JP3578477B2

JP3578477B2 - 多層多重極

Info

Publication number: JP3578477B2
Application number: JP30311093A
Authority: JP
Inventors: ジェフリー・ティ・カーナン; ドナルド・エイ・ジョンソン; クラリス・ダブリュ・ラス，ザ・フォース
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1992-12-02
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: DE4341149C2; US5298745A; DE4341149A1; GB9324586D0; JPH06243822A; GB2274199A; GB2274199B

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般に荷電粒子光学の分野に関し、特に、四重極質量フィルタの分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多重極の技術は一般に、「荷電粒子」（すなわち、イオン、電子など）を分離し、集束し、または視準することを含む荷電粒子光学に使用されている。多重極技術の主な用途は四重極質量フィルタである。質量フィルタは、電界を使用して荷電粒子を分離することにより物質の化学組成を分析する道具である。四重極質量フィルタには、４個の平行な細長い極（すなわち、電極）があり、対向する平行極が電気的に接続されている。極は共通の原点の周りのそれぞれの象限に双曲線弧に非常に近い断面を備えている。
【０００３】
無線周波電力増幅器（ＲＦＰＡ）は極対の双方を駆動する。正の直流（ＤＣ）電位と加算された選択無線周波（ＲＦ）信号が一組の極を駆動する。第一の対に印加されるものとは１８０°位相がずれているＲＦ信号は、負のＤＣ電位と加算されて他の対の組を駆動する。
【０００４】
ＲＦ電界は比較的軽い荷電粒子の運動を支配し、それらを四重極フィルタの機能的中心領域から追い出す。ＤＣ電界は、比較的重い荷電粒子を支配し、導電性の異なる荷電粒子を極に吸引し吸着させる。適切な中間重量の荷電粒子は、ＲＦおよびＤＣの効果を相殺することにより四重極の中心を通って全般的に長手方向の軌道を進行することができる。
【０００５】
四重極の内側の質量選択電界のＲＦおよびＤＣの成分を適確に設定することにより、四重極はこの装置の動作範囲内で検出および測定のためどんな質量をも選択することができる。代わりに、四重極は高域フィルタとして働くことができる。ＤＣ成分はゼロに等しく、ＲＦの振幅は最低質量伝送限界を決める。
【０００６】
四重極質量フィルタの四個の極の理論上理想的な断面は、そのそれぞれの象限内で無限遠まで広がっている四つの双曲線である。一般に、四重極質量フィルタは原点に近い部分でしか双曲線弧を近似していない。それらは弧を、所要形状に研削されている固体金属棒（たとえば、モリブデン鋼またはステンレス鋼）で近似している。四重極質量フィルタは、四個の研削棒の所要相対配置を非導電性材料であるセラミックまたは他の剛体のハーネスで維持している。
【０００７】
しかし、四重極フィルタのこの４本棒構成の実現には幾つかの欠点がある。すなわち、高価であり、重く、かさばり、および位置合わせ不良に弱いことである。たとえば、４本の長さ数インチのモリブデン棒に理想的な双曲線面を研削することは、時間と材料との双方の面で高くつく。更に、双曲線面しか電気的には役立っていない。棒の容積は剛性を生ずるというような限られた機能に役立つだけである。内力または外力がセラミックハーネス中の４本の棒に衝撃を加えると、位置合わせ不良が生じやすい。更に、この位置合わせ不良は裸眼では検知することができず、しかも性能の質に悪影響を与える。
【０００８】
