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特表2023-512537イオンインターフェース並びにそれらを使用するシステム及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-27
(54)【発明の名称】イオンインターフェース並びにそれらを使用するシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
H01J 49/06 20060101AFI20230317BHJP
H01J 49/02 20060101ALI20230317BHJP
H01J 49/40 20060101ALI20230317BHJP
H01J 49/42 20060101ALI20230317BHJP
【ＦＩ】
H01J49/06 700
H01J49/02 200
H01J49/06 800
H01J49/06 200
H01J49/40
H01J49/42 150
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022547300
(86)(22)【出願日】2021-02-03
(85)【翻訳文提出日】2022-09-30
(86)【国際出願番号】 IB2021050868
(87)【国際公開番号】W WO2021156762
(87)【国際公開日】2021-08-12
(31)【優先権主張番号】62/969,924
(32)【優先日】2020-02-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/836,708
(32)【優先日】2020-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＳＭＡＬＬＴＡＬＫ
２．ＪＡＶＡＳＣＲＩＰＴ
３．ＳＷＩＦＴ
４．ＰＹＴＨＯＮ
５．ｉＯＳ
(71)【出願人】
【識別番号】518410032
【氏名又は名称】パーキンエルマー・ヘルス・サイエンシーズ・カナダ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＰＥＲＫＩＮＥＬＭＥＲ ＨＥＡＬＴＨ ＳＣＩＥＮＣＥＳ ＣＡＮＡＤＡ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】バディエイ，ハミド
(72)【発明者】
【氏名】フィッシャー，ウィリアム
(72)【発明者】
【氏名】サウチェンコ，セルゲイ
(72)【発明者】
【氏名】イカシアノ，アンドリュー
(57)【要約】
より高い感度の改善されたイオン透過及び複数の動作モードを提供することができるイオンインターフェースの特定の実施形態について説明する。いくつかの構成では、イオンインターフェースは、各々が非ゼロ電圧を受け取ることができる第１の要素及び第２の要素を備えることができる。１つの構成では、第１の要素は、ハイパースキマコーンとすることができ、第２の要素は、シリンドリカルレンズとすることができる。インターフェースを使用するシステム及び方法も記載される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオンインターフェースであって、第１のオリフィスを備える第１の要素であり、イオン化源からイオンを受け取り、受け取った前記イオンを前記第１のオリフィスの下流の第１の領域に提供するように構成されている、第１の要素と、
第２のオリフィスを備える第２の要素であり、前記第１の領域内の前記イオンを受け取り、受け取った前記イオンを前記第２のオリフィスの下流の第２の領域に提供するように構成されている、第２の要素と、
第３のオリフィスを備える第３の要素であり、前記第２の領域内の前記イオンを受け取り、受け取った前記イオンを前記第３のオリフィスの下流の第３の領域に提供するように構成されており、前記第３の要素は、第１の非ゼロ電圧を受け取るように構成されている、第３の要素と、
第１の開口を備える第４の要素であり、前記第３の領域内のイオンを受け取り、受け取った前記イオンを、下流構成要素に提供する前に集束させるように構成されており、前記第４の要素は、第２の非ゼロ電圧を受け取るように構成されている、第４の要素と
を備える、イオンインターフェース。
【請求項2】
前記第１の要素、前記第２の要素、及び前記第３の要素の各々は、円錐形本体を備える、請求項１に記載のイオンインターフェース。
【請求項3】
前記第４の要素がレンズとして構成されている、請求項１に記載のイオンインターフェース。
【請求項4】
前記レンズは、前記第３の要素のすぐ下流に位置付けられたリングレンズであり、前記リングレンズの前記第１の開口の内径は、前記第３の要素の外径以上である、請求項３に記載のイオンインターフェース。
【請求項5】
前記リングレンズ及び前記第３の要素を保持するように構成されている非導電性ホルダを備える、請求項４に記載のイオンインターフェース。
【請求項6】
前記第１の非ゼロ電圧は正電圧であり、前記第２の非ゼロ電圧は負電圧である、請求項１に記載のイオンインターフェース。
【請求項7】
前記正電圧は０より大きく約＋３０ボルト未満であり、前記負電圧は０より小さく約－３００ボルトより大きい、請求項６に記載のイオンインターフェース。
【請求項8】
前記第１の非ゼロ電圧は０未満であり、前記第２の非ゼロ電圧は０未満であり、
前記第２の非ゼロ電圧は前記第１の非ゼロ電圧未満である、請求項１に記載のイオンインターフェース。
【請求項9】
前記第１の非ゼロ電圧は０より大きく、前記第２の非ゼロ電圧は０より大きく、
前記第１の非ゼロ電圧は前記第２の非ゼロ電圧未満である、請求項１に記載のイオンインターフェース。
【請求項10】
前記第３の要素及び前記第４の要素は、前記イオンインターフェースを備えるシステムの動作中に前記第１の非ゼロ電圧及び前記第２の非ゼロ電圧を変更するように、各々独立して制御可能である、請求項１に記載のイオンインターフェース。
【請求項11】
前記第１の要素は、前記第１のオリフィスを備える第１のコーンを含み、前記第２の要素は、前記第２のオリフィスを備える第２のコーンを含み、前記第３の要素は、前記第３のオリフィスを備える第３のコーンを含み、前記第３のコーンのコーン開口角は、前記第２のコーンのコーン開口角より小さく、前記第４の要素はリングレンズを含み、前記リングレンズの内径は、前記第３のコーンの外径以上である、請求項１に記載のイオンインターフェース。
【請求項12】
前記第１の要素及び前記第２の要素の少なくとも一方は、グランドに電気的に結合するように構成されている、請求項１に記載のイオンインターフェース。
【請求項13】
質量分析計であって、イオン化源と、
前記イオン化源に流体的に結合されている、請求項１に記載のイオンインターフェースと、
前記イオンインターフェースに流体的に結合されている質量分析器と
を備える、質量分析計。
【請求項14】
前記質量分析器と前記イオンインターフェースとの間のイオンガイドをさらに備える、請求項１３に記載の質量分析計。
【請求項15】
前記イオンガイドは、前記イオンインターフェースの前記第４の要素のすぐ下流に位置付けられている、請求項１４に記載の質量分析計。
【請求項16】
質量分析計インターフェースを通じてイオン化源から質量分析計構成要素にイオンを提供する方法であって、前記質量分析計インターフェースのグランドに電気的に結合されている第１の要素の第１のオリフィスを通じて、イオン化源から第１の真空領域にイオンを提供することと、
前記質量分析計インターフェースのグランドに電気的に結合されている第２の要素の第２のオリフィスを通じて前記第１の真空領域内のイオンを第２の真空領域に提供することであり、前記第２の真空領域の圧力は前記第１の真空領域の圧力より低い、前記第１の真空領域内のイオンを提供することと、
前記質量分析計インターフェースの第３の要素の第３のオリフィスを通じて前記第２の真空領域内のイオンを第３の真空領域に提供することであり、前記第３の真空領域の圧力は前記第２の真空領域の圧力より低く、前記第３の要素は第１の非ゼロ電圧を含む、前記第２の真空領域内のイオンを提供することと、
第４の要素を通じて前記第３の真空領域内のイオンを前記質量分析計構成要素に提供することであり、前記第４の要素は第２の非ゼロ電圧を含み、提供された前記イオンを、前記質量分析計構成要素に提供する前に集束させるように構成されている、前記第３の真空領域内のイオンを提供することと
を含む、方法。
【請求項17】
前記第４の要素は、前記第３の要素の外径以上の内径を有するサイズ及び配置構成にされている、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記第３の要素に正電圧を印加することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項19】
前記第４の要素に負電圧を印加することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記第２の非非ゼロ電圧を前記第４の要素に印加して、変曲点を有する電場を提供することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
優先権主張
本出願は、２０２０年２月４日に出願された米国仮特許出願第６２／９６９，９２４号及び２０２０年３月３１日に出願された米国特許出願第１６／８３６，７０８号に関連し、それらに対する優先権及びそれらの利益を主張し、それらの各々の開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年２月４日に出願された米国仮特許出願第６２／９６９，９２４号及び２０２０年３月３１日に出願された米国特許出願第１６／８３６，７０８号に関連し、それらに対する優先権及びそれらの利益を主張し、それらの各々の開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
技術分野
本明細書に記載の特定の態様及び実施形態は、イオンインターフェースに関する。いくつかの構成では、イオンインターフェースは、被分析イオンを含むイオンビームをサンプリングし、イオンを、下流構成要素に提供する前に集束させることができる２つ以上の要素を備える質量分析計インターフェースとして構成されてもよい。
本明細書に記載の特定の態様及び実施形態は、イオンインターフェースに関する。いくつかの構成では、イオンインターフェースは、被分析イオンを含むイオンビームをサンプリングし、イオンを、下流構成要素に提供する前に集束させることができる２つ以上の要素を備える質量分析計インターフェースとして構成されてもよい。
【背景技術】
【0003】
背景
イオン及びイオンビームは、分析試料の元素分析中に生成されることが多い。イオン及びイオンビームは、材料の製造並びに材料の処理及び加工にも使用することができる。
イオン及びイオンビームは、分析試料の元素分析中に生成されることが多い。イオン及びイオンビームは、材料の製造並びに材料の処理及び加工にも使用することができる。
【0004】
概要
一態様では、イオンインターフェースが提供される。いくつかの構成では、イオンインターフェースは質量分析計に存在することができ、質量分析計インターフェースとして参照される場合がある。特定の実施形態では、イオンインターフェースは、イオン化源からイオンを受け取り、受け取ったイオンを第１のオリフィスの下流の第１の領域に提供するように構成されている第１のオリフィスを備える第１の要素を備える。イオンインターフェースはまた、第１の領域内のイオンを受け取り、受け取ったイオンを第２のオリフィスの下流の第２の領域に提供するように構成されている第２のオリフィスを備える第２の要素も備えることができる。イオンインターフェースは、第２の領域内のイオンを受け取り、受け取ったイオンを第３のオリフィスの下流の第３の領域に提供するように構成されている第３のオリフィスを備える第３の要素をさらに備えることができ、第３の要素は、第１の非ゼロ電圧を受け取るように構成されている。イオンインターフェースは、第３の領域内のイオンを受け取り、受け取ったイオンを、下流構成要素に提供する前に集束させるように構成されている第１の開口を備える第４の要素をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、第４の要素は、第２の非ゼロ電圧を受け取るように構成されている。
一態様では、イオンインターフェースが提供される。いくつかの構成では、イオンインターフェースは質量分析計に存在することができ、質量分析計インターフェースとして参照される場合がある。特定の実施形態では、イオンインターフェースは、イオン化源からイオンを受け取り、受け取ったイオンを第１のオリフィスの下流の第１の領域に提供するように構成されている第１のオリフィスを備える第１の要素を備える。イオンインターフェースはまた、第１の領域内のイオンを受け取り、受け取ったイオンを第２のオリフィスの下流の第２の領域に提供するように構成されている第２のオリフィスを備える第２の要素も備えることができる。イオンインターフェースは、第２の領域内のイオンを受け取り、受け取ったイオンを第３のオリフィスの下流の第３の領域に提供するように構成されている第３のオリフィスを備える第３の要素をさらに備えることができ、第３の要素は、第１の非ゼロ電圧を受け取るように構成されている。イオンインターフェースは、第３の領域内のイオンを受け取り、受け取ったイオンを、下流構成要素に提供する前に集束させるように構成されている第１の開口を備える第４の要素をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、第４の要素は、第２の非ゼロ電圧を受け取るように構成されている。
【0005】
特定の実施形態では、第１の要素、第２の要素、及び第３の要素の各々は、円錐形本体を備える。他の実施形態では、第４の要素は、例えばシリンドリカルレンズ、例えばリングレンズなどのレンズとして構成されている。いくつかの例では、リングレンズは、第３の要素のすぐ下流に位置付けることができる。いくつかの実施形態では、レンズの第１の開口の内径は、第３の要素の外径以上である。特定の例では、イオンインターフェースは、第４の要素、例えばリングレンズなどのレンズ、及び第３の要素を保持するように構成されている非導電性ホルダを備えてもよい。他の実施形態では、第１の非ゼロ電圧は正電圧であり、第２の非ゼロ電圧は負電圧である。いくつかの例では、正電圧は０より大きく約＋３０ボルト未満であり、負電圧は０より小さく約－３００ボルトより大きい。他の構成では、第１の非ゼロ電圧は０未満であり、第２の非ゼロ電圧は０未満であり、第２の非ゼロ電圧は第１の非ゼロ電圧未満である。追加の構成では、第１の非ゼロ電圧は０より大きく、第２の非ゼロ電圧は０より大きく、第１の非ゼロ電圧は第２の非ゼロ電圧より小さい。
【0006】
いくつかの実施形態では、第３の要素及び第４の要素は、イオンインターフェースを備えるシステムの動作中に第１の非ゼロ電圧及び第２の非ゼロ電圧を変更するように、各々独立して制御可能である。
【0007】
特定の実施形態では、第１の要素は、第１のオリフィスを備える第１のコーンを含み、第２の要素は、第２のオリフィスを備える第２のコーンを含み、第３の要素は、第３のオリフィスを備える第３のコーンを含む。いくつかの例では、第３のコーンのコーン開口角は、第２のコーンのコーン開口角より小さい。他の構成では、第４の要素はリングレンズを含み、リングレンズの内径は、第３のコーンの外径以上とすることができる。
【0008】
いくつかの構成では、第１の要素及び第２の要素の少なくとも一方は、グランドに電気的に結合するように構成されている。所望に応じて、第１の要素及び第２の要素の各々は、グランドに電気的に結合するように構成されている。
【0009】
他の構成では、第１の領域は、大気圧より低い第１の圧力を含むように構成されている。追加の構成では、第２の領域は、第１の圧力より低い第２の圧力を含むように構成されている。いくつかの実施形態では、第３の領域は、第２の圧力より低い第３の圧力を含むように構成されている。
【0010】
特定の構成では、第２の非ゼロ電圧は、下流構成要素の上流の領域に変曲点を含む電場を提供する。
【0011】
いくつかの実施形態では、イオンインターフェースは、第３の要素及び第４の要素を受け入れるように構成されている非導電性ホルダを備える。
【0012】
特定の実施形態では、第１の要素、第２の要素及び第３の要素の各々はニッケルを含む。
【0013】
他の実施形態では、第４の要素は、２．５未満の開口対長さ比を含む。
追加の実施形態では、第３の要素及び第４の要素は、単一の電圧源に電気的に結合するように構成されている。
追加の実施形態では、第３の要素及び第４の要素は、単一の電圧源に電気的に結合するように構成されている。
【0014】
別の態様では、イオンインターフェースは、第１の要素、第２の要素、第３の要素、及び第４の要素を備え、第１の要素、第２の要素、第３の要素、及びレンズは、変曲点を含む電場を提供するように構成されている。
【0015】
いくつかの構成では、第１の要素は、イオン化源からイオンを受け取り、受け取ったイオンを第１のオリフィスの下流の第１の領域に提供するように構成されている第１のオリフィスを備える。
【0016】
