(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルガスを分析するために半導体基板に構成される質量分析器用の小型質量フィルタであって、
前記半導体基板に形成された空洞内に設けられ質量フィルタ部と、
前記半導体基板に形成され、前記サンプルガスが前記空洞内に流入する入口と、
前記入口と前記質量フィルタ部との間に配設され、前記サンプルガスをイオン化するガスイオン化器と、
前記ガスイオン化器と前記質量フィルタ部との間に設けられ、前記ガスイオン化器によってイオン化されたイオンが通過するイオン光学的開口と、
前記空洞内をほぼ真空にする手段と、
前記質量フィルタ内に電磁場を発生させ、前記ガスイオン化器により発生されたサンプルガスのイオンに電磁場を印加する電磁場発生手段と、
前記電磁場発生手段に隣接して配設され、前記入口の中心軸線に対してほぼ直交する方向にその検出方向を指向する検出器配列体とを具備し、
前記電磁場発生手段によって発生された電磁場は、前記サンプルガスのイオンを前記検出器配列体に向け、ほぼ円弧状の軌道に沿って旋回させ、サンプルガスのイオンに、質量／電荷比率に基づきフィルタ処理を行うことを特徴とする小型質量フィルタ。
【請求項２】
前記イオン光学的開口は、ほぼ１０ミクロン幅を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型質量フィルタ。
【請求項３】
前記電磁場発生手段は、前記電磁場を発生する磁極面を有し、前記磁極面は前記入口の中心軸線と平行であって、前記検出器配列体は前記入口の中心軸線に直交する線より前記入口から離間する方向に傾斜した線上に配置されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型質量フィルタ。
【請求項４】
前記電磁場発生手段は、前記半導体基板に設けられた永久磁石を有し、前記イオンの経路に対して直交する磁場を発生することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型質量フィルタ。
【請求項５】
前記電磁場発生手段は、２対の電極を有し、それぞれの対における各電極は、前記質量フィルタ部の対向する上下の面に、対となる電極が互いに対向するように配設されることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の小型質量フィルタ。
【請求項６】
前記２対の電極は、前記質量フィルタ部の対向する上下の面に配設された磁性膜からなることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の小型質量フィルタ。
【請求項７】
前記電磁場発生手段は、前記半導体基板の外側に配設されたヨークを有する永久磁石を備え、前記永久磁石が前記イオンの経路に対して直交する磁場を生成することを特徴とする請求の範囲第１項の小型質量フィルタ。
【請求項８】
更に前記ガスイオン化器と前記質量フィルタ部との間に静電界アナライザを備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型質量フィルタ。
【請求項９】
前記電磁場発生手段は、前記イオンの経路に対して直交する静電界を前記イオンに印加する静電界印加手段と、前記イオンの経路に対して直交すると共に前記静電界に直交する磁界を前記イオンに印加する磁界印加手段とを備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型質量フィルタ。
【請求項１０】
前記静電界印加手段は、前記イオンが前記磁界による作用を受ける前に、その質量／電荷比率に応じてイオンを分離することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の小型質量フィルタ。
【請求項１１】
前記電磁場発生手段は、前記質量フィルタ部の対向する上下壁に配設された磁性膜上に一対のトリミング電極を備え、前記トリミング電極は、前記磁性膜を覆って形成されると共に、誘電物質の層により前記磁性膜と絶縁されていることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の小型質量フィルタ。
【発明の詳細な説明】
政府契約
アメリカ合衆国国防総省の防衛研究計画機関の裁定による契約番号第９２−Ｆ−１４１５００−０００号に従い、アメリカ合衆国政府は、本発明に係る権利を有するものである。