Ｈａｎｌｅｉｎに対して与えられ、かつジーメンス社（ＳｉｅｍｅｎｓＳｃｈｕｃｋｅｒｔｗｅｒｅＡｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ）に譲渡された米国特許第３３２８１４６号「質量分光計に対する分析電極システムの生産方法」、およびＨａｎｓｅｎ等に対して与えられ、かつヒューレットパッカード社に譲渡された米国特許第４８８５５００号「質量フィルタ用石英四重極」はガラスの四重極管および薄い金属ストリップから作られた四重極質量フィルタについて記述している。ガラス四重極管は、四重極の４極に対する基体となる四つの相互接続された切頭双曲線、半円などの断面を持っている。金属の薄いストリップがこれら４極基体に合致し、双曲線形状の電界を発生する双曲線断面を有する４個の極を作っている。
【０００９】
ガラス四重極質量フィルタには、４本棒四重極質量フィルタの、重さ、かさばり、製造コスト、および位置合わせ不良に対する弱さから成る主要問題点を排除するという長所がある。ガラス四重極質量フィルタには、耐熱性の金属棒をガラスおよび薄い金属ストリップで置き換えたことにより、重さおよびかさばりが非常に少なくなっているという長所がある。ガラスは、廉価であり、かつ心金の所要四重極形状に変形しやすいため製造コストを大幅に下げる。これにより、耐熱性の金属棒を研削する際に必要とされるコストおよび時間が、質量フィルタ１個あたり４本の棒についてのものから、多数の質量フィルタを形成する１個の心金についてのものへと減少する。その上、ガラスは通常耐熱性の金属より小さい非弾性変形を受けにくく、したがってガラス四重極はガラスが破壊しない限り有効な測定値を生ずる。
【００１０】
四重極質量フィルタはその質量／電荷比が約１ＡＭＵだけ異なる荷電粒子を分離する。これを行うには、極は精密な形状の双曲線電界を発生しなければならない。その上、隣接する二つの極から生ずる電界は位相が１８０°ずれており、その他は同一の形状および大きさを備えているべきである。極がこれらの仕様を満たす電界を生ずることができなければ、四重極の出力は最適より少なくなり、四重極の分解能は悪くなる。上に挙げた仕様を満たす電界を発生するには、極は極の長さに沿う抵抗が非常に低くなるのに充分なだけ厚くなければならず、極は四重極のガラス基板に精密に合致して双曲線断面を備えているようになっていなければならない。
【００１１】
米国特許第３３２８１４６号は、双曲線状ガラス表面に金を蒸着または陰極スパッタリングして単一金属の金属化表面または鏡面化表面を形成することを開示している。これら金の極には幾つかの問題点がある。すなわち、接着が不充分であること、金の薄い塗膜により比較的高い抵抗を生ずること、厚さが一様でないこと、および製造環境で一貫して作るのが困難であること、である。接着が不充分なのは、一部は純金とガラスとが形成する結合が弱いことから生ずる。強い結合を生ずる金の酸化物を生成することもできるが、それは四重極質量フィルタの動作に典型的な高温において純金に還元される。この純金は四重極から剥離する。抵抗が比較的高い極の約４〜１２インチ（１０〜１５ｃｍ）の長さに沿って電圧降下を生じ、荷電粒子を分離するという質量フィルタの能力を害することになる。金がスパッタされた極に伴う他の問題は、電界の形状をゆがめ、荷電粒子を分離するという四重極質量フィルタの能力を害することになる極の厚さの非一様性である。
【００１２】
米国特許第４８８５５００号は粘着性裏打ち（「銀テープ」）を有する銀の薄いストリップをガラス基体の内面の双曲線輪郭に設置することにより極を生成することを教示している。銀テープはガラス基板の双曲線輪郭に一様に合致して双曲線断面を有する極を生ずると共に、所要の双曲線形状を有する電界を発生しなければならない。これまでに存在しているガラス四重極質量フィルタの主な欠点には、以後の処理による銀テープの汚染およびそれらを高度に管理された仕方で製造するのが難しいことが挙げられる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
