JPH06111761A

JPH06111761A - 質量分析計

Info

Publication number: JPH06111761A
Application number: JP4257777A
Authority: JP
Inventors: Yumi Sakamoto; 由美坂本; Kinya Eguchi; 欣也江口; Hirokatsu Yamaguchi; 裕功山口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1994-04-22

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザ質量分析計において、試料を顕微鏡で観
察して測定箇所を特定し、測定箇所にレ−ザ光を集光し
ての照射を可能とし、レ−ザ光により脱離した物質を障
害物なく質量分析部に送ることを可能とする。【構成】イオンを加速または偏向するリペラー電極２８
ａとエクストラクション・グリッド２８ｂの間に凹面反
射鏡４５を設置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体等の電子部品に
付着（汚染）する微量有機物の分析を行なう装置に係
り、特に、レーザを用いてイオン化を行なう質量分析計
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の質量分析計は特開昭６３−１４６
３３９号公報に記載のように、図６の系統図に示すよう
になっていた。１は質量分析部、２は試料、６はレーザ
光源、８は観察照明用光源、１２は光導入手段、１８は
真空室、２２は集光レンズ、２４は光反射ミラー、２４
ａはイオン通過孔、２６は試料台、２８はイオン引出電
極、３０はイオンリフレクタ、３４はイオン検出器、３
４ａはイオン通過孔である。レーザ光源６から発生した
レーザ光は、集光レンズ２２と光反射ミラー２４によ
り、試料２上に集光される。このレーザ光で励起された
イオンは光反射ミラー２４中央のイオン通過孔２４ａを
通り、質量分析部１で質量分析される。

【０００３】この従来装置では、集光レンズ２２と試料
２との間に光反射ミラー２４があるため、開口数（Nume
rical aperture）の大きなレンズを用いることが考慮さ
れておらず、試料を顕微鏡で観察することや試料上にレ
ーザを小さく絞ることができないなどの欠点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来装置では、試料と
集光レンズとの間に光反射ミラーがあるため開口数が小
さく焦点距離の長いレンズを用いる必要があり、開口数
が大きいレンズを用いることが実質的にできないため、
試料を顕微鏡で観察し、その箇所にレーザを小さく絞る
ことができない。

【０００５】また、従来装置では光反射ミラーに孔をあ
けてイオンを通過させており、試料から発生したイオン
を効率よく質量分析部に送ることが考慮されていない。

【０００６】また更に、上記従来装置では複数種のレー
ザ光を試料に照射することが考慮されておらず、試料の
イオン化を最適条件で行なうことができない。

【０００７】本発明の目的は、開口数の大きな凹面反射
鏡を用いて、試料上にレーザを小さく絞るようにするこ
とにあり、また、試料から発生したイオンを効率良く質
量分析部に送ることにある。また、本発明の更に他の目
的は複数種のレーザ光を試料に照射し、試料のイオン化
を最適条件で行なうことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はイオンを加速または偏向する複数の電極間
に凹面反射鏡を設置することにより、凹面反射鏡の焦点
距離を短く、開口数を大きくして、レーザ光を小さく絞
れるようにした。また、複数の電極間に凹面反射鏡を設
置にすることにより、リペラー電極と試料との間を狭く
できるため、試料からのイオンの収率を大きくできる。
また、凹面反射鏡および対物レンズをイオンの通過する
通路から外して設置し、イオンを効率良く質量分析計に
送るようにした。

【０００９】

【作用】図１で本発明の作用を説明する。１は質量分析
部、２は試料、６ａ，６ｂはレーザ光源、７ａ，７ｂは
レーザ光、８は観察照明用光源、９は試料照明光、１０
はＴＶカメラ、１５はカメラレンズ、１６ａ，１６ｂは
光反射ミラー、１７ａは光路、１８は真空室、１９は真
空容器、２１ｂはイオンビーム、２２ｂは対物レンズ、
２３ａ，２３ｂは照明用レンズ、２４ｃ，２４ｄは光反
射ミラー、２６は試料台、２８ａはリペラー電極、３０
はイオンリフレクタ、３４はイオン検出器、４５は凹面
反射鏡、４７は支持具である。

【００１０】ここで、凹面反射鏡４５および対物レンズ
２２ｂで光を焦点に絞る場合、光の波動性のため、正確
な一点には集光せず、ある拡がりを持つ微小面となる。
この集光径はレンズの開口数によって決まり、次の式で
与えられる。

【００１１】

【数１】（集光径）＝１．２２×（波長）／２（開口数）従来装置では対物レンズと試料との間に、光反射ミラー
があったため、構造上対物レンズの焦点距離が長くな
り、開口数を大きくすることができず、上式から判るよ
うに、集光径を小さくできなかった。しかし、本発明で
は凹面反射鏡４５および対物レンズ２２ｂと試料２との
間には障害物がなく、焦点距離が小さく開口数の大きな
凹面反射鏡および対物レンズを用いることができる。こ
れにより、試料上にレーザ光を小さく絞ることができ
る。