特定の構成では、第２の要素は、第１の領域内のイオンを受け取り、受け取ったイオンを第２のオリフィスの下流の第２の領域に提供するように構成されている第２のオリフィスを備える。
【0017】
他の構成では、第３の要素は、第２の領域内のイオンを受け取り、受け取ったイオンを第３のオリフィスの下流の第３の領域に提供するように構成されている第３のオリフィスを備える。
【0018】
特定の実施形態では、第４の要素は、第３の領域内のイオンを受け取り、受け取ったイオンを下流構成要素に提供するように構成されている第１の開口を備える。
【0019】
いくつかの構成では、第１の要素、第２の要素、及び第３の要素の各々は、円錐形本体を備える。
【0020】
特定の構成では、第４の要素は、例えばシリンドリカルレンズ、例えばリングレンズなどのレンズとして構成されている。いくつかの例では、リングレンズは、第３の要素のすぐ下流に位置付けられる。他の例は、リングレンズの第１の開口の内径は、第３の要素の外径以上である。
【0021】
特定の実施形態では、イオンインターフェースは、リングレンズ及び第３の要素を保持するように構成されている非導電性ホルダを備える。
【0022】
いくつかの例では、第３の要素は、第１の非ゼロ電圧を受け取るように構成されている。他の例では、第４の要素は、第２の非ゼロ電圧を受け取るように構成されている。いくつかの構成では、第１の非ゼロ電圧は、０ボルトより大きく約＋３０ボルトまでの正電圧であり、第２の電圧は、０ボルトより小さく約－３００ボルトまでの負電圧である。他の例では、第１の非ゼロ電圧は０未満であり、第２の非ゼロ電圧は０未満であり、第２の非ゼロ電圧は第１の非ゼロ電圧未満である。いくつかの実施形態では、第１の非ゼロ電圧は０より大きく、第２の非ゼロ電圧は０より大きく、第１の非ゼロ電圧は第２の非ゼロ電圧より小さい。特定の例では、第３の要素及び第４の要素は、イオンインターフェースを備えるシステムの動作中に第１の非ゼロ電圧及び第２の非ゼロ電圧を変更するように、例えば、プロセッサを使用して、各々独立して制御可能である。
【0023】
特定の実施形態では、第１の要素は、第１のオリフィスを備える第１のコーンを含む。他の実施形態では、第２の要素は、第２のオリフィスを備える第２のコーンを含む。追加の実施形態では、第３の要素は、第３のオリフィスを備える第３のコーンを含む。場合によっては、第３のコーンのコーン開口角は、第２のコーンのコーン開口角より小さい。３つのコーンが存在するいくつかの例では、第４の要素はリングレンズを含み、リングレンズの内径は第３のコーンの外径以上である。
【0024】
特定の構成では、第１の要素及び第２の要素の少なくとも一方は、グランドに電気的に結合するように構成されている。所望に応じて、第１の要素及び第２の要素の各々は、グランドに電気的に結合するように構成されている。
【0025】
いくつかの構成では、第１の領域は、大気圧より低い第１の圧力を含むように構成されている。他の構成では、第２の領域は、第１の圧力より低い第２の圧力を含むように構成されている。追加の構成では、第３の領域は、第２の圧力より低い第３の圧力を含むように構成されている。他の構成では、変曲点は下流構成要素の上流の領域にある。
【0026】
いくつかの実施形態では、イオンインターフェースは、第３の要素及び第４の要素を受け入れるように構成されている非導電性ホルダを備える。
【0027】
特定の構成では、第１の要素、第２の要素及び第３の要素の各々はニッケルを含む。他の構成では、第４の要素は、２．５未満の開口対長さ比を含む。いくつかの例では、第３の要素及び第４の要素は、単一の電圧源に電気的に結合するように構成されている。
【0028】
さらなる態様では、質量分析計は、イオン化源と、イオン化源に流体的に結合されている本明細書に記載のイオンインターフェースと、質量分析計インターフェースに流体的に結合されている質量分析器とを備える。
【0029】
特定の構成では、質量分析計は、質量分析器とインターフェースとの間にイオンガイドを備える。いくつかの構成では、イオンガイドは、インターフェースの第４の要素のすぐ下流に位置付けられる。他の構成では、質量分析計は、質量分析器に流体的に結合されている検出器を備える。特定の構成では、質量分析計は、イオン化源に流体的に結合されている試料導入装置を備える。
【0030】
いくつかの実施形態では、イオン化源は、誘導結合プラズマ、放電プラズマ、容量結合プラズマ、マイクロ波誘導プラズマ、グロー放電イオン化源、脱離イオン化源、電気スプレーイオン化源、大気圧イオン化源、大気圧化学イオン化源、光イオン化源、電子イオン化源、及び化学イオン化源のうちの１つ以上を含む。
【0031】
いくつかの構成では、質量分析器は、少なくとも１つの四重極又は飛行時間型装置を含む。
【0032】
他の構成では、質量分析計は、イオンインターフェースと質量分析器との間の衝突セル、反応セル、又は反応／衝突セルのうちの少なくとも１つを含む。
【0033】
特定の実施形態では、質量分析計は、第３の要素及び第４の要素に電気的に結合されているプロセッサを備え、プロセッサは、第３の要素及び第４の要素の各々に提供される電圧を独立して変更するように構成されている。
【0034】
別の態様では、質量分析計インターフェースを通じてイオン化源から質量分析計構成要素にイオンを提供する方法が開示される。特定の構成では、方法は、質量分析計インターフェースのグランドに電気的に結合されている第１の要素の第１のオリフィスを通じて、イオン化源から第１の真空領域にイオンを提供することを含む。他の実施形態では、方法は、質量分析計インターフェースのグランドに電気的に結合されている第２の要素の第２のオリフィスを通じて第１の真空領域内のイオンを第２の真空領域に提供することを含み、第２の真空領域の圧力は第１の真空領域の圧力より低い。いくつかの構成では、方法は、質量分析計インターフェースの第３の要素の第３のオリフィスを通じて第２の真空領域内のイオンを第３の真空領域に提供することを含み、第３の真空領域の圧力は第２の真空領域の圧力より低く、第３の要素は第１の非ゼロ電圧を含む。いくつかの実施形態では、方法は、第４の要素を通じて第３の真空領域内のイオンを質量分析計構成要素に提供することを含み、第４の要素は第２の非ゼロ電圧を含み、提供されたイオンを、質量分析計構成要素に提供する前に集束させるように構成されている。
【0035】
特定の実施形態では、第４の要素は、第３の要素の外径以上の内径を有するサイズ及び配置構成にすることができる。
【0036】
いくつかの実施形態では、方法は、第３の要素に正電圧を印加することを含む。他の実施形態では、方法は、第４の要素に負電圧を印加することを含む。いくつかの例では、方法は、第４の要素に正電圧を印加することを含み、第４の要素に印加される正電圧は、第３の要素に印加される正電圧より正である。他の例では、方法は、第４の要素からのイオンを直接イオンガイドに提供することを含む。特定の実施形態では、方法は、第１の非ゼロ電圧及び第２の非ゼロ電圧を独立して変更することを含む。他の例では、第１の要素、第２の要素、及び第３の要素の各々は、コーンを含む。いくつかの実施形態では、第４の要素はリングレンズを含み、第３の要素のコーンのコーン開口角は、第２の要素のコーンのコーン開口角より小さい。追加の実施形態では、本方法は、第２の非非ゼロ電圧をレンズに印加して、変曲点を有する電場を提供することを含む。
【0037】
別の態様では、イオンインターフェースは、末端コーン及びシリンドリカルレンズを含む。いくつかの実施形態では、末端コーンは、イオン化源からイオンを受け取り、下流領域にイオンを提供するように構成されているオリフィスを含む。特定の構成では、末端コーンは、第１の非ゼロ電圧を受け取るように構成されている。いくつかの実施形態では、シリンドリカルレンズは、下流領域内のイオンを受け取り、受け取ったイオンを、下流構成要素に提供する前に集束させるように構成されている第１の開口を含み、シリンドリカルレンズは、第２の非ゼロ電圧を受け取るように構成されている。
【0038】
特定の実施形態では、イオンインターフェースは、イオン化源から直接イオンを受け取るように構成されている入口コーンを含み、入口コーンは、イオン化源から直接イオンを受け取るように構成されているオリフィスを含む。他の例では、イオンインターフェースは、入口コーンと末端コーンとの間に中間コーンを備え、中間コーンは、末端コーンにイオンを提供することができるオリフィスを備える。いくつかの実施形態では、入口コーン及び中間コーンは各々、グランドに電気的に結合するように構成されている。
【0039】
追加の態様、実施形態、構成及び例は、下記により詳細に記載される。
図面のいくつかのビューの簡単な説明
イオンインターフェース並びにそれらを使用するシステム及び方法の特定の具体的な構成が、添付の図面を参照して下記に説明される。
図面のいくつかのビューの簡単な説明
イオンインターフェース並びにそれらを使用するシステム及び方法の特定の具体的な構成が、添付の図面を参照して下記に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1A】いくつかの例による、入来イオンビーム、イオンインターフェース及びイオン出力を示すブロック図である。
【図1B】いくつかの例による、入来イオンビーム、イオンインターフェース、イオン出力、及び基板を示すブロック図である。
【図1C】特定の実施形態による、入来イオンビーム、イオンインターフェース、及び質量分析計の下流構成要素へのイオン出力を示すブロック図である。
【図1D】特定の実施形態による、入来イオンビーム、イオンインターフェース、及びイオンガイド／偏向器へのイオン出力を示すブロック図である。
【図2A】いくつかの例による、２つの要素を含むイオンインターフェースを示す図である。
【図3A】いくつかの構成による、２つの要素を含むインターフェースのいくつかの構成を示すブロック図である。
【図3B】いくつかの構成による、２つの要素を含むインターフェースのいくつかの構成を示すブロック図である。
【図3C】いくつかの構成による、２つの要素を含むインターフェースのいくつかの構成を示すブロック図である。
【図4A】いくつかの実施形態によるコーンの図である。
【図4B】いくつかの実施形態によるコーンの図である。
【図5A】特定の実施形態による、シリンドリカルレンズの断面図である。
【図5B】特定の実施形態による、シリンドリカルレンズの断面図である。
【図6A】いくつかの例による、シリンドリカルレンズ内の力線を示す図である。
【図6B】いくつかの例による、シリンドリカルレンズ内の力線を示す図である。
【図7A】いくつかの実施形態による、コーン要素とレンズ要素とを備えるイオンインターフェースの図である。
【図7B】いくつかの実施形態による、コーン要素とレンズ要素とを備えるイオンインターフェースの図である。
【図7C】いくつかの実施形態による、コーン要素とレンズ要素とを備えるイオンインターフェースの図である。
【図8A】特定の実施形態による、２つのコーン要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図8B】特定の実施形態による、２つのコーン要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図9A】特定の実施形態による、２つのコーン要素とレンズ要素とを備えるイオンインターフェースの図である。
【図9B】特定の実施形態による、２つのコーン要素とレンズ要素とを備えるイオンインターフェースの図である。
【図9C】特定の実施形態による、２つのコーン要素とレンズ要素とを備えるイオンインターフェースの図である。
【図10A】いくつかの実施形態による、コーン要素とレンズ要素とを備えるイオンインターフェースの図である。
【図10B】いくつかの実施形態による、コーン要素とレンズ要素とを備えるイオンインターフェースの図である。
【図11A】特定の例による、３つのコーン要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図11B】特定の例による、３つのコーン要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図11C】特定の例による、３つのコーン要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図11D】特定の例による、３つのコーン要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図11E】特定の例による、３つのコーン要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図12A】特定の例による、３つのコーン要素及びレンズ要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図12B】特定の例による、３つのコーン要素及びレンズ要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図12C】特定の例による、３つのコーン要素及びレンズ要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図12D】特定の例による、３つのコーン要素及びレンズ要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図12E】特定の例による、３つのコーン要素及びレンズ要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図12F】特定の例による、３つのコーン要素及びレンズ要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図12G】特定の例による、３つのコーン要素及びレンズ要素を備えるイオンインターフェースの図である。
【図13A】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる２つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図13B】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる２つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図13C】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる２つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図13D】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる２つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図14A】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる３つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図14B】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる３つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図14C】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる３つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図14D】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる３つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図15A】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる４つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図15B】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる４つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図15C】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる４つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図15D】特定の実施形態による、下流表面又は構成要素にイオンを提供するためにイオンインターフェース内で使用することができる４つの要素を備えるシステムのブロック図である。
【図16A】特定の実施形態による、試料導入装置、イオンインターフェース及び他の構成要素を備えるシステムのブロック図である。
【図16B】特定の実施形態による、試料導入装置、イオンインターフェース及び他の構成要素を備えるシステムのブロック図である。
【図16C】特定の実施形態による、試料導入装置、イオンインターフェース及び他の構成要素を備えるシステムのブロック図である。
