3009をセットした後で、その上下から図62(e)に示したものを合わせ込みながら、加速室の上下基板3010、3011の上面および下面に、導電体基板3001の外側を付着させる。このとき、同時に筒体3002の端面3008同士も付着できるように、全体のサイズを合わせ込む。これらの付着もこれまでに示した方法を用いることができる。四重極電極3009と筒体または外側導電体基板3007との電気的コンタクトは、これまでに述べた方法で加速室基板3010や3011を通してコンタクト孔や配線層を形成して取ることができ、あるいは直接これら同士を接触させたり、あるいは直接接続するコンタクトや配線層を設けたり、あるいはステムや支持台座を通じたり、あるいはステム支持台座を利用して配線層を設けたりして取ることができる。四重極電極3008の搭載もこれまでに示した方法で行なうことができる。(たとえば、図26について示した図や説明)加速室左側の貫通室3012からRF型線形加速器の空洞3013に出たイオン3014は、筒体空洞3015へ入り収束および加速されて加速室右側の貫通室3016へ送られる。尚、筒体を支持するステム3004は上下に2つ記載したが、一方は図61に示す支持台座2195でも良いし、支持できれば1つだけでも良い。この結果、極めて簡単に、しかも正確にRF型線形加速器を本発明の基板型で作製できる。支持台座2195はステムの形成方法と同様の方法で作製できる。また、導電体基板を用いて作製している基板に関しては、絶縁体基板や半導体基板の表面(本件の場合は、特に空洞内面)に導電体膜を積層して導電性を確保することもできる。 A conductor substrate 3007 is attached on the substrate 3004. The attachment method can be performed by the method described above. The conductor substrate 3007 becomes the outer conductor of the second coaxial line. Since the conductor substrate 3007 only needs to cover the accelerator portion, unnecessary portions are removed by etching or the like. The conductor substrate 3007 from which unnecessary portions have been removed in advance may be attached to the substrate 3004. (FIG. 62E) As a result, the upper half or the lower half of the RF linear accelerator was manufactured. The conductor substrate 3001-1 to be a cylinder and the side faces 3002-1 to 3002-1 are supported by the stem 3004-1, and the stem 3004-1 is connected to the conductor substrate 3007. Since the upper and lower sides of the RF linear accelerator are almost symmetrical, the same one as shown in FIG. 62(e) was manufactured, and a quadrupole was used in the ion implantation acceleration chamber, the accelerator acceleration chamber, the mass spectrometer acceleration chamber, etc. After the electrode 3009 is set, the outer side of the conductor substrate 3001 is attached to the upper and lower surfaces of the upper and lower substrates 3010 and 3011 in the acceleration chamber while the electrodes shown in FIG. At this time, the entire size is adjusted so that the end faces 3008 of the cylindrical body 3002 can be simultaneously attached to each other. The method described so far can also be used for these attachments. Electrical contact between the quadrupole electrode 3009 and the cylindrical body or the outer conductor substrate 3007 can be made by forming a contact hole or a wiring layer through the acceleration chamber substrates 3010 and 3011 by the method described above, or These can be obtained by directly contacting them or providing a contact or a wiring layer for direct connection, or through a stem or a support pedestal, or by providing a wiring layer using the stem support pedestal. The quadrupole electrode 3008 can be mounted by the method described so far. (For example, the diagram and the description of FIG. 26) Ions 3014 that have exited from the penetration chamber 3012 on the left side of the acceleration chamber into the cavity 3013 of the RF linear accelerator enter the cylindrical cavity 3015 and are converged and accelerated to penetrate the right side of the acceleration chamber. Sent to chamber 3016. Two stems 3004 for supporting the cylindrical body are shown above and below, but one may be the support pedestal 2195 shown in FIG. 61, or only one if it can be supported. As a result, an RF linear accelerator can be manufactured with the substrate type of the present invention extremely easily and accurately. The support pedestal 2195 can be manufactured by a method similar to the method of forming the stem. Regarding a substrate manufactured using a conductor substrate, it is also possible to secure conductivity by laminating a conductor film on the surface of an insulator substrate or a semiconductor substrate (in this case, the inner surface of the cavity in particular). ..

図63は、線形加速器の別の加速方法(IH(Interdigital H)型)(APF(Alternating Phase Focus)を含む)を示す図である。図63(a)はその構成を示す図である。筒体電極(ドリフトチューブとも言う、導電体で形成)3020を多数有する加速器であり、イオンの進入方向からi番目の筒体電極3020−iの厚みをMi、i番目の筒体電極3020−iとi+1番目の筒体電極3020−i+1番目の距離をLiとする。筒体電極3020は中央部分に中央孔3023があいていて、この中をイオンビーム3025が通る。筒体電極3020は空洞内に支持ステム3024で空洞を囲む基板につながっている。筒体電極3020は上下に2つの部分(3021.3022)に分離して作製され、その端面3026で付着している。筒体電極はイオンビームに対して略垂直に配置される。各筒体電極にはステムを通して高周波電圧が印加され、この中を通るイオンを加速できる。筒体電極間距離Li+Mi/2は高周波に同期するように予め決められて配置される。従って、シンクロトロン型イオン注入装置で周回してきたイオンはこの加速器でその都度加速されていく。図63に示す線形加速器は、図61および図62で示す方法と殆ど同じ方法で簡単に作製できる。中央孔の大きさ、筒体電極のサイズ、Mi、Li、空洞の大きさはイオンビームの加速電圧、電流、印加する高周波特性等によって適宜決めることができる。図63(b)は、図62に示す構造の作製方法の一部を示す図である。図63(b)は図62(e)に相当する。プロセスは図62に示す方法と殆ど同じなので、同じ符号を付し、異なる所を中心に説明する。ドリフトチューブ3020の半分3021(または3022)を構成する導電体基板3001、3002の作製方法は同じであり、これらを1つの基板とすることもできるし、同じ材料で構成することもできる。ドリフトチューブ3021は多数配置される。基板3007が絶縁体である場合、ステム基板3004と絶縁体基板3007の接着には接着剤や密着可能な金属や各種接合法を用いて行なう。次に絶縁体基板3007にステム3004に接続用のコンタクト孔3031を形成し、導電体膜3032をコンタクト孔に積層し、ステム3004と導通を取る。さらにコンタクト孔に接続する電極3033をパターニングする。接着剤が導電性のない接着剤の場合は、コンタクト孔形成のときに露出した接着剤を除去しておく。また、コンタクト孔3031および導電体膜3032はステム基板3004に付着する前に絶縁体基板3007に形成しても良い。この場合は、各コンタクト孔3031に合わせて各ステムが接続するように絶縁体基板3007とステム基板3004を付着させる。このときに接着剤を使用する場合は導電性接着剤とする。これと同じものを作製し、図62(f)に示すように間に、主基板等を間に挟んでドリフトチューブ3020の他の半分を付着させる。すなわち、3021の端面3026と3022の端面3026を合わせて付着させる。1つおき同士の電極(たとえば、3033−iと3033−i+2)に同じ位相の高周波を印加し、別の1つおき同士の電極(たとえば、3033−i−1と3033−i+1)にそれと異なる位相の高周波を印加して、ドリフトチューブ3020を通るイオンを加速させる。あるいは、それぞれ次第に変化する位相の高周波を順々に隣接する電極に印加してドリフトチューブ3020を通るイオンを加速させることも可能である。特に本発明のIH型加速器ではそれぞれのドリフトチューブに上下に電極が形成されているので、イオン加速に最適な高周波の最適印加が可能である。基板3007が導電体基板の場合には、この導電体基板3007と導電性を取りたくないドリフトチューブ(たとえば、3033−i−1と3033−i+1)のステム3004と導電体基板3007の接着には絶縁性接着剤を使用する。ただし、これと付着する反体側の接着は導電性を取るようにする。こうすることによって、上側に配置される導電体基板3007と接続するドリフトチューブと下側に配置される導電体基板3007と接続するドリフトチューブとを上下交互に導電するように配置することができる。さらに導電体基板とステム3004との間にリッジ用の基板を配置して加速電界が空洞全体にわたり均等に発生させることもできる。 FIG. 63 is a diagram showing another acceleration method (IH (Interdigital H) type) of a linear accelerator (including APF (Alternating Phase Focus)). FIG. 63(a) is a diagram showing the configuration. An accelerator having a large number of cylindrical electrodes (also referred to as a drift tube and formed of a conductor) 3020, wherein the thickness of the i-th cylindrical electrode 3020-i from the ion entrance direction is Mi, and the i-th cylindrical electrode 3020-i. And the i+1-th cylindrical electrode 3020-i+1-th distance is Li. The cylindrical electrode 3020 has a central hole 3023 in the central portion, through which the ion beam 3025 passes. The cylindrical electrode 3020 is connected to a substrate surrounding the cavity by a support stem 3024 inside the cavity. The cylindrical electrode 3020 is separately prepared in two parts (3021.3022) at the upper and lower sides, and is attached at its end face 3026. The cylindrical electrode is arranged substantially perpendicular to the ion beam. A high-frequency voltage is applied to each cylindrical electrode through the stem, and ions passing therethrough can be accelerated. The distance Li+Mi/2 between the cylindrical electrodes is predetermined and arranged so as to be synchronized with the high frequency. Therefore, the ions circulated by the synchrotron type ion implanter are accelerated by the accelerator each time. The linear accelerator shown in FIG. 63 can be easily manufactured by almost the same method as that shown in FIGS. 61 and 62. The size of the central hole, the size of the cylindrical electrode, Mi, Li, and the size of the cavity can be appropriately determined according to the acceleration voltage of the ion beam, the current, the applied high-frequency characteristics, and the like. FIG. 63( b) is a diagram showing a part of the method for manufacturing the structure shown in FIG. 62. FIG. 63(b) corresponds to FIG. 62(e). Since the process is almost the same as the method shown in FIG. 62, the same reference numerals are given and different points will be mainly described. The conductor substrates 3001 and 3002 forming the half 3021 (or 3022) of the drift tube 3020 are manufactured by the same method, and these can be made as one substrate or made of the same material. A large number of drift tubes 3021 are arranged. In the case where the substrate 3007 is an insulator, the stem substrate 3004 and the insulator substrate 3007 are bonded to each other by using an adhesive, a metal that can be adhered, or various bonding methods. Next, a contact hole 3031 for connection to the stem 3004 is formed in the insulator substrate 3007, a conductor film 3032 is stacked in the contact hole, and conduction is established with the stem 3004. Further, the electrode 3033 connected to the contact hole is patterned. When the adhesive is a non-conductive adhesive, the adhesive exposed at the time of forming the contact hole is removed. Further, the contact hole 3031 and the conductor film 3032 may be formed on the insulator substrate 3007 before being attached to the stem substrate 3004. In this case, the insulator substrate 3007 and the stem substrate 3004 are attached so that the stems are connected in accordance with the contact holes 3031. If an adhesive is used at this time, it is a conductive adhesive. The same thing as this is manufactured, and the other half of the drift tube 3020 is attached with a main substrate or the like interposed therebetween as shown in FIG. 62(f). That is, the end surface 3026 of 3021 and the end surface 3026 of 3022 are attached together. A high frequency wave of the same phase is applied to every other electrode (for example, 3033-i and 3033-i+2), and another high frequency is applied to every other electrode (for example, 3033-i-1 and 3033-i+1). A high frequency of phase is applied to accelerate the ions passing through the drift tube 3020. Alternatively, it is possible to accelerate the ions passing through the drift tube 3020 by sequentially applying high frequencies having gradually changing phases to the adjacent electrodes. Particularly, in the IH accelerator of the present invention, since electrodes are formed on the upper and lower sides of each drift tube, it is possible to apply a high frequency optimum for ion acceleration. When the substrate 3007 is a conductive substrate, the stem 3004 of the drift tube (for example, 3033-i-1 and 3033-i+1) which does not want to have conductivity with the conductive substrate 3007 and the conductive substrate 3007 can be bonded. Use an insulating adhesive. However, the adhesive on the opposite side to which it adheres should be electrically conductive. By doing so, it is possible to arrange the drift tubes connected to the conductor substrate 3007 arranged on the upper side and the drift tubes connected to the conductor substrate 3007 arranged on the lower side so as to be alternately conductive in the vertical direction. Further, a ridge substrate may be arranged between the conductor substrate and the stem 3004 to uniformly generate an accelerating electric field over the entire cavity.