これまで説明した理由から、耐久性が高く、性能が高く、かつ製造歩止まりの高い多重極質量フィルタを備えることが有利である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、開口を有する絶縁多重極基体と、多重極基体の湾曲形内部に合致する薄膜めっき基体と、めっき基体上に電気めっきされた（または無電界めっきされた）精密形成された極と、を備えている多層多重極である。また、本発明は、めっき基体を多重極基体の湾曲形内部に結合する薄膜接着層を備えている。この接着層は拡散障壁としても働くことができ、または多重極は別々の拡散障壁層を備えることができる。
【００１５】
多重極基体は、極用の偶数個の別々の区画を備えており、各々は断面が全般的に双曲線状である内面を備えている。極は開口を有するブリッジにより相互に接続されている。各ブリッジには数個の開口があってもよく、或いはブリッジごとに１つの細長い開口があってもよい。開口は、多重極基体の湾曲形内部にめっき基体、接着層、および拡散障壁層を構成するのを容易にするという長所がある。さらに、これらの開口は、電荷が蓄積して極により発生される質量選択電界をゆがめ、荷電粒子の分離を邪魔する極／ブリッジ境界面の大きな区画を排除する。これらの開口には、真空を導入しやすいという別の利点がある。
【００１６】
接着層は多重極基体との強い結合を形成する薄膜層である。また、接着層は拡散障壁の機能を行うこともできる。薄膜めっき基体は、接着層上にまたは多重極基体上に直接スパッタされるが、電気めっき用の、酸化物が全く存在しない表面を形成している。極はめっき基体上に所要の厚さまで電気めっきされる。別の層、つまり薄膜拡散障壁層を接着層上に堆積して、基体および各種の層の拡散を防止することができる。
【００１７】
この構成には、耐久性のある高性能の極を高い製造歩止まりで生産するという長所がある。薄膜接着層は、極を絶縁基体に耐久性良く結合する。接着層およびめっき基体層が薄いため、これら各層は多重極基体の内面に精密に合致することができ、多重極基体の内面の双曲線形状を再現するめっき表面を有する極が得られるようになる。電気めっきのプロセスは、抵抗が低く、厚さが一様で、かつほとんど理想的断面の極を形成するので、高性能多重極は、一貫した予測可能な性能を備え、高い製造歩止まりを達成するようになる。
【００１８】
多重極基体は、極／ブリッジ境界面およびそこに蓄積する電荷を多重極の中心軸から遠い方に移動させる延長ブリッジを備えることができる。これには質量選択電界のゆがみを実質上減らすという長所がある。何故なら極／ブリッジ境界面に蓄積された電荷により生ずるゆがんだ電界の強さは、極／ブリッジ境界面からの距離の２乗分の１の比で減少するからである。
【００１９】
本発明による多重極には一貫した予測可能な性能、高耐久性、高性能、および高製造歩止まりという長所がある。耐久性のある極は、抵抗が低く、厚さが一様で、細長い基板部分の双曲線形状に合致しているので、ほぼ理想的な双曲線状断面を有する質量選択電界を発生する。開口は、極により生ずる質量選択電界をゆがめる電荷の堆積を防止する。延長ブリッジは、荷電粒子の分離、集束、または視準が行われる多重極の中心から極／ブリッジ境界面を取除く。これらはすべて高い製造歩止まりを生ずる精密自動製造技法で達成される。
【００２０】
【実施例】
当業者は、図面と共に以下の詳細な説明を読めば、本発明の長所および特徴を容易に認めるであろう。
【００２１】
多層多重極の好適実施例は、荷電粒子ビーム内の荷電粒子をその質量／電荷比に従って分離する四重極質量フィルタである。本発明の代替実施例は、６個、８個以上の電極を備えることができ、しかも荷電粒子を分離せずに荷電粒子ビームを集束し、または視準することもできる。これらの代替実施例は、四重極質量フィルタと実質上同じ仕方で製造される。
【００２２】