継続出願
本願は、１９９３年９月２２日付で出願された出願番号第０８／１２４，８７３号の一部継続出願である。
発明の背景
１．  発明の分野
本発明は、ガス検知センサに関し、特に、半導体基板上に微細加工された半導体型の質量分析器に関し、更には、質量分析におけるイオン分離のための質量・電荷比率フィルタに関する。
２．  先行技術の説明
ガス試料中に存在する分子の量や種類の同定に、近年では種々の装置を利用可能である。そのような装置の一つに質量分析計がある。
質量分析計は、イオン化法によりガスから生成されたイオンの質量と電荷量との比および同イオンの量を測定することによって、ガス試料中に存在する分子の量や種類を同定する。この同定は、少量の試料をイオン化し、これに電場及び／又は磁場をかけてイオンの電荷量と質量との比を求めることによって行われる。従来の質量分析計は、架台載置寸法が嵩高になり、また、重量があり（１００ポンド、約４５キロ）、高価でもある。従来の質量分析計の大きい特長は、それらがどのような化学種の検出にも使用可能である。
ガス試料中に存在する分子の量や種類の同定に使用される他の装置としては、ケミカルセンサがある。このようなセンサは低価格で購入可能であるが、個々の測定環境で使用する毎にキャリブレーションを必要とし、しかも測定可能な化学物質の種類も限定される。従って、複合した環境下では複数のセンサが必要となる。
従って、どのような環境でも使用でき、低価格のガス検知センサが必要とされている。１９９３年９月２２日付で出願の米国特許出願第０８／１２４，８７３号を本明細書中に組み入れて引用する。この引用文献は、半導体基板上で実施可能な半導体型質量分析器を開示している。第１図は、この様な質量分析器１の機能図である。この質量分析器１は、サンプルガス中の複数の組成成分を同時に検出可能である。サンプルガスは、ダストフィルタ３を介して分析器１に入る。フィルタには、ガスサンプリング路を塞ぐ粒子が保持されている。次いで、サンプルガスは、サンプルオリフィス５を介してガスイオン化装置７に移動する。このガスイオン化装置において、サンプルガスが、電子衝撃、核崩壊からのエネルギー粒子により、或いは、高周波誘起プラズマ中でイオン化される。次に、イオン光学素子９により、質量フィルタ１１を介して、イオンが加速され集束される。この質量フィルタ１１は、イオンビームに強い電磁場を加える。質量フィルタは、主に磁界を利用するもので、小型質量分析器に最も適するものと思われる。約１テスラ（１０，０００ガウス）の所要の磁界をコンパクトな永久磁石の構成にて容易に達成できるからである。同一エネルギに加速されたサンプルガスのイオンは、質量フィルタ１１内で、イオン移動方向に対して垂直の均一磁界に晒されたときに、円形の経路を描く。この経路の円弧半径は、イオン質量と電荷との比に依存する。質量フィルタ１１は好ましくはウィーンフィルタである。このフィルタでは、交差した電界と磁界とにより、一定速度のフィルタ処理されたイオンビーム１３が生じる。このイオンビームにおいて、イオンは、第１図の平面にある分散面内で質量／電荷比率に従って分散される。
真空ポンプ１５は、質量フィルタ１１中に真空を生じさせて、イオンに対して非衝突環境を提供する。この真空環境は、衝突によるイオン軌跡誤差を防ぐために必要である。
質量フィルタ処理されたイオンビームは、イオン検出器１７で集められる。好ましくは、イオン検出器１７は、サンプルガスの複数の組成成分から生成される複数のイオンを同時検出可能なリニア配列された複数の検出器要素である。マイクロプロセッサ１９は検出器出力を分析し、イオンの速度および質量に関連する周知のアルゴリズムを用いて、サンプルされたガスの化学構造を判別する。マイクロプロセッサ１９による分析の結果は、出力装置２１へ提供される。出力装置は、アラーム、ローカルディスプレイ、トランスミッタ及び／又はデータ記憶装置から構成できる。ディスプレイは、第１図に２１で示す形式をとることができ、ここで、サンプルガスの組成成分が、原子質量単位（ＡＭＵ）で計測されるラインによって同定される。
