WO1998049711A1 - Microdispositif pour generer un champ multipolaire, en particulier pour filtrer ou devier ou focaliser des particules chargees - Google Patents

Microdispositif pour generer un champ multipolaire, en particulier pour filtrer ou devier ou focaliser des particules chargees Download PDF

Info

Publication number
WO1998049711A1
WO1998049711A1 PCT/FR1998/000831 FR9800831W WO9849711A1 WO 1998049711 A1 WO1998049711 A1 WO 1998049711A1 FR 9800831 W FR9800831 W FR 9800831W WO 9849711 A1 WO9849711 A1 WO 9849711A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
microdevice
microbeams
charged particles
plates
filtering
Prior art date
Application number
PCT/FR1998/000831
Other languages
English (en)
Inventor
Robert Baptist
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat A L'energie Atomique filed Critical Commissariat A L'energie Atomique
Priority to EP98922869A priority Critical patent/EP0978139A1/fr
Priority to JP54666198A priority patent/JP2001522514A/ja
Priority to US09/381,917 priority patent/US6465792B1/en
Publication of WO1998049711A1 publication Critical patent/WO1998049711A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
    • H01J49/4205—Device types
    • H01J49/421—Mass filters, i.e. deviating unwanted ions without trapping
    • H01J49/4215—Quadrupole mass filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0013—Miniaturised spectrometers, e.g. having smaller than usual scale, integrated conventional components
    • H01J49/0018—Microminiaturised spectrometers, e.g. chip-integrated devices, Micro-Electro-Mechanical Systems [MEMS]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/10—Lenses
    • H01J2237/12—Lenses electrostatic
    • H01J2237/1205—Microlenses