図64は、別の線形加速室における加速方法を示す図である。図57に示す連結室2115や円形加速室2118−2から進んで来るイオンが線形加速室2118−1、3に入ると、中央孔2139(2139−1、2、・・・)を有し、中央孔2139に導電体膜2132が形成された基板側壁2136(2136−1、2、・・・)の中央孔を進み、そこに印加された高周波電界または静電界によってイオンが加速し、隣の円形加速室2118−2、4に入る。この繰り返しでイオンは加速しながら周回し、所定速度(加速電圧)になったら出射する。貫通室の間にも基板側壁2135(2135−1、2)があり、軌道を外れたイオン等はこの基板側壁に衝突して隣室へ進入できない。また、この基板側壁2135(2135−1)により、基板側壁電極2136−1の側面に引きつけられず、中央孔を進むようになる。この2135(2135−1)にも導電体膜を形成し、イオンと同じ電圧を印加しておき、イオンを収束するようにしても良い。線形加速室2118−1、3に形成された基板側壁2136に形成された導電体膜は、上下基板2108および2109に形成されたコンタクト電極・配線2133を通して基板上の電極・配線2134に接続する。各基板側壁電極2136(2136−1、2、・・・)にそれぞれ基板上の電極・配線2134が形成されており、個々に電圧を印加できる。たとえば、基板側壁電極2136−1にイオンと逆の電圧(|V|)を印加して、イオンを加速する。その隣の基板側壁電極2136−2にこれより少し大きな電圧(|V|+Δv1)を印加してさらに加速させる。その隣にさらに大きな電圧(|V|+Δv1+Δv2)を印加するという風にしてイオンをどんどん加速させる。イオンが発散してきたらイオンと同電荷の電圧を印加した基板側壁電圧を設けて収束させる。これを繰り返して所定の速度にイオンを加速させる。基板側壁電極の間に導電体膜のない基板側壁(中央孔あり)または電圧を印加しない導電体膜ありの基板側壁(中央孔あり)を設けて、イオンの発散を防止しても良い。また、上下基板に電極・配線を形成できるので、電圧の印加自由度が増大する。以上のようにして静電界を用いてイオンを加速できる。 FIG. 64 is a diagram showing an acceleration method in another linear acceleration chamber. When the ions advancing from the connection chamber 2115 or the circular acceleration chamber 2118-2 shown in FIG. 57 enter the linear acceleration chambers 2118-1 and 3, central holes 2139 (2139-1, 2,...) Are provided, .. in the substrate side wall 2136 (2136-1, 213-1,...) In which the conductor film 2132 is formed in the central hole 2139, ions are accelerated by the high frequency electric field or electrostatic field applied thereto, Enter the circular acceleration chambers 2118-2,4. By repeating this, the ions orbit while accelerating, and are ejected when a predetermined speed (accelerating voltage) is reached. There are also substrate side walls 2135 (2135-1, 2) between the penetration chambers, and ions and the like out of the orbit collide with the substrate side walls and cannot enter the adjacent chamber. Further, the substrate side wall 2135 (2135-1) is not attracted to the side surface of the substrate side wall electrode 2136-1 and goes through the central hole. It is also possible to form a conductor film on this 2135 (2135-1) and apply the same voltage as that of the ions to focus the ions. The conductor film formed on the substrate side wall 2136 formed in the linear acceleration chambers 2118-1 and 2118 is connected to the electrode/wiring 2134 on the substrate through the contact electrodes/wiring 2133 formed on the upper and lower substrates 2108 and 2109. An electrode/wiring 2134 on the substrate is formed on each of the substrate side wall electrodes 2136 (2136-1, 2,...) And a voltage can be applied individually. For example, a voltage (|V|) opposite to that of the ions is applied to the substrate sidewall electrode 2136-1 to accelerate the ions. A voltage (│V│+Δv1) slightly higher than this is applied to the substrate side wall electrode 2136-2 adjacent to the substrate side wall electrode 2136-2 to further accelerate the voltage. Ions are accelerated more and more by applying a larger voltage (|V|+Δv1+Δv2) next to them. When the ions diverge, a substrate side wall voltage applied with a voltage having the same charge as the ions is provided to converge. This is repeated to accelerate the ions to a predetermined speed. Ion diffusion may be prevented by providing a substrate side wall without a conductor film (with a central hole) or a substrate side wall with a conductor film to which no voltage is applied (with a central hole) between the substrate side wall electrodes. Moreover, since electrodes and wirings can be formed on the upper and lower substrates, the degree of freedom in applying voltage is increased. As described above, the ions can be accelerated by using the electrostatic field.

また、高周波電界を用いてイオンを加速できる。たとえば、1つおきの電極に同じ高周波電圧を印加し、他の1つおきの電極に異なる位相の同じ高周波電圧を印加して、イオン速度と同期をとることによってイオンを加速できる。2つおきの電極やm個おきの電極に同じ高周波電圧を印加し、その間の電極同士には位相が次第に変化するように高周波電圧を印加することによってもイオンを加速することができる。本発明の基板側壁電極は個別に、しかも上下に電極・配線2134を持っているので、高周波電圧の掛け方をイオン速度に合わせて変化させることができ、効率的なイオンの加速を行なうことができる。しかもLSIチップをすぐそばに配置することもできるので、これらの制御を迅速に自動的に行なうことができる。また、高周波を印加しない導電体膜有り無しの基板側壁(中央孔有り)を配置できるので、高周波漏れによる干渉も防止することも容易である。上下基板2108、2109に開口部2137を設けて貫通室を真空引きすることもできるし、クリーニングやパージをすることもできる。図64(b)はA1−A2断面(イオン軌道Gに対して垂直)図であり、中央孔2139の側面に導電体膜2132が積層されている。中央孔2139の周辺は主基板2111であるが、貫通室の境界を2141(2141−1、2)で示している。基板側壁電極間隔も自由に選択できるので、高周波同期をとり易い構造となっている。図64(c)もA1−A2断面(イオン軌道Gに対して垂直)図であるが、異なる基板側壁を示す。基板側壁2136と主基板2111の貫通室側面2111(2111−1、2)の間に間隙2142−1、2が形成されている。また、基板側壁2136の外側側面に導電体膜2143−1、2が形成されている。これらの導電体膜2143−1、2は中央孔導電体膜2132と接続している。高周波電圧をこの導電体膜2132に印加した場合、この間隙(ギャップ)2142により高周波電界の同期がよりスムーズになる。すなわち効率が良くなる。基板側壁電極間隔も自由に選択できるので、高周波同期をとり易い構造となっている。以上述べたことは加速器や質量分析装置など本明細書で述べたことについてすべてに適用できる。 Ions can also be accelerated using a high frequency electric field. For example, ions can be accelerated by applying the same high frequency voltage to every other electrode and applying the same high frequency voltage with a different phase to every other electrode to synchronize with the ion velocity. Ions can also be accelerated by applying the same high-frequency voltage to every two electrodes or every m electrodes and applying a high-frequency voltage to the electrodes between them so that the phase gradually changes. Since the substrate side wall electrode of the present invention has the electrodes and wirings 2134 on the upper and lower sides individually, the way of applying the high frequency voltage can be changed according to the ion velocity, and the ions can be efficiently accelerated. it can. Moreover, since the LSI chip can be placed in the immediate vicinity, these controls can be performed quickly and automatically. Further, since the side wall of the substrate (with the central hole) with or without the conductor film to which high frequency is not applied can be arranged, it is easy to prevent interference due to high frequency leakage. The upper and lower substrates 2108 and 2109 can be provided with openings 2137 to evacuate the through chamber, or cleaning and purging can be performed. FIG. 64B is an A1-A2 cross section (perpendicular to the ion trajectory G), in which a conductor film 2132 is laminated on the side surface of the central hole 2139. The periphery of the central hole 2139 is the main substrate 2111, and the boundary of the through chamber is indicated by 2141 (2141-1, 2). Since the substrate side wall electrode interval can be freely selected, it has a structure that facilitates high frequency synchronization. FIG. 64C is also a cross section taken along line A1-A2 (perpendicular to the ion trajectory G), but showing a different side wall of the substrate. The gaps 2142-1, 2 are formed between the substrate side wall 2136 and the through chamber side surface 2111 (2111-1, 2) of the main substrate 2111. Further, conductor films 2143-1 and 2143-1 are formed on the outer side surface of the substrate side wall 2136. These conductor films 2143-1 and 214-3 are connected to the central hole conductor film 2132. When a high frequency voltage is applied to the conductor film 2132, the gap 2142 makes the synchronization of the high frequency electric field smoother. That is, the efficiency is improved. Since the substrate side wall electrode interval can be freely selected, it has a structure that facilitates high frequency synchronization. The above description can be applied to all things described in this specification such as the accelerator and the mass spectrometer.

尚、明細書の各部分に記載し説明した内容を記載しなかった他の部分においても矛盾なく適用できることに関しては、当該他の部分に当該内容を適用できることは言うまでもない。さらに、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施でき、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことも言うまでもない。 It should be noted that the fact that the contents can be applied to other parts where the contents described and described in each part of the specification are not described without contradiction can be applied to the other parts. Further, it goes without saying that the above embodiment is an example, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention, and the scope of rights of the present invention is not limited to the above embodiment.

本発明は、加速装置や質量分析装置だけでなく、それらを構成する個々の要素・機構に適用できる。また、加速機構を使用するすべての装置、たとえばイオン注入装置に使用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied not only to the accelerator and the mass spectrometer, but also to the individual elements and mechanisms constituting them. Further, it can be used for all devices using an acceleration mechanism, for example, an ion implantation device.

11・・・荷電粒子発生装置、13・・・線形(型)加速装置、15、17、19、21、22、23、26、28、29、31、32、35、36・・各種電磁石、25、30、34、37・・・偏向電磁石、12、14、16、18、20、24、27、33、38、40・・・荷電粒子が通る空洞、39・・・線形加速装置、21・・・インフレクター、 11... Charged particle generator, 13... Linear (type) accelerator, 15, 17, 19, 21, 22, 23, 26, 28, 29, 31, 32, 35, 36... Various electromagnets, 25, 30, 34, 37... Bending electromagnet, 12, 14, 16, 18, 20, 24, 27, 33, 38, 40... Cavity through which charged particles pass, 39... Linear accelerator, 21 ...Inflector,

Claims (69)

第1主基板、第1主基板の上面に付着した第1上部基板、および第1主基板の下面に付着した第1下部基板を含む複数の基板から構成される質量分析装置であって、質量分析室は
第1主基板に形成された、第1主基板の上面から第1主基板の下面へ貫通する貫通室であり、基板面に垂直方向(Z方向)が上部基板および下部基板に、Z方向と直角方向でありかつ荷電粒子の進行方向(X方向)の両側は第1主基板側板に、およびZ方向およびX方向に直角方向(Y方向)の両側面は第1主基板に囲まれており、荷電粒子の入射する第1主基板側板は中央孔が空いていて、荷電粒子は前記第1主基板側板に形成された中央孔より質量分析室へ入射することを特徴とする質量分析装置。
A mass spectrometer comprising a plurality of substrates including a first main substrate, a first upper substrate attached to an upper surface of the first main substrate, and a first lower substrate attached to a lower surface of the first main substrate. The analysis chamber is a through chamber formed in the first main substrate and penetrating from the upper surface of the first main substrate to the lower surface of the first main substrate, and the direction perpendicular to the substrate surface (Z direction) is the upper substrate and the lower substrate. Both sides of the direction perpendicular to the Z direction and in the traveling direction of the charged particles (X direction) are surrounded by the first main substrate side plate, and both sides of the Z direction and the direction orthogonal to the X direction (Y direction) are surrounded by the first main substrate. The first main substrate side plate on which the charged particles are incident has a central hole, and the charged particles are incident on the mass analysis chamber through the central hole formed on the first main substrate side plate. Analysis equipment.