好ましくは、質量分析器１は、第２図に示すように、半導体チップ２３で実施される。この好適な分析器１において、チップ２３は長さが約２０ｍｍであり、幅および厚さが０．８ｍｍである。このチップ２３は、長手方向に延びる分割面２７ａ、２７ｂに沿って接合される２つの半部２５ａ、２５ｂとして形成される半導体材料の基板を備えている。２つの基板半部２５ａ、２５ｂの分割面２７ａ、２７ｂには細長い空洞２９が形成されている。この空洞２９は、入口部３１、ガスイオン化部３３、質量フィルタ部３５および検出部３７を有している。基板に形成された複数の仕切壁３９が、空洞２９を横断して延設され、複数の室４１を形成している。これらの室４１は、直線上に整列されて半部２５ａの仕切壁３９に形成され空洞２９を通過するガスの通路となる孔４３によって互いに連通されている。真空ポンプ１５は、対向面２７ａ、２７ｂに形成された側方通路４５を介して各々の室４１に接続されている。この装置構成により、室４１のディファレンシアル・ポンピングが提供され、小型真空ポンプをもって、質量フィルタ部および検出部で必要とされる圧力を達成可能になる。
分子種の性状を判定する方法の一つは、その分子量を判定することである。分子量は、分子の固有の性質ではない。分子を構成する同一組の原子は、毒性、沸点その他の性質を異にする分子を形成するように種々に結合可能であるからである。従って、特定の分子化合物を一意的に同定するには、構造を同定する必要がある。分子の分子構造を判定するための、充分に確立された手法は、分子の解離的イオン化であり、この結果として生じたイオンフラグメントの量および質量と電荷との比率を判定するもので、クラッキングパターンとして知られている。一般的手法は、質量スペクトル観測と称されている。
イオンの質量と電荷との比率を判定するために種々の方法が利用されており、これらの方法は、或る期間にわたる検出器への到達により、若しくは、イオンの物理的変位を強制することにより、イオンを分離させる。同時使用される検出器の数により、装置の速度および感度が決まる。イオンビームを単一の検出器の上で走査する手法は質量分析計（マス・スペクトロメータ）と称され、複数の検出器を同時に利用するものは質量分析器（マス・スペクトログラフ）と称される。質量分析器は、質量と電荷との比の全範囲の部分集合をカバーする配列体を利用することにより走査可能である。複数の部分集合を走査することにより、全質量範囲をカバー可能である。超小型質量分析器を提供するには、その様な超小型質量分析器に使用可能な超小型質量分離器（マス・セパレータ）が必要である。
発明の概要
検出器配列体を利用するため、従来は、種々の質量・電荷比を有したイオンを空間において変位させている。検出器への到達時間によりイオンを分離する飛行時間方法は、典型的な単一検出器式の分析計である。本発明では、配列体への集積化による更なる感度ゲインの獲得という利点を享受するため、空間での物理的分離が利用される。空間でのイオンの分離のため、典型的には磁界及び／又は電界を利用可能である。一定の磁界及び電界は、物理的空間でイオンの扇形偏出を生じさせるもので、また、検出器配列への組み込みに適用可能である。
本発明の小型質量フィルタは、サンプルガス分析用の半導体型質量分析器での使用に供される。この小型質量フィルタは、半導体基板に形成された空洞内に設けられた質量フィルタ部と、前記半導体基板に形成され、サンプルガスが前記空洞内に流入する入口と、前記入口と前記質量フィルタ部との間に配設され、前記サンプルガスをイオン化するガスイオン化器と、前記ガスイオン化器と前記質量フィルタ部との間に設けられ、前記ガスイオン化器によってイオン化されたイオンが通過するイオン光学的開口と、前記空洞内をほぼ真空にする手段と、前記質量フィルタ内に電磁場を発生させ、前記ガスイオン化器により発生されたサンプルガスのイオンに電磁場を印加する電磁場発生手段と、前記電磁場発生手段に隣接して配設され、前記入口の中心軸線に対してほぼ直交する方向にその検出方向を指向する検出器配列体とを具備し、前記電磁場発生手段によって発生された電磁場は、前記サンプルガスのイオンを前記検出器配列体に向け、ほぼ円弧状の軌道に沿って旋回させ、サンプルガスのイオンに、質量／電荷比率に基づきフィルタ処理を行うことを特徴とするものである。この小型質量フィルタは、単収束型ウィーンフィルタまたは磁気セクタフィルタ、或いは、二重収束型フィルタで良い。二重収束型フィルタは、イオンを分離すべく、イオン軌跡の２つの異なる領域で電界および磁界の双方を用いる。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図面を参考に、以下の好ましい実施の形態の記載から充分に理解されるであろう。
第１図は、本発明によるソリッドステート型質量分析器の機能ダイヤグラムである。