Definitions

  • the invention relates to the field of electrode architectures for generating a multipolar field, or for filtering or deflecting or focusing charged particles. More particularly, the invention relates to microdevices integrating sets of microelectrodes, also with the aim of generating a multipolar field in particular for filtering or deflecting or focusing charged particles.
  • the invention finds an application in particular in the field of mass spectrometry: in fact, the sets of electrodes according to the invention can be used in mass spectrometers. The invention therefore also relates to the field of mass spectrometry.
  • Mass spectrometry is a widely used analytical technique in laboratories and industry. Thanks to it, the nature of the constituents of a gas can be determined with a sensitivity better than the ppm. To do this, the gas to be analyzed must be under low pressure, generally less than 10 ⁇ 4 mbar. This is a limitation for many applications where the pressure is higher
  • a mass spectrometer has three distinct parts, as illustrated in Figure 1: an ionization chamber 2, a separator 4 (filter) and an ion detector 6. Many separators are of the quadrupole type .
  • the theory of unipolar, quadrupolar mass spectrometers, etc. is for example described in the work "Engineering Techniques", volume P3, P 2615, p. 1-39.
  • the mass filter 4 is the place where, by the play of electromagnetic forces, the ions of different masses are separated.
  • a quadrupole (dedicated term meaning "mass analyzer equipped with a quadrupole type filter")
  • a high frequency electric field is generated between 4 parallel bars 8, 10, 12, 14 such as those represented in FIG. 1. It is assumed that the ions move in the mean direction OZ parallel to the bars.
  • a quadrupole electric field is such that its amplitude is a linear function of the coordinates.
  • the electric potential is therefore a quadratic form of the coordinates. It can be written in the form
  • V ( ⁇ / r 2 ) x (x 2 -y 2 )
  • r is the distance between the axis OZ and the bars (we also call r the throat radius of the quadrupole) and ⁇ a constant value of the potential.
  • the potential V also comprises a time-dependent component (term in cos ⁇ t) which is used to oscillate the charged particles.
  • the equipotential lines which correspond at a given moment to this distribution of potentials (as a function of the potentials applied to the bars) are hyperbolas in the XOY plane. In the ideal case, the straight sections of the bars have this same form of hyperbola.
  • a quadrupole system with bars 16, 18, 20, 22 of hyperbolic section is illustrated in FIG. 2 and is for example described in US-5,373,157.
  • the bars In the majority of cases, and in order to use only machining that is easy to carry out, the bars have straight circular sections osculating with hyperbolas at their apex; such cross sections 26, 28, 30, 32 are also represented in FIG. 2. A degradation of the resolution results from the passage from the hyperbola to the circle.
  • WO-96/31901 describes a miniaturized quadrupole mass spectrometer. This device uses cylindrical beams made from metallized optical fibers. In such a device, the insulators located between the cylindrical bars can lead to load effects detrimental to the operation of the device.
  • US Patent 5,401,962 describes a miniature quadrupole. The miniaturization, or the reduction in size, comes, in this document, from the assembly in parallel of a plurality of quadrupoles. This device lacks resolution. Furthermore, its production, even if it uses cylindrical electrodes, is fairly tedious.
  • Control plate for a lithography device.
  • This control plate essentially comprises a semiconductor substrate in which is made a window, or opening, to allow the passage of beams of particles.
  • Deflection elements make it possible to deflect the beams.
  • This document also describes methods for producing such a plate. In these methods, the deflection elements are obtained by etching a layer to produce depressions therein having the shape of the deflection elements, then voltaic filling of the depression zones. The deflection elements are therefore produced in a direction perpendicular to the plane of these layers.
  • the field generated is a uniform field in all directions and throughout the space between the planar electrodes. This field is not multipolar.
  • the invention relates to a microdevice for generating a transverse multipolar field, comprising n conductive microbeams, longitudinal, with polygonal cross section, arranged around a longitudinal axis.
  • the field is constant along the longitudinal axis.
  • multipolar field any electric field, even monopolar. Such a field is not uniform since it is multipolar or monopolar. Consequently, according to the invention, the production of electric fields on submillimetric scales, and deriving from potentials of the quadrupolar, hexapolar or octopolar type or, more generally, N-polar (N> 1), can be carried out with electrode structures (also called lenses) in which the electrodes have a cross section of polygonal shape. Such electrodes are compatible with an embodiment implementing the techniques of microelectronics or microtechnology, and therefore allow the manufacture of miniaturized mass spectrometers.
  • the invention also relates to a microdevice for filtering or deflecting or focusing charged particles, comprising n conductive microbeams, longitudinal, of polygonal cross section, and arranged around a longitudinal axis of propagation of charged particles.
  • the invention also relates to a microdevice for filtering or deflecting or focusing charged particles comprising a microdevice for generating a transverse multipolar field as already described above.
  • the invention defines an electrode structure for a filtering or deflection or focusing microdevice, which is compatible with an embodiment by the techniques of microelectronics or microtechnology. It is thus possible to generate electric fields, for a microdevice of filtering or deflection or focusing, on submillimetric scales.
  • the electrodes used in the device of quadrupole type, or more generally N-polar have sizes that cannot fall below certain dimensions, which limits the smaller size of the device.
  • document US Pat. No. 5,401,962 mentions cylindrical electrodes with a diameter between 0.5 mm and 1 mm, and with a length between about 1 cm and 2 cm.
  • the electrode structure according to the invention makes it possible to produce submillimetric devices (for example with bars the thickness of which is around a few hundred ⁇ m) and which can work at higher pressure (for example around 10 "2 mbar ).
  • Multipolar structures according to the invention can be associated with means for polarizing the conductive microbeams. Likewise, they can be associated with means for introducing ions or charged particles in a direction defined by the axis, or the axes, longitudinal / longitudinal. A multipolar field is associated with each longitudinal axis, all the longitudinal axes being parallel. According to a particular embodiment, each microbeam can be produced in a planar substrate and maintained in the plane of the substrate by lifting bars.
  • the microdevice may include: - at least first and second plates of insulating or semiconductor material,
  • the microdevice includes for example:
  • the means for holding the plates parallel to each other may also allow a alignment of said plates so as to obtain the desired multipolar field.
  • these means are spacers arranged in notches made in the plates to ensure this alignment.
  • These structures are entirely compatible with a collective and extremely precise production (at approximately + 1 ⁇ m), which can be implemented with techniques of etching and working of substrates known in microelectronics.
  • the invention also relates to a mass spectrometer comprising a microdevice according to the invention, as set out above, means for introducing ions therein and detection means.
  • the subject of the invention is a method of producing a microdevice for generating a transverse multipolar field and in particular a microdevice for filtering or deflecting or focusing charged particles, comprising the following steps: - etching of P substrates in insulating or semiconductor material so as to define, in each substrate, one or more microbeams,
  • FIG. 1 schematically represents a mass analyzer of the quadrupole type
  • FIG. 2 illustrates the production of quadrupoles using hyperbolic or cylindrical electrodes
  • FIG. 3 represents the production of a quadrupole according to the invention
  • FIGS. 4A and 4B represent, in section and in top view, a detailed embodiment of a quadrupole system according to the invention
  • FIG. 5 schematically represents a scale of microbeams
  • FIG. 6 is a plan view of a set of quadrupoles operating in parallel
  • FIGS. 7A and 7B represent, in section and in top view, a multiple quadrupole according to the invention, machined by microtechnology
  • a structure for producing a quadrupole according to the invention is illustrated on the Figure 3.
  • electrodes 32, 34, 36, 38, of polygonal cross section are arranged parallel to each other, and symmetrically with respect to an axis AA '.