第1主基板は、絶縁体基板、半導体基板、導電体基板、またはこれらの積層基板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。 The mass spectrometer according to claim 1, wherein the first main substrate is an insulator substrate, a semiconductor substrate, a conductor substrate, or a laminated substrate thereof. 上部基板および下部基板は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、アルミナ基板、AlN基板、セラミック基板、高分子基板、またはこれらの積層基板であることを特徴とする、請求項1または2に記載の質量分析装置。 The upper substrate and the lower substrate are glass substrates, quartz substrates, plastic substrates, alumina substrates, AlN substrates, ceramic substrates, polymer substrates, or laminated substrates thereof, according to claim 1 or 2. Mass spectrometer. 前記主基板が絶縁体基板である場合は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、アルミナ基板、AlN基板、セラミック基板、高分子基板、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
前記主基板が半導体基板である場合は、Si基板、SiC基板、C基板、GaAS基板、InP基板、GaN基板、CdS基板、2元化合物半導体、3元化合物半導体、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
前記主基板が半導体基板である場合は、導電体基板である場合は、Cu、Al、Ti、Zn、Fe、これらの金属を含む合金、またはこれらの積層基板であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の質量分析装置。
When the main substrate is an insulating substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, an alumina substrate, an AlN substrate, a ceramic substrate, a polymer substrate, or a laminated substrate of these,
When the main substrate is a semiconductor substrate, it may be a Si substrate, a SiC substrate, a C substrate, a GaAs substrate, an InP substrate, a GaN substrate, a CdS substrate, a binary compound semiconductor, a ternary compound semiconductor, or a laminated substrate thereof. Characterized by
When the main substrate is a semiconductor substrate, and when it is a conductor substrate, it is Cu, Al, Ti, Zn, Fe, an alloy containing these metals, or a laminated substrate thereof. Item 4. The mass spectrometer according to any one of items 1 to 3.
質量分析室は四重極質量分析室であり、質量分析室において、
前記上部基板の下面に付着または形成した2本の四重極電極および前記下部基板の上面に付着または形成した2本の四重極電極を有し、
前記上部基板の下面に配置した2本の四重極電極に接続する上部基板に形成されたコンタクト配線(上部基板コンタクト配線)および前記上部基板コンタクト配線に接続する上部基板上面に形成された電極・配線(上部基板上面電極・配線)、並びに
前記下部基板の上面に配置した2本の四重極電極に接続する下部基板に形成されたコンタクト配線(下部基板コンタクト配線)および前記下部基板コンタクト配線に接続する下部基板下面に形成された電極・配線(下部基板下面電極・配線)を有し、
前記上部電極・配線および前記下部電極・配線から高周波電圧および/または直流電圧を印加することを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer is a quadrupole mass spectrometer, and in the mass spectrometer,
Two quadrupole electrodes attached or formed on the lower surface of the upper substrate and two quadrupole electrodes attached or formed on the upper surface of the lower substrate;
A contact wiring (upper substrate contact wiring) formed on the upper substrate connected to the two quadrupole electrodes arranged on the lower surface of the upper substrate, and an electrode formed on the upper surface of the upper substrate connected to the upper substrate contact wiring. Wiring (upper substrate upper surface electrode/wiring), contact wiring (lower substrate contact wiring) formed on the lower substrate connected to two quadrupole electrodes arranged on the upper surface of the lower substrate, and the lower substrate contact wiring Has electrodes/wirings (lower board lower surface electrodes/wirings) formed on the lower board lower surface to be connected,
A mass spectrometer, wherein a high-frequency voltage and/or a DC voltage is applied from the upper electrode/wiring and the lower electrode/wiring.
上部基板の下面に配置された2つの四重極電極および下部基板の上面に配置された2つの四重極電極のうち、互いに隣り合わない2つの四重極電極の間の距離はほぼ同じであり、それらの間の中点はほぼ一致することを特徴とする、請求項5に記載の質量分析装置。 Of the two quadrupole electrodes arranged on the lower surface of the upper substrate and the two quadrupole electrodes arranged on the upper surface of the lower substrate, two quadrupole electrodes which are not adjacent to each other have substantially the same distance. The mass spectrometer according to claim 5, characterized in that the midpoints between them are substantially the same. 上部基板の下面に配置された2つの四重極電極および下部基板の上面に配置された2つの四重極電極のうち、互いに隣り合う2つの四重極電極の間の距離はほぼ同じであることを特徴とする、請求項4または5に記載の質量分析装置。 Of the two quadrupole electrodes arranged on the lower surface of the upper substrate and the two quadrupole electrodes arranged on the upper surface of the lower substrate, the distances between two adjacent quadrupole electrodes are substantially the same. The mass spectrometer according to claim 4 or 5, characterized in that. 上部基板(第1上部基板)上または上方に第2主基板が付着し、さらに第2主基板上に第2の上部基板(第2上部基板)が付着し、前記貫通室(第1貫通室)の上部において第2主基板に第2上部基板から第1上部基板へ貫通する貫通室(第2貫通室)が形成され、第1貫通室と第2貫通室との間の第1上部基板の一部に開口部が設けられており、前記開口部は第1上部基板の下面に配置した2つの四重極電極の間に形成されており、
前記第1上部基板の下面に配置した四重極電極に接続する第1上部基板上に形成された電極・配線は、第2貫通室側面に形成された配線(第2配線)に接続し、第2配線は第2上部基板下面に形成された電極・配線に接続し、さらに第2上部基板下面に形成された電極・配線は第2上部基板に形成されたコンタクト配線(第2上部基板コンタクト配線)に接続し、第2上部基板コンタクト配線は第2上部基板上に形成された電極・配線(第2上部電極・配線)に接続することを特徴とし、
下部基板(第1下部基板)の下面にまたは下方に第3主基板が付着し、さらに第3主基板の下面に第2の下部基板(第2下部基板)が付着し、前記貫通室(第1貫通室)の下部において第3主基板に第2下部基板から第1下部基板へ貫通する貫通室(第3貫通室)が形成され、第1貫通室と第3貫通室との間の第1下部基板の一部に開口部が設けられており、前記開口部は第1下部基板の上面に配置した2つの四重極電極の間に形成されており、
前記第1下部基板の上面に配置した四重極電極に接続する第1下部基板の下面に形成された電極・配線は、第3貫通室側面に形成された配線(第3配線)に接続し、第3配線は第2下部基板上面に形成された電極・配線に接続し、さらに第2下部基板上面に形成された電極・配線は第2下部基板に形成されたコンタクト配線(第2下部基板コンタクト配線)に接続し、第2下部基板コンタクト配線は第2上部基板の下面に形成された電極・配線(第2下部電極・配線)に接続することを特徴とし、
前記第2上部電極・配線および前記第2下部電極・配線から高周波電圧および/または直流電圧を印加することを特徴とする質量分析装置。
The second main substrate is attached on or above the upper substrate (first upper substrate), and the second upper substrate (second upper substrate) is further attached on the second main substrate. ), a through chamber (second through chamber) penetrating from the second upper substrate to the first upper substrate is formed in the second main substrate, and the first upper substrate between the first through chamber and the second through chamber is formed. An opening is provided in a part of the opening, and the opening is formed between two quadrupole electrodes arranged on the lower surface of the first upper substrate,
The electrode/wiring formed on the first upper substrate connected to the quadrupole electrode arranged on the lower surface of the first upper substrate is connected to the wiring (second wiring) formed on the side surface of the second penetration chamber, The second wiring is connected to an electrode/wiring formed on the lower surface of the second upper substrate, and the electrode/wiring formed on the lower surface of the second upper substrate is a contact wiring (second upper substrate contact) formed on the second upper substrate. Wiring, and the second upper substrate contact wiring is connected to an electrode/wiring (second upper electrode/wiring) formed on the second upper substrate,
A third main substrate is attached to or below the lower surface of the lower substrate (first lower substrate), and a second lower substrate (second lower substrate) is attached to the lower surface of the third main substrate, and the through chamber (first (1st penetration chamber), a penetration chamber (third penetration chamber) penetrating from the second lower substrate to the first lower substrate is formed in the third main substrate, and a first penetration chamber between the first penetration chamber and the third penetration chamber is formed. 1. An opening is provided in a part of the lower substrate, and the opening is formed between two quadrupole electrodes arranged on the upper surface of the first lower substrate,
The electrode/wiring formed on the lower surface of the first lower substrate connected to the quadrupole electrode arranged on the upper surface of the first lower substrate is connected to the wiring (third wiring) formed on the side surface of the third penetration chamber. , The third wiring is connected to an electrode/wiring formed on the upper surface of the second lower substrate, and the electrode/wiring formed on the upper surface of the second lower substrate is a contact wiring (second lower substrate). Contact wiring), and the second lower substrate contact wiring is connected to an electrode/wiring (second lower electrode/wiring) formed on the lower surface of the second upper substrate,
A mass spectrometer, wherein a high-frequency voltage and/or a DC voltage is applied from the second upper electrode/wiring and the second lower electrode/wiring.
第2上部基板および第2下部基板は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、アルミナ基板、AlN基板、セラミック基板、高分子基板、またはこれらの積層基板であることを特徴とする、請求項8に記載の質量分析装置。 The second upper substrate and the second lower substrate are glass substrates, quartz substrates, plastic substrates, alumina substrates, AlN substrates, ceramic substrates, polymer substrates, or laminated substrates thereof, according to claim 8. The mass spectrometer described. 前記第2主基板および第3主基板が絶縁体基板である場合は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、アルミナ基板、AlN基板、セラミック基板、高分子基板、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
前記第2主基板および第3主基板が半導体基板である場合は、Si基板、SiC基板、C基板、GaAS基板、InP基板、GaN基板、CdS基板、2元化合物半導体、3元化合物半導体、またはこれらの積層基板であることを特徴とし、
前記第2主基板および第3主基板が半導体基板である場合は、導電体基板である場合は、Cu、Al、Ti、Zn、Fe、これらの金属を含む合金、またはこれらの積層基板であることを特徴とする、請求項8または9に記載の質量分析装置。
When the second main substrate and the third main substrate are insulator substrates, they may be glass substrates, quartz substrates, plastic substrates, alumina substrates, AlN substrates, ceramic substrates, polymer substrates, or laminated substrates thereof. Characteristic,
When the second main substrate and the third main substrate are semiconductor substrates, Si substrate, SiC substrate, C substrate, GaAs substrate, InP substrate, GaN substrate, CdS substrate, binary compound semiconductor, ternary compound semiconductor, or Characterized by being a laminated substrate of these,
When the second main substrate and the third main substrate are semiconductor substrates, and when they are conductor substrates, they are Cu, Al, Ti, Zn, Fe, alloys containing these metals, or laminated substrates thereof. The mass spectrometer according to claim 8 or 9, characterized in that.