第２図は、本発明に係る質量分析器の２つの半部を開いて、その内部構造を示した等角投影図である。
第３図は、本発明に係る質量フィルタの第１の好適実施形態の概略図である。
第４図は、本発明に係る質量フィルタの第２の好適実施形態を示す、第１図及び第２図の質量分析器の一部分を通る長手方向部分図である。
第５図は、第４図の実施形態の変形例を示す、第４図に類似の図である。
第６図は、第４図及び第５図の質量フィルタの概略図である。
第７図は、走査される電場および永久磁場を有した装置に用いられる第４図、第５図及び第６図の質量フィルタについての、イオン質量に対する分解能および質量ウインド幅の関係を示すグラフである。
第８図は、第４図、第５図及び第６図の質量フィルタでのサイクロイド軌跡の解消におけるフィルタ幅の関係を示すグラフである。
第９ａ図及び第９ｂ図は、本発明の質量フィルタの第３の好適実施態様の概略図である。
好適実施例の詳細な説明
本発明の分離器の３つの実施態様が提供され、これらの態様は、小型化可能であると共に、イオンビームを数十ミクロンだけ変位可能とする。これらの分離器は、フォトリソグラフィ的に画成された検出器を有して小型かつコンパクトなガスセンサを提供する微細加工された装置へ組み込み可能である。質量フィルタ１１の３つの実施態様は、第３図に示した磁気セクタ、第４図及び第５図に示したウィーンフィルタ、および、第９ａ図及び第９ｂ図に示した二重収束型フィルタである。これら３つの実施形態の全てにおいて、質量フィルタ１１は、第２図に示した空洞２９の質量フィルタ部３５に配置されている。
イオンをその質量と電荷との比に応じて分離するために磁場が広く利用されている。特定の断面を有する単一エネルギイオンビームを、非衝突環境において磁極間に通過させることにより、この分離が実現される。イオン電流の磁場との相互作用により、イオン速度および磁界線に直交する力が付与される。この力は、マックスウェル方程式で表わされるように、イオン速度と磁界強度との積に比例する。
Ｆ＝ｑ＊（ｖ×Ｂ）
ここで、Ｆは力ベクトル、ｑはイオンが有する電荷、ｖはイオンの速度ベクトル、およびＢは磁界ベクトルである。複数のイオンが単一エネルギ的に磁界へ入る場合、単独に帯電したイオンについては、下記の関係により、イオン速度はイオンの質量に比例する。
ｖ＝｛２＊ｑ＊Ｋ／ｍ｝0.5
ここで、ｖは速度ベクトル、Ｋは単独に帯電したイオンの運動エネルギ、およびｍはイオンの質量である。多数の帯電イオンの場合は、イオンの電荷ｑは、上記の両関係を有する。
上記２つの関係を結合しかつ均一の磁界を用いると、イオンがそれらの質量と電荷との比に基づいて円を描くことが分かる。９０度セクタ磁石構成についての円軌跡は以下のとおりである。
ｒ＝ｑ＊Ｂ／（ｍ＊ｖ）
ここで、ｒは、電荷ｑ、質量ｍおよび速度ｖを有したイオンが均一磁界Ｂ内で描くことになる半径である。この結果、イオンの質量と電荷との比に応じたイオンの物理的変位が生じ、配列体を分散イオンスペクトルを収集するために使用することが可能となる。この装置は、磁界またはイオンのエネルギを変化させることにより走査可能でもある。
磁気セクタ質量フィルタ４７の概略を第３図に示す。この９０度セクタ装置において、検出器配列体４９は、イオンビーム方向の入力５１の中心軸線に対して直交する方向にその検出方向を指向して配置されている。磁極面５３は入力５１の中心軸線に対して平行であり、検出器配列体４９は、磁界の収束性に起因し、入力５１の中心軸線に直交する線に対して入力５１から離間する方向に傾斜した線に上に配置されている。本装置の分解能を最大にするという収束されたイオンビームの利点を得るため、イオン検出器５５を焦点面に沿って配置すべきである。
磁気セクタ式のフィルタ４７の質量範囲は、磁界強度と、イオンが相互作用可能であるような極面５３長さとにより制限される。微細加工された装置では小さなギャップを得ることができるので、大きな磁界を永久磁石材料から発生できる。平均自由行程も考慮される。非衝突環境を維持するため、典型的には、質量フィルタ４７は低圧まで排気される。１センチメートルの平均自由行程を得るため、圧力１×１０-2トール以下でなければならない。質量フィルタをシリコン・マイクロ電子工学製造に組み入れる際に、１センチメートルは妥当な寸法である。この寸法上の制約により、イオンのエネルギは１ないし１０電子ボルトになり、磁界強度は０．８テスラまでになり、磁気セクション質量フィルタ４７の質量範囲は１ａｍｕから約３００ａｍｕになる。この様な装置の分解能は、３００ａｍｕにおいて１ａｍｕになるであろう。イオンのエネルギが高いほど、装置はより広い範囲を走査可能である。
