[發(fā)明專利]離子光學(xué)器件的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110146810.4
• 申請(qǐng)日: 2011-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN102810441A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 穆輝;蔣公羽;丁力;李建良;孫文劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 島津分析技術(shù)研發(fā)(上海)有限公司
• 主分類號(hào): H01J9/02
• 分類號(hào): H01J9/02
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 駱希聰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析領(lǐng)域，尤其是涉及制備一種二維的平面型離子光學(xué)器件的制備方法。

背景技術(shù)

為了制成能夠在空間形成一定電場(chǎng)分布的離子光學(xué)器件，通常需要加工復(fù)雜表面的離子光學(xué)透鏡。以二維直線離子阱為例，它的主體通常需要兩對(duì)具有雙曲柱面的四極場(chǎng)電極(可參見PCT申請(qǐng)公開號(hào)WO2003/067623?A1)。為了避免雙曲柱面的四極場(chǎng)電極加工的困難，也有人提出了利用平面結(jié)構(gòu)代替曲面結(jié)構(gòu)的方法，如US20040135080A1。為了提高場(chǎng)的完善性，專利號(hào)為ZL200410024946的中國(guó)專利描述了一種用印刷電路板構(gòu)建的平面型直線離子阱質(zhì)量分析器。這種二維直線離子阱由一個(gè)主體部分和位于主體部分兩端的端蓋組成。

圖1是一個(gè)典型的二維直線離子阱的結(jié)構(gòu)圖，主體部分2上的槽9用于離子引出。使用時(shí)，在兩個(gè)端蓋1、3上施加的直流電壓高于施加在主體部分2的直流電壓，另外，主體部分2還施加一個(gè)隨時(shí)間變化的射頻電壓，其目的就是在直線離子阱內(nèi)部產(chǎn)生四極場(chǎng)。當(dāng)離子(以正離子為例)滿足四極穩(wěn)定條件時(shí)，將被加在垂直于離子阱軸向的射頻電場(chǎng)和加在平行于離子阱軸向的直流電場(chǎng)束縛住，質(zhì)量分析也可以在此時(shí)進(jìn)行，從而達(dá)到存儲(chǔ)離子和分析離子的目的。

通常用于印刷電路的基板是FR4型的環(huán)氧樹脂纖維板，這種材料在真空環(huán)境下會(huì)釋放出所吸附的各種氣體，不適用于離子阱工作的真空環(huán)境(真空度達(dá)到10^-1～10^-4Torr)。而且這種材料往往都是采用光刻、腐蝕印刷電路板表面的金屬鍍層的工藝來(lái)制作具有高對(duì)稱性的分立電極。圖2A-2C示出腐蝕工藝可能產(chǎn)生的三種不良后果。腐蝕工藝限定了腐蝕的深度不能很深，否則會(huì)造成腐蝕時(shí)間過(guò)長(zhǎng)從而破壞金屬電極4的形貌，如圖2A所示。而腐蝕的深度過(guò)淺就無(wú)法在表面上做到深度達(dá)0.2mm以上的電極層，如圖2B所示，這導(dǎo)致在器件使用過(guò)程中電荷5容易在分立電極之間的區(qū)域積累。積累的電荷容易在電極表面以外的空間形成電場(chǎng)，造成離子阱內(nèi)部四極場(chǎng)的畸變，影響離子阱質(zhì)量分析的能力。即便可以找到適當(dāng)?shù)纳顚捄蛯挾?，但由于腐蝕液與金屬接觸的區(qū)域隨著時(shí)間的變化濃度會(huì)變小，腐蝕的速度隨著時(shí)間變化而變慢，造成的后果就是腐蝕出的金屬形貌呈現(xiàn)梯形，如圖2C所示。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備具有高精度、低表面電荷的離子光學(xué)器件的方法，以克服現(xiàn)有方法導(dǎo)致的各種缺陷。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是提出一種離子光學(xué)器件的制備方法，其使用適于磨削加工工藝的硬質(zhì)材料制作一個(gè)基底，該基底至少包含一個(gè)平面表面，并包含至少一層絕緣材料。接著，在平面表面上切割出一個(gè)或多個(gè)直線形溝槽，以在被直線形溝槽分離的平面表面形成多個(gè)分立的離子光學(xué)電極區(qū)域。然后，在平面表面以外的其他基底表面及基底內(nèi)部導(dǎo)通孔內(nèi)制作金屬引線，以提供各離子光學(xué)電極上所需要的電壓。

為達(dá)到加工這些直線形溝槽的對(duì)稱精度和直線度，本發(fā)明進(jìn)一步提出根據(jù)基底材料的不同采用不同的方法。根據(jù)一實(shí)施例，用高速旋轉(zhuǎn)的旋輪式金剛砂刀片與基底平面表面發(fā)生磨削，同時(shí)刀片相對(duì)基底，沿平行于基底平面表面并垂直于刀片旋轉(zhuǎn)軸的方向做直線運(yùn)動(dòng)。較佳地，可采用一組多片共軸的金剛砂旋輪片進(jìn)行切割，相鄰刀片之間用在厚度上精密磨制的墊圈精確控制刀片的間距。這種方法適用于基底材料為單一絕緣硬質(zhì)材料的情形。

根據(jù)另一實(shí)施例，可以采用半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)有的劃片工藝來(lái)控制加工出的直線形溝槽的各項(xiàng)指標(biāo)。這種方法適用于基底為通過(guò)鍵合工藝制備的多層結(jié)構(gòu)，尤其是多層結(jié)構(gòu)包含摻雜的半導(dǎo)體材料作為導(dǎo)電材料的情形。

在被直線形溝槽分離的各個(gè)分立電極區(qū)域制備金屬層以形成離子光學(xué)電極，為獲得更好的電場(chǎng)，進(jìn)一步提出在直線形溝槽的側(cè)壁至少一部分制備金屬鍍層。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，至少一部分直線形溝槽的深寬比大于或等于1。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，可以在上述基底上進(jìn)一步形成用于離子引出的離子引出槽的步驟，所述步驟包括：在所述基底預(yù)先形成一個(gè)用于制作離子引出槽的預(yù)埋槽，然后用所述切割方法切穿預(yù)埋槽上部的剩余基底材料形成離子引出槽。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，形成導(dǎo)通孔的方法包括：在所述絕緣材料層預(yù)先形成導(dǎo)通孔的預(yù)埋孔，然后進(jìn)行擴(kuò)孔處理。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，在基底切割出直線形溝槽之后，還可以對(duì)基底平面表面進(jìn)行磨削處理，使直線形溝槽的深度縮減至預(yù)定深度。