質量分析室は四重極質量分析室であり、質量分析室の上部に付着した上部基板の上面に1本の四重極電極が配置され、質量分析室の下部に付着した下部基板の下面に1本の四重極電極が配置され、質量分析室の隣に設けた主基板に形成された左右の貫通室のそれぞれに1本の四重極電極が配置されていることを特徴とする、請求項8〜10のいずれか1項に記載の質量分析装置。 The mass spectrometry chamber is a quadrupole mass spectrometry chamber, one quadrupole electrode is arranged on the upper surface of the upper substrate attached to the upper portion of the mass spectrometry chamber, and on the lower surface of the lower substrate attached to the lower portion of the mass spectrometry chamber. One quadrupole electrode is arranged, and one quadrupole electrode is arranged in each of the left and right penetration chambers formed in the main substrate provided next to the mass spectrometry chamber, The mass spectrometer according to any one of claims 8 to 10. 質量分析室の隣に主基板に形成された左右の貫通室は、質量分析室との間に基板側壁が存在することを特徴とする、請求項11に記載の質量分析装置。 The mass spectroscope according to claim 11, wherein the left and right through chambers formed on the main substrate next to the mass spectrometric chamber have substrate side walls between the mass spectrometric chamber and the through chamber. 四重極電極は、棒材であり、当該棒材を上部基板、下部基板、および主基板の所定箇所に付着させたものであることを特徴とする、請求項8〜12のいずれか1項に記載の質量分析装置。 13. The quadrupole electrode is a rod, and the rod is attached to predetermined positions of the upper substrate, the lower substrate, and the main substrate, and the quadrupole electrode is characterized in that: The mass spectrometer according to. 四重極電極は、上部基板または下部基板にCVD法、PVD法、メッキ法、電鋳法、スクリーン印刷、スキージ法、スピンコート法、ディスペンス法、またはこれらの組合せ法により積層し、所定形状に加工した導電体膜電極であることを特徴とする、請求項8〜13のいずれか1項に記載の質量分析装置。 The quadrupole electrode is laminated on the upper substrate or the lower substrate by a CVD method, a PVD method, a plating method, an electroforming method, a screen printing method, a squeegee method, a spin coating method, a dispensing method, or a combination thereof to form a predetermined shape. The mass spectrometer according to any one of claims 8 to 13, which is a processed conductor film electrode. 質量分析室は四重極質量分析室であり、質量分析室の上部に付着した上部基板の下面であって質量分析室側の面に付着または形成した2本の四重極電極が配置され、質量分析室の下部に付着または形成した下部基板の上面であって質量分析室側の面に付着した2本の四重極電極が配置されていることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometry chamber is a quadrupole mass spectrometry chamber, and two quadrupole electrodes attached or formed on the lower surface of the upper substrate attached to the upper portion of the mass spectrometry chamber and on the surface on the mass spectrometry chamber side are arranged. A mass spectrometer, wherein two quadrupole electrodes attached to the upper surface of a lower substrate attached to or formed on the lower portion of the mass analysis chamber and attached to the surface on the mass analysis chamber side are arranged. 2本の四重極電極を付着または形成した上部基板(第1上部基板)の上方にさらに貫通室(第2貫通室)が形成され、第2貫通室の上部に第2上部基板が付着し、前記質量分析室(第1貫通室)と第2貫通室との間にある第1上部基板の一部が除去されて、第1貫通室と第2貫通室の圧力は、ほぼ同じであることを特徴とし、
2本の四重極電極を付着または形成した下部基板(第1下部基板)の下方にさらに貫通室(第3貫通室)が形成され、第3貫通室の下部に第2下部基板が付着し、前記質量分析室(第1貫通室)と第3貫通室との間にある第1下部基板の一部が除去されて、第1貫通室と第3貫通室の圧力は、ほぼ同じであることを特徴とする、請求項15に記載の質量分析装置。
A through chamber (second through chamber) is further formed above the upper substrate (first upper substrate) having two quadrupole electrodes attached or formed thereon, and the second upper substrate is attached above the second through chamber. A part of the first upper substrate between the mass analysis chamber (first penetration chamber) and the second penetration chamber is removed, and the pressures of the first penetration chamber and the second penetration chamber are substantially the same. Characterized by
A penetration chamber (third penetration chamber) is further formed below the lower substrate (first lower substrate) having the two quadrupole electrodes attached or formed thereon, and the second lower substrate is adhered to the lower portion of the third penetration chamber. A part of the first lower substrate between the mass analysis chamber (first penetration chamber) and the third penetration chamber is removed, and the pressures of the first penetration chamber and the third penetration chamber are substantially the same. The mass spectrometer according to claim 15, wherein
質量分析室は、上部基板の下面に付着または形成した1本の四重極電極(第1四重極電極)、下部基板の上面に付着または形成した1本の四重極電極(第2四重極電極)、質量分析室の一方の側面の基板の一部が質量分析室内のY方向に伸び、その伸びた側面の基板の上面または下面に付着または形成した1本の四重極電極(第3四重極電極)、および質量分析室の他方の側面の基板の一部が質量分析室内のY方向に伸び、その伸びた側面の基板の上面または下面に付着または形成した1本の四重極電極(第4四重極電極)を含むことを特徴とする、請求項16に記載の質量分析装置。 The mass spectrometry chamber has one quadrupole electrode (first quadrupole electrode) attached or formed on the lower surface of the upper substrate and one quadrupole electrode (second quadrupole electrode) attached or formed on the upper surface of the lower substrate. Part of the substrate on one side of the mass analysis chamber extends in the Y direction inside the mass analysis chamber, and one quadrupole electrode attached or formed on the upper or lower surface of the substrate on the extended side ( A third quadrupole electrode) and a part of the substrate on the other side of the mass analysis chamber extends in the Y direction in the mass analysis chamber, and one of the four attached or formed on the upper or lower surface of the substrate on the extended side. The mass spectrometer according to claim 16, further comprising a quadrupole electrode (fourth quadrupole electrode). 上部基板は、第1四重極電極に接続するコンタクト配線(第1上部基板コンタクト配線)およびその上面に前記第1コンタクト配線に接続する電極・配線(第1上部基板電極・配線)を有し、
下部基板は、第2四重極電極に接続するコンタクト配線(第1下部基板コンタクト配線)およびその下面に前記第2コンタクト配線に接続する電極・配線(第1下部基板電極・配線)を有し、
第3四重極電極が付着または形成した側面基板は、第3四重極電極と接続する配線を有し、その配線は主基板の側面に形成された配線に接続し、さらにその側面に形成された配線は上部基板または下部基板に形成された配線に接続し、さらにその配線は上部基板または下部基板に形成されたコンタクト配線(第2上部基板コンタクト配線または第2下部基板コンタクト配線)に接続し、さらにその第2上部基板コンタクト配線または第2下部基板コンタクト配線は上部基板の上面または下部基板の下面に形成された電極・配線(第2上部基板電極・配線または第2下部基板電極・配線)に接続することを特徴とする、請求項15〜17のいずれか1項に記載の質量分析装置。
The upper substrate has a contact wiring (first upper substrate contact wiring) connected to the first quadrupole electrode and an electrode/wiring (first upper substrate electrode/wiring) connected to the first contact wiring on the upper surface thereof. ,
The lower substrate has a contact wiring (first lower substrate contact wiring) connected to the second quadrupole electrode and an electrode/wiring (first lower substrate electrode/wiring) connected to the second contact wiring on the lower surface thereof. ,
The side substrate on which the third quadrupole electrode is attached or formed has a wiring for connecting to the third quadrupole electrode, and the wiring is connected to the wiring formed on the side surface of the main substrate and further formed on the side surface. The formed wiring is connected to the wiring formed on the upper substrate or the lower substrate, and the wiring is further connected to the contact wiring (the second upper substrate contact wiring or the second lower substrate contact wiring) formed on the upper substrate or the lower substrate. In addition, the second upper substrate contact wiring or the second lower substrate contact wiring is an electrode/wiring (second upper substrate electrode/wiring or second lower substrate electrode/wiring) formed on the upper surface of the upper substrate or the lower surface of the lower substrate. ) Is connected to the mass spectrometer according to any one of claims 15 to 17.
前記上部基板(第1上部基板)の上方にさらに貫通室(第2貫通室)が形成され、第2貫通室の上部に第2上部基板が付着し、前記質量分析室(第1貫通室)と第2貫通室との間にある第1上部基板の一部が除去されて、第1貫通室と第2貫通室の圧力は、ほぼ同じであることを特徴とし、
前記下部基板(第1下部基板)の下方にさらに貫通室(第3貫通室)が形成され、第3貫通室の下部に第2下部基板が付着し、前記質量分析室(第1貫通室)と第3貫通室との間にある第1下部基板の一部が除去されて、第1貫通室と第3貫通室の圧力は、ほぼ同じであることを特徴とする、請求項15〜18のいずれか1項に記載の質量分析装置。
A penetration chamber (second penetration chamber) is further formed above the upper substrate (first upper substrate), a second upper substrate is attached to an upper portion of the second penetration chamber, and the mass spectrometry chamber (first penetration chamber) is formed. A part of the first upper substrate between the second through chamber and the second through chamber is removed, and the pressures of the first through chamber and the second through chamber are substantially the same,
A through chamber (third through chamber) is further formed below the lower substrate (first lower substrate), a second lower substrate is attached to a lower portion of the third through chamber, and the mass spectrometry chamber (first through chamber) is formed. 19. A part of the first lower substrate between the first and third through chambers is removed so that the pressures of the first and third through chambers are substantially the same. The mass spectrometer according to any one of 1.
質量分析室は四重極質量分析室であり、質量分析室において、
前記上部基板の下面に付着または形成した四重極電極(第1四重極電極)および前記下部基板の上面に付着または形成した四重極電極(第3四重極電極)を有し、
前記上部基板の下面に配置した四重極電極(第1四重極電極)に接続する上部基板に形成されたコンタクト配線(上部基板コンタクト配線)および前記上部基板コンタクト配線に接続する上部基板上面に形成された電極・配線(上部基板上面電極・配線)、並びに
前記下部基板の上面に配置した四重極電極(第3四重極電極)に接続する下部基板に形成されたコンタクト配線(下部基板コンタクト配線)および前記下部基板コンタクト配線に接続する下部基板下面に形成された電極・配線(下部基板下面電極・配線)を有し、
前記主基板のY方向の2つの側面に形成した四重極電極(第2四重極電極および第4四重極電極)を有し、
第2四重極電極および第4四重極電極は、前記上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線、および上部基板の上面および/または下部基板の下面に形成された電極・配線(上部基板上面電極・配線および/または下部基板下面電極・配線))を有し、
前記上部基板上面電極・配線および前記下部基板下面電極・配線から高周波電圧および/または直流電圧を印加することを特徴とする、請求項15〜19のいずれか1項に記載の質量分析装置。
The mass spectrometer is a quadrupole mass spectrometer, and in the mass spectrometer,
A quadrupole electrode (first quadrupole electrode) attached or formed on the lower surface of the upper substrate, and a quadrupole electrode (third quadrupole electrode) attached or formed on the upper surface of the lower substrate,
Contact wiring (upper substrate contact wiring) formed on the upper substrate connected to the quadrupole electrode (first quadrupole electrode) arranged on the lower surface of the upper substrate and an upper substrate upper surface connected to the upper substrate contact wiring The formed electrodes/wirings (upper substrate upper surface electrodes/wirings) and contact wirings (lower substrate) formed on the lower substrate connected to the quadrupole electrode (third quadrupole electrode) arranged on the upper surface of the lower substrate. Contact wiring) and electrodes/wirings (lower substrate lower surface electrodes/wirings) formed on the lower substrate lower surface connected to the lower substrate contact wiring,
A quadrupole electrode (second quadrupole electrode and fourth quadrupole electrode) formed on two side surfaces of the main substrate in the Y direction,
The second quadrupole electrode and the fourth quadrupole electrode are the contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate, and the electrode/wiring formed on the upper surface of the upper substrate and/or the lower surface of the lower substrate ( Upper substrate upper surface electrode/wiring and/or lower substrate lower surface electrode/wiring)),
20. The mass spectrometer according to claim 15, wherein a high frequency voltage and/or a DC voltage is applied from the upper substrate upper surface electrode/wiring and the lower substrate lower surface electrode/wiring.