【図16D】特定の実施形態による、試料導入装置、イオンインターフェース及び他の構成要素を備えるシステムのブロック図である。
【図16E】特定の実施形態による、試料導入装置、イオンインターフェース及び他の構成要素を備えるシステムのブロック図である。
【図16F】特定の実施形態による、試料導入装置、イオンインターフェース及び他の構成要素を備えるシステムのブロック図である。
【図17】いくつかの例による、噴霧器の図である。
【図18】特定の実施形態による、スプレーチャンバの図である。
【図19A】いくつかの実施形態による、イオンをイオンインターフェースに提供することができる誘導装置及びトーチを備えるシステムの図である。
【図19B】いくつかの実施形態による、イオンをイオンインターフェースに提供することができる誘導コイル及びトーチの図である。
【図20】いくつかの実施形態による、イオンをイオンインターフェースに提供することができる、放射状フィンを備える誘導コイル及びトーチの図である。
【図21】いくつかの実施形態による、イオンをイオンインターフェースに提供することができるプレート電極及びトーチの図である。
【図22】特定の実施形態による、チャンバを備えるイオン化源の図である。
【図23】特定の例による、トーチ、誘導コイル、イオンインターフェース及び他の構成要素を含むシステムの図である。
【図24】いくつかの実施形態による、レンズがイオンガイドに隣接して位置付けられているイオンインターフェースを示す図である。
【図25A】いくつかの実施形態による、非導電性ホルダ内に配置されたハイパースキマコーン及びリングレンズを示す図である。
【図25B】いくつかの実施形態による、非導電性ホルダ内に配置されたハイパースキマコーン及びリングレンズを示す。
【図26A】特定の例による、異なるシステムのイオンシミュレーションを示す図である。
【図26B】特定の例による、異なるシステムのイオンシミュレーションを示す図である。
【図27A】いくつかの構成による、異なるシステムの等電位曲線を示す図である。
【図27B】いくつかの構成による、異なるシステムの等電位曲線を示す図である。
【図28】特定の実施形態による、異なるシステムを使用した信号強度の比較を示す図である。
【図29】特定の実施形態による、ハイパースキマ及びリングレンズを含むシステムを示す図である。
【図30】特定の構成による、イオンインターフェースの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0041】
本開示の利点を考慮すると、図面の構成要素のサイズ、寸法、及び位置付けは、例示のみを目的として、本技術のよりユーザフレンドリな説明を提供するために提供されていることが当業者によって認識されるであろう。特定の実施形態に関連して明確に指定されない限り、特定の長さ、幅、高さ又は厚さは必要とされないことが意図されている。下記に提供される寸法は、例示的な寸法として提供され、他の適切な寸法、形状及び特徴が、様々な要素上及びイオンインターフェースに対して存在することができる。
【0042】
詳細な説明
入来イオンビームをサンプリングし、イオンビーム内のイオンを集束させ、集束イオンを別の構成要素に提供するために使用することができるイオンインターフェースの特定の例示的な構成が記載されている。イオンインターフェースの実施形態は、イオンの透過効率の向上、空間電荷効果の低減、より高い感度、及び、イオンインターフェースの異なる要素に印加される電圧を変更することによってリアルタイムで異なるイオンの透過を最適化する能力を含むがこれらに限定されない、望ましい属性を含むことができる。イオンインターフェースが質量分析計内に存在する場合、それは、特定の場合に、質量分析計インターフェースと考えることができ、そのように参照される。イオンインターフェースの特定の実施形態が質量分析計内に存在する場合、質量分析計の質量範囲にわたるイオンに対する感度の増加が観察され得る。付加的又は代替的に、質量分析計の質量範囲にわたる信号対雑音比を増加させることができる。
入来イオンビームをサンプリングし、イオンビーム内のイオンを集束させ、集束イオンを別の構成要素に提供するために使用することができるイオンインターフェースの特定の例示的な構成が記載されている。イオンインターフェースの実施形態は、イオンの透過効率の向上、空間電荷効果の低減、より高い感度、及び、イオンインターフェースの異なる要素に印加される電圧を変更することによってリアルタイムで異なるイオンの透過を最適化する能力を含むがこれらに限定されない、望ましい属性を含むことができる。イオンインターフェースが質量分析計内に存在する場合、それは、特定の場合に、質量分析計インターフェースと考えることができ、そのように参照される。イオンインターフェースの特定の実施形態が質量分析計内に存在する場合、質量分析計の質量範囲にわたるイオンに対する感度の増加が観察され得る。付加的又は代替的に、質量分析計の質量範囲にわたる信号対雑音比を増加させることができる。
【0043】
場合によっては、本明細書の図の一部を説明する際に、便宜上「下流」及び「上流」という用語を使用する場合がある。別の構成要素に対する１つの構成要素の位置は、入来イオンビームの方向によって参照され得る。例えば、イオン化源からのイオンビームが最初にサンプラコーンを通ってイオンインターフェースに入り、次いでスキマコーンに行き当たる場合、スキマコーンはサンプラコーンの下流にあり、サンプラコーンはスキマコーンの上流にある。
【0044】
特定の構成では、本明細書に記載のイオンインターフェースは、分析機器、イオンスイッチ、イオン注入装置、イオンビーム支援分子線エピタキシ装置において、物理及び化学気相成長で使用されるスパッタリング装置から、及び、イオン又は粒子のビームを使用する他の装置においてイオン又は粒子を選択又は集束するために使用することができる。入来イオンビーム１０５がイオンインターフェース１１０に衝突又は行き当たる一般化ブロック図が図１Ａに示されている。イオンインターフェース１１０は、例えば、入来イオンビーム中のすべてではないが一部のイオンを抽出し、イオンを集束させ、次いでイオン出力１１５を下流構成要素（図示せず）に提供するために、入来イオンビーム１０５の一部を受け取るか又はサンプリングするように構成することができる。イオンがサンプリング及び／又は集束される正確な程度は、例えば、入来イオンビーム１０５内のイオンの性質、イオンインターフェース１１０内の構成要素の正確なタイプ及び数、並びに所望のイオン出力１１５に応じて変化し得る。例えば、図１Ｂを参照すると、イオンインターフェース１３０は、入来イオンビーム１２５から基板１４０の表面にイオン出力１３５を提供するように構成することができる。基板１４０に提供されたイオンは、基板１４０から電子又は他の材料を放出するために使用することができ、又は基板１４０の表面上又は表面内にイオンを注入することができる。別の構成では、図１Ｃを参照すると、イオンインターフェース１６０を質量分析計内で使用して、入来イオンビーム１５５から下流の質量分析計（ＭＳ）構成要素１７０にイオン出力１６５を提供することができる。例えば、イオンインターフェース１６０は、質量分析計内に存在する下流構成要素にイオン出力１６５を提供するために入来ビーム１５５内のイオンをサンプリング及び／又は集束するために使用することができる２つ以上の要素を備えることができる。別の構成では、図１Ｄを参照すると、イオンインターフェース１８０を質量分析計内で使用して、入来イオンビーム１７５からのイオン出力１８５をイオンガイド／偏向器１９０に直接提供することができる。例えば、インターフェース１８０とイオンガイド／偏向器との間に介在する任意の構成要素、例えば衝突セルを使用せずに、イオン出力１８５をイオンガイド／偏向器１９０に直接提供することが望ましい場合がある。いくつかの例では、イオンインターフェース１１０，１３０，１６０、及び１８０は、本明細書でより詳細に述べるように、１つ以上のコーン及び１つ以上のシリンドリカルレンズを備えることができる。しかしながら、いくつかの実施形態のイオンインターフェースの構成要素は、これらの特定の構成要素に限定されない。
【0045】
特定の実施形態では、イオンインターフェースは、図２Ａに示すように２つ以上の要素を含んでもよい。部材又は要素２００は、本体２１０及びオリフィス２２０を備える。別の部材又は要素２５０は、本体２６０及びオリフィス２７０を備える。図２Ａでは二次元として示されているが、要素２００及び要素２５０は、典型的には三次元であり、後述するように様々な形状及び幾何学的形状を採用することができる。図２Ａのイオンインターフェースの使用において、入来イオンビーム（図示せず）は、本体２１０の表面２１２に入射することができる。入来イオンビームの一部はオリフィス２２０に入り、オリフィス２２０を通って本体２１０の側面又は端部２１４において下流要素２５０に提供される。下記により詳細に述べるように、要素２５０は、受け取ったイオンを下流構成要素に提供する前に、受け取ったイオンを集束させるために非ゼロ電圧を受け取ることができる。特定の実施形態では、要素２００は、末端要素又は末端コーン、例えばハイパースキマコーンであってもよい。末端コーンへの言及は、インターフェース内に存在する最後のコーン、例えば、インターフェースに含まれ得る他のコーンに対してイオンインターフェース入口から最も下流にあるコーンを参照する（ただし、必ずしもインターフェースの最も下流の構成要素ではない）。要素２００の正確な構成は変化してもよく、場合によっては、要素２００は、例えばディスク形状、細長いディスク、非対称ディスク、球形、長球形状及び他の形状を含む、円錐形状以外の形状を含んでもよい。要素２５０は、下流構成要素に提供する前に要素２００から受け取ったイオンを集束させるために使用することができるシリンドリカルレンズ、例えばリングレンズなどのレンズであってもよい。要素２００及び要素２５０に使用される材料はまた、入来イオンビームの性質に応じて変化してもよい。例えば誘導結合プラズマからのイオンビームなどの高温イオンビームが存在する場合、要素２００及び／又は要素２５０は、例えばニッケル、銅、チタン、白金、パラジウム、銀、金又は他の金属などの金属を含んでもよい。場合によっては、要素２００は、望ましくは導電性であってもよい。他の例では、要素２００は熱伝導性であってもよい。追加の構成では、要素２００は導電性かつ熱伝導性であってもよい。要素２００，２５０の様々な特定の構成及び材料については、下記により詳細に説明する。
【0046】
特定の実施形態では、要素２５０のオリフィス２７０の内径２７５は、オリフィス２２０の外径以上であってもよい。例えば、所望に応じて、内径２７５は、外径２２５より大きくてもよく、又は外径２２５と同じであってもよい。正確な寸法は変化し得るが、要素２００の外径は、約０．５ｃｍから約３ｃｍまで、又は約１ｃｍから約２．５ｃｍまで変化し得る。要素２００の内径は、約０．７５ｃｍから約２．７５ｃｍまで、又は約１ｃｍから約２．６ｃｍまで変化し得るが、他の寸法も可能である。いくつかの例では、要素２５０は、介在する物理的構成要素又は構造がそれらの間に存在しないように、要素２００に直接隣接して位置付けられる。要素２００と要素２５０との間の正確な長手方向の間隔は変化してもよいが、例示的な間隔は、約０．５ｍｍ～約１０ｍｍ又は約１ｍｍ～約５ｍｍである。この間隔は固定することができ、又は所望に応じて調整されてもよい。
【0047】
特定の実施形態では、要素２００は、図２Ｂに示すように、電圧源から非ゼロ電圧を受け取るように構成することができる。例えば、電圧源２９０から要素２００に印加される電圧は正又は負であってもよいが、一般にゼロではなく、例えば、要素２００はグランドに電気的に結合されない。要素２００への電圧の印加は、イオンをサンプリング及び／又は集束するために使用することができる電荷を要素２００に提供する。同様に、要素２５０は、電圧源２９０から非ゼロ電圧、例えば正又は負の電圧を受け取るように構成することができ、したがって要素２５０上に電荷が存在する。いくつかの例では、要素２５０に印加される電圧は、異なる電圧源（図示せず）からのものであってもよい。電圧源２９０は、ＤＣ電圧源、ＡＣ電圧源、ＲＦ電圧源、又は他の源であってもよい。いくつかの構成では、ＤＣ電圧が第１の要素２００及び第２の要素２５０の各々に提供される。所望に応じて、異なる波形を提供する異なる電圧源を使用して、要素２００及び要素２５０の各々に電圧を提供することができる。異なる構成要素に提供される正確な電圧は変化し得る。例えば、０ボルト未満～約－５０ボルトの負電圧を要素２００に印加することができる。あるいは、０より大きく最大約＋３０ボルトの正電圧を要素２００に印加することができる。０ボルト未満～約－３００ボルトの負電圧を要素２５０に印加することができる。あるいは、０より大きく最大約＋５０ボルトの正電圧を要素２５０に印加することができる。イオンインターフェースの使用中、要素２００及び２５０に提供される電圧は、所望に応じて独立して変更することができる。
【0048】
特定の例では、要素２００及び要素２５０の各々に印加される電圧は変化してもよい。いくつかの可能な構成が図３Ａ～図３Ｃに示されている。要素Ａ３１０は、要素２００と同様に構成されてもよい。要素Ｂ３２０は、要素２５０と同様に構成され得る。図３Ａにおいて、要素３１０には正電圧が印加され、要素３２０には負電圧が印加される。例えば、要素３１０に印加される正電圧は、入来イオンを要素３１０に向かって集束させることができる。イオンが要素３１０のオリフィスを通過すると、それらは要素３１０を出て加速され得る（これはまた、より多くのイオンの喪失及びより低いスループットをもたらし得るイオン膨張を防止する）。要素３２０に印加される負電圧は、空間電荷効果による膨張が起こり得る前に要素３１０からイオンを引き出すように作用することができる。各要素３１０，３２０に印加される電圧の正確な大きさは変化し得る。例えば、要素３１０に印加される正電圧は、０より大きい正電圧から約＋３０ボルトの正電圧まで変化してもよい。要素３２０に印加される負電圧は、０未満の負電圧から約－３００ボルトの負電圧まで変化してもよい。
【0049】
ここで図３Ｂを参照すると、要素３１０及び要素３２０は各々、正に帯電している。特定の実施形態では、要素３２０に印加される電圧は、要素３１０に印加される電圧よりわずかに正であってもよく、例えば、＋Ｖ２＞＋Ｖ１であってもよい。試料、例えばカリウム、ナトリウムなどをイオン化しやすくするために、要素３１０，３２０への正電圧の印加は、全体的なバックグラウンドノイズを低減するように作用することができる。例えば、関心対象の被分析イオンが少量、例えば１兆分の１単位のわずかな量で存在する場合、図３Ｂに示す構成を、これらの低イオンレベルを検出するために実施することが望ましい場合がある。図３Ｂの各要素３１０，３２０に印加される正電圧の正確な大きさは変化し得る。例えば、要素３１０に印加される正電圧は、０より大きい正電圧から約＋３０ボルトの正電圧まで変化してもよい。要素３２０に印加される正電圧は、０より大きい正電圧から約＋５０ボルトの正電圧まで変化してもよい。本明細書で述べるように、要素３２０は、要素３１０に印加される電圧よりわずかに正の電圧、例えば＋２、＋３、＋４、＋５、＋６、＋７又は＋８ボルトだけ正に保持されてもよい。
【0050】
特定の例では、要素３１０及び要素３２０に印加される電圧は、図３Ｃに示すようにプロセッサ３５０を使用してリアルタイムで変更することができる。本明細書で述べるように、プロセッサ３５０は、スタンドアロンプロセッサ、又は他の構成要素を制御するために使用されるコントローラ若しくはより大きなシステムの一部とすることができる。プロセッサ３５０は、例えば、要素３１０，３２０を備える装置又はシステムの動作モードを変更するために、要素３１０，３２０の各々に印加される電圧を制御することができる。例えば、プロセッサ３５０を使用して、第１のモードで要素３１０に正電圧を印加し、要素３２０に負電圧を印加し、次いで第２のモードで要素３２０に印加される電圧を正電圧に切り替えることができる。このモード切り替えは、リアルタイムでモードを切り替えるために、所望に応じてシステムの他の動作パラメータを変更することなく、プロセッサ３５０によって実行することができる。
【0051】
いくつかの実施形態では、要素２００は、スキマコーンとして構成することができる。図４Ａを参照すると、本体４１０及びオリフィス４２０を備えるスキマコーン４００の側面図が示されている。スキマコーンのコーン開口角Θは変化し得る。例えば、スキマコーンが正電圧を受け取ることができるハイパースキマコーンとして構成されている場合、ハイパースキマコーンの開口角θは、上流コーン、例えば上流サンプラコーン又は上流スキマコーンの開口角より小さくてもよい。いくつかの例では、コーン開口角は、約３５度から約４５度まで変化してもよい。コーン４００の正確な寸法は変化してもよく、例示的な寸法は、約１０ｍｍ～約１５ｍｍのコーン高さ及び約６ｍｍ～約９ｍｍのコーン半径を含む。例示的なコーン表面積は、約３５０ｍｍ２～約７５０ｍｍ２であり、例示的なコーン体積は、約３５０ｍｍ３から約１２００ｍｍ３まで変化してもよい。コーン４００のオリフィス４２０の直径は、約０．５ｍｍから約１．５ｍｍまで変化してもよい。オリフィス４２０の形状は変化してもよく、円形であってもよく、楕円形であってもよく、又は他の幾何学的形状を有してもよい。所望に応じて、複数の開口又はオリフィスがコーン４００の本体４１０内に存在してもよい。コーン４００は、様々な材料から製造することができる。いくつかの例では、コーン４００を製造するために使用される材料は導電性である。他の例では、コーン４００を製造するために使用される材料は熱伝導性である。追加の例では、コーン４００を製造するために使用される材料は、導電性かつ熱伝導性である。特定の構成では、コーン４００は、ニッケル、銅、チタン、白金、パラジウム、銀、金、又は他の金属のうちの１つ以上を含んでもよい。特定の実施形態では、コーン４００は、より小さな刻み幅で全体的な圧力を低減し、イオンビームの分散をより少なくすることができるシステムの一部として使用することができるハイパースキマであってもよい。ハイパースキマは、典型的には、ハイパースキマよりイオン化源の近くに位置付けられた１つ以上の上流コーンと共に使用される。２つ以上のコーンを使用する様々な構成については、下記にさらに説明する。