  • the polygonal section shown in FIG. 3 is a square section, but other polygonal sections (pentagon, hexagon, etc.) can be produced within the framework of the invention.
  • This electrode assembly constitutes a quadrupole structure which can be implemented, for example in the context of a mass spectrometer. Such a quadrupole structure is then coupled on the one hand to an ion source (located at one end of the quadrupole structure) and on the other hand to an ion detection system (located at the other end of the structure quadrupole). Examples of such ion sources and such detection systems are described in the work "Engineering Engineering", volume P3, P2615, pages 1-39.
  • Each of the electrodes is connected to means for applying a certain potential to it. This results in an electric field in the space between the four electrodes, and around the axis AA '. If the electric field generated is a quadrupole electric field, its amplitude will be a linear function of the coordinates X, Y, Z. When the quadrupole serves as a filter or as a means of deflecting or focusing the beam of particles 40, the potential V also comprises a time-dependent component (term in cos ⁇ t) which makes it possible to oscillate the charged particles.
  • FIG. 4A An embodiment of a quadrupole system according to the invention is illustrated more precisely in FIG. 4A.
  • references identical to those of FIG. 3 designate the microbeams, of polygonal section (here: square), of the quadrupole device.
  • the device also comprises spacers 40, 42, making it possible to separate the upper plane 44, in which the upper microbeam 32 is made from the intermediate plane 46, in which the two microbeams 34, 38 are made and, on the other hand, the plane intermediate 46 of the lower plane 48 in which the microbeam 36 is produced.
  • FIG. 4B represents a top view of this device: the upper microbeam 32 is obtained for example by etching and partial or total metallization of a wafer of insulating material or semiconductor defining the plane 44.
  • the length 1 of the windows released by etching in the plane 44 is approximately 20 (where e is the thickness of a microbeam).
  • the microbeams 34, 38 are obtained by etching and partial or total metallization of a wafer of insulating or semiconductor material defining the plane 46 and the lower microbeam 36 is obtained by etching and partial or total metallization of a wafer of an insulating or semiconductor material defining the lower plane 48.
  • the references 50, 52, 54, 56 designate lift bars which connect the microbeam 32 to the rest of the plane 44.
  • such lift bars support the microbeams and connect those between them or with the engraved substrate.
  • Notches 60, 62, 64 are also made in the various material plates in order to be able to position the spacers 40, 42.
  • these notches are produced by etching the material plates, they will have a thickness equal to the distance separating two parallel planes increased by the etching depth in each of the material plates.
  • the spacers can be made, depending on the length of the device, in a single block or in several blocks.
  • the references 40-1, 40-2, 40-3 and 42-1, 42-2, 42-3 designate the traces of six spacers (three spacers aligned on each side) which separate the upper 44 and intermediate 46 planes.
  • each spacer has small dimensions Ci, c 2 , for example each equal to 1 mm or each less than 1 mm.
  • plates are selected in which the upper 44, intermediate 46 and lower 48 planes of the structure will be produced.
  • Such wafers can be silicon wafers, of thickness e being for example 0.5 mm.
  • steps 1 to 4 1) -
  • the upper 44 and lower 48 plates are engraved (deep engraving) to reveal, on the one hand the central bars 32, 36 and on the other hand the notches 60, 62 which will be used for positioning and fixing the assembly.
  • Known techniques using masks and lithography are used before etching.
  • the deep engraving operation is done in two stages in order to be able to keep four lifting bars 50, 52, 54, 56, preferably as thin and small as possible, whose role is to support the central bar 32, 36.
  • We engraving each plate first on one side, until the thickness of the bar is preserved, then on the other side to open, while preserving the bar (thanks to a second lithography step).
  • the intermediate plate (possibly in two pieces), of the same thickness as the previous ones, is etched to define the right bars 34 and left 38 and the notches 64 for the spacers.
  • electrodes serving as electrostatic shielding or focusing lens for bringing the ion beam to the inlet of the filter are added to the system.
  • ionization this is done by known methods (ionization by electron beams coming from a filament or a cathode with microtips or micro-knives, or coming from a discharge). Detection is done using conventional devices.
  • the method described above uses techniques from microtechnologies or microelectronics, and allows bars with square or polygonal cross-section to be produced with great precision. Such techniques are compatible with a collective manufacturing, making it possible to define precise dimensions for the entire architecture (a precision of the order of a micrometer is reached), all the more so since part of the assembly can be carried out at the time of manufacturing bars.
  • the deep etching techniques of silicon wafers known in the field of microtechnology or microelectronics, make it possible, from wafers with parallel faces, to obtain rectangular sections.
  • the anisotropy of engravings depending on the crystal faces makes it possible to obtain polygonal profiles.
  • the electrodes can be mounted, at their ends, on two holding plates, mutually parallel, each plate having the slots or inputs or outputs necessary for the path of the ions.
  • This device can be produced, in microtechnology, by a process known under the name of "LIGA".
  • the structure described above is a quadrupole structure, for example for obtaining a quadrupole electric field.
  • This structure can be generalized to the production of a set of n conductive microbeams, with a polygonal cross section, making it possible to obtain a transverse multipolar (and, advantageously, longitudinally uniform) field.
  • the invention also relates to the production of a multiple structure, for example of a set of quadrupoles operating in parallel.
  • the reduction, by a factor k, of the dimensions of a quadrupole leads to the reduction, by a factor k 2 , of the entry slit.
  • this attenuation is compensated for by placing k 2 quadrupole in parallel.
  • the gain in volume is therefore a factor k, and the sensitivity remains the same.
  • 4x (1/8) 0.5 times the volume of the original quadrupole, before reduction .
  • FIG. 6 is a view, from the side of the ion entry face, of a set of quadrupoles operating in parallel. Each of the scales corresponds to a line of black or white squares. Each individual quadrupole (for example the one defined in FIG. 6 by the bars 82, 84, 86, 88) has a microbeam in common with the immediately neighboring quadrupole on the same line (in FIG. 6, it is the defined quadrupole by microbeams 90, 92, 94, 84).
  • FIG. 7A illustrates the production of two quadrupoles arranged side by side, the microbeams being designated by the references 82-94.
  • microbeams are produced in planar substrates 96, 98, 100 etched, and the assembly of which is carried out using separation spacers 102, 104.
  • Figure 7B shows a top view of the structure of Figure 7A.
  • Each microbeam 82, 90 is supported by lifting bars 106,
  • the microbeam 84 is supported by similar bars.
  • these strips are made as thin and small as possible, so that they are not an obstacle to incident or emerging ions from quadrupoles, or multipoles.
  • the bars have, for example, lengths of 1240 ⁇ m (0.74e + e + 0.74e) for a section of 10 ⁇ x10 ⁇ m (the dimensions are given to ⁇ 1 ⁇ m).
  • the inlet and outlet ports of the ions are aligned on the axis of each quadrupole: the points A and B in FIG. 7A are the traces of these axes in this figure.
  • the length of the bars is of the order of 10 mm; such a quantity can be considered as large compared to the transverse dimensions, and allows a certain number of oscillations of the ion on its trajectory.
  • the polarization of the electrodes as a function of time is simulated using an electronic optics program ("SIMION" program, version 4.0, DA Dahl and JE Delmore, Idaho National Engineering Laboratory, 1988).
  • SIMION electronic optics program
  • the microbeam structure according to the invention therefore makes it possible to produce electrodes with controlled geometry.
  • This geometry makes it possible to provide results, as regards the electric field as the filtering capacities, as good as those of the cylindrical electrodes.
  • the proposed geometry is compatible with production by techniques derived from microelectronics, allowing collective manufacturing: the techniques for etching substrates or semiconductor wafers are indeed well mastered. Consequently, the electrode structure according to the invention makes it possible to produce a device having good resolution, as well as good reproducibility of its performance, and the cost of which is lowered, compared with currently known devices.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