前記第2四重極電極および第4四重極電極は主基板に形成された貫通室内に積層された導電体膜であり、前記導電体膜の一部はメッキ膜であることを特徴とする、請求項15〜20のいずれか1項に記載の質量分析装置。 The second quadrupole electrode and the fourth quadrupole electrode are conductor films stacked in a through chamber formed in the main substrate, and a part of the conductor film is a plating film. The mass spectrometer according to any one of claims 15 to 20. 質量分析室は、磁場印加型であり、質量分析室を形成する主基板の上部に付着した上部基板の上側に配置された1つまたは複数のコイルおよび/または質量分析室を形成する主基板の下部に付着した下部基板の下側に配置された1つまたは複数のコイルにより、主基板の基板面に対して垂直方向の磁場が発生することによって、荷電粒子の軌道が変化することを用いたことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の質量分析装置。 The mass spectrometric chamber is of a magnetic field application type and has one or more coils arranged above the upper substrate attached to the upper part of the main substrate forming the mass spectrometric chamber and/or of the main substrate forming the mass spectrometric chamber. It was used that the orbit of charged particles was changed by generating a magnetic field in the direction perpendicular to the substrate surface of the main substrate by one or more coils arranged on the lower side of the lower substrate attached to the lower portion. The mass spectrometer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that 質量分析室は、磁場印加型であり、質量分析室を形成する主基板の上部に付着した上部基板の上側および/または前記主基板の下部に付着した下部基板の下側に配置された電磁石により、主基板の基板面に対して垂直方向の磁場が発生することによって、荷電粒子の軌道が変化することを用いたことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の質量分析装置。質量分析装置。 The mass spectrometric chamber is of a magnetic field application type and includes an electromagnet disposed above the upper substrate attached to the upper part of the main substrate forming the mass spectrometric chamber and/or below the lower substrate attached to the lower part of the main substrate. The mass according to any one of claims 1 to 4, wherein the orbit of the charged particles is changed by generating a magnetic field in a direction perpendicular to the substrate surface of the main substrate. Analysis equipment. Mass spectrometer. 上部基板の上側および/または下部基板の下側に配置される1つまたは複数のコイルは、第2主基板に積層により形成されたものであることを特徴とする、請求項22または23に記載の質量分析装置。 24. The one or more coils arranged on the upper side of the upper substrate and/or the lower side of the lower substrate are formed on the second main substrate by lamination, and are characterized in that: Mass spectrometer. 荷電粒子は、荷電粒子引き出し室または荷電粒子加速室から質量分析室に出射され、荷電粒子引き出し室または荷電粒子加速室と質量分析室との間には、中央孔を有する基板側壁板(前方基板側壁板)が配置され、荷電粒子は前記前方基板側壁板の中央孔を通って質量分析室へ出射されることを特徴とする、請求項22〜24のいずれか1項に記載の質量分析装置。 Charged particles are emitted from the charged particle extraction chamber or charged particle acceleration chamber to the mass analysis chamber, and a substrate side wall plate (front substrate) having a central hole between the charged particle extraction chamber or charged particle acceleration chamber and the mass analysis chamber. 25. A mass spectrometer according to any one of claims 22 to 24, characterized in that a side wall plate) is arranged and charged particles are emitted to the mass analysis chamber through the central hole of the front substrate side wall plate. .. 質量分析室を出た荷電粒子はイオン検出室でイオン検出され、前記イオン検出室は主基板に形成された貫通室であり、質量分析室とイオン検出室との間には、中央孔を有する基板側壁板(後方基板側壁板)が配置され、荷電粒子は前記後方基板側壁板の中央孔を通ってイオン検出室側へ出射されることを特徴とする、請求項22〜25のいずれか1項に記載の質量分析装置。 The charged particles that have left the mass analysis chamber are subjected to ion detection in the ion detection chamber, and the ion detection chamber is a penetration chamber formed in the main substrate, and has a central hole between the mass spectrometry chamber and the ion detection chamber. 26. The substrate side wall plate (rear substrate side wall plate) is arranged, and the charged particles are emitted to the ion detection chamber side through a central hole of the rear substrate side wall plate. The mass spectrometer according to the item. 荷電粒子は、磁場により360度方向へ曲げられることを特徴とし、イオン検出室は360度の領域において、複数配置されることを特徴とする、請求項22〜26のいずれか1項に記載の質量分析装置。 27. The charged particle is bent in a direction of 360 degrees by a magnetic field, and a plurality of ion detection chambers are arranged in a region of 360 degrees. 27. Mass spectrometer. 質量分析室は、電場印加型をさらに付加した二重収束型であり、前記電場印加型における荷電粒子が通過する領域は、主基板に形成され、上面(Z方向)が上部基板に下面(Z方向)が下部基板に側面(Y方向)が主基板側面に囲まれた扇型形状の貫通室(扇型領域貫通室)を含む貫通室(電場印加型貫通室)であり、電場印加型貫通室のX方向は中央孔を有する基板側壁板により囲まれており、荷電粒子は一方の基板側壁板の中央孔より侵入し、電場印加型貫通室で荷電粒子の軌道が曲げられて、他方の基板側壁板の中央孔より出射することを特徴とし、電場印加型貫通室は、中心軌道が半径R0、中心角がα、中心軌道から一定距離d0の対面する主基板両側面に電極が形成され、荷電粒子は両側面に形成された電極に印加された電圧により発生する電界によって曲げられることを特徴とする、請求項22〜27のいずれか1項に記載の質量分析装置。 The mass spectrometric chamber is a double-focusing type in which an electric field application type is further added, and a region of the electric field application type through which charged particles pass is formed on the main substrate, and the upper surface (Z direction) is on the upper substrate and the lower surface (Z direction). Direction) is a penetration chamber (electric-field-applied penetration chamber) including a fan-shaped penetration chamber (fan-shaped region penetration chamber) whose side surface (Y direction) is surrounded by the side surface (Y direction) of the main substrate. The chamber is surrounded by a substrate side wall plate having a central hole in the X direction, charged particles enter through the central hole of one of the substrate side wall plates, and the orbit of the charged particle is bent in the electric field application type penetrating chamber, so that the other It is characterized in that it is emitted from the central hole of the side wall plate of the substrate. In the electric field application type penetration chamber, electrodes are formed on both sides of the main substrate facing each other with a central orbit of radius R0, a central angle α, and a constant distance d0 from the central orbit. 28. The mass spectrometer according to claim 22, wherein the charged particles are bent by an electric field generated by a voltage applied to electrodes formed on both side surfaces. 電場印加型貫通室における側面電極は、CVD法またはPVD法により積層された導電体膜にさらにメッキ膜を積層したものであることを特徴とし、
側面電極と接続するコンタクト配線は、電場印加型貫通室の上面に付着した上部基板に形成され、上部基板の上面に形成された電極・配線に接続し、および/または電場印加型貫通室の下面に付着した下部基板に形成され、下部基板の下面に形成された電極・配線に接続することを特徴とする、請求項28に記載の質量分析装置。
The side electrode in the electric field application type penetration chamber is characterized in that a plating film is further laminated on a conductor film laminated by a CVD method or a PVD method,
The contact wiring connected to the side surface electrode is formed on the upper substrate attached to the upper surface of the electric field type penetration chamber, connected to the electrode/wiring formed on the upper surface of the upper substrate, and/or the lower surface of the electric field type penetration chamber. 29. The mass spectrometer according to claim 28, which is formed on a lower substrate attached to the substrate and is connected to an electrode/wiring formed on a lower surface of the lower substrate.
荷電粒子が進入しサイクロトロン運動をする貫通室(ICR室)は、イオン源からの荷電粒子の進入口である中央孔を有する基板側壁板(引き出し電極用基板側壁板)、荷電粒子の進行方向にあり、引き出し電極用基板側壁板と対面し、サイクロトロン運動した荷電粒子が衝突する基板側壁(トラップ電極用基板側壁)、ICR室の上部に付着する上部基板、およびICR室の下部に付着する下部基板、荷電粒子と進行方向と略平行な2つの基板側壁(レシーバー電極用基板側壁)により囲まれており、引き出し電極用基板側壁板の表面は荷電粒子を中央孔からICR室へ引き寄せる引き出し電極となる導電体膜電極が形成されており、トラップ電極用基板側壁の表面は荷電粒子をトラップする電圧が印加される導電体膜電極が形成されており、上部基板および下部基板には荷電粒子を励起する電圧が印加される導電体膜電極が形成されていることを特徴とし、
ICR室において、荷電粒子の進行方向となる引き出し電極からトラップ電極へ向かう方向に平行な磁場が印加されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の質量分析装置。
The through chamber (ICR chamber) in which charged particles enter and perform cyclotron motion is provided in a substrate side wall plate (substrate side wall plate for extraction electrode) having a central hole which is an entrance of charged particles from an ion source, and in a traveling direction of charged particles. Yes, the substrate side wall facing the extraction electrode substrate side wall, the side wall of the substrate on which the cyclotron-moved charged particles collide (trap electrode substrate side wall), the upper substrate attached to the upper part of the ICR chamber, and the lower substrate attached to the lower part of the ICR chamber. , Is surrounded by two substrate side walls (receiver electrode substrate side walls) substantially parallel to the charged particles, and the surface of the extraction electrode substrate side wall plate serves as an extraction electrode for drawing the charged particles from the central hole to the ICR chamber. A conductor film electrode is formed, a conductor film electrode to which a voltage for trapping the charged particles is applied is formed on the surface of the side wall of the trap electrode substrate, and the upper substrate and the lower substrate excite the charged particles. Characterized in that a conductor film electrode to which a voltage is applied is formed,
The mass spectrometer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a magnetic field parallel to the direction from the extraction electrode to the trap electrode, which is the traveling direction of the charged particles, is applied in the ICR chamber. ..
前記磁場を発生させるコイル配線は、上部基板および下部基板に密着して形成され、さらに、主基板の外側側面に密着して形成されているか、または主基板および上部基板および下部基板の内部に形成されていることを特徴とする、請求項30に記載の質量分析装置。 The coil wiring for generating the magnetic field is formed in close contact with the upper substrate and the lower substrate and further formed in close contact with the outer side surface of the main substrate, or formed inside the main substrate, the upper substrate and the lower substrate. 31. The mass spectrometer according to claim 30, wherein 上部基板上に支柱基板が付着し、さらに支柱基板の上に第2上部基板が付着しており、下部基板上に支柱基板が付着し、さらに支柱基板の上に第2下部基板が付着しており、前記磁場を発生させるコイル配線は、上部基板および下部基板に密着して形成され、さらに、主基板の外側側面に密着して形成されており、
さらに、ICR室内の引き出し電極、トラップ電極、2つの対向するイオン励起電極、および2つの対向するレシーバー電極と接続する電極配線は、上部基板および/または下部基板に形成されるとともに、上部基板、支柱基板、および第2上部基板に囲まれた空間内に存在するか、および/または下部基板、支柱基板、および第2下部基板に囲まれた空間内に存在し、さらにそれらの電極配線は、第2上部基板上および/または第2下部基板上に形成された電極配線と接続しており、コイルに接続する電極は第2上部基板上および/または第2下部基板上に形成された電極配線と接続していることを特徴とする、請求項30または31に記載の質量分析装置。
The support substrate is attached on the upper substrate, the second upper substrate is further attached on the support substrate, the support substrate is attached on the lower substrate, and the second lower substrate is further attached on the support substrate. The coil wiring for generating the magnetic field is formed in close contact with the upper substrate and the lower substrate, and further formed in close contact with the outer side surface of the main substrate,
Further, the electrode wirings connected to the extraction electrode, the trap electrode, the two opposing ion excitation electrodes, and the two opposing receiver electrodes in the ICR chamber are formed on the upper substrate and/or the lower substrate, and the upper substrate and the pillar It exists in the space surrounded by the substrate and the second upper substrate, and/or it exists in the space surrounded by the lower substrate, the pillar substrate, and the second lower substrate, and their electrode wiring is 2 the electrode wiring formed on the upper substrate and/or the second lower substrate, and the electrode connected to the coil is the electrode wiring formed on the second upper substrate and/or the second lower substrate. 32. The mass spectrometer according to claim 30, wherein the mass spectrometer is connected.
荷電粒子を発生させる荷電粒子発生室は、上部が上部基板に、下部が下部基板に付着した主基板に形成された2つの貫通室(荷電粒子発生室1、2)を含み、荷電粒子発生室1および荷電粒子発生室2は中央孔を有する基板側壁板(第1基板側壁板)で隔てられた隣室同士であり、上部基板に開口された開口部から挿入された試料板は荷電粒子発生室1に配置され、上部基板に開口された開口部からレーザービームが前記試料板に付着した試料に照射されることにより、試料が粒子状に分解され、分解された粒子(分解粒子)は基板側壁板が有する中央孔を通り荷電粒子発生室2に入り、レーザー光、電子ビーム、シンクロトロン放射光、X線から選択された1つのイオン化ビームが上部基板または下部基板の外側から荷電粒子発生室2内に存在する前記分解粒子へ照射されることにより荷電粒子が発生することを特徴とし、
荷電粒子発生室2の隣には中央孔を有する基板側壁板(第2基板側壁板)で隔てられた引き出し電極・加速室があり、
引き出し電極・加速室は、上部が上部基板に、下部が下部基板に付着した主基板に形成された貫通室であり、
荷電粒子発生室2の内面において、上部基板および下部基板、および/または第1基板側壁板の側面、および/または第2基板側壁板の側面、および/または他の2つの基板側壁の側面に導電体膜電極が形成され、
前記導電体膜電極は上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線に接続し、さらに前記コンタクト配線は上部基板および/または下部基板の外表面に形成された導電体膜電極・配線に接続することを特徴とし、
前記導電体膜電極に印加された電圧と同符号の荷電粒子は、引き出し電極・加速室に配置された引き出し電極により第2基板側壁板が有する中央孔を通って引き出し電極・加速室に引き寄せられることを特徴とし、
前記引き出し電極・加速室に入った荷電粒子は、前記引き出し電極・加速室から出て質量分析室に入ることを特徴とする、請求項1〜32のいずれか1項に記載の質量分析装置。
The charged particle generating chamber for generating charged particles includes two through chambers (charged particle generating chambers 1 and 2) formed on a main substrate having an upper portion on an upper substrate and a lower portion on a lower substrate. 1 and the charged particle generation chamber 2 are adjacent chambers separated by a substrate side wall plate (first substrate side wall plate) having a central hole, and the sample plate inserted from the opening formed in the upper substrate is a charged particle generation chamber. 1, the laser beam is applied to the sample attached to the sample plate from the opening formed in the upper substrate, and the sample is decomposed into particles, and the decomposed particles (decomposed particles) are the side walls of the substrate. The ionization beam selected from laser light, electron beam, synchrotron radiation, and X-rays passes through the central hole of the plate and enters the charged particle generation chamber 2 from the outside of the upper substrate or the lower substrate. Characterized in that charged particles are generated by irradiating the decomposed particles present in the inside,
Next to the charged particle generation chamber 2, there is an extraction electrode/acceleration chamber separated by a substrate side wall plate having a central hole (second substrate side wall plate),
The extraction electrode/acceleration chamber is a penetration chamber formed on the upper substrate on the upper side and on the lower substrate on the lower side.