【0052】
特定の例では、図４Ｂを参照すると、コーン４００は電圧源４５０に電気的に結合することができる。例えば、電圧源４５０を使用して、コーン４００に非ゼロ電圧を提供することができる。いくつかの例では、コーン４００に印加される非ゼロ電圧は正であってもよい。正電圧が使用される場合、コーン４００は、オリフィス４２０を通ってコーンに入るイオンビームを集束させるように作用することができる。次いで、集束イオンビームを下流構成要素に提供することができる。いくつかの実施形態では、コーン４００に印加される電圧は、０より大きい正電圧から約＋３０ボルトまで変化してもよい。他の実施形態では、コーンに印加される電圧は、負、例えば、０未満～約－５０ボルトの負電圧であってもよい。電圧は、ＤＣ電圧源又は他の電圧源を使用して印加することができる。複数のコーンが存在する場合、異なるコーンのオリフィス形状は同じであってもよく、又は異なっていてもよい。
【0053】
特定の構成では、要素２５０は、例えばリングレンズなどのシリンドリカルレンズとして構成することができる。シリンドリカルレンズ５００の側面図を図５Ａに示す。シリンドリカルレンズ５００は、本体５１０及び開口５２０を備える。本体５１０の正確な長さ及び幅並びに開口５２０の直径は、変化してもよい。いくつかの実施形態では、開口５２０の直径は、本体５１０の長さより大きくてもよい。開口５２０の直径は、典型的には固定されているが、所望に応じて調整可能な直径のレンズが使用されてもよい。いくつかの例では、シリンドリカルレンズは、約５ｍｍ～約７ｍｍの長さ、及び約１６ｍｍ～約１９ｍｍの外径を含む。特定の構成では、開口５２０は、約１４ｍｍ～約１６ｍｍの直径を含んでもよい。いくつかの実施形態では、シリンドリカルレンズの開口対長さ比は、２．５以下であってもよい。例えば、長さ又は高さが小さい平面レンズと比較して、円筒レンズの長さ又は高さは大きい。いくつかの例では、シリンドリカルレンズの開口対長さ比は、２．２未満、２．０未満、又は１．５未満であってもよい。シリンダレンズの長さが一定の開口直径で増加するにつれて、直径対長さ比は減少する。
【0054】
特定の構成では、シリンドリカルレンズ５００は、図５Ｂに示すように電圧源５５０に電気的に結合されてもよい。例えば、電圧源５５０を使用して、レンズ５００に非ゼロ電圧を提供することができる。いくつかの例では、レンズ５００に印加される非ゼロ電圧は、負又は正であってもよい。負電圧がレンズ５００に印加される場合、レンズ５００は、イオンを開口５２０に引き込み、それらを、下流構成要素に提供する前に集束させるように作用することができる。使用される正確な負電圧は、０未満の負電圧から約－３００ボルトの負電圧まで変化してもよく、例えば、約－１００ボルト～－２５０ボルトの負電圧を使用することができる。正電圧がレンズ５００に印加される場合、レンズを使用して、同時にバックグラウンドノイズを低減しながらイオンを集束させることができる。レンズ５００に印加される正確な正電圧は、０より大きい正電圧から約＋５０ボルトの正電圧まで変化してもよい。所望に応じて、レンズ５００に提供される電圧は、レンズ５００を備えるシステムの動作中に変更されてもよい。例えば、プロセッサ（図示せず）を使用して、レンズ５００に提供される電圧を、システムの動作中にリアルタイムで正から負又は負から正に変更することができる。
【0055】
特定の実施形態では、レンズを製造するために使用される正確な材料は変化してもよく、レンズは、典型的には、レンズへの非ゼロ電圧の印加がレンズの開口５２０内に電場を提供することができるように、１つ以上の導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、レンズは、イオンインターフェースの他の要素を生成するために使用されるのと同じ又は類似の材料から生成されてもよく、例えば、レンズ材料は、ニッケル、銅、チタン、白金、パラジウム、銀、金又は他の金属若しくは導電性材料を含んでもよい。所望に応じて、レンズは、一方の側でレンズを受け入れ、もう一方の側で上流要素を受け入れるように構成されているホルダ内に配置されてもよい。ホルダは、典型的には、レンズに印加されるいかなる電圧もホルダを通じて上流要素に提供されないように、非導電性材料を含む。非導電性材料は、例えば、ガラス、プラスチック、非金属、ポリマー、又は非導電性である他の材料であってもよい。ホルダは、摩擦嵌合、ねじ山、ばね荷重固定具、１つ以上の外部締結具又は他の装置若しくは構造を使用してイオンインターフェースの要素を保持することができる。
【0056】
特定の構成では、レンズによって受け取られる電圧は、変曲点を有する電場を提供するように構成することができる。図６Ａには１つの図解が示されており、リングレンズ６１０が示されている。電圧Ｖ１～Ｖ４を有する等電位線が示されている。負の電位がリングレンズ６１０に印加される典型的な構成では、電位は、リングレンズ６１０の前面６１２に向かって、例えばＶ１付近でより正であり、次いでレンズ６１０内の最小値に向かって減少し、例えばＶ２はＶ１より負である。次いで、電圧は、レンズ６１０の背面６１４に向かって移動するより小さい負の電位を増加させるか又は有することができ、例えば、Ｖ４はＶ３より負でない。第１の要素がレンズ６１０と共に使用される場合、電位は第１の要素上で正であり、次いでレンズ６１０内又はその近くで負の最小値まで減少し、イオンがレンズ６１０を出て背面６１４に向かうにつれて、より正でなくなる。レンズ６１０の前面６１２から最小電圧又は変曲点までの絶対電圧差は、例えば、約５０ボルトから約１５０ボルトまで変化してもよい。さらに、最小点又は変曲点は、レンズ６１０の開口内に集中させる必要はなく、代わりに前面６１２、背面６１４の近くに、又はさらにはレンズ面６１２の前若しくはレンズ面６１４の後ろに位置付けられてもよい。例えば、図６Ｂは、レンズ６３０の前面６３２に近いＶ６において最小値が発生する別の構成を示し、例えば、Ｖ６はＶ５より負であり、イオンがＶ７からＶ８及びＶ９へとレンズ６３０の背面６３４に向かって移動するにつれて電圧が増加する（より負でなくなる）ことができる。正確な場の形状及びパターンは、所望に応じて変えることができる。本明細書で述べるように、場を使用して、上流要素からレンズに向かってイオンを加速するために使用することができ、そこでレンズを出る前にイオンを集束又は絞ることができる。レンズ６１０，６３０に印加される電圧は、ＤＣ電圧とすることができ、又は所望に応じて他の電圧源を使用することができる。さらに、レンズ６１０，６３０に印加される電圧は、レンズ６１０，６３０の使用中に変更され得る。
【0057】
特定の実施形態では、例えば、イオン透過効率を高め、バックグラウンドノイズを低減し、空間電荷効果を低減するなどのために、コーンなどの要素をレンズなどの別の要素と共に使用することができる。イオンインターフェース７００が、入口オリフィス７２０及び出口オリフィス７２５を備えるコーン７１０を備える図解が、図７Ａに示されている。インターフェース７００はまた、開口７４５を備えるシリンドリカルレンズ７４０をも備える。場合によっては、レンズ７４０の開口７４５の直径は、出口オリフィス７２５の直径以上であってもよい。イオンビーム中のイオンは最初にコーン７１０に入射し、特定のイオンが入口オリフィス７２０を通過する。コーン７１０は、イオンをコーン７１０内に引き込むように作用することができ、イオンを集束させ、それらをレンズ７４０に提供することができる。レンズ７４０もまた、イオンを、下流構成要素に提供する前に集束させることができる。例えば、図７Ｂを参照すると、電圧源７５０を使用して、コーン７１０及びレンズ７４０の各々に非ゼロ電圧を印加することができる。例えば、０より大きい正電圧から約＋３０ボルトの正電圧までを、電圧源７５０からコーン７１０に提供することができる。しかしながら、所望に応じて、－５０ボルト～０ボルトの負電圧をコーン７１０に印加することができる。電圧源７５０からレンズ７４０に負又は正の電圧を提供することができる。負電圧がレンズ７４０に印加される場合、負電圧は、０未満の負電圧から約－３００ボルトの負電圧まで変化することができる。正電圧がレンズ７４０に印加される場合、正電圧は、０より大きい正電圧から約＋５０ボルトの正電圧までとすることができる。電圧は、典型的には、ＤＣ電圧源を使用して提供されるが、他のソースが使用されてもよい。別の構成では、コーン７１０及びレンズ７４０に電圧を提供するために、２つの別個の電圧源を使用することができる。図７Ｃを参照すると、第１の電圧源７６０が、コーン７１０に第１の非ゼロ電圧を提供することができ、第２の電圧源７７０が、レンズ７４０に第２の非ゼロ電圧を提供することができる。電圧源７６０は、コーン７１０に正電圧を印加することができ、例えば、０より大きく最大約＋３０ボルトの正電圧を提供することができ、又はコーン７１０に負電圧を印加することができる。電圧源７７０は、正電圧又は負電圧、例えば、約－３００ボルトから最大約＋５０ボルトの電圧をレンズ７４０に印加することができる。コーン７１０の材料は、例えば、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明した材料のいずれかであってもよい。
【0058】
特定の例では、コーンなどの要素を追加の要素又は追加のコーンと共に使用して、イオンをサンプリング及び／又は集束させることができる。図８Ａには１つの図解が示されており、イオンインターフェース８００が第１のコーン８１０及び第２のコーン８３０を備える。この図解では、第２のコーン８３０は末端コーンと考えられる。第１のコーン８１０は、イオンを受け入れることができる第１のオリフィス８２０を備える。第２のコーン８３０は、イオンを受け入れることができる第２のオリフィス８４０を備える。図８Ｂに示すように、第１のコーン８１０はグランドに電気的に結合するように構成でき、第２のコーン８３０は電圧源８５０から非ゼロ電圧を受け取るように構成することができる。例えば、第２のコーン８３０は、電源８５０から正電圧、例えば、０ボルトより大きく最大約＋３０ボルトの電圧を受け取るように構成することができ、又は負電圧を受け取ることができる。コーン８３０のコーン開口角は、典型的には、コーン８１０のコーン開口角より小さい。第１のオリフィス８２０の直径は、約０．９ｍｍから約１．３ｍｍまで変化してもよく、第２のオリフィス８４０の直径は、約０．５ｍｍから約１．１ｍｍまで変化してもよい。コーン８１０，８３０のオリフィス形状は、同じであってもよく、又は異なっていてもよく、例えば、円形、楕円形などであってもよい。いくつかの例では、コーン８１０の前面は、コーン８３０の前面から約２ｍｍ～約５ｍｍの距離だけ離間することができる。
【0059】
コーン８１０，８３０の使用において、イオン源からのイオンは、典型的には、コーン８１０に最初に入射する。イオンの一部は、オリフィス８２０を通してサンプリングされ、下流コーン８３０に提供され得る。コーン８３０上の電荷は、オリフィス８４０を通してイオンを引き出すように作用することができる。これらのイオンの一部は、コーン８３０のオリフィス８４０を通過することができ、コーン８３０に提供される適切な電圧を使用してコーン８３０を出るように集束又は加速することができる。コーン８１０，８３０は、同じ又は異なる材料を含んでもよく、例えば、コーン８１０，８３０の各々は、独立して、ニッケル、銅、チタン、白金、パラジウム、銀、金又は他の金属を含んでもよい。いくつかの例では、コーン８１０，８３０の各々はニッケルを含む。所望に応じて、コーン８１０は非導電性材料から製造することができ、したがって、コーン８１０は電気的に接地される必要はない。
【0060】
いくつかの構成では、図９Ａに示すように、２つ以上の要素、例えば２つ以上のコーンをシリンドリカルレンズと組み合わせて使用することができる。イオンインターフェース９００は、イオンを受け取ることができる第１のオリフィス９２０を有する第１のコーン９１０と、イオンを受け取ることができる第２のオリフィス９４０を有する第２のコーン９３０と、イオンを受け取ることができる開口９７０を有するシリンドリカルレンズ９６０とを備える。この図では、コーン９３０は末端コーンと考えることができる。図９Ｂに示すように、第１のコーン９１０はグランドに電気的に結合するように構成でき、第２のコーン９３０は電圧源９８０から非ゼロ電圧を受け取るように構成することができる。例えば、第２のコーン９３０は、電源９８０から正電圧、例えば、０ボルトより大きく最大約＋３０ボルトの電圧を受け取るように構成することができ、又は負電圧を受け取ることができる。レンズ９６０は、電圧源９８０から正又は負の電圧、例えば、約－２５０ボルト～約＋５０ボルトの電圧を受け取るように構成することができる。レンズ９６０が正電圧を受け取る場合、正電圧は、典型的には、コーン９３０に印加される正電圧より正であり、例えば、約＋１、＋２、＋３、＋４、＋５、＋６、＋７又は＋８ボルトだけ正である。所望に応じて、コーン９３０及びレンズ９６０に電圧を提供するために、２つの異なる電圧源を使用することができる。例えば、図９Ｃを参照すると、第１の電圧源９８５がコーン９３０に電気的に結合されており、第２の電圧源９９０がレンズ９６０に電気的に結合されている。コーン９３０のコーン開口角は、典型的には、コーン９１０のコーン開口角より小さい。第１のオリフィス９２０の直径は、約０．６ｍｍから約１．２ｍｍまで変化してもよく、第２のオリフィス９４０の直径は、約０．８ｍｍから約１．２ｍｍまで変化してもよい。開口９７０の直径は、典型的には、レンズ９６０に隣接するコーン９３０の端部にあるコーン開口の外径以上である。コーン９１０，９３０のオリフィス形状は、同じであってもよく、又は異なっていてもよく、例えば、円形、楕円形などであってもよい。所望に応じて、レンズ９６０は、それらの間に介在するいかなる構成要素又は構造もなしにコーン９３０に直接隣接して配置することができる。さらに、レンズ９６０及びコーン９３０は、所望に応じてカプラ又はコネクタを使用してともに保持することができる。いくつかの例では、コーン９１０の前面は、コーン９３０の前面から約２ｍｍ～約５ｍｍの距離だけ離間することができる。コーン９３０の前面は、レンズ９６０の前面から約１５ｍｍ～約２５ｍｍ離間させることができる。
【0061】
コーン９１０，９３０及びレンズ９６０の使用において、イオン源からのイオンは、典型的には、コーン９１０に最初に入射する。イオンの一部は、オリフィス９２０を通してサンプリングされ、下流コーン９３０に提供され得る。これらのイオンの一部は、コーン９３０の第２のオリフィス９４０を通過することができ、コーン９３０に提供される適切な電圧を使用してコーン９３０を出るように集束又は加速することができる。コーン９３０からのイオンの加速を増加させるために、レンズ９６０に適切な電圧を提供することができる。レンズ９６０は、イオンがレンズ９６０の開口９７０を通過するときにイオンを集束又は絞ることができる。次いで、イオンは、集束ビームとしてレンズ９６０から出ることができ、下流構成要素に提供することができる。コーン９１０，９３０は、同じ又は異なる材料を含んでもよく、例えば、コーン９１０，９３０の各々は、独立して、ニッケル、銅、チタン、白金、パラジウム、銀、金又は他の金属を含んでもよい。いくつかの例では、コーン９１０，９３０の各々はニッケルを含む。所望に応じて、コーン９１０は非導電性材料から製造することができ、したがって、コーン９１０は電気的に接地される必要はない。本明細書で述べるように、レンズ９６０は、開口９７０内、開口９７０の前方又は開口９７０の後方に、最小点又は変曲点を有する電場を含むことができる。レンズ９６０は、例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示すレンズに関連して説明した材料から製造することができる。
【0062】
特定の実施形態では、シリンドリカルレンズを備えるイオンインターフェースは、１つ以上の非荷電要素又はコーンと共に使用することができる。図１０Ａを参照すると、イオンインターフェース１０００は、本体１０１５及びオリフィス１０２０を備えるコーン１０１０を備える。イオンインターフェース１０００はまた、開口１０４０を備えるシリンドリカルレンズ１０３０をも備える。開口１０４０の直径は、コーン１０１０の外径以上であり得る。図１０Ｂに示すように、コーン１０１０はグランドに電気的に結合することができ、レンズ１０３０は、レンズ１０３０に非ゼロ電圧を提供することができる電圧源１０５０に電気的に結合することができる。例えば、レンズ１０３０は、電圧源１０５０から正又は負の電圧、例えば、約－２５０ボルト～約＋５０ボルトの電圧を受け取るように構成することができる。コーン１０１０の前面は、レンズ１０３０の前面から約１５ｍｍ～約２５ｍｍ離間させることができる。