図１は多層四重極質量フィルタ２０の好適実施例の等角図を示す。図２は図１の線２ −２に沿って取った多層四重極質量フィルタ２０の断面図を示す。図３、図４および図５は、本発明の各種実施例に対する多層構造の拡大部分、ブリッジ２６、極３０、および極／ブリッジ境界面３４、を示す。
【００２３】
多層四重極質量フィルタ２０の好適実施例は、ガラス四重極基体２２を備えている。しかし、四重極基体２２は、本発明の範囲を逸脱せずに他の材料から形成することができる。四重極基体２２の材料の主要な要件は、電気的に絶縁性であるということである。
【００２４】
損失係数は、材料の絶縁定数と力率（損失角の正接）との積である。誘電率は、ＲＦ電界内での双極子の運動による、熱として回収できないエネルギーの量を決める。一般に、基体の温度が上がるにつれて、エネルギーの大きな割合が熱に消費される。四重極質量フィルタは、代表的には８００ｋＨｚと４ＭＨｚとの間の周波数で動作する。
【００２５】
質量フィルタについての損失係数の重要性は、基体内の熱暴走に関係する。熱暴走は、材料内部に発生した熱量がガラスから放射し得る熱より大きくなったとき生じる。その結果ガラスの温度が上がると、ガラスの体積抵抗が下がり、そして損失係数が大きくなり、ＲＦＰＡは一層多くのパワーを発生する必要があり、更に多量の熱発生をさえ生ずる。この正帰還サイクルは熱暴走を特徴づけるものであり、これにより究極的には供給され得るより多いパワーが必要になる。熱暴走の危険は、高いＲＦ電圧を必要とする高質量設定値のとき大きくなる。したがって、高性能質量フィルタには、損失係数の低い基体が必要である。
【００２６】
体積抵抗率はガラスの絶縁品質の尺度である。体積抵抗率は、高い温度での誘電体破損の危険を大きく支配する。換言すれば、体積抵抗率の大きいガラスは絶縁破壊を受けてＲＦＰＡに受容不能な負荷を課す可能性が少ない。体積抵抗率はここではΩ−ｃｍで表した体積のｌｏｇ_１０の単位で指定している。２５０℃で約１０の体積抵
抗率が、高性能用途に適切である。
【００２７】
熱応力抵抗とは、加熱および冷却中の損傷に抵抗するガラスの能力を指す。ここに使用している値は、板の試料を加熱してから、１０℃の水中に破壊せずに突込むことができる最大温度を指す。この状況は質量フィルタの環境で厳密に再現されるものではないが、熱応力抵抗は、ひずみ点、焼なまし点、軟化点、および動作点のような、関心のある他の熱変数と充分に相関して、温度変動状態下での耐久性の一般的指標として役立っている。一般に、熱応力抵抗はガラスの硬度または粘度と相関している。
【００２８】
熱膨張係数は材料が加熱されたとき膨張する度合いの尺度である。この係数が負であれば、材料は加熱されると収縮する。このパラメータは、プロセス中に寸法が変化する心金に基体が高温で一致しなければならないので、基体の成形性に影響する。このパラメータは、寸法変化が質量軸安定性、フィルタ分解能、および透過を害うので重要である。膨張係数が大きいということはまた、温度が変わる四重極は直径の変化を、したがって質量割当のずれを経験するということを意味する。形成および動作の両者で簡単さおよび確実さを最大にするには、熱膨張係数を正でかつ可能な限りゼロに近くすべきである。
【００２９】
図１に戻って、多層四重極質量フィルタ２０の好適実施例は約１０〜３０ｃｍ（約４〜１２インチ）の長さである。この実施例には四重極基体２２の渦巻き形内面に設けられた４個の極３０がある。ブリッジ２６は４個の極３０を相互接続し、四重極基板２２に構造的剛性を与える。ブリッジ２６は、極３０の形成を容易にし、極／ブリッジ境界面３４に電荷が蓄積しないようにする開口２４を備えている。図１に示す四重極基体２２の好適実施例は約１．５ｍｍの厚さであり、長さ約５０ｍｍの開口２４を１ブリッジあたり３個、ブリッジ２６を隣接する極３０の各組あたり４個、備えている。
【００３０】