L'invention concerne un microdispositif pour générer un champ multipolaire transversal, ou bien un microdispositif de filtrage ou de déviation ou de focalisation de particules chargées, comportant n micropoutres (32, 34, 36, 38) conductrices longitudinales, à section droite polygonale, et disposées autour d'un axe longitudinal (AA').

Description

MICRODISPOSITIF POUR GENERER UN CHAMP MULTIPOLAIRE, EN PARTICULIER POUR FILTRER OU DEVIER OU FOCALISER DES
PARTICULES CHARGEES
DESCRIPTION
Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne le domaine des architectures d'électrodes permettant de générer un champ multipolaire, ou permettant de filtrer ou de dévier ou de focaliser des particules chargées. Plus particulièrement, l'invention concerne les microdispositifs intégrant des ensembles de microélectrodes, également dans le but de générer un champ multipolaire en particulier pour filtrer ou dévier ou focaliser des particules chargées.
L'invention trouve une application notamment dans le domaine de la spectrométrie de masse : en effet, les ensembles d'électrodes selon l'invention peuvent être utilisés dans des spectromètres de masse. L'invention concerne donc également le domaine de la spectrométrie de masse.
La spectrométrie de masse est une technique d'analyse largement répandue dans les laboratoires et l'industrie. Grâce à elle on peut déterminer la nature des constituants d'un gaz avec une sensibilité meilleure que le p.p.m. Pour ce faire, le gaz à analyser doit être sous faible pression, en général inférieure à 10~4 mbar. Ceci est une limitation pour bien des applications où la pression est supérieure
(10~2 mbar) et pour lesquelles il est alors nécessaire d'adjoindre des pompes et circuits supplémentaires afin d'abaisser la pression dans la zone où le spectromètre se trouve. La réalisation d'un spectromètre de petite taille (≈lc 3) permettrait de travailler dans des vides moins poussés. D'une manière générale, un spectromètre de masse comprend trois parties distinctes, comme illustré sur la figure 1 : une chambre d'ionisation 2, un séparateur 4 (filtre) et un détecteur d'ions 6. Beaucoup de séparateurs sont de type quadrupolaire . La théorie des spectromètres de masse unipolaire, quadrupolaire, etc.. est par exemple décrite dans l'ouvrage "Techniques de l'Ingénieur", volume P3, P 2615, p. 1-39. Le filtre de masse 4 est le lieu où, par le jeu de forces électromagnétiques, on sépare les ions de masses différentes. Dans un quadrupôle (terme consacré signifiant "analyseur de masse équipé d'un filtre de type quadrupolaire"), un champ électrique à haute fréquence est généré entre 4 barreaux parallèles 8, 10, 12, 14 tels que ceux représentés sur la figure 1. On suppose que les ions se déplacent selon la direction moyenne OZ parallèle aux barreaux.
D'une manière générale, un champ électrique quadrupolaire est tel que son amplitude est une fonction linéaire des coordonnées. Le potentiel électrique est donc une forme quadratique des coordonnées. Il peut s'écrire sous la forme
V= (φ/r2) x (x2-y2) où r est la distance entre l'axe OZ et les barres (on appelle aussi r le rayon de gorge du quadrupôle) et φ une valeur constante du potentiel. Pour obtenir une telle répartition de potentiel, deux barreaux opposés sont polarisés à +V, tandis que les deux autres sont polarisés à -V. Dans un quadrupôle servant de filtre ou de moyen de focalisation ou de déviation, le potentiel V comprend en outre une composante dépendante du temps (terme en cos ωt) qui sert à faire osciller les particules chargées. Les lignes équipotentielles, qui correspondent à un moment donné à cette répartition des potentiels (en fonction des potentiels appliqués aux barres) sont des hyperboles dans le plan XOY. Dans le cas idéal, les sections droites des barreaux ont cette même forme d'hyperbole. Un système quadrupolaire avec des barreaux 16, 18, 20, 22 de section hyperbolique est illustré sur la figure 2 et est par exemple décrit dans US-5 373 157.
Dans la majorité des cas, et pour n'utiliser que des usinages faciles à réaliser, les barreaux ont des sections droites circulaires osculatrices aux hyperboles en leur sommet ; de telles sections droites 26, 28, 30, 32 sont également représentées en figure 2. Une dégradation de la résolution résulte du passage de l'hyperbole au cercle.
Si l'on désire réduire la taille d'un spectromètre quadrupolaire à environ 1 cm3, toutes les dimensions du filtre en sont affectées, en particulier le rayon des barreaux, leur distance au centre et, bien sûr, leur longueur.
Le document WO-96/31901 décrit un spectromètre de masse quadrupolaire miniaturisé. Ce dispositif utilise des poutres cylindriques faites à partir de fibres optiques métallisées. Dans un tel dispositif, les isolants situés entre les barres cylindriques peuvent conduire à des effets de charge préjudiciables au fonctionnement du dispositif. Le brevet US-5 401 962 décrit un quadrupôle miniature. La miniaturisation, ou la réduction en taille, provient, dans ce document, de l'assemblage en parallèle d'une pluralité de quadrupoles. Ce dispositif manque de résolution. Par ailleurs, sa réalisation, quand bien même elle met en oeuvre des électrodes cylindriques, est assez fastidieuse.
Le document US-A-4 994 336 décrit une plaque de contrôle pour un dispositif de lithographie. Cette plaque de contrôle comporte essentiellement un substrat semi-conducteur dans lequel est pratiquée une fenêtre, ou ouverture, pour permettre le passage de faisceaux de particules. Des éléments de déflexion permettent de défléchir les faisceaux. Ce document décrit également des procédés de réalisation d'une telle plaque. Dans ces procédés, les éléments de déflexion sont obtenus par gravure d'une couche pour y produire des dépressions ayant la forme des éléments de déflexion, puis remplissage voltaïque des zones de dépression. Les éléments de déflexion sont donc réalisés suivant une direction perpendiculaire au plan de ces couches.
Enfin, dans ce document, le champ généré est un champ uniforme dans toutes les directions et dans tout l'espace compris entre les électrodes planes. Ce champ n'est pas multipolaire.
Exposé de l'invention
Il se pose donc le problème de la réalisation de composants, en vue notamment de leur application à la spectrométrie de masse, permettant entre autres la miniaturisation des spectromètres . En particulier, il se pose le problème de la réalisation d'ensembles d'électrodes qui pourraient permettre une réalisation aisée de microspectrometres de masse. Plus précisément, l'invention a pour objet un microdispositif pour générer un champ multipolaire transverse, comportant n micropoutres conductrices, longitudinales, à section droite polygonale, disposées autour d'un axe longitudinal. Avantageusement, le champ est constant suivant l'axe longitudinal.
On entend, par champ multipolaire, tout champ électrique même monopolaire. Un tel champ n'est pas uniforme puisqu'il est multipolaire ou monopolaire. Par conséquent, selon l'invention, la réalisation de champs électriques sur des échelles submillimétriques, et dérivant de potentiels de type par exemple quadrupolaire, hexapolaire ou octopolaire ou, plus généralement, N-polaire (N>1), peut s'effectuer avec des structures d'électrodes (appelées aussi lentilles) dans lesquelles les électrodes ont une section droite de forme polygonale. De telles électrodes sont compatibles avec une réalisation mettant en oeuvre les techniques de la micro- électronique ou de la microtechnologie, et permettent donc la fabrication de spectromètres de masse miniaturisés .
L'invention a également pour objet un microdispositif de filtrage ou de déviation ou de focalisation de particules chargées, comportant n micropoutres conductrices, longitudinales, à section droite polygonale, et disposées autour d'un axe longitudinal de propagation des particules chargées. L'invention a aussi pour objet un microdispositif de filtrage ou de déviation ou de focalisation de particules chargées comportant un microdispositif pour générer un champ multipolaire transverse tel que déjà décrit ci-dessus.
Là encore, l'invention définit une structure d'électrode pour un microdispositif de filtrage ou de déviation ou de focalisation, qui est compatible avec une réalisation par les techniques de la micro- électronique ou de la microtechnologie. On peut ainsi engendrer des champs électriques, pour un microdispositif de filtrage ou de déviation ou de focalisation, sur des échelles submillimétriques.
Actuellement, les électrodes utilisées dans le dispositif de type quadrupolaire, ou plus généralement N-polaire, ont des tailles ne pouvant descendre en- dessous de certaines dimensions, ce qui limite la taille inférieure du dispositif. En particulier, le document US-5 401 962 fait mention d'électrodes cylindriques de diamètre compris entre 0,5 mm et 1 mm, et de longueur comprise entre environ 1 cm et 2 cm. La structure d'électrodes selon l'invention permet de réaliser des dispositifs submillimétriques (par exemple avec des barreaux dont l'épaisseur est d'environ quelques centaines de μm) et pouvant travailler à plus forte pression (par exemple à environ 10"2 mbar) .