【0063】
コーン１０１０及びレンズ１０３０の使用において、イオン源からのイオンは、典型的には、コーン１０１０に最初に入射する。イオンの一部は、オリフィス１０２０を通してサンプリングされ、下流レンズ１０３０に提供され得る。適切な電圧をレンズ１０３０に提供して、電気的に接地されたコーン１０１０を出るイオンの加速を増加させることができ、イオンがレンズ１０３０の開口１０４０を通過するときにイオンを集束又は絞ることができる。次いで、イオンは、集束ビームとしてレンズ１０３０から出ることができ、下流構成要素に提供することができる。コーン１０１０は、ニッケル、銅、チタン、白金、パラジウム、銀、金、又は他の金属を含んでもよい。所望に応じて、コーン１０１０は非導電性材料から製造することができ、したがって、コーン１０１０は電気的に接地される必要はない。本明細書で述べるように、レンズ１０３０は、開口１０４０内、開口１０４０の前方又は開口１０４０の後方に、最小点又は変曲点を有する電場を含むことができる。レンズ１０３０は、図５Ａ及び図５Ｂに示すレンズに関連して説明した材料から製造することができる。コーン１０１０のオリフィス形状は、例えば、円形、楕円形、又は他の形状とすることができる。
【0064】
特定の構成では、イオンインターフェースは、３つ以上の要素、例えば３つ以上のコーンを備えてもよい。例えば、図１１Ａを参照すると、第１のオリフィス１１１５を有する第１の要素又はコーン１１１０と、第２のオリフィス１１２５を有する第２の要素又はコーン１１２０と、第３のオリフィス１１３５を有する第３の要素又はコーン１１３０とを備えるイオンインターフェースが示されている。参照のために入来イオンビーム１１０５が示されている。入来イオンビーム１１０５は、最初に第１のコーン１１１０に行き当たる。入来イオンビーム１１０５の一部は、第１のオリフィス１１１５を通過し、下流の第２の要素１１２０に提供される。第２の要素又はコーン１１２０は、第１の要素又はコーン１１１０から受け取ったイオンをサンプリングし、第２のオリフィス１１２５を通じて下流の第３の要素１１３０に一定量のイオンを提供する。第３の要素又はコーン１１３０は、第３のオリフィス１１３５を通じてイオンを受け取り、イオンを、下流構成要素に提供する前に集束させるために使用することができる。図１１Ｂに示すいくつかの例では、第３の要素又はコーン１１３０は、第３の要素又はコーン１１３０に正電圧（又は負電圧）を提供することができる電圧源１１５０に電気的に結合することができる。例えば、電圧源１１５０を使用して、第３の要素又はコーン１１３０に正電圧、例えば、０ボルトを超えて最大約＋３０ボルトの正電圧を提供することができる。図１１Ｃに示すようないくつかの構成では、第１の要素又はコーン１１１０は、グランドに電気的に結合するように構成することができる。図１１Ｄに示す他の構成では、第２の要素又はコーン１１２０は、グランドに電気的に結合するように構成することができる。図１１Ｅに示すような追加の構成では、第２の要素又はコーン１１２０及び第３の要素又はコーン１１３０の両方を、グランドに電気的に結合するように構成することができる。所望に応じて、共通のグランドを使用して、第２の要素１１２０及び第３の要素１１３０をグランドに電気的に結合することができる。コーン１１１０の前面は、コーン１１２０の前面から約５ｍｍ～約１２ｍｍ離間することができる。コーン１１２０の前面は、コーン１１３０の前面から約２ｍｍ～約５ｍｍ離間することができる。
【0065】
特定の実施形態では、コーン１１１０，１１２０、１１３０は、同じ又は異なる材料を含んでもよく、例えば、コーン１１１０，１１２０、１１３０の各々は、独立して、ニッケル、銅、チタン、白金、パラジウム、銀、金又は他の金属を含んでもよい。いくつかの例では、コーン１１１０、１１２０，１１３０の各々はニッケルを含む。所望に応じて、コーン１１１０及び１１２０は各々、非導電性材料から製造することができ、したがって、コーン１１１０及び１１２０は電気的に接地される必要はない。
【0066】
他の構成では、イオンインターフェースは、例えばシリンドリカルレンズなどの第４の要素と組み合わせて３つ以上の要素又はコーンを備えることができる。図１２Ａを参照すると、第１のオリフィス１２１５を有する第１の要素又はコーン１２１０と、第２のオリフィス１２２５を有する第２の要素又はコーン１２２０と、第３のオリフィス１２３５を有する第３の要素又はコーン１２３０と、開口１２４５を有する第４の要素１２４０とを備えるイオンインターフェースが示されている。参照のために入来イオンビーム１２０５が示されている。入来イオンビーム１２０５は、最初に第１のコーン１２１０に行き当たる。入来イオンビーム１２０５の一部は、第１のオリフィス１２１５を通過し、下流の第２の要素１２２０に提供される。第２の要素又はコーン１２２０は、第１の要素又はコーン１２１０から受け取ったイオンをサンプリングし、第２のオリフィス１２２５を通じて下流の第３の要素１２３０に一定量のイオンを提供する。第３の要素又はコーン１２３０は、第３のオリフィス１２３５を通じてイオンを受け取り、イオンを、下流の第４の要素１２４０に提供する前に集束させるために使用することができる。第４の要素１２４０は、例えば、開口１２４５を備えるシリンドリカルレンズとして構成することができる。図１２Ｂに示すいくつかの例では、第３の要素又はコーン１２３０は、第３の要素又はコーン１２３０に正電圧（又は負電圧）を提供することができる電圧源１２５０に電気的に結合することができる。例えば、電圧源１２５０を使用して、第３の要素又はコーン１２３０に正電圧、例えば、０ボルトを超えて最大約＋３０ボルトの正電圧を提供することができる。他の構成では、図１２Ｃに示すように、電圧源１２５５を第４の要素１２４０に電気的に結合することができる。例えば、電圧源１２５５は、非ゼロ電圧を第４の要素１２４０に提供することができ、例えば、約－２５０ボルト～約＋５０ボルトに及び得る負又は正の電圧を提供することができる。図１２Ｄに示すような特定の構成では、電圧源１２６５は、第３の要素１２３０及び第４の要素１２４０の各々に非ゼロ電圧を提供することができる。図示されていないが、代わりに２つの別個の電圧源が使用されてもよい。いくつかの例では、電圧源１２６５は、非ゼロ電圧、例えば、０より大きく最大約＋３０ボルトの正電圧又は負電圧を第３の要素１２３０に提供することができ、非ゼロ電圧、例えば、約－２５０ボルトから最大約＋５０ボルトに及び得る負電圧又は正電圧を第４の要素１２４０に提供することができる。正電圧が電圧源１２６５から第４の要素１２４０に提供されるいくつかの例では、第４の要素１２４０に提供される正電圧は、第３の要素１２３０に提供される正電圧より正であってもよい。
【0067】
いくつかの構成では、第２の要素１２２０は、図１２Ｅに示すようにグランドに電気的に結合するように構成されてもよい。他の構成では、第１の要素は、図１２Ｆに示すようにグランドに電気的に結合するように構成されてもよい。他の実施形態では、第１の要素１２１０及び第２の要素１２２０の各々は、図１２Ｇに示されるようにグランドに電気的に結合するように構成されてもよい。コーン１２１０、１２２０、１２３０は、同じ又は異なる材料を含んでもよく、例えば、コーン１２１０、１２２０、１２３０の各々は、独立して、ニッケル、銅、チタン、白金、パラジウム、銀、金又は他の金属を含んでもよい。いくつかの例では、コーン１２１０、１２２０、１２３０の各々はニッケルを含む。所望に応じて、コーン１２１０及び１２２０は各々、非導電性材料から製造することができ、したがって、コーン１２１０及び１２２０は電気的に接地される必要はない。レンズ１２４０は、図５Ａ及び図５Ｂに示すレンズを参照して説明した材料のいずれかから製造することができる。コーン１２１０の前面は、コーン１２２０の前面から約５ｍｍ～約１２ｍｍ離間することができる。コーン１２２０の前面は、コーン１２３０の前面から約２ｍｍ～約５ｍｍ離間することができる。コーン１２３０の前面は、レンズ１２４０の前面から約１５ｍｍ～約２５ｍｍ離間させることができる。コーン１２３０の基部は、約１２ｍｍ～約１８ｍｍの直径を含むことができ、レンズ１２４０の開口１２４５の直径は、コーン１２３０の基部の直径以上であってもよい。レンズ１２４０は、約４ｍｍ～約１０ｍｍの長さを含むことができる。
【0068】
特定の構成では、図１３Ａ～図１３Ｄのブロック図に示すように、２つ以上の個々の要素を含むイオンインターフェースを使用して、イオンを表面又は他の構成要素に提供することができる。図１３Ａを参照すると、イオンインターフェースは、入来イオンビーム１３０１をサンプリングし、集束イオン１３０４を表面１３０５に提供することができる第１の要素１３０２及び第２の要素１３０３を含むことができる。いくつかの例では、第１の要素１３０２はグランドに電気的に結合するように構成されてもよい。他の例では、第１の要素１３０２は、非ゼロ電圧、例えば、－５０ボルト～最大約＋３０ボルトの電圧を受け取るように構成されてもよい。第２の要素１３０３は、非ゼロ電圧、例えば、－３００ボルトから最大＋５０ボルトまで変化し得る電圧を受け取るように構成され得る。いくつかの構成では、第２の要素１３０３に提供される正電圧は、第１の要素１３０２に提供される正電圧より正であってもよい。特定の例では、第１の要素１３０２は、介在する一切の構成要素なしに第２の要素１３０３に直接結合される。所望に応じて、コネクタ、ホルダ、又はカプラ（図示せず）を使用して、第１の要素１３０２及び第２の要素１３０３を定位置に保持することができる。場合によっては、第１の要素１３０２はスキマコーン又はハイパースキマコーンとして構成することができ、第２の要素１３０３はシリンドリカルレンズ、例えばリングレンズとして構成することができる。第１の要素１３０２及び第２の要素１３０３は、表面１３０５にイオンビーム１３０４を提供して、表面１３０５にイオンを注入し、表面１３０５からイオンを放出し、表面１３０５をエッチングし、又は他の用途に使用することができる。
【0069】
図１３Ｂを参照すると、イオンインターフェースは、入来イオンビーム１３０６をサンプリングし、集束イオン１３０９を下流構成要素１３１０に提供することができる第１の要素１３０７及び第２の要素１３０８を備えることができる。特定の実施形態では、第１の要素１３０７は、グランドに電気的に結合するように構成され得る。他の例では、第１の要素１３０７は、非ゼロ電圧、例えば、－５０ボルト～最大約＋３０ボルトの電圧を受け取るように構成されてもよい。いくつかの構成では、第２の要素１３０８は、非ゼロ電圧、例えば、－３００ボルトから最大＋５０ボルトまで変化し得る電圧を受け取るように構成され得る。いくつかの構成では、第２の要素１３０８に提供される正電圧は、第１の要素１３０７に提供される正電圧より正であってもよい。特定の例では、第１の要素１３０７は、介在する一切の構成要素なしに第２の要素１３０８に直接結合される。所望に応じて、コネクタ、ホルダ、又はカプラ（図示せず）を使用して、第１の要素１３０７及び第２の要素１３０８を定位置に保持することができる。いくつかの例では、第１の要素１３０７はスキマコーン又はハイパースキマコーンとして構成することができ、第２の要素１３０８はシリンドリカルレンズ、例えばリングレンズとして構成することができる。本明細書で述べるように、レンズは、所望に応じて等電位変曲点を提供するように構成することができる。
【0070】
いくつかの例では、第１の要素１３０７及び第２の要素１３０８は、図１３Ｂに示すようにイオンビーム１３０９を下流構成要素１３１０に提供することができる。例えば、下流構成要素１３１０は、イオン銃、イオントラップ、又は他の装置とすることができる。いくつかの構成では、下流構成要素１３１０は、図１３Ｃに示され、下記により詳細に説明するような、質量分析計構成要素１３１５とすることができる。他の構成では、下流構成要素１３１０は、図１３Ｄに示すようなイオンガイド１３２０とすることができる。所望に応じて、下流構成要素１３１０、例えばイオンガイド１３２０は、第２の要素１３０８と下流構成要素１３１０との間にいかなる構成要素も位置付けられないように、第２の要素１３０８に直接結合することができる。あるいは、ビーム１３０９をさらに集束させるために、第２の要素１３０８とイオンガイド１３２０との間にイオン光学系が存在してもよい。
【0071】
特定の構成では、図１４Ａ～図１４Ｄのブロック図に示すように、３つ以上の個々の要素を含むイオンインターフェースを使用して、イオンを表面又は他の構成要素に提供することができる。図１４Ａを参照すると、イオンインターフェースは、入来イオンビーム１４０１をサンプリングし、集束イオン１４０５を表面１４０６に提供することができる第１の要素１４０２、第２の要素１４０３、及び第３の要素１４０４を備えることができる。いくつかの例では、第１の要素１４０２は、グランドに電気的に結合するように構成され得る。特定の実施形態では、第２の要素１４０３は、非ゼロ電圧、例えば、－５０ボルト～最大約＋３０ボルトの電圧を受け取るように構成されてもよい。第３の要素１４０４は、非ゼロ電圧、例えば、－３００ボルトから最大＋５０ボルトまで変化し得る電圧を受け取るように構成され得る。いくつかの構成では、第３の要素１４０４に提供される正電圧は、第２の要素１４０３に提供される正電圧より正であってもよい。特定の例では、第２の要素１４０３は、介在する一切の構成要素なしに第３の要素１４０４に直接結合される。所望に応じて、コネクタ、ホルダ、又はカプラ（図示せず）を使用して、第２の要素１４０３及び第３の要素１４０４を定位置に保持することができる。場合によっては、第１の要素１４０２はサンプラコーン又はスキマコーンとして構成することができ、第２の要素１４０３はスキマコーン又はハイパースキマコーンとして構成することができ、第３の要素１４０４はシリンドリカルレンズ、例えばリングレンズとして構成することができる。第１の要素１４０２、第２の要素１４０３、及び第３の要素１４０４は、集束イオンビーム１４０５を表面１４０６に提供して、表面１４０６にイオンを注入し、表面１４０６からイオンを放出し、表面１４０６をエッチングし、又は他の用途に使用することができる。
【0072】
図１４Ｂを参照すると、イオンインターフェースは、入来イオンビーム１４１１をサンプリングし、集束イオン１４１５を下流構成要素１４２０に提供することができる第１の要素１４１２、第２の要素１４１３、及び第３の要素１４１４を備えることができる。いくつかの例では、第１の要素１４１２は、グランドに電気的に結合するように構成され得る。他の例では、第２の要素１４１３は、非ゼロ電圧、例えば、－５０ボルト～最大約＋３０ボルトの電圧を受け取るように構成することができる。他の実施形態では、第３の要素１４１４は、非ゼロ電圧、例えば、－３００ボルトから最大＋５０ボルトまで変化し得る電圧を受け取るように構成され得る。いくつかの構成では、第３の要素１４１４に提供される正電圧は、第２の要素１４１３に提供される正電圧より正であってもよい。特定の例では、第２の要素１４１３は、介在する一切の構成要素なしに第３の要素１４１４に直接結合される。所望に応じて、コネクタ、ホルダ、又はカプラ（図示せず）を使用して、第２の要素１４１３及び第３の要素１４１４を定位置に保持することができる。場合によっては、第１の要素１４１２はサンプラコーン又はスキマコーンとして構成することができ、第２の要素１４１３はスキマコーン又はハイパースキマコーンとして構成することができ、第３の要素１４１４はシリンドリカルレンズ、例えばリングレンズとして構成することができる。本明細書で述べるように、レンズは、所望に応じて等電位変曲点を提供するように構成することができる。
【0073】
いくつかの構成では、図１４Ｂに示すように、第１の要素１４１２、第２の要素１４１３、及び第３の要素１４１４はイオンビーム１４１５を下流構成要素１４２０に提供することができる。例えば、下流構成要素１４２０は、イオン銃、イオントラップ、又は他の装置とすることができる。いくつかの構成では、下流構成要素１４２０は、図１４Ｃに示され、下記により詳細に説明するような、質量分析計構成要素１４３０である。他の構成では、下流構成要素は、図１４Ｄに示すようなイオンガイド１４４０とすることができる。所望に応じて、下流構成要素１４２０、例えばイオンガイド１４４０は、第３の要素１４１４と下流構成要素１４２０との間にいかなる構成要素も位置付けられないように、第３の要素１４１４に直接結合することができる。あるいは、イオンビーム１４１５をさらに集束させるために、第３の要素１４１４とイオンガイド１４４０との間にイオン光学系が存在することができる。
【0074】