電荷は導電極３０と絶縁ブリッジ２６との境界面に蓄積する。この蓄積した電荷は極３０により作られた質量選択電界をゆがめる電界を生ずる。この妨害は、高質量設定値から低質量設定値へ進むときのように低電圧設定値に先立ち高電圧設定値を選択するときに特有の問題である。電荷の蓄積は高質量設定のとき最大である。これは、電界がそれら設定値において最も強いからである。質量設定値が高質量設定値から低質量設定値に切換わると、電荷の蓄積が消散し始めるが、この消散期間中に、極により発生された質量選択電界をゆがめ、荷電粒子の通過を禁止する電界が発生する。電荷は導体／絶縁体境界に蓄積する。絶縁ブリッジ２６の部分を四重極基体２２から取外すと開口２４が生じ、電荷が蓄積してそれらが破壊電界を発生する対応する導体／絶縁体が無くなる。
【００３１】
四重極基体２２は熱いガラス管を図１１に示す心金１１０に合致させることにより作られる。心金１１０は、ガラス四重極基体２２を形成するのに使用される高温に繰返し暴露されてからもその形状を保持できるように、モリブデン、タングステンのような、耐熱性の金属、または耐熱性金属の合金または混合物、またはハフニウム、炭素、およびモリブデンの合金から作るべきである。心金１１０は所要精度で機械加工し、研削し、研磨してその外側寸法が形成温度において四重極基体２２の所要内側寸法に対応するようにしなければならない。金属の熱膨張係数はガラスのものより大きいから、心金１１０は室温で四重極基体２２の所要内側寸法よりわずかに小さくなければならない。
【００３２】
断面が円形で直径および厚さが適切な図１２に示すガラス管１１２は一端１１４で閉じている。心金１１０をガラス管１１２に軸方向に挿入し、ガラス管の開放端１１６を真空ポンプに接続する。大気圧が、加熱されたガラス管１１２を心金１１０にしっかり押し付ける。一旦真空成形ガラス管１１８が心金１１０に合致すると、ガラス管および心金が冷却する。この段階中、心金１１０は真空成形ガラス管１１８から離れて収縮するので、ガラス管１１８を、図１３に示すように、容易に取外すことができる。
【００３３】
真空成形ガラス管１１８を取外したら、これを所要長さ、好適実施例では１０〜３０ｃｍ（４〜１２インチ）に切断する。図１３に示してあるブリッジ１２０の部分を研削またはフライス加工して開口１２２を作る。
【００３４】
図３、図４、および図５は本発明の各種実施例について図２の四角形３で囲まれている構造の詳細を示している。図３は本発明の好適実施例に対する詳細を示し、図４および図５は本発明の代替実施例に対する詳細を示す。
【００３５】
図３は、四重極基体２２と強い結合を形成する薄膜接着／拡散障壁層４０、薄膜層めっき基体４４、および電気めっき極３０を示す。本発明の好適実施例では、四重極基体２２はガラスである。他の材料を使用することができるが、先に記した理由でガラスが望ましい。
【００３６】
好適実施例は金から作られためっき基体４４を備えているが、本発明の範囲から逸脱することなく他の金属を使用することができる。貴金属は、空気中で酸化膜を作らず、比較的不活性であり、かつその抵抗率が低いので、望ましい材料である。電気めっき金属は金属酸化物と強い結合を形成することがないので、表面に酸化物が全く無いめっき基体が望ましい。貴金属めっき基体４４は、比較的不活性で必要時まで貯蔵しておくことができるため、製造手順の計画が簡単になる。めっき基体を低抵抗率貴金属から形成すれば、めっき基体を薄く且つ低抵抗にすることができる。先に説明したとおり、抵抗は抵抗率に正比例し、断面積に反比例する。薄いめっき基体４４は、その層内の応力が小さく、かつ接着が良いため、耐久性が大きいという長所がある。薄いめっき基体４４の別の長所は、図２に示してある双曲線状極基体に精密に合致し、電気めっきについてほぼ理想的な双曲線面を作るというその能力である。
【００３７】