Le montage en parallèle de plusieurs structures multipolaires selon l'invention permet d'augmenter l'intensité du signal en sortie de cette même structure. La réalisation d'une telle structure passe par la réalisation de certaines parties de la structure de manière individuelle, puis par une étape d'assemblage de ces parties, en parallèle. On peut associer aux structures multipolaires selon l'invention des moyens de polarisation des micropoutres conductrices. De même, on peut leur associer des moyens pour introduire des ions ou des particules chargées suivant une direction définie par l'axe, ou les axes, longitudinal/longitudinaux. A chaque axe longitudinal est associé un champ multipolaire, tous les axes longitudinaux étant parallèles . Selon un mode particulier de réalisation, chaque micropoutre peut être réalisée dans un substrat plan et maintenue dans le plan du substrat par des barrettes de sustentation.
Le microdispositif peut comporter: - au moins une première et une deuxième plaques en matériau isolant ou semiconducteur,
- des moyens permettant de maintenir les plaques parallèles, à une certaine distance l'une de l'autre,
- des zones gravées dans chaque plaque pour y définir des micropoutres.
Le microdispositif comporte par exemple :
- une première, une deuxième et une troisième plaques, en matériau isolant ou semiconducteur,
- des moyens permettant de maintenir parallèles les première et deuxième plaques, à une certaine distance l'une de l'autre,
- des moyens permettant de maintenir parallèles les deuxième et troisième plaques, à une certaine distance l'une de l'autre, - des zones gravées dans chaque plaque y définissant les micropoutres.
Les moyens pour maintenir les plaques parallèles entre elles peuvent en outre permettre un alignement desdites plaques de manière à obtenir le champ multipolaire souhaité. Par exemple, ces moyens sont des entretoises disposées dans des encoches réalisées dans les plaques pour assurer cet alignement. Ces structures sont tout à fait compatibles avec une réalisation collective et extrêmement précise (à environ + lμm) , pouvant être mise en oeuvre avec des techniques de gravure et de travail de substrats connues en micro-électronique. L'invention a également pour objet un spectromètre de masse comportant un microdispositif selon l'invention, tel qu'exposé ci-dessus, des moyens pour y introduire des ions et des moyens de détection.
Enfin, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un microdispositif pour générer un champ multipolaire transversal et en particulier un microdispositif de filtrage ou de déviation ou de focalisation de particules chargées, comportant les étapes suivantes : - gravure de P substrats en matériau isolant ou semiconducteur de manière à définir, dans chaque substrat, une ou plusieurs micropoutres,
- métallisation des micropoutres,
- assemblage des P substrats gravés, en parallèle les uns des autres.
Brève description des figures
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un analyseur de masse de type quadrupolaire,
- la figure 2 illustre la réalisation de quadrupoles à l'aide d'électrodes hyperboliques ou cylindriques,
- la figure 3 représente la réalisation d'un quadrupôle selon l'invention,
- les figures 4A et 4B représentent, en coupe et en vue de dessus, une réalisation détaillée d'un système quadrupolaire selon l'invention,
- la figure 5 représente schématiquement une échelle de micropoutres,
- la figure 6 est une vue en plan d'un ensemble de quadrupoles fonctionnant en parallèle, - les figures 7A et 7B représentent, en coupe et en vue de dessus, un quadrupôle multiple selon l'invention, usiné par microtechnologie,
- les figures 8A à 8C représentent des résultats de simulation de filtrage, autour de la masse M=10 à l'aide d'un spectromètre à barreaux cylindriques,
- les figures 9A et 9B représentent des potentiels obtenus avec des barreaux cylindriques
(figure 9A) ou à section carrée (figure 9B) , - les figures 10A à 10C représentent des résultats de simulation de filtrage, autour de la masse M=10 à l'aide d'un spectromètre à barreaux à section carrée.
Description détaillée de modes de réalisation de 1 ' invention
Une structure pour la réalisation d'un quadrupôle selon l'invention est illustrée sur la figure 3. Selon cette structure, des électrodes 32, 34, 36, 38, à section droite polygonale, sont disposées parallèlement les unes aux autres, et de manière symétrique par rapport à un axe AA' . La section polygonale représentée en figure 3 est une section carrée, mais d'autres sections polygonales (pentagone, hexagone, etc..) peuvent être réalisée dans le cadre de l'invention. Dans le cas d'une section carrée, le côté du carré vaut par exemple e=0,5 mm (ou moins) et l'électrode a par exemple une longueur de l'ordre de 10mm.
On donne plus loin des exemples pour lesquels les barreaux ont des épaisseurs d'environ 300μm ou 500μm. Cet ensemble d'électrode constitue une structure quadrupolaire pouvant être mise en oeuvre, par exemple dans le cadre d'un spectromètre de masse. Une telle structure quadrupolaire est alors couplée d'une part à une source d'ions (située à une extrémité de la structure quadrupolaire) et d'autre part à un système de détection d'ions (situé à l'autre extrémité de la structure quadrupolaire) . Des exemples de telles sources d'ions et de tels systèmes de détection sont décrits dans l'ouvrage "Technique de l'Ingénieur", volume P3, P2615, pages 1-39.
Chacune des électrodes est reliée à des moyens pour lui appliquer un certain potentiel. Il en résulte un champ électrique dans l'espace entre les quatre électrodes, et autour de l'axe AA' . Si le champ électrique généré est un champ électrique quadrupolaire, son amplitude sera une fonction linéaire des coordonnées X, Y, Z. Lorsque le quadrupôle sert de filtre ou de moyen de déviation ou de focalisation du faisceau de particules 40, le potentiel V comprend en outre une composante dépendante du temps (terme en cos ωt) qui permet de faire osciller les particules chargées.
Une réalisation d'un système quadrupolaire selon l'invention est illustré de manière plus précise en figure 4A. Sur cette figure, des références identiques à celles de la figure 3 désignent les micropoutres, à section polygonale (ici : carrée) , du dispositif quadrupolaire. Le dispositif comporte également des entretoises 40, 42, permettant de séparer le plan supérieur 44, dans lequel est réalisée la micropoutre supérieure 32 du plan intermédiaire 46, dans lequel sont réalisées les deux micropoutres 34, 38 et, d'autre part, le plan intermédiaire 46 du plan inférieur 48 dans lequel est réalisé la micropoutre 36. La figure 4B représente une vue de dessus de ce dispositif : la micropoutre supérieure 32 est obtenue par exemple par gravure et métallisation partielle ou totale d'une plaquette d'un matériau isolant ou semiconducteur définissant le plan 44. La longueur 1 des fenêtres dégagées par gravure dans le plan 44 est d'environ 20e (où e est l'épaisseur d'une micropoutre). De même, les micropoutres 34, 38 sont obtenues par gravure et métallisation partielle ou totale d'une plaquette d'un matériau isolant ou semiconducteur définissant le plan 46 et la micropoutre inférieure 36 est obtenue par gravure et métallisation partielle ou totale d'une plaquette d'un matériau isolant ou semiconducteur définissant le plan inférieur 48. L'épaisseur e des barreaux est alors déterminée par l'épaisseur des plaquettes de matériau isolant ou semiconducteur qui ont été gravées. Par exemple, on peut avoir des barreaux, ou microélectrodes, d'épaisseur 300μm ou 500 μm. Pour une épaisseur de 500μm, le barreau, ou microélectrode, supérieur 32 est positionné à une distance d à peu près égale à 0, 74e=0, 74x500=370 μm des barreaux 34, 38.
Sur la figure 4B, les références 50, 52, 54, 56 désignent des barrettes de sustentation qui relient la micropoutre 32 au reste du plan 44. Dans chacun des autres plans 46, 48, de telles barrettes de sustentation soutiennent les micropoutres et relient celles-ci entre elles ou au substrat gravé.
Des encoches 60, 62, 64 sont également réalisées dans les différentes plaquettes de matériau afin de pouvoir positionner les entretoises 40, 42.
Si ces encoches sont réalisées par gravure des plaquettes de matériaux, elles auront une épaisseur égale à la distance séparant deux plan parallèles augmentée de la profondeur de gravure dans chacune des plaques de matériaux. Pour reprendre l'exemple ci- dessus, et en supposant que l'on grave les encoches 60, 62, 64 sur une profondeur de lOμm, les entretoises 40, 42 auront une hauteur totale de : 370+10+10=390μm.
Les entretoises peuvent être réalisées, suivant la longueur du dispositif, en un seul bloc ou en plusieurs blocs. Par exemple, sur la figure 4B, les références 40-1, 40-2, 40-3 et 42-1, 42-2, 42-3 désignent les traces de six entretoises (trois entretoises alignées de chaque côté) qui séparent les plans supérieur 44 et intermédiaire 46. En vue de dessus, chaque entretoise présente des dimensions Ci, c2 faibles, par exemple égales chacune à 1mm ou inférieure chacune à 1 mm. Il peut y avoir plusieurs entretoises sur chaque côté ; mais, de préférence, chaque entretoise est de petite taille, de manière à ce que les ions écartés de l'axe longitudinal central de l'appareil, le long duquel ils se propagent, n'aillent pas s'y déposer, ce qui conduirait à des effets de charge indésirables.