磁気セクタ式の質量フィルタ４７は、超小型質量分析器１の実施態様であり、これは、標準的なフォトリソグラフィック式の手法を用いて製造可能である。これにより、小型化および低電力化が可能になり、質量分析手法を用いた検出応用分野の拡張が図られる。高温応用分野については、好適な基板として、炭化珪素や、その他のエッチング可能あるいは加工可能なガラスおよびセラミックスを利用可能である。
ウィーンフィルタとして知られかつ第４図および第５図に示す、よりコンパクトな質量フィルタは、イオン速度ベクトルおよび磁界の双方に垂直な均一静電界に配置することによって達成可能である。この状況において、静電界により発生される力が、イオン電流と磁場との相互作用により発生される力に対向するように、静電界に極性を付与することが可能である。イオンに加わる力は下記の関係に従う。
Ｆ＝ｑ＊Ｅ＋ｑ＊（ｖ×Ｂ）
ここで、Ｆは力ベクトル、ｑはイオンの電荷、Ｅは静電界ベクトル、ｖはイオンの速度ベクトル、および、Ｂは磁界ベクトルである。単一エネルギ的なイオンおよび均一な場に対して、これにより、一つのイオンは、フィルタのセンタライン下流側へかつ偏向されることなしに走行する。より遅く走行するイオンは、センタラインの一側へ扇形偏向され、また、より早く走行するイオンは他側へ扇形偏向される。この結果、イオン検出配列体によりストレートシステムを製造可能となる。イオン検出配列体は、イオンの質量フィルタへの流入前での初期イオン軌跡に対して垂直な壁にではなく、室（チャンバ）の端に配設される。
ウィーンフィルタの好適実施態様は、電力消費を低減する永久磁石５７を用いている。第４図に示すように、この永久磁石５７は、基板両半部２５ａ、２５ｂに跨る上側および下側極部材５７ａ、５７ｂを有して、イオン経路に垂直な磁場を発生させる。ウィーンフィルタ用の直交電界は、空洞２９の質量フィルタ部３５の側壁に形成された対向電極５９により発生される。第２図及び第４図に示すように、対向したトリミング電極６３の別の対が、空洞２９の質量フィルタ部３５の頂壁および底壁に沿って離間している。電圧のスペクトルはこれらの追加電極に印加され、電極５９間の電界を均一にする。追加電極６３は、金などの非磁性の導電性材料からなり、永久磁石５７により発生される磁界と干渉しないようになっている。これらの電極６３は、空洞２９をライニングする二酸化珪素の絶縁層６４ａ、６４ｂの上に付設されている。
永久磁石５７の代替手段として、第５図に示すように、空洞２９の質量フィルタ部３５の頂壁および底壁上の二酸化珪素の絶縁層６４ａ、６４ｂに付設した磁性膜６５によりウィーンフィルタ用の磁界を発生可能である。この実施形態において、電界トリミング電極６３は、磁性膜６５をカバーする二酸化珪素の絶縁層６６ａ、６６ｂ上に付設される。
第２のウィーンフィルタを第６図に示す。この概略図において、上側の磁極面を明確化のために除去する一方、下側磁極面５７ｂを図示した。磁石５７のヨークは、質量分析器１の基板の外側に設けられている。対向電極６３および磁極面５７はイオンビームに作用して、検出器配列体１７に入力される一連のイオン軌跡６６を発生させる。
ウィーンフィルタは、小型質量フィルタ１１の好適実施態様である。永久磁石５７ａ、５７ｂにより、ウィーンフィルタは、磁界強度、イオンのエネルギおよび磁極長さに依存して一定ではない分解能を付与する。０．６テスラの磁極５７ならびに長さが７．５および１０ミリメートルの磁極について、分解能および質量ウインド幅を第７図に示す。第８図に示すように、非偏向イオンに比べて速度が相当に異なるイオンのサイクロイド軌跡を終了させる必要から、質量ウインド幅は限定される。この分析は、１５００ミクロンの静電界プレート幅が理想的であり、ウィーンフィルタの寸法であることを示している。第８図に示すように、質量と電荷との比が５０であるイオンは０．６テスラの場において偏向されず、また、質量・電荷比率が１０および２０であるイオンは、フィルタ幅が限定されない場合に質量・電荷比率が５０のイオンが到達可能であるような物理的空間の非常に近くに入ることになる。半部の幅が７５０ミクロンである場合、これらのイオンは、静電界プレートに到達して中和され、これにより、フィルタの端には現れず、検出器配列体上に集められる。