金および他の貴金属はガラスと強い結合を形成しない。本発明の好適実施例はこの問題をガラス四重極基体２２の上に薄膜接着／拡散障壁層４０をスパッタ蒸着させることにより解決している。チタンおよびクロムはガラスと強い結合を形成するが、これらは１５０℃より上の温度で拡散する可能性がある。接着層が基体から拡散して離れると、接着の問題を生ずる可能性があり、電気めっきプロセスを妨害する可能性があり、めっき後の極３０の表面導電率を変化させる可能性がある。タングステンは優れた拡散特性を備えているが、タングステン／二酸化シリコン結合は、チタン／二酸化シリコン結合またはクロム／二酸化シリコン結合のいずれよりも弱い。本発明の好適実施例はタングステンの拡散特性および四重極基体２２の内面に１０％〜１５％のチタンと８５％〜９０％のタングステンとの混合物である薄膜チタン／タングステン層をスパッタ蒸着することにより、チタンが四重極基体２２の内面に形成する二酸化シリコンとの強力な結合を活用している。
【００３８】
図１６は図１３に示すブリッジ１２０をスパッタ金属で被覆されないように遮蔽するマスク１２４を示す。図１６に示すマスク１２４は図１３に示すブリッジ１２０を完全に囲む箱１２６を備えている。また、図１６に示すマスク１２４は図１４に示す開口１２２と整列する穴１２８を備えているので、スパッタ金属は四重極基体の内面に到達することができる。図１６に示すマスク１２４はパターンを打抜加工することにより、またはケミカルミーリングで図１５に示すパターン化金属ストリップ１３０を形成することにより製造される。パターン化金属ストリップ１３０をミシン目１３２に沿って曲げて図１６に示す立上がり部分１３４を形成し、箱１２６を取付けてマスク１２４の最終形態を形成する。
【００３９】
スパッタ金属の大部分は図２に示す四重極基体２２の外面に付着し、副産物金属化層３２を形成し、スパッタ金属の小部分だけが極基体２８に付着する。所要厚さの薄膜層を極基体２８の上に形成するには、厚い副産物金属化層３２を堆積する必要がある。薄膜層用に選定した金属は副産物金属化層３２の破壊を防止する低応力層を形成しなければならない。接着層にチタン・タングステン混合物を使用する利点は、それが比較的低応力の副産物金属化層３２を形成することである。
【００４０】
金は、めっき基体４４に好適な金属であるが、チタン・タングステンの酸化物に付着しないから、またチタン・タングステンはゲッタとして作用して不純物を吸収するから、めっき基体４４は接着層４０の上に、この層を形成してからわずか後にスパッタされる。めっき基体層４４は部分的に組立てられた四重極質量フィルタを完全に密封するので、該フィルタをめっき工程が始まるまで何週間も貯蔵することができる。
【００４１】
図３に示す極３０はめっき基体４４の上に電気めっきまたは無電解めっきされ、したがって極３０は端から端まで約０．１Ωの抵抗を備え、極３０の長さに沿う実質上の電圧降下を防止している。極３０の厚さはめっきした金の抵抗率および極の幅により、２．５〜３．０μまでの間で変わる。好適実施例は、円筒陽極を、めっき基体４４を有する部分的に構成された四重極質量フィルタ２０に設置している。電気めっきにより極３０を形成することには極を精密な許容差に合わせて作るという利点がある。極３０の厚さ、極３０の厚さの一様性、および極３０の抵抗を精密に制御することができる。電気めっきまたは無電解めっきにより極３０を形成すれば、必要な時間および経費が少なく、低コストであるという利点がある。また、電気めっきには抵抗の低い厚い極を形成するという利点がある。
【００４２】
金は、極３０の厚さを減らすその低い抵抗率のため、極として好ましい金属である。薄い極３０は、極層内部に存在する応力が小さいため、および極が四重極基体に良く付着するため、耐久性が大きいという利点を備えている。極３０を形成するのに他の金属をめっき基体４４に電気めっきすることは本発明の範囲を逸脱しない。
【００４３】
図４は本発明の代替実施例について図２の矩形３により囲まれた構造の詳細を示す。この実施例は別々の接着層および別々の拡散障壁層を備えている。チタン、クロム、または他の金属が接着層４０を構成している。接着層４０の上にスパッタされた拡散障壁層４２は接着層４０がめっき基体４４に拡散してめっき基体４４の酸化物の全く無い表面を汚染することのないようする。また、拡散障壁層４２はめっき基体４４の貴金属が接着層４０の中に移動してガラスとガラス基体との間の結合を弱くすることのないようにする。拡散障壁層４２は白金、タングステン、または他の材料から形成される。めっき基体４４は拡散障壁層４２の上にスパッタ蒸着され、極３０は上述の仕方で電気めっきされる。