Un procédé de réalisation d'une telle structure va maintenant être décrit. On sélectionne d'abord des plaquettes dans lesquelles vont être réalisés les plans supérieur 44, intermédiaire 46 et inférieur 48 de la structure. De telles plaquettes peuvent être des plaques en silicium, d'épaisseur e valant par exemple 0,5 mm. On procède ensuite aux étapes 1 à 4 suivantes : 1)- Les plaques supérieure 44 et inférieure 48 sont gravées (gravure profonde) pour faire apparaître, d'une part les barreaux centraux 32, 36 et d'autre part les encoches 60, 62 qui serviront pour le positionnement et la fixation de l'ensemble. Les techniques connues utilisant des masques et de la lithographie sont utilisées avant gravure. L'opération de gravure profonde se fait en deux étapes afin de pouvoir conserver quatre barrettes 50, 52, 54, 56 de sustentation, de préférence aussi fines et menues que possibles, dont le rôle est de soutenir le barreau central 32, 36. On grave chaque plaque d'abord d'un côté, jusqu'à conserver l'épaisseur de la barrette, puis de l'autre côté pour déboucher, tout en conservant la barrette (grâce à une deuxième étape de lithographie) .
2)- La plaque intermédiaire (éventuellement en deux pièces) , de même épaisseur que les précédentes, est gravée afin de définir les barreaux de droite 34 et de gauche 38 et les encoches 64 pour les entretoises.
3)- Des métallisations partielles ou totales des barreaux et des trois plaques permettent d'amener les diverses tensions, à partir d'électrodes de connexion aux quatre barreaux.
4)- Des entretoises 40, 42 en matériau isolant (Si02) sont gravées afin, d'une part, de pouvoir se loger dans les encoches 60, 62, 64 réservées sur les trois plaques précédentes et d'autre part, d'avoir l'épaisseur requise pour séparer les trois plaques (dans le cas présent l'espace interplaques vaut par exemple 0,74 e) . Pour l'application à la spectrométrie de masse, on peut rajouter les étapes suivantes : 5)- Au filtre ainsi assemblé, on ajoute une minichambre d'ionisation ainsi qu'un détecteur de type cage de Faraday ou multiplicateur d'électrons. Des orifices d'entrée et sortie des ions seront alignés sur l'axe de chaque quadrupôle. Eventuellement, des électrodes servant de blindage électrostatique ou de lentille de focalisation pour amener le faisceau d'ions à l'entrée du filtre sont rajoutées au système. En ce qui concerne l'ionisation, celle-ci se fait par des procédés connus (ionisation par faisceaux d'électrons issus d'un filament ou d'une cathode à micropointes ou à micro-couteaux, ou issus d'une décharge). La détection se fait à l'aide de dispositifs classiques.
Le procédé décrit ci-dessus met en oeuvre des techniques issues des microtechnologies ou de la microélectronique, et permet de réaliser avec une grande précision des barreaux de section carrée ou polygonale. De telles techniques sont compatibles avec une fabrication collective, permettant de définir des cotes précises pour l'ensemble de l'architecture (on atteint une précision de l'ordre du micromètre), d'autant plus qu'une partie de l'assemblage peut être réalisé au moment de la fabrication des barreaux. Les techniques de gravure profonde de plaquettes de silicium, connues dans le domaine de la microtechnologie ou de la microélectronique, permettent, à partir de plaquettes à faces parallèles, d'obtenir des sections rectangulaires. De même, 1 ' anisotropie de gravures dépendant des faces cristallines permet d'obtenir des profils polygonaux.
Outre le couplage à une source d'ions et/ou à un système de détection d'ions, et outre le montage de la figure 4A, les électrodes peuvent être montées, à leurs extrémités, sur deux plaques de maintien, parallèles entre elles, chaque plaque présentant les fentes ou entrées ou sorties nécessaires au trajet des ions. Ce dispositif peut être réalisé, en microtechnologie, par un procédé connu sous le nom de "LIGA" .
La structure décrite ci-dessus est une structure quadrupolaire, par exemple pour l'obtention d'un champ électrique quadrupolaire. Cette structure peut être généralisée à la réalisation d'un ensemble de n micropoutres conductrices, à section droite polygonale, permettant d'obtenir un champ multipolaire transverse (et, avantageusement, longitudinalement uniforme) .
L'invention concerne également la réalisation d'une structure multiple, par exemple d'un ensemble de quadrupoles fonctionnant en parallèle. La réduction, par un facteur k, des dimensions d'un quadrupôle, conduit à la réduction, par un facteur k2, de la fente d'entrée. Afin de conserver un signal suffisant sans agrandir les fentes (ce qui conduirait à une détérioration de la résolution aux masses élevées) on compense cette atténuation par la mise en parallèle de k2 quadrupôle. Le gain en volume est donc un facteur k, et la sensibilité reste la même.
Par exemple, si on réduit par 2 toutes les dimensions, le quadrupôle est réduit, en poids et en volume, par un facteur 23=8. La fente d'entrée est réduite d'un facteur 22=4. En mettant en parallèle quatre quadrupoles, chacun avec de nouvelles fentes réduites, on obtient la même surface de fente d'entrée, et un volume total égal à 4x (1/8) =0,5 fois le volume du quadrupôle original, avant réduction. On gagne donc au minimum un facteur 2, et même plus, car un ou plusieurs barreaux sont en commun pour plusieurs quadrupoles en parallèles. Afin de maintenir ou d'augmenter l'intensité du signal total reçu par le détecteur, on peut donc réaliser une structure de quadrupoles (ou de n-pôles) montés en parallèle.
Ainsi, on peut réaliser des "échelles" de barreaux, à section carrée ou polygonale, que l'on peut ensuite assembler parallèlement les unes aux autres grâce aux techniques de la microtechnologie. Une telle échelle est illustrée sur la figure 5, où les références 70, 72, 74, 76 désignent des pôles individuels, reliés de manière fixe entre eux par des structures de maintien 78, 80, à chacune de leurs extrémités .
La figure 6 est une vue, du côté de la face d'entrée des ions, d'un ensemble de quadrupoles fonctionnant en parallèle. Chacune des échelles correspond à une ligne de carrés noirs ou blancs. Chaque quadrupôle individuel (par exemple celui défini sur la figure 6 par les barreaux 82, 84, 86, 88) possède une micropoutre en commun avec le quadrupôle immédiatement voisin sur la même ligne (sur la figure 6, il s'agit du quadrupôle défini par les micropoutres 90, 92, 94, 84) .
Afin de ne pas obturer l'entrée des ions, on peut choisir de faire des échelles dans lesquelles une micropoutre sur deux est polarisée positivement (par exemple les barreaux noirs sur la figure 6) , les autres étant polarisées négativement. On peut aussi choisir de faire des échelles avec tous les barreaux ayant la même polarisation (tous noirs ou tous blancs) : dans ce cas, une fente sera aménagée de part et d'autre, pour définir une fente d'entrée et une fente de sortie des ions .
La réalisation d'une multilentille (ou d'une structure multiple du type de celle décrite ci-dessus en liaison avec la figure 6) fait appel au même type des microtechnologies que celle expliquée ci-dessus pour la réalisation d'une seule lentille ou d'un seul quadrupôle. La figure 7A illustre la réalisation de deux quadrupoles disposés côte à côte, les micropoutres étant désignées par les références 82-94.
Comme dans le cas de la structure illustrée sur la figure 4A, les micropoutres sont réalisées dans des substrats plans 96, 98, 100 gravés, et dont l'assemblage est réalisé à l'aide d' entretoises de séparation 102, 104. La figure 7B représente une vue de dessus de la structure de la figure 7A. Chaque micropoutre 82, 90 est supportée par des barrettes de sustentation 106,
108, 110, 112, 114, 116 réalisées par gravure de la plaquette 96.
De même, dans le plan de la plaquette intermédiaire 98, la micropoutre 84 est soutenue par des barrettes similaires. De préférence, on réalise ces barrettes aussi fines et menues que possible, afin qu'elles ne soient pas un obstacle aux ions incidents ou émergeants des quadrupoles, ou des multipôles.
Les barrettes ont par exemple des longueurs de 1240 μm (0, 74e+e+0, 74e) pour une section de 10 μ xlO μm (les dimensions sont données à ± 1 μm) . Les orifices d'entrée et de sortie des ions sont alignés sur l'axe de chaque quadrupôle : les points A et B de la figure 7A sont les traces de ces axes sur cette figure.
Une simulation comparative d'un quadrupôle classique (à électrode de section circulaire) et d'un quadrupôle à barreau carré (conforme à l'invention) a été réalisée.
L'étude du mouvement d'un ion (confinée à la région centrale, près de l'axe du quadrupôle) dans un potentiel dépendant des variables x, y, z et temps, pour une configuration quadrupolaire donnée est possible de manière analytique ou par simulation. Les potentiels +V et -V sont variables dans le temps afin que l'ion soit successivement attiré par un groupe d'électrodes puis attiré par les deux autres électrodes et cela de manière cyclique. A) - Cas du quadrupôle classique : des barreaux à section circulaire, de rayon r0=0,39 mm, avec un rayon de gorge de 0,45 mm ont été considérés. La longueur des barreaux est de l'ordre de 10 mm ; une telle grandeur peut être considérée comme grande par rapport aux dimensions transverses, et permet un certain nombre d'oscillations de l'ion sur sa trajectoire. La polarisation des électrodes en fonction du temps est simulée à l'aide d'un programme d'optique électronique (programme "SIMION", version 4.0, D.A. Dahl et J.E. Delmore, Idaho National Engineering Laboratory, 1988). La solution choisie pour fixer les tensions U et V (partie continue et alternative du potentiel appliqué aux barres) est celle utilisée par la plupart des constructeurs (rapport U/V=0,17).