In the inner surface of the charged particle generation chamber 2, the upper substrate and the lower substrate, and/or the side surface of the first substrate side wall plate, and/or the side surface of the second substrate side wall plate, and/or the side surface of the other two substrate side walls are electrically conductive. Body membrane electrodes are formed,
The conductor film electrode is connected to a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate, and the contact wiring is connected to a conductor film electrode/wiring formed on the outer surface of the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized by
The charged particles having the same sign as the voltage applied to the conductor film electrode are attracted to the extraction electrode/acceleration chamber through the central hole of the second substrate side wall plate by the extraction electrode arranged in the extraction electrode/acceleration chamber. Characterized by
33. The mass spectrometer according to claim 1, wherein the charged particles that have entered the extraction electrode/acceleration chamber exit the extraction electrode/acceleration chamber and enter the mass analysis chamber.
荷電粒子発生室1において、試料板の背面は基板側壁の側面に密着して配置され、前記基板側壁には中央孔が備わり、さらの当該中央孔には上部基板または下部基板の開口部につながる主基板の厚み方向の空洞がつながり、当該上部基板または下部基板の開口部から真空引きされて試料板は基板側壁の側面に吸着されることを特徴とする、請求項33に記載の質量分析装置。 In the charged particle generating chamber 1, the back surface of the sample plate is arranged in close contact with the side surface of the substrate side wall, the substrate side wall is provided with a central hole, and the central hole is connected to the opening of the upper substrate or the lower substrate. 34. The mass spectrometer according to claim 33, wherein cavities in the thickness direction of the main substrate are connected to each other, and the sample plate is sucked to the side surface of the side wall of the substrate by being evacuated from the opening of the upper substrate or the lower substrate. .. 荷電粒子を発生させる荷電粒子発生室は、上部が上部基板に、下部が下部基板に付着した主基板に形成された2つの貫通室(荷電粒子発生室1、2)を含み、荷電粒子発生室1および荷電粒子発生室2は中央孔を有する基板側壁板(第1基板側壁板)で隔てられた隣室同士であり、
上部基板に開口された開口部から挿入された試料板は荷電粒子発生室1に配置され、
荷電粒子発生室1において、試料板の背面は基板側壁の側面に密着して配置され、前記基板側壁には中央孔が備わり、さらの当該中央孔には上部基板または下部基板の開口部につながる主基板の厚み方向の空洞がつながり、当該上部基板または下部基板の開口部から真空引きされて試料板は基板側壁の側面に吸着され、
前記基板側壁側面に導電体膜が形成され、前記基板側壁側面に形成された導電体膜は上部基板および/または下部基板の荷電粒子発生室1側の表面に形成された導電体膜と接続し、その導電体膜はさらに上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線に接続し、そのコンタクト配線はさらに上部基板および/または下部基板の外側表面に形成された導電体膜電極配線に接続し、
その導電体膜電極配線から導電体である試料板に電圧が印加されており、
上部基板に開口された開口部からレーザービームが前記試料板に付着した試料に照射されることにより、試料が粒子状に分解されて荷電粒子が発生し、
試料板の電荷と同符号の荷電粒子は試料板から飛び出し、
試料板と対面する方向に中央孔を有する基板側壁板(第3基板側壁板)が配置され、第3基板側壁板の表面には導電体膜が形成され、前記第3基板側壁板表面に形成された導電体膜は上部基板および/または下部基板の荷電粒子発生室1側の表面に形成された導電体膜と接続し、その導電体膜はさらに上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線に接続し、そのコンタクト配線はさらに上部基板および/または下部基板の外側表面に形成された導電体膜電極配線に接続し、
その導電体膜電極配線から第3基板側壁板表面導電体に形成された導電体膜に試料板に印加された電圧と逆の電圧が印加され、試料板から飛び出した荷電粒子を引き出して、
前記荷電粒子は、第3基板側壁板に形成された中央孔を通り、さらに第1基板側壁板の中央孔を通って荷電粒子発生室2に入り、
荷電粒子発生室2の内面において、上部基板および下部基板、および/または第1基板側壁板の側面、および/または第2基板側壁板の側面、および/または他の2つの基板側壁の側面、および/または第1基板側壁板の中央孔の内面に導電体膜電極が形成され、
前記導電体膜電極は上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線に接続し、さらに前記コンタクト配線は上部基板および/または下部基板の外表面に形成された導電体膜電極・配線に接続することを特徴とし、
前記導電体膜電極に印加される電圧は荷電粒子と同符号の電圧であり、当該電圧を調整することによって、荷電粒子を収束し、荷電粒子発生室2と隣室を隔てる基板側壁板(第2基板側壁板)が有する中央孔を通って隣室へ入射することを特徴とし、
前記第2基板側壁板が有する中央孔を通った荷電粒子は質量分析室に入ることを特徴とする、請求項1〜32のいずれか1項に記載の質量分析装置。
The charged particle generation chamber for generating charged particles includes two through chambers (charged particle generation chambers 1 and 2) formed in an upper substrate at an upper portion and a lower substrate attached to a lower substrate. 1 and the charged particle generation chamber 2 are adjacent chambers separated by a substrate side wall plate having a central hole (first substrate side wall plate),
The sample plate inserted from the opening formed in the upper substrate is arranged in the charged particle generation chamber 1,
In the charged particle generating chamber 1, the back surface of the sample plate is arranged in close contact with the side surface of the substrate side wall, the substrate side wall is provided with a central hole, and the central hole is connected to the opening of the upper substrate or the lower substrate. The cavities in the thickness direction of the main substrate are connected, and the sample plate is sucked to the side surface of the substrate side wall by being evacuated from the opening of the upper substrate or the lower substrate.
A conductive film is formed on the side surface of the side wall of the substrate, and the conductive film formed on the side surface of the side wall of the substrate is connected to the conductive film formed on the surface of the upper substrate and/or the lower substrate on the charged particle generation chamber 1 side. , The conductor film is further connected to a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate, and the contact wiring is further connected to a conductor film electrode wiring formed on the outer surface of the upper substrate and/or the lower substrate. Then
A voltage is applied to the sample plate, which is a conductor, from the conductor film electrode wiring,
By irradiating the sample attached to the sample plate with a laser beam from the opening formed in the upper substrate, the sample is decomposed into particles and charged particles are generated,
Charged particles with the same sign as the charge of the sample plate jump out of the sample plate,
A substrate side wall plate (third substrate side wall plate) having a central hole in a direction facing the sample plate is arranged, a conductor film is formed on the surface of the third substrate side wall plate, and is formed on the surface of the third substrate side wall plate. The formed conductor film is connected to the conductor film formed on the surface of the upper substrate and/or the lower substrate on the charged particle generation chamber 1 side, and the conductor film is further formed on the upper substrate and/or the lower substrate. Connecting to a contact wiring, and the contact wiring is further connected to a conductor film electrode wiring formed on the outer surface of the upper substrate and/or the lower substrate,
A voltage opposite to the voltage applied to the sample plate is applied to the conductor film formed on the surface conductor of the third side wall plate from the conductor film electrode wiring, and the charged particles jumping out of the sample plate are extracted,
The charged particles pass through the central hole formed in the side wall plate of the third substrate and further enter the charged particle generating chamber 2 through the central hole of the side wall plate of the first substrate.
On the inner surface of the charged particle generating chamber 2, the upper substrate and the lower substrate, and/or the side surface of the first substrate side wall plate, and/or the side surface of the second substrate side wall plate, and/or the side surface of the other two substrate side wall plates, and / Or a conductor film electrode is formed on the inner surface of the central hole of the first substrate side wall plate,
The conductor film electrode is connected to a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate, and the contact wiring is connected to a conductor film electrode/wiring formed on the outer surface of the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized by
The voltage applied to the conductor film electrode has the same sign as that of the charged particles, and by adjusting the voltage, the charged particles are converged and the side wall plate of the substrate (second part) separating the charged particle generation chamber 2 from the adjacent chamber is formed. Incident on the adjacent chamber through a central hole of the substrate side wall plate),
33. The mass spectrometer according to claim 1, wherein the charged particles that have passed through the central hole of the second substrate side wall plate enter the mass spectrometry chamber.
主基板の上面に上部基板、主基板の下面に下部基板を付着し、主基板に形成した貫通室をイオン化室とし、前記イオン化室へ接続する中央孔を有し、前記中央孔は上部基板または下部基板の開口部(試料導入用開口部)につながる主基板に形成された縦孔(基板面と垂直方向)に接続し、
中央孔内面に導電体膜(第2導電体膜)が形成され、イオン化室内面に導電体膜(第1導電体膜)が形成され、第1導電体膜および第2導電体膜はイオン化室主基板の側面に形成された導電体膜により接続され、第1導電体膜は上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極に接続することを特徴とし、
試料液または試料ガスは、試料導入用開口部から導入し、縦孔および中央孔を通して、イオン化室への出口でスプレーガスとしてイオン化室へ導入することを特徴とし、
上部基板および/または下部基板に形成された外側電極から電圧を印加することにより中央孔内面に形成された導電体膜に電圧が印加され、これによりイオン化室の出口部で噴出したガス(スプレーガス)はイオン化することを特徴とする、イオン化法。
An upper substrate is attached to the upper surface of the main substrate, a lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate, the through chamber formed in the main substrate is used as an ionization chamber, and a central hole connecting to the ionization chamber is provided. Connect to the vertical hole (vertical direction to the substrate surface) formed in the main substrate that connects to the opening (opening for sample introduction) in the lower substrate,
A conductor film (second conductor film) is formed on the inner surface of the central hole, a conductor film (first conductor film) is formed on the inner surface of the ionization chamber, and the first conductor film and the second conductor film are formed in the ionization chamber. The first conductor film is connected by a conductor film formed on the side surface of the main substrate, and the first conductor film is connected to an outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate through a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized by
Sample liquid or sample gas is introduced from the sample introduction opening, through the vertical hole and the central hole, is introduced into the ionization chamber as a spray gas at the outlet to the ionization chamber,
By applying a voltage from the outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate, a voltage is applied to the conductor film formed on the inner surface of the central hole, whereby the gas (spray gas) ejected at the outlet of the ionization chamber ) Is an ionization method characterized by being ionized.
主基板の上面に上部基板、主基板の下面に下部基板を付着し、主基板に形成した貫通室をイオン化室とし、前記イオン化室へ接続する中央孔を有し、前記中央孔は上部基板または下部基板の開口部(試料導入用開口部)につながる主基板に形成された縦孔(基板面と垂直方向)に接続し、
中央孔内面において上部および下部に平行平板導電体膜電極、または中央孔内面において2つの側面に平行平板導電体膜電極が形成され、それぞれの平行平板導電体膜電極はイオン化室内側面に形成された導電体膜を通して、イオン化室内の上部基板および下部基板に形成した導電体膜に接続し、さらに上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極に接続することを特徴とし、
試料液または試料ガスは、試料導入用開口部から導入し、縦孔および中央孔を通して、イオン化室への出口でスプレーガスとしてイオン化室へ導入することを特徴とし、
上部基板および/または下部基板に形成された外側電極から高周波電圧を印加することにより中央孔内面に形成された導電体膜に高周波電圧が印加され、これによりイオン化室の出口部で噴出したガス(スプレーガス)はイオン化することを特徴とする、イオン化法。
An upper substrate is attached to the upper surface of the main substrate, a lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate, the through chamber formed in the main substrate is used as an ionization chamber, and a central hole connecting to the ionization chamber is provided. Connect to the vertical hole (vertical direction to the substrate surface) formed in the main substrate that connects to the opening (opening for sample introduction) in the lower substrate,
Parallel plate conductor film electrodes were formed on the upper and lower sides of the inner surface of the central hole, or parallel plate conductor film electrodes were formed on two side surfaces of the inner surface of the central hole, and each parallel plate conductor film electrode was formed on the inner surface of the ionization chamber. The conductor film is connected to the conductor films formed on the upper substrate and the lower substrate in the ionization chamber, and the outer side is formed on the upper substrate and/or the lower substrate through the contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized by connecting to electrodes,
Sample liquid or sample gas is introduced from the sample introduction opening, through the vertical hole and the central hole, is introduced into the ionization chamber as a spray gas at the outlet to the ionization chamber,
By applying a high-frequency voltage from the outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate, a high-frequency voltage is applied to the conductor film formed on the inner surface of the central hole, so that the gas ejected at the outlet of the ionization chamber ( Spray gas) is an ionization method characterized by being ionized.