特定の構成では、図１５Ａ～図１５Ｄのブロック図に示すように、４つ以上の個々の要素を含むイオンインターフェースを使用して、イオンを表面又は他の構成要素に提供することができる。図１５Ａを参照すると、イオンインターフェースは、入来イオンビーム１５０１をサンプリングし、集束イオン１５０９を表面１５１０に提供することができる第１の要素１５０２、第２の要素１５０４、第３の要素１５０６、及び第４の要素１５０８を備えることができる。いくつかの例では、第１の要素１５０２は、グランドに電気的に結合するように構成され得る。他の例では、第２の要素１５０４は、グランドに電気的に結合するように構成され得る。特定の実施形態では、第３の要素１５０６は、非ゼロ電圧、例えば、－５０ボルト～最大約＋３０ボルトの電圧を受け取るように構成されてもよい。特定の例では、第４の要素１５０８は、非ゼロ電圧、例えば、－３００ボルトから最大＋５０ボルトまで変化し得る電圧を受け取るように構成され得る。いくつかの構成では、第４の要素１５０８に提供される正電圧は、第３の要素１５０６に提供される正電圧より正であってもよい。特定の例では、第３の要素１５０６は、介在する一切の構成要素なしに第４の要素１５０８に直接結合される。所望に応じて、コネクタ、ホルダ、又はカプラ（図示せず）を使用して、第３の要素１５０６及び第４の要素１５０８を定位置に保持することができる。場合によっては、第１の要素１５０２及び第２の要素１５０４は各々、サンプラコーン又はスキマコーンとして構成することができ、第３の要素１５０６はスキマコーン又はハイパースキマコーンとして構成することができ、第４の要素１５０８はシリンドリカルレンズ、例えばリングレンズとして構成することができる。第１の要素１５０２、第２の要素１５０４、第３の要素１５０６及び第４の要素１５０８は、イオンビーム１５０９を表面１５１０に提供して、表面１５１０にイオンを注入し、表面１５１０からイオンを放出し、表面１５１０をエッチングし、又は他の用途に使用することができる。
【0075】
図１５Ｂを参照すると、イオンインターフェースは、入来イオンビーム１５１１をサンプリングし、集束イオン１５１９を下流構成要素１５２０に提供することができる第１の要素１５１２、第２の要素１５１４、第３の要素１５１６及び第４の要素１５１８を備えることができる。いくつかの例では、第１の要素１５１２は、グランドに電気的に結合するように構成され得る。他の例では、第２の要素１５１４は、グランドに電気的に結合するように構成され得る。追加の例では、第３の要素１５１６は、非ゼロ電圧、例えば、－５０ボルト～最大約＋３０ボルトの電圧を受け取るように構成することができる。他の実施形態では、第４の要素１５１８は、非ゼロ電圧、例えば、－３００ボルトから最大＋５０ボルトまで変化し得る電圧を受け取るように構成され得る。いくつかの構成では、第４の要素１５１８に提供される正電圧は、第３の要素１５１６に提供される正電圧より正であってもよい。特定の例では、第３の要素１５１６は、介在する一切の構成要素なしに第４の要素１５１８に直接結合される。所望に応じて、コネクタ、ホルダ、又はカプラ（図示せず）を使用して、第３の要素１５１６及び第４の要素１５１８を定位置に保持することができる。場合によっては、第１の要素１５１２及び第２の要素１５１４の各々は、サンプラコーン又はスキマコーンとして構成することができ、第３の要素１５１６はスキマコーン又はハイパースキマコーンとして構成することができ、第４の要素１５１８はシリンドリカルレンズ、例えばリングレンズとして構成することができる。本明細書で述べるように、レンズは、所望に応じて等電位変曲点を提供するように構成することができる。
【0076】
いくつかの構成では、図１５Ｂに示すように、第１の要素１５１２、第２の要素１５１４、第３の要素１５１６及び第４の要素１５１８はイオンビーム１５１９を下流構成要素１５２０に提供することができる。例えば、下流構成要素１５２０は、イオン銃、イオントラップ、又は他の装置とすることができる。いくつかの構成では、下流構成要素１５２０は、図１５Ｃに示され、下記により詳細に説明するような、質量分析計構成要素１５３０である。他の構成では、下流構成要素１５２０は、図１５Ｄに示すようなイオンガイド１５４０とすることができる。所望に応じて、下流構成要素１５２０、例えばイオンガイド１５４０は、第４の要素１５１８と下流構成要素１５２０との間にいかなる構成要素も位置付けられないように、第４の要素１５１８に直接結合することができる。あるいは、ビーム１５１９をさらに集束させるために、第４の要素１５１８とイオンガイド１５４０との間にイオン光学系が存在してもよい。
【0077】
２つ、３つ、又は４つの要素を備えるイオンインターフェースが図１３Ａ～図１５Ｄに示されているが、本開示の利点を考慮すると、所望に応じて４つを超える個々の要素もイオンインターフェース内に存在してもよいことが当業者によって認識されるであろう。さらに、要素並びにオリフィス及び開口の正確なコーン開口角、材料、サイズ及び寸法は、所望に応じて変化してもよい。
【0078】
特定の実施形態では、本明細書に記載のイオンインターフェースは、図１６Ａに示すような試料導入装置と共に使用することができる。例えば、試料導入装置１６１０は、イオンインターフェース１６２０に流体的に結合することができ、したがって、試料導入装置１６１０からイオンインターフェース１６２０に材料を提供することができる。いくつかの例では、試料導入装置１６１０は、サンプリング及び／又は集束のためにイオンをイオンインターフェース１６２０（図１６Ｂ）に提供することができる。他の例では、試料導入装置１６１０は、液体試料又は気体試料を提供するように構成されてもよい。イオンインターフェース１６２０は、図１６Ｃに示すように、下流構成要素１６２５にイオンを提供することができる。場合によっては、下流構成要素は、介在するいかなる構成要素又は構造もなしにイオンインターフェース１６２０に隣接して直接位置付けることができるイオンガイド１６３０（図１６Ｄ）とすることができる。他の構成では、イオンインターフェース１６２０は、図１６Ｅに示すように、イオンを質量分析器１６４０に提供することができる。これらの構成要素はまた、システムを制御するために使用することができる検出器１６４５及びプロセッサ１６５０（図１６Ｆ）を備えるシステム内に存在することができる。例えば、プロセッサ１６５０を使用して、イオンインターフェースの要素に電圧を提供し、及び／又は印加電圧をリアルタイムで変更することができる。
【0079】
いくつかの実施形態では、試料導入装置１６１０は、図１６Ｂに示すようにイオン化源１６１５に流体的に結合することができる。試料導入装置１６１０は、流体試料、例えば気体、液体などをイオン化源１６１５に提供することができ、イオン化源は流体試料をイオン化及び／又は原子化し、イオン／原子を下流イオンインターフェース１６２０に提供することができる。
【0080】
いくつかの実施形態では、試料導入装置は、図１７に示すように噴霧器として構成することができる。噴霧器１７００は、誘導噴霧器、非誘導噴霧器、又はこれら２つのハイブリッドとして構成することができる。例えば、同心、クロスフロー、同伴、Ｖ溝、平行経路、増強平行経路、フローブラーリング、及び圧電噴霧器を使用することができる。単純化された形態では、噴霧器１７００は、試料が入口１７０６又は別の管１７０４を通して導入される管又はチャンバ１７０２を備える。導入された試料をガス流に取り込むためにガスをチャンバ１７０２に導入することができ、その結果、ガスと試料との組み合わせを管１７０２の出口１７０３を通してイオン化源（又はイオンインターフェース）に提供することができる。ポンプ１７１０が存在し、噴霧器１７００に流体的に結合されて、入口１７０６を通じてチャンバ１７０２内に試料を提供することができる。ガスは、典型的には、異なるポートにおいて噴霧器１７００に導入され、チャンバ１７０２への液体試料の導入の前又は後（又はその両方）に液体試料と混合することができる。
【0081】
特定の実施形態では、試料導入装置１６１０は、図１８に示すようなスプレーチャンバとして構成することができる。スプレーチャンバ１８００は、一般に、外側チャンバ又は管１８１０と、内管１８２０とを備える。外側チャンバ１８１０は、二重補給ガス入口１８１２、１８１４及び排出管１８１８を備える。補給ガス入口１８１２、１８１４は、典型的には、共通のガス源に流体的に結合されるが、所望に応じて異なるガスが使用されてもよい。必須ではないが、補給ガス入口１８１２、１８１４は、入口端部１８１１に隣接して位置付けられているように示されており、ただし、代わりに、それらは中央に又は出口端部１８１３に向かって位置付けられてもよい。内管１８２０は、噴霧器先端部１８０５に隣接して位置付けられ、内管１８２０上に液滴が逆流及び／又は付着するのを低減又は防止するための補給ガス流を提供するように構成されている２つ以上のマイクロチャネル１８２２、１８２４を備える。内管１８２０の構成及び位置付けは、外側チャンバ１８１０の内面を任意の液滴付着から遮蔽するように作用する領域１８４０、１８４２に層流を提供する。入口１８１２、１８１４を通じたスプレーチャンバ１８００へのガス導入によって提供される接線方向ガス流は、特定のサイズ範囲の粒子（又は被分析分子）を選択するように作用する。内管１８２０内のマイクロチャネル１８２２、１８２４もまた、補給ガス入口１８１２、１８１４からのガス流が、内管１８２０の表面を液滴付着から遮蔽することを可能にするように設計されている。特定の例では、マイクロチャネル１８２２、１８２４は同様の方法で構成することができ、例えば、同じサイズ及び／又は直径を有することができ、一方、他の構成では、マイクロチャネル１８２２、１８２４は異なるサイズ又は配置構成とされてもよい。場合によっては、少なくとも２つ、３つ、４つ、５つ又はそれ以上の別個のマイクロチャネルが内管１８２０内に存在することができる。マイクロチャネルの正確なサイズ、形態及び形状は変化してもよく、各マイクロチャネルは同じサイズ、形態又は形状を有する必要はない。いくつかの例では、所望の遮蔽効果を提供するために、内管の長手方向軸Ｌ１に沿って異なる半径方向平面に異なる直径のマイクロチャネルが存在してもよい。特定の例では、内管１８２０は、外側チャンバ１８１０の長手方向軸に沿って概して増加する内径を有するものとして示されているが、本明細書で述べるように、この寸法変化は必須ではない。内管１８２０のいくつかの部分は、層流を促進するために「平坦」であるか、若しくは長手方向軸Ｌ１とほぼ平行であってもよく、又は、代替構成では、内管１８２０のいくつかの部分は、層流を促進するために、少なくともある程度の長さにわたって外管１８１０の表面とほぼ平行であってもよい。外側チャンバの内径は、入口端部１８１１から出口端部１８１３に向かって一点まで増加し、次いで出口端部１８１３に向かって減少し、結果、外側チャンバ１８１０の内径は、出口端部１８１３において入口端部１８１１より小さい。所望に応じて、外側チャンバ１８１０の内径は、入口端部１８１１から出口端部１８１３に向かって一定のままであってもよく、又は入口端部１８１１から出口端部１８１３に向かって増加してもよい。
【0082】
いくつかの例では、イオン化源１６１５は、誘導結合プラズマ、放電プラズマ、容量結合プラズマ、マイクロ波誘導プラズマ、脱離イオン化源、グロー放電イオン化源、電気スプレーイオン化源、大気圧イオン化源、大気圧化学イオン化源、光イオン化源、電子イオン化源、及び化学イオン化源のうちの１つ以上のうちの１つ以上を含んでもよい。ＩＣＰイオン源構成要素の様々な例示を下記に説明する。ＩＣＰイオン源の一般化された概略図を図１９Ａに示す。ＩＣＰイオン源１９００は、誘導装置１９０２（及び任意選択的に容量性装置（図示せず））と、誘導装置１９０２に電気的に結合することができる発生器１９０４とを備える。発生器１９０４は、無線周波数及び／又は無線周波数電圧を誘導装置１９０２に提供して、無線周波数エネルギーをトーチ１９０６に提供することができる。プラズマガスをトーチ１９０６内に提供し、誘導装置１９０２から提供された無線周波数エネルギーの存在下で点火して、トーチ１９０６内のプラズマを維持することができる。プラズマは、被分析試料をイオン化し、イオン流又はイオンビーム１９０９中の被分析イオンをイオンインターフェース１９０８に提供することができる。様々なタイプのイオン化装置及びイオン化源並びに関連する構成要素は、例えば、同一出願人による米国特許第１０，０９６，４５７号、同第９，９４２，９７４号、同第９，８４８，４８６号、同第９，８１０，６３６号、同第９，６８６，８４９号、及びＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｈｅａｌｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．（マサチューセッツ州ウォルサム）又はＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｈｅａｌｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｃａｎａｄａ，Ｉｎｃ．（ウッドブリッジ、カナダ）が現在所有する他の特許に見出すことができる。
【0083】
図１９Ｂを参照すると、ＩＣＰ源１９１０の一構成において、誘導装置１９１２は誘導コイルとして構成することができる。ＩＣＰ源１９１０は、誘導コイル１９１２と組み合わせてトーチ１９１４を備える。誘導コイル１９１２は、典型的には、トーチ１９１４内に無線周波数エネルギーを提供し、誘導結合プラズマ１９２０を維持するために無線周波数発生器（図示せず）に電気的に結合される。本明細書に記載の試料導入装置を使用して、試料をプラズマ１９２０に噴霧して、試料中の種をイオン化及び／又は原子化することができる。試料中の金属種（又は有機種）をイオン化又は原子化し、光学技法若しくは質量分析技法又は他の適切な技術を使用して検出することができる。
【0084】
特定の実施形態では、ＩＣＰを維持するために使用される誘導コイルは、放射状フィンを含むことができる。図２０を参照すると、複数の放射状フィンを備え、トーチ２０２０に隣接して位置付けられた誘導コイル２０１０が示されている。ＩＣＰトーチ２０２０からのイオンは、下流構成要素に提供される前にサンプリング及び集束するために、本明細書に記載のイオンインターフェースに提供することができる。さらに、イオンインターフェースを使用して、システム内の全体的な圧力をトーチ２０２０内のＩＣＰの大気圧に近い圧力から、所望に応じて大気圧より低い圧力に低下させることができる。
【0085】
ここで図２１を参照すると、プレート電極２１２０、２１２１を備えるＩＣＰ源２１００の１つの図解が示されている。第１のプレート電極２１２０及び第２のプレート電極２１２１は、トーチ２１１０を受け入れることができる開口を備えるものとして示されている。例えば、トーチ２１１０は、プレート電極２１２０、２１２１を備える誘導装置のいくつかの領域内に配置することができる。プラズマ又は例えば誘導結合プラズマなどの他のイオン化／原子化源２１５０は、トーチ２１１０及びプレート２１２０、２１２１からの誘導エネルギーを使用して維持することができる。無線周波数発生器２１３０は、プレート２１２０、２１２１の各々に電気的に結合されて示されている。所望に応じて、代わりに単一のプレート電極のみを使用することができる。試料導入装置を使用して、試料をプラズマ２１５０に噴霧して、試料中の種をイオン化及び／又は原子化することができる。イオン化試料中のイオン及び原子は、下流構成要素に提供される前にサンプリング及び集束するために、本明細書に記載のイオンインターフェースに提供することができる。さらに、イオンインターフェースを使用して、システム内の全体的な圧力をＩＣＰ２１５０の大気圧から、所望に応じて大気圧より低い圧力に低下させることができる。
【0086】
いくつかの例では、ＩＣＰ以外のイオン化源を本明細書に記載のイオンインターフェースと共に使用することができる。イオン化源は、典型的には、チャンバに導入された被分析試料をイオン化するために使用することができる１つ以上の構成要素を含むチャンバを含む。図２２を参照すると、ソースブロック２２０５、イオン反発電極２２１０、フィラメント２２１２、電子トラップ２２１４、及び出口２２１６を備える電子イオン化（ＥＩ）源２２００が示されている。ソースブロック２２０５とフィラメント２２１２との間に電位を印加して、フィラメント２２１２からソースブロック２２０５に電子を提供することができ、例えば、電子は電子トラップ２２１４に向かって移動することができる。試料がソースブロック２２０５に導入されると、試料は電子と衝突してイオン化することができる。所望に応じて、ソースブロック２２０５に化学ガスを導入して、化学ガスから形成されたイオンを用いて試料をイオン化することができる。
【0087】