Les figures 8A-8C sont un exemple de résultat obtenu, pour un filtrage autour de la masse M=10 (M=9 : figure 8A, M=10 : figure 8B et M=ll : figure 8C) . Sur ces figures, seule la moitié de chaque barreau est représentée. D'après ces figures, on constate que, pour une énergie cinétique de lOeV dans la direction de l'axe du quadrupôle, la masse atomique 9 oscille un certain nombre de fois puis diverge après 3 mm de trajectoire, la masse atomique 10 reste stable en oscillant (et donc traverse le filtre) , la masse atomique 11 diverge après 4 mm de trajectoire oscillante non stable.
B)- cas du quadrupôle à barreaux carrés : dans ce cas, on a d'abord cherché à vérifier que des conditions de potentiel, dans la région centrale (forme d'hyperboles), semblables à celles obtenues avec des barreaux à section circulaire, peuvent être obtenues avec des barreaux à section carrée ou polygonale. C'est ce qui a été fait, et on a ainsi pu montrer, par simulation, que l'utilisation de barreaux carrés de petite section permet d'obtenir la même carte de potentiel électrique dans la région centrale du quadrupôle, que celle obtenue en utilisant des barreaux de section ronde. Les figures 9A et 9B montrent la juxtaposition des équipotentielles d'un modèle à barreaux de section ronde (cylindres de diamètre 2xr(=0,78 mm), figure 9A) et d'un autre à barreaux de section carrée (poutres carrées de côté a=0,46 mm, figure 9B) . Les surfaces des poutres carrées étant plus éloignées de l'axe du quadrupôle que celle des cylindres, on applique un potentiel plus élevé sur ces électrodes. Dans le cas étudié, le potentiel est doublé pour obtenir la même carte de potentiel au centre.
Les figures 10A à 10C représentent le filtrage de la masse 10 (par rapport aux masses M=9 et M=ll) dans le cas d'un spectromètre à barreaux à section carrée. On constate que le filtrage s'effectue tout aussi bien qu'avec les barreaux cylindriques.
La structure de micropoutre selon l'invention permet donc de réaliser des électrodes à géométrie contrôlée. Cette géométrie permet de fournir des résultats, tant en ce qui concerne le champ électrique que les capacités de filtrage, aussi bonnes que celles des électrodes cylindriques. De plus, la géométrie proposée est compatible avec une réalisation par des techniques issues de la micro-électronique, permettant des fabrications collectives : les techniques de gravure de substrats ou de plaquettes de semiconducteur sont en effet bien maîtrisées. Par conséquent, la structure d'électrodes selon l'invention permet de réaliser un dispositif présentant une bonne résolution, ainsi qu'une bonne reproductibilité de ses performances, et dont le coût est abaissé, par rapport aux dispositifs actuellement connus.
Les dispositifs selon l'invention peuvent être utilisés dans tous les domaines de la spectrométrie de masse, où la connaissance de la nature des gaz et des polluants est souhaitée (par exemple dans le domaine de l'environnement ou de l'industrie de la microélectronique) . Même à résolution réduite, par exemple à ΔM=±3, un tel instrument (ou "capteur") peut présenter un intérêt. En effet, par exemple, les contaminations par hydrocarbures sont détectables entre les masses à 50 et 60, sans qu'il y ait dans ce domaine d'autres masses gênant l'analyse : une résolution réduite peut alors être tolérée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Microdispositif pour générer un champ multipolaire transversal, comportant n micropoutres conductrices longitudinales (32-38 ; 70-76 ; 82-88 ; 90-94) , à section droite polygonale, et disposées autour d'un axe longitudinal, ces micropoutres étant aptes à générer un champ électrique non uniforme dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal.
2. Microdispositif pour générer une pluralité de champs multipolaires transversaux, comportant une pluralité de microdispositifs selon la revendication 1, assemblés en parallèle suivant une pluralité d'axes longitudinaux .
3. Microdispositif de filtrage ou de déviation ou de focalisation de particules chargées comportant n micropoutres conductrices longitudinales (32-38 ; 70- 76 ; 82-88 ; 90-94), à section droite polygonale et disposées autour d'un axe longitudinal (AA' ) de propagation des particules chargées, ces micropoutres étant aptes à générer un champ électrique non uniforme dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal.
4. Microdispositif de filtrage ou de déviation ou de focalisation de particules chargées comportant une pluralité de microdispositifs selon la revendication 3, assemblés en parallèle, suivant une pluralité d'axes longitudinaux.
5. Microdispositif selon l'une des revendications 1 à 4, comportant en outre des moyens pour polariser lesdites micropoutres conductrices.
6. Microdispositif selon l'une des revendications 1 à 5, chaque micropoutre étant réalisée dans un substrat plan (44, 46, 48 ; 96, 98, 100) et maintenue dans le plan du substrat par des barrettes de sustentation (50, 52, 54, 56 ; 106, 108, 110, 112, 114, 116) .
7. Microdispositif selon l'une des revendications 1 à 6, comportant : - au moins une première et une deuxième plaques (44, 46, 48 ; 96, 98, 100), en matériau isolant ou semiconducteur,
- des moyens (40, 42, 102, 104) permettant de maintenir les plaques parallèles, à une certaine distance l'une de l'autre,
- des zones gravées dans chaque plaque y définissant les micropoutres.
8. Microdispositif selon la revendication 7, les moyens (40, 42, 102, 104) permettant de maintenir les plaques parallèles permettant en outre de réaliser un alignement de ces plaques de manière à obtenir un champ multipolaire.
9. Microdispositif selon la revendication 7 ou 8, les zones gravées des plaques y définissant également des barrettes de sustentation (50, 52, 54, 56 ; 106, 108, 110, 112, 114, 116) reliant les micropoutres entre elles ou aux parties non gravées des plaques .
10. Microdispositif selon l'une des revendications 7 à 9, les moyens pour maintenir les plaques à distance entre elles comportant des entretoises isolantes (40, 42, 102, 104) .
11. Microdispositif selon l'une des revendications 1 à 10, comportant en outre des moyens pour y faire entrer ou introduire des particules chargées suivant une direction définie par ledit axe longitudinal, ou suivant des directions définies par les axes longitudinaux.
12. Spectromètre de masse comportant un microdispositif selon l'une des revendications 1 à 10, ainsi que des moyens pour introduire des ions dans le microdispositif, et des moyens de détection.
13. Procédé de réalisation d'un microdispositif pour générer un champ multipolaire transversal, ou d'un microdispositif de filtrage ou de déviation ou de focalisation de particules chargées, comportant les étapes suivantes : - gravure de P substrats (44, 46, 48 ; 96, 98, 100) en matériau isolant ou semiconducteur de manière à définir, dans chaque substrat, une ou plusieurs micropoutres longitudinales (32-38 ; 70-76 ; 82-88 ; 90-94) , - métallisation des micropoutre,
- assemblage des P substrats gravés, en parallèle les uns des autres, de manière à ce que les micropoutres soient disposées autour d'un ou de plusieurs axes longitudinaux, ou autour d'un ou de plusieurs axes longitudinaux de propagation des particules chargées, et soient aptes à générer un champ électrique non uniforme dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal .
14. Procédé de réalisation d'un microdispositif pour générer une pluralité de champs multipolaires transversaux, ou d'un microdispositif de filtrage ou de déviation ou de focalisation de particules chargées, comportant :
- la réalisation de microdispositifs individuels chacun permettant de générer un champ multipolaire transversal, ou chacun permettant de réaliser le filtrage ou la déviation ou la focalisation de particules chargées, et chacun comportant n micropoutres conductrices longitudinales (32-38, 70- 76, 82-88, 90-94) à section droite polygonale, et disposées autour d'un axe longitudinal, ces micropoutres étant aptes à générer un champ électrique non uniforme dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal, l'assemblage en parallèle des microdispositifs obtenus lors de l'étape précédente.
PCT/FR1998/000831 1997-04-25 1998-04-24 Microdispositif pour generer un champ multipolaire, en particulier pour filtrer ou devier ou focaliser des particules chargees WO1998049711A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP98922869A EP0978139A1 (fr) 1997-04-25 1998-04-24 Microdispositif pour generer un champ multipolaire, en particulier pour filtrer ou devier ou focaliser des particules chargees
JP54666198A JP2001522514A (ja) 1997-04-25 1998-04-24 多極子場を発生するマイクロ装置であって、特に荷電粒子の分離あるいは偏向あるいは集束用のマイクロ装置
US09/381,917 US6465792B1 (en) 1997-04-25 1998-04-27 Miniature device for generating a multi-polar field, in particular for filtering or deviating or focusing charged particles