【００４４】
図５は接着層または拡散障壁層を備えていない本発明の代替実施例を示す。四重極基体２２は（湿式または乾式化学エッチングを使用して）化学的にマイクロエッチされて、機械的結合に備える顕微鏡的粗面を形成する。めっき基体４４はマイクロエッチされた四重極表面に直接スパッタ堆積され、極３０は上述の仕方で電気めっきされる。
【００４５】
図６および図７は細長い開口を有する多層四重極質量フィルタ６０を示す。図６は等角図を示し、図７は断面図を示している。四重極質量フィルタ６０は端に設けられた８個のブリッジ６６とそれを横断してほとんど全長にわたって延びる４個の長い開口６４とを有する四重極基体６２を備えている。四重極基体６２は、ブリッジの数が少なく、かつ構造的剛性をその３〜５ｍｍの厚さに頼っているので、図１に示す四重極基体２２より厚くなければならない。細長い開口６２を有する四重極基体は図１に示す四重極基体２２と同じ仕方で製造される。
【００４６】
この実施例には極／ブリッジ境界面３４の長さを端に設けられたブリッジ６６の長さにまで減らして不要な電荷の量を減らすようにする利点がある。また、この実施例には不要な電荷の蓄積を、この蓄積を珪酸カリウム混合物のような電圧傾度低減混合物により制御することができる四重極基体６２の端に、限定するという利点がある。
【００４７】
図８は延長ブリッジ８６を備えた四重極質量フィルタ８０の代替実施例の斜視図を、図９はその断面図を示す。延長ブリッジ８６は図９に示す極／ブリッジ境界面９０と荷電粒子分離の大部分が行われる四重極質量フィルタの中心軸との間の距離を大きくする。この距離を大きくすると、極／ブリッジ境界面９０により作られるゆがみ電界の振幅がほぼ極／ブリッジ境界面９０からの距離のほぼ２乗で減少するので、質量選択電界に蓄積する電荷のゆがみ効果を減らすという効果がある。図８に示す実施例の他の長所は極／ブリッジ境界面９０と四重極質量フィルタ８０の中心軸との間に通視線が無いということである。
【００４８】
図１０は延長ブリッジ８２を有する四重極基板を形成するのに使用される心金９２の断面図を示す。心金９２は図１１に示す心金１１０と同じ材料からおよび同じ仕方で作られる。延長ブリッジ８２を有する四重極基体は図１に示す好適実施例の四重極基体２２と同じ仕方で作ることができる。心金９２に嵌入するガラス管は心金９２を封止するまでにかなりな距離落下しなければならず、心金９２の最も深い部分は心金９２の最も重要な部分、すなわち双曲線状極基体８８である。代わりの方法はガラス管を２回落下させる２段階プロセスであり、最初はゆるい許容差の心金上に、次にわずかに小さくかつ精密な仕様に作られている心金９２の上に落下させる。
【００４９】
延長ブリッジ８６を取外して長い開口８４を形成すると、延長ブリッジ四重極基体８０に丈夫な機械的支持を与えるＵ字溝が形成される。図１１に示すガラス管１１０は図１に示す四重極基体２２を作るのに使用されるガラスの厚さを備えることができる。ここに示した四重極基体はすべて本発明の範囲を逸脱することなく多層構造または多層構造体の変形により被覆することができる。本発明の範囲内にある多層構造の変形には各種の層に代替金属を使用することおよび拡散障壁層を使用せずに接着層を使用することが含まれる。
【００５０】
本明細書に引用した刊行物および特許出願書はすべて、上記引用をもって本出願にその開示内容を包含させたものとし、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