イオン化室の周囲の一部を囲む凹部および開口部を主基板および、上部基板および/または下部基板に形成し、この凹部に冷却用または加熱用媒体を通すことにより、イオン化室および/または中央孔を冷却または加熱を行なうことを特徴とする、請求項36または37に記載の質量分析装置。 A recess and an opening that surround a part of the periphery of the ionization chamber are formed in the main substrate and the upper substrate and/or the lower substrate, and a cooling or heating medium is passed through the recess to form the ionization chamber and/or the central hole. 38. The mass spectrometer according to claim 36 or 37, characterized in that it is cooled or heated. 上部基板および/または下部基板に形成した導電体膜の一部を用いてイオン化室を加熱することを特徴とする、請求項36〜38のいずれか1項に記載の質量分析装置。 39. The mass spectrometer according to claim 36, wherein the ionization chamber is heated by using a part of the conductor film formed on the upper substrate and/or the lower substrate. 中央孔に形成した導電体膜の一部を用いてイオン化室を加熱する、請求項36〜38のいずれか1項に記載の質量分析装置。 39. The mass spectrometer according to claim 36, wherein the ionization chamber is heated by using a part of the conductor film formed in the central hole. 引き出し電極室と対面する基板側壁板または基板側壁に導電体膜電極を設けて、当該導電体膜電極にイオンと同符号の電圧を印加することにより、イオンを引き出し電極室へ押し出すことを特徴とする、請求項36〜40のいずれか1項に記載の質量分析装置。 A conductive film electrode is provided on a substrate side wall plate or a substrate side wall facing the extraction electrode chamber, and a voltage having the same sign as the ion is applied to the conductive film electrode to push out the ions into the extraction electrode chamber. The mass spectrometer according to any one of claims 36 to 40. 主基板の上面に上部基板、主基板の下面に下部基板を付着し、主基板に形成した1つの貫通室をイオン化室とし、イオン化室の隣に主基板に形成した貫通室である加熱室を設けて、イオン化室と加熱室は中央孔(第2中央孔)を有する基板側壁板で仕切られているか、またはイオン化室と加熱室とは同じ貫通室であり仕切る基板側壁板はないかであり、
前記加熱室へ接続する中央孔(第1中央孔)を有し、第1中央孔は上部基板または下部基板の開口部(試料導入用開口部)につながる主基板に形成された縦孔(基板面と垂直方向)に接続し、
中央孔内面に導電体膜(第2導電体膜)が形成され、加熱室内面に導電体膜(第1導電体膜)が形成され、第1導電体膜および第2導電体膜は加熱室主基板の側面に形成された導電体膜により接続され、第1導電体膜は上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極に接続することを特徴とし、
試料液または試料ガスは、試料導入用開口部から導入し、縦孔および中央孔を通して、加熱室への出口でスプレーガスとして加熱室へ導入することを特徴とし、
上部基板および/または下部基板に形成された外側電極から電圧を印加し、第1導電体膜へ電流を流して第1導電体膜を加熱することにより加熱室を加熱することを特徴とし、
イオン化室において、上部基板および/または下部基板に尖塔電極を配置して、前記尖塔電極は上部基板および/または下部基板に形成したコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成した外側電極に接続し、外側電極に電圧を印加することによって、尖塔電極で放電させて加熱されたスプレーガスをイオン化することを特徴とするイオン化法。
An upper substrate is attached to the upper surface of the main substrate, a lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate, and one penetration chamber formed in the main substrate is used as an ionization chamber. Whether the ionization chamber and the heating chamber are partitioned by a substrate side wall plate having a central hole (second central hole), or the ionization chamber and the heating chamber are the same penetration chamber and there is no substrate side wall plate for partitioning. ,
There is a central hole (first central hole) connected to the heating chamber, and the first central hole is a vertical hole (substrate) formed in the main substrate connected to the opening (sample introduction opening) of the upper substrate or the lower substrate. (In the direction perpendicular to the plane),
A conductor film (second conductor film) is formed on the inner surface of the central hole, a conductor film (first conductor film) is formed on the inner surface of the heating chamber, and the first conductor film and the second conductor film are formed in the heating chamber. The first conductor film is connected by a conductor film formed on the side surface of the main substrate, and the first conductor film is connected to an outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate through a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate. Characterized by
Sample liquid or sample gas is introduced from the sample introduction opening, through the vertical hole and the central hole, is introduced into the heating chamber as a spray gas at the outlet to the heating chamber,
A heating chamber is heated by applying a voltage from an outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate and flowing a current to the first conductive film to heat the first conductive film.
In the ionization chamber, a steeple electrode is arranged on the upper substrate and/or the lower substrate, and the steeple electrode is connected to an outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate through a contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate. Then, by applying a voltage to the outer electrode, the spray gas heated by causing discharge at the steeple electrode is ionized.
イオン化室の周囲の一部を囲む凹部および開口部を主基板および、上部基板および/または下部基板に形成し、この凹部に冷却用または加熱用媒体を通すことにより、イオン化室および/または中央孔を冷却または加熱を行なうことを特徴とする、請求項42に記載の質量分析装置。 A recess and an opening that surround a part of the periphery of the ionization chamber are formed in the main substrate and the upper substrate and/or the lower substrate, and a cooling or heating medium is passed through the recess to form the ionization chamber and/or the central hole. 43. The mass spectrometer according to claim 42, wherein the mass spectrometer is cooled or heated. 上部基板および/または下部基板に形成した導電体膜の一部を用いてイオン化室を加熱する、請求項42または43に記載の質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 42 or 43, wherein the ionization chamber is heated by using a part of the conductor film formed on the upper substrate and/or the lower substrate. 中央孔に形成した導電体膜の一部を用いてイオン化室を加熱することを特徴とする、請求項42〜44のいずれか1項に記載の質量分析装置。 45. The mass spectrometer according to claim 42, wherein the ionization chamber is heated by using a part of the conductor film formed in the central hole. 引き出し電極室と対面する基板側壁板または基板側壁に導電体膜電極を設けて、当該導電体膜電極にイオンと同符号の電圧を印加することにより、イオンを引き出し電極室へ押し出すことを特徴とする、請求項42〜45のいずれか1項に記載の質量分析装置。 A conductive film electrode is provided on a substrate side wall plate or a substrate side wall facing the extraction electrode chamber, and a voltage having the same sign as the ion is applied to the conductive film electrode to push out the ions into the extraction electrode chamber. 46. The mass spectrometer according to any one of claims 42 to 45. 主基板の上面に上部基板、主基板の下面に下部基板を付着し、主基板に形成した貫通室をイオン化室とし、
前記イオン室へ接続する中央孔(第1中央孔)を有し、第1中央孔は上部基板または下部基板の開口部(試料導入用開口部)につながる主基板に形成された縦孔(基板面と垂直方向)に接続し、
試料液は、試料導入用開口部から導入し、縦孔および中央孔を通して、イオン化室への出口でマトリックスが形成され、マトリックスへ上部基板または下部基板に形成された開口部を通して、外側からレーザーまたは高速原子ビームを照射し、その結果マトリックス中の分子がイオン化することを特徴とする、イオン化法。
The upper substrate is attached to the upper surface of the main substrate, the lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate, and the penetration chamber formed in the main substrate is used as the ionization chamber,
There is a central hole (first central hole) connected to the ion chamber, and the first central hole is a vertical hole (substrate) formed in the main substrate connected to the opening (sample introduction opening) of the upper substrate or the lower substrate. (In the direction perpendicular to the plane),
The sample solution is introduced through the sample introduction opening, the matrix is formed at the outlet to the ionization chamber through the vertical hole and the central hole, and the laser is applied from the outside through the opening formed in the upper substrate or the lower substrate to the matrix. An ionization method characterized by irradiating a fast atom beam, which results in the molecules in the matrix being ionized.
主基板の上面に上部基板、主基板の下面に下部基板を付着し、主基板に形成した貫通室をイオン化室とし、
前記イオン室へ接続する中央孔(第1中央孔)を有し、第1中央孔は上部基板または下部基板の開口部(試料導入用開口部)につながる主基板に形成された縦孔(基板面と垂直方向)に接続し、
試料液は、試料導入用開口部から導入し、縦孔および中央孔を通して、イオン化室への出口でマトリックスが形成され、
イオン化室の隣にレーザーまたは高速原子ビーム室が配置され、レーザーまたは高速原子ビーム室からレーザーまたは高速原子ビーム室がマトリックスへ照射され、その結果マトリックス中の分子がイオン化することを特徴とする、イオン化法。
The upper substrate is attached to the upper surface of the main substrate, the lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate, and the penetration chamber formed in the main substrate is used as the ionization chamber,
There is a central hole (first central hole) connected to the ion chamber, and the first central hole is a vertical hole (substrate) formed in the main substrate connected to the opening (sample introduction opening) of the upper substrate or the lower substrate. (In the direction perpendicular to the plane),
The sample solution is introduced through the sample introduction opening, passes through the vertical hole and the central hole, and a matrix is formed at the outlet to the ionization chamber,
Ionization, characterized in that a laser or fast atom beam chamber is placed next to the ionization chamber, the laser or fast atom beam chamber irradiates the laser or fast atom beam chamber onto the matrix, which results in the molecules in the matrix being ionized. Law.
イオン化室に隣接して主基板に形成した貫通室は引き出し電極室であり、引き出し電極室とイオン化室は中央孔(第2中央孔)を有する基板側壁板で仕切られており、基板側壁板と対面する基板側壁の側面に導電体膜電極が形成され、導電体膜はイオンと同符号の電圧が印加され、発生したイオンは当該導電体膜電極により押し出されて基板側壁板の第2中央孔を通って引き出し電極室へ出射されることを特徴とする、請求項47または48に記載のイオン化法。 The penetrating chamber formed in the main substrate adjacent to the ionization chamber is the extraction electrode chamber, and the extraction electrode chamber and the ionization chamber are partitioned by the substrate side wall plate having the central hole (second central hole). A conductor film electrode is formed on the side surface of the facing substrate side wall, a voltage having the same sign as that of the ions is applied to the conductor film, and the generated ions are pushed out by the conductor film electrode to form the second central hole of the substrate side wall plate. 49. The ionization method according to claim 47 or 48, characterized in that the ionization method is carried out through the extraction electrode chamber. イオン化室の周囲の一部を囲む凹部および開口部を主基板および、上部基板および/または下部基板に形成し、この凹部に冷却用または加熱用媒体を通すことにより、イオン化室および/または中央孔を冷却または加熱を行なうことを特徴とする、請求項47〜49のいずれか1項に記載のイオン化法。 A recess and an opening that surround a part of the periphery of the ionization chamber are formed in the main substrate and the upper substrate and/or the lower substrate, and a cooling or heating medium is passed through the recess to form the ionization chamber and/or the central hole. 50. The ionization method according to any one of claims 47 to 49, wherein the ionization method is performed by cooling or heating. 中央孔内面および/または貫通室内面に導電体膜を形成し、当該導電体膜に電流を流して発熱させて、中央孔および/または貫通室を加熱することを特徴とする、請求項47〜50のいずれか1項に記載のイオン化法。 The conductor film is formed on the inner surface of the central hole and/or the inner surface of the penetration chamber, and an electric current is passed through the conductor film to generate heat to heat the central hole and/or the penetration chamber. 50. The ionization method according to any one of 50. 主基板の上面を上部基板が、主基板の下面を下部基板が付着し、主基板にリング電極が形成され、リング電極の中央に形成された貫通室はイオントラップ室であり、イオントラップ室の上部は、上部基板に形成された上部電極(イオントラップ上部電極)が配置され、イオントラップ室の下部は、下部基板に形成された下部電極(イオントラップ下部電極)が配置され、
リング電極は、主基板のリング形状に導電体膜(リング導電体膜電極)を形成し、リング導電体膜電極は、上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極に接続し、
イオントラップ上部電極およびイオントラップ下部電極は、上部基板および下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および下部基板に形成された外側電極に接続し、リング電極は、中央孔を有する主基板であり、イオントラップ室の隣に配置された一方の貫通室であるイオン化室または引き出し電極・加速電極室とイオントラップ室の間に配置され、またイオントラップ室の隣に配置された他方の貫通室であるイオン検出室とイオントラップ室の間に配置され、一方の中央孔はイオン化室からイオントラップ室に接続し、他方の中央孔はイオントラップ室からイオン検出室に接続し、
リング導電体膜電極、イオントラップ上部電極、およびイオントラップ下部電極に所定の電圧を印加することによって、イオン化室または引き出し電極・加速電極室からイオントラップ室に接続した中央孔を通ってイオントラップ室に入ったイオンはイオントラップ室に捕捉され、さらに捕捉されたイオンは、イオントラップ室からイオン検出室に接続した中央孔を通ってイオン検出室に出射され、イオン検出されることを特徴とする、イオントラップ型質量分析装置。
The upper substrate is attached to the upper surface of the main substrate, and the lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate.A ring electrode is formed on the main substrate.The penetration chamber formed in the center of the ring electrode is the ion trap chamber. An upper electrode (ion trap upper electrode) formed on the upper substrate is arranged on the upper portion, and a lower electrode (ion trap lower electrode) formed on the lower substrate is arranged on the lower portion of the ion trap chamber.