いくつかの例では、本明細書に記載のイオンインターフェースと共に使用される質量分析器１６４０は、一般に試料の性質、所望の分解能などに応じて多数の形態をとることができ、例示的な質量分析器は、例えば四重極又は他のロッドアセンブリなどの１つ以上のロッドアセンブリを含むことができる。いくつかの例では、イオンインターフェースは、質量分析器が１つ以上のコーン、例えばスキマコーン、サンプリングコーン、ハイパースキマコーン、レンズなどを含むように、質量分析器１６４０と一体であってもよい。質量分析器は、イオン化源及び／又はイオンインターフェースから受け取られた入射ビームをサンプリング及び／又はフィルタリングするために使用することができる１つ以上のイオンガイド、衝突セル、イオン光学系及び他の構成要素をさらに備えることができる。様々な構成要素は、干渉種を除去し、光子を除去し、他の様態で入射イオンから所望のイオンを選択するのを助けるように選択することができる。いくつかの例では、質量分析器１６４０は飛行時間型装置であってもよく、又は飛行時間型装置を含んでもよい。場合によっては、質量分析器１６４０は、それ自体の無線周波数発生器を備えてもよい。特定の例では、質量分析器１６４０は、走査質量分析器、磁気セクタ分析器（例えば、単焦点及び二重焦点ＭＳ装置で使用するためのもの）、四重極質量分析器、イオントラップ分析器（例えば、サイクロトロン、四重極イオントラップ）、飛行時間分析器（例えば、マトリックス支援レーザ脱離イオン化飛行時間分析器）、及び異なる質量電荷比を有する種を分離することができる他の適切な質量分析器とすることができる。所望に応じて、質量分析器１６４０は、イオンインターフェースから受け取ったイオンを選択及び／又は識別するために、直列に配置された２つ以上の異なる装置、例えばタンデムＭＳ／ＭＳ装置又はトリプル四重極装置を含むことができる。本明細書で述べるように、質量分析器は、質量分析器の様々な段階でイオンを選択するために使用される真空を提供するために真空ポンプに流体的に結合することができる。真空ポンプは、典型的には、粗面化ポンプ若しくはフォアラインポンプ、ターボ分子ポンプ、又はその両方である。質量分析器内に存在し得る様々な構成要素は、例えば、共同所有されている米国特許第１０，０３２，６１７号、同第９，９１６，９６９号、同第９，６１３，７８８号、同第９，５８９，７８０号、同第９，３６８，３３４号、同第９，１９０，２５３号、及びＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｈｅａｌｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．（マサチューセッツ州ウォルサム）又はＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｈｅａｌｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｃａｎａｄａ，Ｉｎｃ．（ウッドブリッジ、カナダ）が現在所有する他の特許に見出すことができる。
【0088】
いくつかの例では、検出器１６４５を使用して、質量分析器によってフィルタリング又は選択されたイオンを検出することができる。検出器は、例えば、既存の質量分析計、例えば、電子増倍管、ファラデーカップ、コーティング感光板、シンチレーション検出器、マルチチャネルプレートなどと共に使用することができる任意の適切な検出装置、及び本開示の利益を考慮して、当業者によって選択される他の適切な装置であってもよい。質量分析計内で使用することができる例示的な検出器は、例えば、共同所有されている米国特許第９，８９９，２０２号、第９，３８４，９５４号、第９，３５５，８３２号、第９，２６９，５５２号、及びＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｈｅａｌｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．（マサチューセッツ州ウォルサム）又はＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｈｅａｌｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｃａｎａｄａ，Ｉｎｃ．（ウッドブリッジ、カナダ）が現在所有する他の特許に見出すことができる。
【0089】
特定の場合には、システムはまた、典型的にはマイクロプロセッサ及び／又はコンピュータ並びに質量分析計に導入された試料の分析に適したソフトウェアの形態をとるプロセッサ１６５０（図１６Ｆに示すように、）を備えてもよい。プロセッサ１６５０は、イオンインターフェース１６２０、質量分析器１６４０及び検出器１６４５に電気的に結合されているように示されているが、概してシステムの異なる構成要素を制御又は動作させるために、他の構成要素、例えば試料導入装置１６１０及び／又はイオン化源１６１５に電気的に結合することもできる。いくつかの実施形態では、プロセッサ１６５０は、システムを使用する様々な動作モードのためにシステムの動作を制御及び調整するために、例えばコントローラ内に又はスタンドアロンプロセッサとして存在することができる。この目的のために、プロセッサは、例えばイオンインターフェース内の異なる要素に印加される電圧を制御するために、システムの構成要素、例えば、１つ以上のポンプ、１つ以上の電圧源、ロッドなどの各々、及びイオンインターフェース１６２０に存在する要素のうちの１つ以上に電気的に結合することができる。
【0090】
特定の構成では、プロセッサ１６５０は、例えば、イオン源、ポンプ、イオンインターフェースの要素、質量分析器、検出器などの電圧を制御するために、例えば、マイクロプロセッサ及び／又はシステムを動作させるための適切なソフトウェアを含む、１つ以上のコンピュータシステム及び／又は共通のハードウェア回路内に存在してもよい。いくつかの例では、システムの任意の１つ以上の構成要素は、その構成要素の動作を可能にするために、それ自体のそれぞれのプロセッサ、オペレーティングシステム、及び他の機能を含むことができる。プロセッサは、システムと一体とすることができ、又は、システムの構成要素に電気的に結合されている１つ以上のアクセサリ基板、プリント回路基板、又はコンピュータ上に存在してもよい。プロセッサは、典型的には、システムの他の構成要素からデータを受信し、必要又は所望に応じて様々なシステムパラメータの調整を可能にするために、１つ以上のメモリユニットに電気的に結合される。プロセッサは、Ｕｎｉｘ（登録商標）、Ｉｎｔｅｌ ＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）型プロセッサ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ ＰｏｗｅｒＰＣ、Ｓｕｎ ＵｌｔｒａＳＰＡＲＣ、Ｈｅｗｌｅｔｔ－Ｐａｃｋａｒｄ ＰＡ－ＲＩＳＣプロセッサ、又は任意の他のタイプのプロセッサに基づくものなどの汎用コンピュータの一部であってもよい。本技術の様々な実施形態に従って、任意のタイプのコンピュータシステムのうちの１つ以上を使用することができる。さらに、システムは、単一のコンピュータに接続されてもよいし、又は、通信ネットワークによって接続された複数のコンピュータの間に分散されてもよい。ネットワーク通信を含む他の機能を実行することができ、本技術は任意の特定の機能又は機能のセットを有することに限定されないことを理解されたい。様々な態様は、汎用コンピュータシステムで実行される専用ソフトウェアとして実装されてもよい。コンピュータシステムは、ディスクドライブ、メモリ、又はデータを記憶するための他の装置などの１つ以上のメモリ装置に接続されたプロセッサを含むことができる。メモリは、典型的には、様々なモードでのシステムの動作中にプログラム、較正及びデータを記憶するために使用される。コンピュータシステムの構成要素は、１つ以上のバス（例えば、同じ機械内に統合された構成要素間）及び／又はネットワーク（例えば、別個の離散的な機械に存在する構成要素間）を含むことができる相互接続装置によって結合することができる。相互接続装置は、通信（例えば、信号、データ、命令）が、システムの構成要素間で交換されることを可能にする。コンピュータシステムは、典型的には、イオンインターフェースの迅速な制御を可能にするために、例えば数ミリ秒、数マイクロ秒以下の処理時間内にコマンドを受信及び／又は発行することができる。例えば、真空圧力を制御し、イオンインターフェースの要素に電圧を提供するなどのために、コンピュータ制御を実施することができる。プロセッサは、典型的には、例えば、直流源、交流源、バッテリ、燃料電池、若しくは他の電源、又は電源の組み合わせとすることができる電源に電気的に結合される。電源は、システムの他の構成要素によって共有され得る。システムはまた、１つ以上の入力装置、例えば、キーボード、マウス、トラックボール、マイクロフォン、タッチスクリーン、手動スイッチ（例えば、オーバーライドスイッチ）、及び１つ以上の出力装置、例えば、印刷装置、ディスプレイスクリーン、スピーカを含むことができる。さらに、システムは、（相互接続装置に加えて、又は相互接続装置の代替として）コンピュータシステムを通信ネットワークに接続する１つ以上の通信インターフェースを含むことができる。システムはまた、システム内に存在する様々な電気装置から受信した信号を変換するための適切な回路を含むことができる。そのような回路は、プリント回路基板上に存在することができ、又は適切なインターフェース、例えばシリアルＡＴＡインターフェース、ＩＳＡインターフェース、ＰＣＩインターフェースなどを通じて、又は１つ以上の無線インターフェース、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ、近距離無線通信若しくは他の無線プロトコル及び／若しくはインターフェースを通じてプリント回路基板に電気的に結合されている別個の基板若しくは装置上に存在してもよい。
【0091】
特定の実施形態では、本明細書に記載のシステムで使用される記憶システムは、典型的には、プロセッサによって実行されるプログラムによって使用され得るコード又はプログラムによって処理される媒体上若しくは媒体内に記憶された情報を記憶することができるコンピュータ可読かつ書き込み可能不揮発性記録媒体を含む。媒体は、例えば、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、又はフラッシュメモリであってもよい。典型的には、動作中、プロセッサは、データが不揮発性記録媒体から別のメモリに読み取られるようにし、これによって、プロセッサによる情報へのアクセスを、媒体よりも高速にすることが可能である。したがって、メモリは、典型的には、ダイナミックランダムアクセスメモリ（「ＤＲＡＭ」）又はスタティックメモリ（「ＳＲＡＭ」）などの揮発性ランダムアクセスメモリである。これは、記憶システム又はメモリシステム内に配置されてもよい。プロセッサは、一般に、集積回路メモリ内のデータを操作し、次いで、処理が完了した後にデータを媒体にコピーする。媒体と集積回路メモリ要素との間のデータ移動を管理するための様々な機構が知られており、技術はそれに限定されない。技術はまた、例は特定のメモリシステム又は記憶システムにも限定されない。特定の実施形態では、システムはまた、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの、特別にプログラムされた専用ハードウェアを含むことができる。本技術の態様は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせで実施されてもよい。さらに、そのような方法、動作、システム、システム要素、及びそれらの構成要素は、上述のシステムの一部として、又は独立した構成要素として実装されてもよい。特定のシステムは、例として、本技術の様々な態様を実施することができる１つのタイプのシステムとして記載されているが、態様は記載されたシステム上で実施されることに限定されないことを理解されたい。様々な態様は、異なるアーキテクチャ又は構成要素を有する１つ以上のシステム上で実施することができる。システムは、高レベルコンピュータプログラミング言語を使用してプログラム可能な汎用コンピュータシステムを含むことができる。システムはまた、特別にプログラムされた専用ハードウェアを使用して実装されてもよい。システムにおいて、プロセッサは、典型的には、Ｉｎｔｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な周知のＰｅｎｔｉｕｍクラスプロセッサなどの市販のプロセッサである。他の多くのプロセッサも市販されている。そのようなプロセッサは、通常、例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ９５、Ｗｉｎｄｏｗｓ ９８、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴ、Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００（Ｗｉｎｄｏｗｓ ＭＥ）、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ、Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｖｉｓｔａ、Ｗｉｎｄｏｗｓ ７、Ｗｉｎｄｏｗｓ ８、若しくはＷｉｎｄｏｗｓ １０オペレーティングシステム、ＭＡＣ ＯＳ Ｘ、例えば、Ｓｎｏｗ Ｌｅｏｐａｒｄ、Ｌｉｏｎ、Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｌｉｏｎ、若しくはＡｐｐｌｅから入手可能な他のバージョン、Ｓｕｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓから入手可能なＳｏｌａｒｉｓオペレーティングシステム、又は様々なソースから入手可能なＵＮＩＸ若しくはＬｉｎｕｘ（登録商標）オペレーティングシステムであり得るオペレーティングシステムを実行する。多くの他のオペレーティングシステムが使用されてもよく、特定の実施形態では、コマンド又は命令の単純なセットがオペレーティングシステムとして機能してもよい。
【0092】
特定の例では、プロセッサ及びオペレーティングシステムは共に、高レベルプログラミング言語のアプリケーションプログラムが書かれ得るプラットフォームを規定する。本技術は、特定のシステムプラットフォーム、プロセッサ、オペレーティングシステム、又はネットワークに限定されないことを理解されたい。また、本開示の利点を考慮すると、本技術が特定のプログラミング言語又はコンピュータシステムに限定されないことは当業者には明らかである。さらに、他の適切なプログラミング言語及び他の適切なシステムも使用されてもよいことを理解されたい。特定の例では、ハードウェア又はソフトウェアは、認知アーキテクチャ、ニューラルネットワーク、又は他の適切な実施態様を実装するように構成することができる。所望に応じて、コンピュータシステムの１つ以上の部分は、通信ネットワークに結合されている１つ以上のコンピュータシステムにわたって分散されてもよい。これらのコンピュータシステムはまた、汎用コンピュータシステムであってもよい。例えば、様々な態様を、１つ又は複数のクライアントコンピュータにサービス（例えば、サーバ）を提供するように、又は分散システムの一部としてタスク全体を実行するように構成された、１つ又は複数のコンピュータシステムの間で分散させることができる。例えば、様々な実施形態による様々な機能を実行する１つ又は複数のサーバシステムに分散された構成要素を含む、クライアントサーバシステム又は多層システム上で様々な態様を実行することができる。これらの構成要素は、通信プロトコル（例えばＴＣＰ／ＩＰ）を使用して、通信ネットワーク（例えば、インターネット）を介して通信する実行可能コード、中間コード（例えば、ＩＬ）、又はインタープリタコード（例えば、Ｊａｖａ（登録商標））であってもよい。本技術は、任意の特定のシステム又はシステムのグループ上で実行することに限定されないことも理解されたい。また、本技術は、いかなる特定の分散アーキテクチャ、ネットワーク、又は通信プロトコルにも限定されないことを理解されたい。
【0093】
場合によっては、例えば、ＳＱＬ、ＳｍａｌｌＴａｌｋ、Ｂａｓｉｃ、Ｊａｖａ、Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ、ＰＨＰ、Ｃ＋＋、Ａｄａ、Ｐｙｔｈｏｎ、ｉＯＳ／Ｓｗｉｆｔ、Ｒｕｂｙ ｏｎ Ｒａｉｌｓ又はＣ＃（Ｃシャープ）などのオブジェクト指向プログラミング言語を使用して、様々な実施形態をプログラムすることができる。他のオブジェクト指向プログラミング言語も使用することができる。代替的に、関数型、スクリプト型、及び／又は論理型のプログラミング言語を使用することもできる。様々な構成を、プログラムされていない環境（例えば、ブラウザプログラムのウィンドウに表示されたときに、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）の諸態様をレンダリングし、又は他の機能を実行するＨＴＭＬ、ＸＭＬ、又は他のフォーマットで作成された文書）で実施することができる。特定の構成は、プログラム要素若しくは非プログラム要素、又はそれらの任意の組み合わせとして実施されてもよい。場合によっては、システムは、有線又は無線インターフェースを通じて通信することができ、所望に応じてシステムの遠隔操作を可能にするモバイル装置、タブレット、ラップトップコンピュータ、又は他のポータブル装置上に存在するものなどの遠隔インターフェースを備えることができる。
【0094】