本発明の好適実施例のこれまでの記述は図解および説明のために提示されたものである。それは本発明のあらゆる場合の開示を意図するものではなく、また本発明を上記開示の厳密な形態に限定しようとするものでもない。明らかに多数の修正案および変形案が上記教示に照らして可能である。実施例は本発明の最良態様を最も良く説明するように選定された。したがって、本発明の範囲が特許請求の範囲により規定されることを意図している。
【００５２】
【発明の効果】
本発明による多重極は上述のように、一貫した予測可能な性能、高耐久性、高性能、および高製造歩止まりという長所がある。耐久性のある極は、抵抗が低く、厚さが一様で、細長い基板部分の双曲線形状に合致しているので、ほぼ理想的な双曲線状断面を有する質量選択電界を発生する。開口は極により生ずる質量選択電界をゆがめる電荷の堆積を防止する。延長ブリッジは、荷電粒子の分離、集束、または視準が行われる多重極の中心から極／ブリッジ境界面を取除く。これらはすべて高い製造歩止まりを生ずる精密自動製造技法で達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】多層四重極質量フィルタの好適実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿って取った多層四重極質量フィルタの好適実施例の断面図を示す。
【図３】本発明の好適実施例の、図２で四角形３により囲まれた多層構造の詳細を示す概略図である。
【図４】本発明の代替実施例の、図２で四角形３により囲まれた多層構造の詳細を示す概略図である。
【図５】本発明の代替実施例の、図２で四角形３により囲まれた多層構造の詳細を示す概略図である。
【図６】細長い開口を有する多層四重極質量フィルタの代替実施例の等角図を示す。
【図７】図６の線７−７に沿って取った多層四重極質量フィルタの代替実施例の断面図を示す。
【図８】延長ブリッジを有する多層四重極質量フィルタの代替実施例の等角図を示す。
【図９】図８に示す線９−９に沿って取った多層四重極の代替実施例の断面図を示す。
【図１０】図８および図９に示す延長ブリッジを有する四重極基体を作るのに使用される心金を示す。
【図１１】四重極基体を作る工程の一部を示す斜視図である。
【図１２】四重極基体を作る工程の一部を示す斜視図である。
【図１３】四重極基体を作る工程の一部を示す斜視図である。
【図１４】四重極基体を作る工程の一部を示す斜視図である。
【図１５】ブリッジをスパッタ金属から遮蔽するマスクを示す概略図である。
【図１６】ブリッジをスパッタ金属から遮蔽するマスクを示す概略図である。
【符号の説明】
２０多層四重極質量フィルタ
２２ガラス四重極基体
２６ブリッジ
３０極
３４極／ブリッジ境界面
１１０心金
１１２ガラス管

Claims

多重極であって、
ａ．偶数個の極基体と、極基体の隣接対を接続するブリッジを有する多重極基体であって、前記極基体の各々は、概ね双曲線状の断面を有する内面を有し、前記極基体は、並行な対向対を成している、多重極基体と、
ｂ．前記極基体の内面に適合するめっき基体と、
ｃ．概ね双曲線状の断面を有するように、前記めっき基体に適合する電気めっき極
からなる、多重極。
多重極であって、
ａ．内面が概ね双曲線状の断面を有する偶数個の極基体と、極基体の隣接対を接続するブリッジを有する多重極基体であって、前記極基体は、並行な対向対を成している、多重極基体と、
ｂ．前記極基体の隣接対の各々を接続する隣接ブリッジ対の各々の間に配置された開口であって、前記極基体に平行に延在する開口と、
ｃ．前記極基体の内面に適合するめっき基体と、
ｄ．前記めっき基体上に形成され、前記極基体の内面に適合する電気めっき極
からなる、多重極。
四重極であって、
ａ．４つの極基体と、極基体の隣接対を接続するブリッジを有する四重極基体であって、各極基体は、概ね双曲線状の断面を有する内面を有し、前記極基体は、並行な対向対を成している、四重極基体と、
ｂ．前記極基体の内面に適合するめっき基体と、
ｃ．概ね双曲線状の断面を有するように、前記めっき基体に適合する電気めっき極
からなる、四重極。