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9705153A FR2762713A1 (fr) 1997-04-25 1997-04-25 Microdispositif pour generer un champ multipolaire, en particulier pour filtrer ou devier ou focaliser des particules chargees
FR97/05153 1997-04-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1998049711A1 true WO1998049711A1 (fr) 1998-11-05

Family

ID=9506324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR1998/000831 WO1998049711A1 (fr) 1997-04-25 1998-04-24 Microdispositif pour generer un champ multipolaire, en particulier pour filtrer ou devier ou focaliser des particules chargees

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6465792B1 (fr)
EP (1) EP0978139A1 (fr)
JP (1) JP2001522514A (fr)
FR (1) FR2762713A1 (fr)
WO (1) WO1998049711A1 (fr)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004534360A (ja) * 2001-06-15 2004-11-11 株式会社荏原製作所 電子線装置及びその電子線装置を用いたデバイスの製造方法
GB2391694B (en) * 2002-08-01 2006-03-01 Microsaic Systems Ltd Monolithic micro-engineered mass spectrometer
US6936815B2 (en) * 2003-06-05 2005-08-30 Thermo Finnigan Llc Integrated shield in multipole rod assemblies for mass spectrometers
US7227138B2 (en) * 2003-06-27 2007-06-05 Brigham Young University Virtual ion trap
US7081623B2 (en) * 2003-09-05 2006-07-25 Lucent Technologies Inc. Wafer-based ion traps
GB2446184B (en) * 2007-01-31 2011-07-27 Microsaic Systems Ltd High performance micro-fabricated quadrupole lens
US8389950B2 (en) * 2007-01-31 2013-03-05 Microsaic Systems Plc High performance micro-fabricated quadrupole lens
WO2009009471A2 (fr) * 2007-07-06 2009-01-15 Massachusetts Institute Of Technology Amélioration de performance via l'utilisation de zones de stabilité supérieure et traitement de signal dans des filtres de masse quadrupolaires optimaux
WO2009009475A2 (fr) * 2007-07-06 2009-01-15 Massachusetts Institute Of Technology Barreaux rectangulaires fabriqués par lots, et quadripôle mems du type planar à optique ionique
GB2451239B (en) * 2007-07-23 2009-07-08 Microsaic Systems Ltd Microengineered electrode assembly
GB2454241B (en) * 2007-11-02 2009-12-23 Microsaic Systems Ltd A mounting arrangement
JP2009152088A (ja) * 2007-12-21 2009-07-09 Jeol Ltd 荷電粒子の輸送・貯蔵機構
GB0819028D0 (en) * 2008-09-05 2008-11-26 Ulive Entpr Ltd Process
US8927940B2 (en) * 2011-06-03 2015-01-06 Bruker Daltonics, Inc. Abridged multipole structure for the transport, selection and trapping of ions in a vacuum system
US9184040B2 (en) * 2011-06-03 2015-11-10 Bruker Daltonics, Inc. Abridged multipole structure for the transport and selection of ions in a vacuum system
US8969798B2 (en) * 2011-07-07 2015-03-03 Bruker Daltonics, Inc. Abridged ion trap-time of flight mass spectrometer
US9425033B2 (en) 2014-06-19 2016-08-23 Bruker Daltonics, Inc. Ion injection device for a time-of-flight mass spectrometer
US10141177B2 (en) 2017-02-16 2018-11-27 Bruker Daltonics, Inc. Mass spectrometer using gastight radio frequency ion guide
WO2024025661A1 (fr) * 2022-07-29 2024-02-01 Agilent Technologies, Inc. Entonnoir ionique à base de sections multipolaires

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3819941A (en) * 1973-10-15 1974-06-25 Bendix Corp Mass dependent ion microscope having an array of small mass filters
US4994336A (en) * 1988-05-31 1991-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Method for manufacturing a control plate for a lithographic device
EP0488707A2 (fr) * 1990-11-28 1992-06-03 Fujitsu Limited Déflecteur de faisceau de particules chargées
US5373157A (en) * 1991-09-11 1994-12-13 Japan Atomic Energy Research Institute Quadrupole electrode and process for producing the same
US5401962A (en) * 1993-06-14 1995-03-28 Ferran Scientific Residual gas sensor utilizing a miniature quadrupole array
US5486697A (en) * 1994-11-14 1996-01-23 California Institute Of Technology Array of micro-machined mass energy micro-filters for charged particles
WO1996031901A1 (fr) * 1995-04-04 1996-10-10 The University Of Liverpool Spectrometres de masse quadripolaire

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3648046A (en) * 1970-05-18 1972-03-07 Granville Phillips Co Quadrupole gas analyzer comprising four flat plate electrodes
US3935452A (en) * 1973-11-14 1976-01-27 Barringer Research Limited Quadrupole mobility spectrometer
CN85102774B (zh) * 1985-04-01 1987-11-04 复旦大学 利用封闭边界产生静电四极场的结构
US5315120A (en) * 1993-06-07 1994-05-24 Accsys Technology, Inc. Univane RFQ
US5596193A (en) * 1995-10-11 1997-01-21 California Institute Of Technology Miniature quadrupole mass spectrometer array

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3819941A (en) * 1973-10-15 1974-06-25 Bendix Corp Mass dependent ion microscope having an array of small mass filters
US4994336A (en) * 1988-05-31 1991-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Method for manufacturing a control plate for a lithographic device
EP0488707A2 (fr) * 1990-11-28 1992-06-03 Fujitsu Limited Déflecteur de faisceau de particules chargées
US5373157A (en) * 1991-09-11 1994-12-13 Japan Atomic Energy Research Institute Quadrupole electrode and process for producing the same
US5401962A (en) * 1993-06-14 1995-03-28 Ferran Scientific Residual gas sensor utilizing a miniature quadrupole array
US5486697A (en) * 1994-11-14 1996-01-23 California Institute Of Technology Array of micro-machined mass energy micro-filters for charged particles
WO1996031901A1 (fr) * 1995-04-04 1996-10-10 The University Of Liverpool Spectrometres de masse quadripolaire

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GROSS H S ET AL: "New method for fabrication of an array of individually controllable miniaturized electrostatic lenses", MICROELECTRONIC ENGINEERING, vol. 35, no. 1, February 1997 (1997-02-01), pages 469-472, XP004054103 *

Also Published As

Publication number Publication date
US6465792B1 (en) 2002-10-15
FR2762713A1 (fr) 1998-10-30
EP0978139A1 (fr) 2000-02-09
JP2001522514A (ja) 2001-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1998049711A1 (fr) Microdispositif pour generer un champ multipolaire, en particulier pour filtrer ou devier ou focaliser des particules chargees
JP5667569B2 (ja) ４極質量フィルタとして動作可能な二次元半径方向放出イオントラップ
Badman et al. A parallel miniature cylindrical ion trap array
Ouyang et al. Rectilinear ion trap: concepts, calculations, and analytical performance of a new mass analyzer
US6992284B2 (en) Ion mobility TOF/MALDI/MS using drift cell alternating high and low electrical field regions
US7928375B1 (en) Microfabricated linear Paul-Straubel ion trap
US8067747B2 (en) Parallel plate electrode arrangement apparatus and method
EP2485243B1 (fr) Micro-réflectron pour spectromètre de masse à temps de vol
US6717139B2 (en) Ion lens for a mass spectrometer
US7227138B2 (en) Virtual ion trap
US9117645B2 (en) Planar ion funnel
CN109643632B (zh) 四极装置
US20150348769A1 (en) Abridged multipole structure for the transport, selection and trapping of ions in a vacuum system
Xu et al. Ion sponge: a 3-dimentional array of quadrupole ion traps for trapping and mass-selectively processing ions in gas phase
EP2394290B1 (fr) Spectrometre de masse magnetique achromatique a double focalisation
US7935923B2 (en) Performance enhancement through use of higher stability regions and signal processing in non-ideal quadrupole mass filters
US7470900B2 (en) Compensating for field imperfections in linear ion processing apparatus
US9536723B1 (en) Thin field terminator for linear quadrupole ion guides, and related systems and methods
CN114026670A (zh) 用于分析粒子，并且具体是粒子质量的系统
RU2431213C2 (ru) Устройство для направления пучка ионов, содержащее электроды, размещенные на параллельных пластинах
CA2577207C (fr) Quadrupoles lineaires avec champs d'hexapoles ajoutes et methode de construction et de fonctionnement
CN117198857A (zh) 一种质谱芯片
Werth et al. Mass Spectrometry Using Paul Traps
FR2829287A1 (fr) Procede de spectrometrie de masse en tandem produisant simultanement le spectre de masse primaire et les spectres de dissociation de plusieurs molecules differentes sans selection de masse primaire

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1998922869

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09381917

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref country code: JP

Ref document number: 1998 546661

Kind code of ref document: A

Format of ref document f/p: F

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1998922869

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1998922869

Country of ref document: EP