The ring electrode forms a conductor film (ring conductor film electrode) in a ring shape of the main substrate, and the ring conductor film electrode passes through the contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate to the upper substrate and/or the lower substrate. Connect to the outer electrode formed on the lower substrate,
The ion trap upper electrode and the ion trap lower electrode are connected to the outer electrodes formed on the upper substrate and the lower substrate through the contact wirings formed on the upper substrate and the lower substrate, and the ring electrode is a main substrate having a central hole. , One of the penetration chambers adjacent to the ion trap chamber is the ionization chamber or between the extraction electrode/accelerating electrode chamber and the ion trap chamber, and the other penetration chamber adjacent to the ion trap chamber. Located between an ion detection chamber and an ion trap chamber, one central hole connects from the ionization chamber to the ion trap chamber, the other central hole connects from the ion trap chamber to the ion detection chamber,
By applying a predetermined voltage to the ring conductor film electrode, the ion trap upper electrode, and the ion trap lower electrode, the ion trap chamber is passed through the central hole connected to the ion trap chamber from the ionization chamber or the extraction electrode/acceleration electrode chamber. The ion that entered is trapped in the ion trap chamber, and the trapped ion is emitted from the ion trap chamber through the central hole connected to the ion detection chamber to the ion detection chamber and is detected. , Ion trap mass spectrometer.
主基板の上面を上部基板が、主基板の下面を下部基板が付着し、主基板にリング電極が形成され、リング電極の中央に形成された貫通室はイオントラップ室であり、イオントラップ室の上部は、上部基板に形成された上部電極(イオントラップ上部電極)が配置され、イオントラップ室の下部は、下部基板に形成された下部電極(イオントラップ下部電極)が配置され、
リング電極は、主基板のリング形状に導電体膜(リング導電体膜電極)を形成し、リング導電体膜電極は、上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極に接続し、
イオントラップ上部電極およびイオントラップ下部電極は、上部基板および下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および下部基板に形成された外側電極に接続し、リング電極は、中央孔を有する主基板であり、
イオントラップ室の上部に配置された一方の貫通室であるイオン化室または引き出し電極・加速電極室とイオントラップ室の間に配置され、またイオントラップ室の隣に配置された他方の貫通室であるイオン検出室とイオントラップ室の間に配置され、一方の中央孔はイオン化室からイオントラップ室に接続し、他方の中央孔はイオントラップ室からイオン検出室に接続し、
リング導電体膜電極、イオントラップ上部電極、およびイオントラップ下部電極に所定の電圧を印加することによって、イオン化室または引き出し電極・加速電極室からイオントラップ室に接続した中央孔を通ってイオントラップ室に入ったイオンはイオントラップ室に捕捉され、さらに捕捉されたイオンは、イオントラップ室からイオン検出室に接続した中央孔を通ってイオン検出室に出射され、イオン検出されることを特徴とする、イオントラップ型質量分析装置。
The upper substrate is attached to the upper surface of the main substrate, and the lower substrate is attached to the lower surface of the main substrate.A ring electrode is formed on the main substrate.The penetration chamber formed in the center of the ring electrode is the ion trap chamber. An upper electrode (ion trap upper electrode) formed on the upper substrate is arranged on the upper portion, and a lower electrode (ion trap lower electrode) formed on the lower substrate is arranged on the lower portion of the ion trap chamber.
The ring electrode forms a conductor film (ring conductor film electrode) in a ring shape of the main substrate, and the ring conductor film electrode passes through the contact wiring formed on the upper substrate and/or the lower substrate to the upper substrate and/or the lower substrate. Connect to the outer electrode formed on the lower substrate,
The ion trap upper electrode and the ion trap lower electrode are connected to the outer electrodes formed on the upper substrate and the lower substrate through the contact wirings formed on the upper substrate and the lower substrate, and the ring electrode is a main substrate having a central hole. ,
One of the penetration chambers located above the ion trap chamber is the ionization chamber or between the extraction electrode/acceleration electrode chamber and the ion trap chamber, and the other penetration chamber adjacent to the ion trap chamber. It is arranged between the ion detection chamber and the ion trap chamber, one central hole is connected from the ionization chamber to the ion trap chamber, the other central hole is connected from the ion trap chamber to the ion detection chamber,
By applying a predetermined voltage to the ring conductor film electrode, the ion trap upper electrode, and the ion trap lower electrode, the ion trap chamber is passed through the central hole connected to the ion trap chamber from the ionization chamber or the extraction electrode/acceleration electrode chamber. The ion that entered is trapped in the ion trap chamber, and the trapped ion is emitted from the ion trap chamber through the central hole connected to the ion detection chamber to the ion detection chamber and is detected. , Ion trap mass spectrometer.
上面から下面に貫通する複数の貫通室を有する主基板、主基板の上面に付着した上部基板、主基板の下面に付着した下部基板、貫通室を仕切る中央孔を有する基板側壁板を含む加速装置であって、荷電粒子は貫通室および基板側壁板の中央孔を通ることを特徴とする加速装置。 An accelerator including a main substrate having a plurality of through-holes penetrating from the upper surface to the lower surface, an upper substrate attached to the upper surface of the main substrate, a lower substrate attached to the lower surface of the main substrate, and a substrate sidewall plate having a central hole partitioning the through-hole. Wherein the charged particles pass through the through chamber and the central hole of the substrate side wall plate. 加速装置は、荷電粒子発生機構、線形加速機構を含み、荷電粒子発生機構、線形加速機構は貫通室に形成されることを特徴とする、請求項54に記載の加速装置。 55. The accelerator according to claim 54, wherein the accelerator includes a charged particle generation mechanism and a linear acceleration mechanism, and the charged particle generation mechanism and the linear acceleration mechanism are formed in the through chamber. 貫通室内に形成される電極および配線は、CVD法、PVD法、メッキ法、電鋳法から選択された1つまたは複数の方法により積層された導電体膜であり、上部基板および/または下部基板に形成されたコンタクト配線を通して上部基板および/または下部基板に形成された外側電極と接続することを特徴とする、請求項53または請求項55に記載の加速装置。 The electrodes and wirings formed in the penetrating chamber are conductor films laminated by one or more methods selected from a CVD method, a PVD method, a plating method, and an electroforming method, and the upper substrate and/or the lower substrate. 56. The accelerating device according to claim 53 or 55, wherein the accelerating device is connected to the outer electrode formed on the upper substrate and/or the lower substrate through the contact wiring formed on the substrate. 線形加速機構は、中央孔を有する基板側壁板に導電体膜を形成した電極(基板側壁板電極)を複数配置して構成され、前記基板側壁板電極に静電圧または高周波電圧を印加することにより、荷電粒子を加速または減速(集束)させることを特徴とする、請求項54〜請求項56のいずれか1項に記載の加速装置。 The linear acceleration mechanism is configured by arranging a plurality of electrodes (substrate side wall plate electrodes) having a conductor film formed on a substrate side wall plate having a central hole, and applying a static voltage or a high frequency voltage to the substrate side wall plate electrodes. The acceleration device according to any one of claims 54 to 56, wherein the charged particles are accelerated or decelerated (focused). 加速装置は、さらに減速(集束)機構を有しており、減速(集束)機構は、中央孔を有する基板側壁板に導電体膜を形成した電極(基板側壁板電極)を複数配置して構成され、前記基板側壁板電極に荷電粒子と逆電圧を印加することにより、荷電粒子を減速(集束)させることを特徴とする、請求項54〜請求項57のいずれか1項に記載の加速装置。 The accelerating device further has a deceleration (focusing) mechanism, and the deceleration (focusing) mechanism is configured by arranging a plurality of electrodes (substrate sidewall plate electrodes) having a conductor film formed on a substrate sidewall plate having a central hole. The acceleration device according to any one of claims 54 to 57, wherein the charged particles are decelerated (focused) by applying a reverse voltage to the charged particles to the substrate sidewall plate electrode. .. 加速装置は、さらに減速(集束)機構を有しており、減速(集束)機構は、四極磁石で行なうことを特徴とする、請求項54〜請求項58のいずれか1項に記載の加速装置。 The acceleration device according to any one of claims 54 to 58, wherein the acceleration device further has a deceleration (focusing) mechanism, and the deceleration (focusing) mechanism is performed by a quadrupole magnet. .. 四極磁石は、荷電粒子の通路である基板内に作製した貫通室を有する基板の外側から縦方向(基板面に対して垂直方向)において上下方向に電磁石を配置し、荷電粒子の通路である基板内に作製した貫通室を有する基板の外側から横方向(垂直方向に対して直角方向)において両側に電磁石を配置することを特徴とする、請求項59に記載の加速装置。 A quadrupole magnet has electromagnets arranged vertically in the vertical direction (perpendicular to the substrate surface) from the outside of a substrate having a through chamber formed in the substrate which is a passage for charged particles, and a substrate which is a passage for charged particles. 60. The accelerator according to claim 59, wherein electromagnets are arranged on both sides in a lateral direction (a direction perpendicular to the vertical direction) from the outside of the substrate having the through chamber formed therein. 電磁石を横方向に配置する場合において、電磁石の配置場所における基板領域を切断して、その開口部に電磁石を配置することを特徴とする、請求項60に記載の加速装置。 61. The accelerator according to claim 60, wherein, when the electromagnets are arranged in the lateral direction, the substrate region at the place where the electromagnets are arranged is cut and the electromagnets are arranged in the openings. 切断方法は、レーザーダイシングまたは高圧液体ジェットダイシングであることを特徴とする、請求項61に記載の加速装置。 The accelerating apparatus according to claim 61, wherein the cutting method is laser dicing or high pressure liquid jet dicing. コイルを貫通室の両側の主基板内に配置することを特徴とする、請求項60に記載の加速装置。 61. The accelerator according to claim 60, wherein the coils are arranged in the main substrate on both sides of the through chamber. コイルは、上下基板および主基板を貫通する貫通孔内に導電体膜(貫通孔配線)を形成し、上下基板で貫通孔配線を結線する配線を形成してコイル配線を形成し、コイルの両端電極は上部基板および/または下部基板に形成されることを特徴とする、請求項63に記載の加速装置。 For the coil, a conductor film (through hole wiring) is formed in the through holes penetrating the upper and lower substrates and the main substrate, and wiring for connecting the through hole wiring is formed on the upper and lower substrates to form the coil wiring. 64. The accelerator according to claim 63, wherein the electrodes are formed on the upper substrate and/or the lower substrate. 貫通室(荷電粒子収束用貫通室)の両側に貫通室(コイル配置用貫通室)を形成し、コイル配置用貫通室へコイルを挿入してコイルを荷電粒子収束用貫通室の両側に配置することを特徴とする、請求項63に記載の加速装置。 A through chamber (through chamber for coil placement) is formed on both sides of the through chamber (through chamber for charged particle focusing), and a coil is inserted into the through chamber for coil placement and coils are placed on both sides of the through chamber for focusing charged particles. 64. Accelerator according to claim 63, characterized in that コイルは、支持基板に付着したコイルをコイル配置用貫通室に挿入して配置することを特徴とする、請求項65に記載の加速装置。 66. The accelerator according to claim 65, wherein the coil is arranged by inserting the coil attached to the support substrate into the coil arrangement through chamber. コイルをコイル配置用貫通室の上部および下部に配置することを特徴とする、請求項59〜請求項66のいずれか1項に記載の
加速装置。
67. The accelerator according to any one of claims 59 to 66, wherein the coils are arranged in an upper portion and a lower portion of the coil arrangement through chamber.
コイルは上部基板および下部基板に密着または接近して配置することを特徴とする、請求項67に記載の加速装置。 69. The accelerator according to claim 67, wherein the coil is disposed in close contact with or close to the upper substrate and the lower substrate. コイルを形成した基板(コイル形成基板)を上部基板および下部基板に付着させてコイルを配置することを特徴とする、請求項68に記載の加速装置。 69. The accelerator according to claim 68, wherein the coil-formed substrate (coil-formed substrate) is attached to the upper substrate and the lower substrate to dispose the coil.
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