電界または磁界のいずれかを走査する能力により、ウィーンフィルタは、実際的な分解能を具備しつつ、広い質量範囲にわたって利用可能である。雰囲気ガス検知のため、６５０ａｍｕ分子量を下回る分子を、０．４テスラを上回る磁界強度では、１センチの長さの磁界により容易に分散可能である。数百ａｍｕにおいて１ａｍｕの分解能を得るには、より大きい磁界が必要になる。
二重収束型フィルタ６７として知られ第９ａ図及び第９ｂ図に示す別の実施形態による質量フィルタ１１は、イオン飛行経路の異なる領域にわたって同一イオンビームに作用する電界および磁界を使用することにより、イオンの質量・電荷比率に応じてイオン同士を分離する。これを、二重収束質量分光器と称する。一方、磁気セクタおよびウィーンフィルタの双方は、単収束型質量分析計として知られている。
二重収束型フィルタ６７において、静電界が、静電界フィルタ領域アナライザ部６９に先ず印加され、次に、磁界が磁気フィルタ領域７１に印加される。イオンビームが質量・電荷比率に応じたイオンの空間的分散性を既に具備していなければ、一定の静電界それ自体によっては、単一エネルギのビームは、その質量・電荷比率に応じて分離することはない。静電界は、イオンのエネルギに応じてイオン同士を分離し、次いで、磁界に対して集束された単一エネルギビームを付与する。これにより、より高い分解能（一般には５０００ａｍｕにおいて１ａｍｕを上回る）が付与される。２つの最も良く使用される二重収束型の質量分析計の概略を第９ａ図及び第９ｂ図に示す。
質量アナライザの前で分離型の静電界アナライザを使用することの利点は、電気的な放電のようなエネルギのスペクトルを有したイオンを発生するイオン源を利用可能である点にある。静電界アナライザは、狭い運動エネルギバンドからなるエネルギを有したイオンビームを付与する。イオン源と質量アナライザとの間に静電界アナライザを配置した構成は、ウィーンフィルタまたは磁気アナライザと共に使用可能である。
二重収束型フィルタは、前述したウィーンフィルタに類似するが、静電界を湾曲パターン形状に形成するべく、湾曲電極またはセグメント化した電極を製造する必要がある。この構成によれば、分解能をより高くすることができるが、その全長は、ウィーンフィルタのものの２倍近くになる。検出器配列体７３は、磁気フィルタ領域７１の端に配置される。分解能を高くするためには、場を正確な形状に形成する必要があるので、二重収束型フィルタ６７の製造は、磁気セクタまたはウィーンフィルタの場合よりも複雑になる。但し、同フィルタは、微細加工手法を用いて製造可能である。
質量フィルタ１１を小型化するには、質量フィルタ領域３５に関してイオン光学的な開口を正確に配置しかつその寸法を正確なものにする必要がある。イオン光学的な開口９は、イオンビーム１３の寸法と質量フィルタ装置１１の許容角度とを定める。イオンビーム寸法および許容角度は、検出器領域３７において達成可能な最小スポット寸法を定め、従って、２つの近接ピークを分離するのに要する最小変位を定める。シリコン微細加工によれば、イオン化器領域３３と質量フィルタ３５への入力との間にミクロンサイズの開口を正確に配置可能である。検出器配列体１７を使用するには、イオン光学的制御９を質量フィルタ１１の前で行う必要がある。
本発明の設計について、１０ミクロン幅の開口９が使用されており、これに伴って検出器１７では２０ミクロンのビーム幅１３が生じる。これは、ピーク同士を分解するのに要する偏向が２０ミクロン程度であることを意味している。０．４テスラを上回る強さを有しかつ長さが１センチメートルの磁界の場合、これは容易に達成できる。従って、イオン光学的な開口９の寸法を小さくすると共にこの開口９を質量フィルタ領域３５に対して正確に配置することにより、小型の質量分析器１の製造が可能である。微細加工手法を用いることにより、この様な実際的な装置を低コストでかつ大量に製造可能である。
上記において本発明の特定の実施態様を詳細に説明したが、本願の全体的な教示に照らして本分野で通常の知識を有するものが、上記の実施態様を種々に変形可能であることは明らかである。上記の特定の装置構成は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の請求の範囲全体に及ぶものであって、その均等物全てを包含するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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