特定の実施形態では、本明細書に記載のイオンインターフェースは、誘導結合プラズマ及び任意選択的に他の構成要素を含む質量分析計システム内で使用することができる。図２３を参照すると、システム２３００は、トーチ２３１０と、誘導結合プラズマ２３２０を維持するために使用することができる誘導コイル２３１５とを備える。プラズマ２３２０から出るイオンビームは、典型的には、被分析イオン、電子、光子及びアルゴンイオンの混合物である。誘導結合プラズマ中のイオンは、グランドに電気的に結合することができるサンプラコーン２３２５に入射する。サンプラコーン２３２５の前面の圧力は、大気圧に近いか又は大気圧より大きい。サンプラコーン２３２５の後方の圧力は、典型的には大気圧より低く、例えば１～３Ｔｏｒｒである。圧力は、この領域を例えば機械式ポンプなどの真空ポンプに流体的に結合することによって低減することができる。スキマコーン２３３０は、サンプラコーン２３２５の下流に存在し、サンプラコーン２３２５内の第１のオリフィスを通過するイオンを受け取ることができる。例えば、サンプラコーン２３２５の第１のオリフィスを通って入るイオンは、スキマコーン２３３０に向かって超音波的に膨張することができる。スキマコーン２３３０は、図２３に示すように電気的に接地することもできる。スキマコーン２３３０の背面の圧力は、典型的には、スキマコーン２３３０の前面の圧力より低く、例えば、スキマコーンの背面の圧力は、約０．０１～０．１Ｔｏｒｒであり得る。スキマコーン２３３０内の第２のオリフィスを通過するイオンは、その後、第３のオリフィスを備える下流のハイパースキマコーン２３３５に提供される。イオンビームがコーン２３３５の第３のオリフィスを通って入ると、イオンビームは大きく正に帯電する。第１の非ゼロ電圧をハイパースキマ２３３５に提供することができ、例えば、正電圧を電圧源２３３７からハイパースキマ２３３５に印加することができる。しかしながら、イオンに応じて、代わりに負電圧をハイパースキマ２３３５に印加することができる。ハイパースキマ２３３５に提供される正電圧は、ハイパースキマ２３３５を通って進むビームを絞ることができ、イオンを集束させることができる。イオンビームのこの絞りは、ビームを外側に拡散又は拡大させる傾向がある空間電荷効果を低減することができる。集束イオンは、それ自体が電圧源２３４２から第２の非ゼロ電圧を受け取ることができる下流リングレンズ２３４０に提供することができる。所望に応じて、単一の電圧源のみが存在し、第１の非ゼロ電圧及び第２の非ゼロ電圧を提供するために使用されてもよい。一態様では、リングレンズ２３４０は負電圧を受け取って、ハイパースキマ２３３５からイオンを抽出し、イオンビームをリングレンズ２３４０に向かって加速することができる。別の態様では、正電圧をリングレンズ２３４０に提供することができる。いくつかの例では、リングレンズ２３４０に提供される正電圧は、ハイパースキマ２３３５に提供される正電圧よりわずかに正であり得る。システムはまた、質量分析器などの下流構成要素にイオンを提供するために使用することができるゲートバルブ２３４５及びイオン光学系２３５０を備えることができる。下流の質量分析器内の圧力は、様々な質量分析器段階で使用される高真空に起因して、例えばターボ分子ポンプによって提供される真空に起因して、典型的にははるかに低く、例えば１０－４Ｔｏｒｒ以下である。コーン２３２５、２３３０及び２３３５は、同じ又は異なる材料、例えばニッケル又は他の材料から製造することができる。レンズ２３４０は、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明したこれらの材料のいずれかから製造することができる。
【0095】
特定の実施形態では、システムは、イオンガイド／偏向器に流体的に結合されているイオンインターフェースを備えることができる。図２４に示すように、システムは、第１のコーン２４２５と、第２のコーン２４３０と、第３のコーン２４３５と、シリンドリカルレンズ２４４０と、イオンガイド／偏向器２４５０とを備える。所望に応じて、イオン光学系（図示せず）がレンズ２４４０と偏向器２４５０との間に存在することができる。システム２４００は、図２３のシステムと同様に動作することができ、レンズ２４４０を出るイオンは、イオンガイド／偏向器２４５０に直接提供される。イオンガイド／偏向器２４５０の下流には他の構成要素が存在してもよい。
【0096】
本明細書に記載の技術の新規かつ発明的な態様のさらにいくつかを説明するために、特定の具体例を記載する。
【0097】
実施例１
図２５Ａ及び図２５Ｂを参照すると、コーン２５２０及びシリンドリカルレンズ２５３０を保持するように構成されているホルダ２５１０が示されている。ホルダ２５１０は、摩擦嵌合、ねじ山、ばね荷重固定具、１つ以上の外部締結具又は他の装置若しくは構造によってコーン２５２０及びシリンドリカルレンズ２５３０を受け入れることができる。ホルダ２５１０は、所望に応じて、レンズ２５３０がホルダ２５１０の背面と同一平面になるようなサイズ及び配置構成にすることができる。ホルダ２５１０は、コーン２５２０とレンズ２５３０との間に介在する構造又は構成要素が存在しないように、コーン２５２０をレンズ２５３０に直接隣接して位置付けるために使用することができる。
図２５Ａ及び図２５Ｂを参照すると、コーン２５２０及びシリンドリカルレンズ２５３０を保持するように構成されているホルダ２５１０が示されている。ホルダ２５１０は、摩擦嵌合、ねじ山、ばね荷重固定具、１つ以上の外部締結具又は他の装置若しくは構造によってコーン２５２０及びシリンドリカルレンズ２５３０を受け入れることができる。ホルダ２５１０は、所望に応じて、レンズ２５３０がホルダ２５１０の背面と同一平面になるようなサイズ及び配置構成にすることができる。ホルダ２５１０は、コーン２５２０とレンズ２５３０との間に介在する構造又は構成要素が存在しないように、コーン２５２０をレンズ２５３０に直接隣接して位置付けるために使用することができる。
【0098】
実施例２
図２６Ａを参照すると、従来の設定を使用して、アルゴンイオン、電子及びリチウムイオンの軌道を示すためにシミュレーションが実行された。シミュレートされた１つのシステムは、グランドに電気的に結合されているハイパースキマコーン２６１０、イオン光学系２６２０、及びイオンガイド／偏向器２６３０を含んでいた。イオンがハイパースキマコーン２６１０に入ると、それらは空間電荷効果のために直ちに膨張し、外側に拡散し始める。この膨張は、イオン光学系２６２０及びガイド２６３０に入る広いイオンビームをもたらす。広いイオンビームは、イオン感度を低下させる可能性があり、イオンガイド／偏向器２６３０を使用して任意の電子及び／又は中性種を除去することを困難にする可能性がある。
図２６Ａを参照すると、従来の設定を使用して、アルゴンイオン、電子及びリチウムイオンの軌道を示すためにシミュレーションが実行された。シミュレートされた１つのシステムは、グランドに電気的に結合されているハイパースキマコーン２６１０、イオン光学系２６２０、及びイオンガイド／偏向器２６３０を含んでいた。イオンがハイパースキマコーン２６１０に入ると、それらは空間電荷効果のために直ちに膨張し、外側に拡散し始める。この膨張は、イオン光学系２６２０及びガイド２６３０に入る広いイオンビームをもたらす。広いイオンビームは、イオン感度を低下させる可能性があり、イオンガイド／偏向器２６３０を使用して任意の電子及び／又は中性種を除去することを困難にする可能性がある。
【0099】
図２６Ｂを参照すると、別のシミュレーションが実行されており、第２のシミュレーションシステムは、わずかに正の印加電位（＋１５ボルト）を有するハイパースキマコーン２６５０と、負の印加電位（－２００ボルト）を有するリングレンズ２６６０と、イオン光学系２６７０と、イオンガイド／偏向器２６８０とを含んでいた。コーン２６５０に入るイオンビームは、コーン２６１０に入るビームより集束されたままである。さらに、ハイパースキマコーン２６５０に入るイオンビームは、一般に、正に帯電したビームとして挙動し、負の電位を有するリングレンズ２６６０に向かってコーン２６５０を出るときに集束される。リングレンズ２６６０は、集束ビームがイオン光学系２６７０及びイオンガイド／偏向器２６８０に提供される前に、ビームをさらに絞って集束させる。
【0100】
図２６Ａ及び図２６Ｂのシミュレーションを比較すると、リングレンズ２６６０の存在、並びにコーン２６５０及びリングレンズ２６６０に印加される電圧は、バックグラウンドノイズを大幅に増加させることなくイオンスループットを改善することができる。
【0101】
実施例３
図２６Ａ及び図２６Ｂに示すシステムを使用して等電位曲線を生成するためにシミュレーションを実行した。図２６Ａのシステムの等電位曲線を図２７Ａに示し、図２６Ｂのシステムの等電位曲線を図２７Ｂに示す。
図２６Ａ及び図２６Ｂに示すシステムを使用して等電位曲線を生成するためにシミュレーションを実行した。図２６Ａのシステムの等電位曲線を図２７Ａに示し、図２６Ｂのシステムの等電位曲線を図２７Ｂに示す。
【0102】
図２７Ａを参照すると、等電位曲線は、コーン２６１０において０ボルトから始まりイオン光学系２６２０に向かって減少する単調減少電位を示す。図２７Ｂを参照すると、等電位曲線は、電位がコーン２６５０において正であり、リングレンズ２６６０内の最小負電位まで減少し、次いでイオン光学系２６７０に向かってより低い大きさの負電位まで増加することを示す。レンズ２６６０内のこの最小負電位の存在は、イオンビームを下流構成要素に提供する前にビームを絞って集束させるために使用することができる。
【0103】
実施例４
ベリリウム９、インジウム１１５、セリウム１４０、及びウラン２３８を含む種々のイオンについて、既存のシステム（図２６Ａに示すような）並びにコーン及びリングレンズを含むシステム（図２６Ｂに示すような）を使用して比較を行った。結果は、各グループの左側に示されている既存のシステムを使用した感度、並びに、各グループの右側に示されているハイパースキマコーン及びリングレンズシステムを使用した感度によって、図２８に示されている。信号強度は、ハイパースキマ及びリングレンズ系を使用したすべてのイオンでより高かった。場合によっては、ハイパースキマコーンとリングレンズとの組み合わせを使用して、２～３倍高い感度を得ることができる。
ベリリウム９、インジウム１１５、セリウム１４０、及びウラン２３８を含む種々のイオンについて、既存のシステム（図２６Ａに示すような）並びにコーン及びリングレンズを含むシステム（図２６Ｂに示すような）を使用して比較を行った。結果は、各グループの左側に示されている既存のシステムを使用した感度、並びに、各グループの右側に示されているハイパースキマコーン及びリングレンズシステムを使用した感度によって、図２８に示されている。信号強度は、ハイパースキマ及びリングレンズ系を使用したすべてのイオンでより高かった。場合によっては、ハイパースキマコーンとリングレンズとの組み合わせを使用して、２～３倍高い感度を得ることができる。
【0104】
実施例５
図２９を参照すると、リングレンズ２９２０は、非ゼロ電圧を受け取るように構成されているハイパースキマコーン２９１０の直後に配置することができる。リングレンズ２９２０及びハイパースキマコーン２９１０は、約１～５ｍｍ分離することができる。リングレンズ２９２０の内径は、コーン２９１０の基部以上になるように選択することができる。この構成は、スパッタによる汚染をより少なくし、より高いスループットをもたらすことができる。
図２９を参照すると、リングレンズ２９２０は、非ゼロ電圧を受け取るように構成されているハイパースキマコーン２９１０の直後に配置することができる。リングレンズ２９２０及びハイパースキマコーン２９１０は、約１～５ｍｍ分離することができる。リングレンズ２９２０の内径は、コーン２９１０の基部以上になるように選択することができる。この構成は、スパッタによる汚染をより少なくし、より高いスループットをもたらすことができる。
【0105】
リングレンズ２９２０の全体サイズを選択する際に、リングレンズは、レンズ長に対する開口の比によって定義することができる。リングレンズ２９２０は、一般に、より低い開口対長さ比を有し、一方、平面レンズは、平面レンズの長さが短いために、より高い開口対長さ比を有する。表１は、例示的なリングレンズの入口レンズ２９３０及びイオンガイド／偏向器２９４０の開口に対するリングレンズ２９２０の直径（Ｄ）対長さＬ）比を比較する。
【0106】
【表1】
【0107】
比較すると、平面レンズのＤ／Ｌ比は、典型的には６超又は２．５超である。
実施例６
イオンインターフェースの特定の構成要素の断面を図３０に示す。インターフェースは、サンプラコーン３０１０と、スキマコーン３０２０と、ハイパースキマコーン３０３０と、ハイパースキマコーン３０３０及びリングレンズ３０５０をともに保持するホルダ３０４０と、イオン光学系３０５５と、イオンガイドの入口レンズ３０５０とを備える。サンプラコーン３０１０のオリフィスの前縁からスキマコーン３０２０のオリフィスの前縁までの距離は、約７．５ｍｍである。スキマコーン３０２０のオリフィスの前縁からハイパースキマコーン３０３０のオリフィスの前縁までの距離は、約３．５ｍｍである。ハイパースキマコーン３０３０の前縁からハイパースキマコーン３０３０の基部までの距離は、約２０ｍｍである。リングレンズ３０５０は、ハイパースキマコーン３０３０の基部から約１．０５ｍｍ離間させることができる。リングレンズ３０５０は、約７．０５ｍｍの長さを有することができる。リングレンズ３０５０の後縁は、入口レンズ３０６０の前縁から約９．１ｍｍ離れた位置にある。入口レンズ３０６０の厚さは、約１．５２ｍｍとすることができる。サンプラコーン３０１０内のオリフィスの直径は、約１．１２ｍｍとすることができる。スキマコーン３０２０内のオリフィスの直径は、約０．８８ｍｍとすることができる。ハイパースキマコーン３０３０内のオリフィスの直径（入口側）は、約１．００ｍｍとすることができる。ハイパースキマコーン３０３０の基部は、約１５．５５ｍｍ幅とすることができる。リングレンズ３０５０は、ハイパースキマコーンの基部幅以上の内径を含むことができ、例えば、リングレンズの開口は、１５．５５ｍｍ以上の直径を含むことができる。入口レンズ３０６０の開口は、約１２．００ｍｍとすることができる。オリフィス及び開口は、典型的には円形であるが、代わりに他の形状を使用することもできる。
実施例６
イオンインターフェースの特定の構成要素の断面を図３０に示す。インターフェースは、サンプラコーン３０１０と、スキマコーン３０２０と、ハイパースキマコーン３０３０と、ハイパースキマコーン３０３０及びリングレンズ３０５０をともに保持するホルダ３０４０と、イオン光学系３０５５と、イオンガイドの入口レンズ３０５０とを備える。サンプラコーン３０１０のオリフィスの前縁からスキマコーン３０２０のオリフィスの前縁までの距離は、約７．５ｍｍである。スキマコーン３０２０のオリフィスの前縁からハイパースキマコーン３０３０のオリフィスの前縁までの距離は、約３．５ｍｍである。ハイパースキマコーン３０３０の前縁からハイパースキマコーン３０３０の基部までの距離は、約２０ｍｍである。リングレンズ３０５０は、ハイパースキマコーン３０３０の基部から約１．０５ｍｍ離間させることができる。リングレンズ３０５０は、約７．０５ｍｍの長さを有することができる。リングレンズ３０５０の後縁は、入口レンズ３０６０の前縁から約９．１ｍｍ離れた位置にある。入口レンズ３０６０の厚さは、約１．５２ｍｍとすることができる。サンプラコーン３０１０内のオリフィスの直径は、約１．１２ｍｍとすることができる。スキマコーン３０２０内のオリフィスの直径は、約０．８８ｍｍとすることができる。ハイパースキマコーン３０３０内のオリフィスの直径（入口側）は、約１．００ｍｍとすることができる。ハイパースキマコーン３０３０の基部は、約１５．５５ｍｍ幅とすることができる。リングレンズ３０５０は、ハイパースキマコーンの基部幅以上の内径を含むことができ、例えば、リングレンズの開口は、１５．５５ｍｍ以上の直径を含むことができる。入口レンズ３０６０の開口は、約１２．００ｍｍとすることができる。オリフィス及び開口は、典型的には円形であるが、代わりに他の形状を使用することもできる。
【0108】
本明細書に開示される例の要素を導入するとき、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、及び「上記（ｓａｉｄ）」は、１つ以上の要素があることを意味することを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、オープンエンドであることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。本開示の利点を考慮すると、実施例の様々な構成要素は、他の実施例の様々な構成要素と交換又は置換することができることが当業者によって認識されるであろう。
【0109】
特定の態様、実施例、及び実施形態を上述したが、本開示の利益を考慮すると、開示された例示的な態様、実施例、及び実施形態の追加、置換、修正、及び変更が可能であることが当業者によって認識されるであろう。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図11E】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図12E】
【図12F】
【図12G】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】
【図16E】
【図16F】
【図17】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図26A】
【図26B】
【図27A】
【図27B】
【図28】
【図29】
【図30】
【国際調査報告】