【００１２】また、光軸にたいして平行に入射した光線
の場合、凹面反射鏡の焦点距離は次の式で与えられる。

【００１３】

【数２】（焦点距離）＝（曲率半径）／２上式から判るように、曲率半径を小さくすると凹面反射
鏡の焦点距離を小さくできるため、リペラー電極２８ａ
と試料２との間の距離を短くすることができ、レーザ光
で試料から脱離したイオン粒子を効率良く飛行時間型質
量分析計に導くことができる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）図１および図２に本発明の一実施例の系統
図を示す。図２は試料へのレーザ照射部の拡大図であ
る。１は質量分析部、２は試料、６ａ，６ｂはレーザ光
源、７ａ，７ｂはレーザ光、８は観察照明用光源、９は
試料照明光、１０はＴＶカメラ、１５はカメラレンズ、
１６ａ，１６ｂは光反射ミラー、１７ａは光路、１８は
真空室、１９は真空容器、２１ｂはイオンビーム、２２
ｂは対物レンズ、２３ａ，２３ｂは照明用レンズ、２４
ｃ，２４ｄは光反射ミラー、２６は試料台、２８ａはリ
ペラー電極、２８ｂはエクストラクション・グリッド、
３０はイオンリフレクタ、３４はイオン検出器、４５は
凹面反射鏡、４７は支持具である。

【００１５】質量分析時にはレーザ光源６ａからのレー
ザ光７ａは凹面反射鏡４５により試料２上に集光され
る。また、レーザ光源６ｂからのレーザ光７ｂは対物レ
ンズ２２ｂにより中央部に集光される。これにより励起
されたイオンビーム２１ｂは質量分析部１に入射する。
イオンビーム２１ｂはイオンリフレクタ３０で反射され
てイオン検出器３４に入射する。レーザ光７を照射して
からイオンがイオン検出器３４に到達するまでの時間を
測定することによって、イオンの飛行時間が判る。これ
により、イオンの質量が分析できた。

【００１６】また、試料観察時には観察照明用光源８か
らの光を照明用レンズ２３ａにより試料上に入射させ
る。これによる試料の像をＴＶカメラ１０により観察す
る。

【００１７】本実施例ではイオン化加速部２１の外に支
持具４７を設け、リペラー電極２８ａとエクストラクシ
ョン・グリッド２８ｂの間に凹面反射鏡４５を固定して
取付けた。凹面反射鏡４５および対物レンズ２２ｂと試
料２との間には、リペラー電極２８ａ以外の障害物がな
く、凹面反射鏡４５および対物レンズ２２ｂは焦点距離
が小さく開口数が大きなものを用いることができた。従
って、凹面反射鏡４５によって試料２上にレーザ光７ａ
を小さく絞って、試料２上の測定位置にレーザ光を照射
することができた。リペラー電極２８ａの中央部は直径
２０mmのメッシュのため、レーザ光７ａおよび試料２か
ら脱離した物質はリペラー電極２８ａを透過する。

【００１８】また、凹面反射鏡４５をリペラー電極２８
ａとエクストラクション・グリッド２８ｂの間に取付け
ることにより、リペラー電極２８ａと試料２との間の距
離が短くなり、レーザ光７で試料２から脱離した物質を
効率良く質量分析部１に送ることができた。

【００１９】また、凹面反射鏡４５および対物レンズ２
２ｂを設けることにより、複数種のレーザ光７ａ，７ｂ
を試料に簡単に効率良く照射することができ、イオン化
効率を向上することができた。ＹＡＧレーザからの３５
５ｎｍとエキシマレーザからの１９３ｎｍのレーザ光を
それぞれ図の７ａと７ｂから入射した。

【００２０】図５は実施例１におけるポリスチレンビー
ズのレーザマススペクトルである。φ０．３μｍのポリ
スチレンビーズの測定ができ、図５のようにポリスチレ
ンのスペクトルが得られた。

【００２１】（実施例２）図３に本発明の実施例２にお
ける試料へのレーザ照射部の拡大図を示す。イオン化加
速部２１の外に支持具４７を設け、ピエゾ素子４８に取
付けた凹面反射鏡４５を設置した。上記凹面反射鏡は、
ピエゾ素子を駆動することで、リペラー電極２８ａとエ
クストラクション・グリッド２８ｂの間を左右に動くよ
うにした。

【００２２】試料測定時には、ＸＹステージで測定開始
位置に設定後、ピエゾ素子に取付けた凹面反射鏡をコン
ピュータで制御し、Ｘ軸方向に一定距離で動かしながら
試料上にレーザ光を照射してマススペクトルを測定し
た。測定座標位置とマススペクトルのデータを対応づけ
ながら順次コンピュータ内に保存した。測定終了後、一
括してモニタ画面上でデータ処理し、各マスンナンバー
ごとの面分布スペクトルを表示した。これにより、試料
の面分析を高速で行うことができた。

【００２３】特に凹凸の大きい試料については、試料観
察時に測定箇所の焦点位置をコンピューターに記憶させ
ておき、測定時にはＸＹＺステージを自動的に制御して
マススペクトルを測定した。以上の他は実施例１と同じ
であった。

【００２４】（実施例３）図４に本発明の実施例３にお
ける試料へのレーザ照射部の拡大図を示す。イオン化加
速部２１の外に支持具４７を設け、ピエゾ素子４８に取
付けた光ファイバー４９を設置した。上記光ファイバー
は、ピエゾ素子を駆動することで、リペラー電極２８ａ
とエクストラクション・グリッド２８ｂの間を左右に動
くようにした。以上の他は実施例１と同じであった。

【００２５】（実施例４）本発明における凹面反射鏡４
５の表面には、高融点物質として白金またはロジウムを
コーティングした。白金の融点は１７７４℃、ロジウム
の融点は１９６６℃であるためレーザ光の照射にも破損
しなかった。

【００２６】

【発明の効果】本発明は凹面反射鏡および対物レンズと
試料との間に障害物がなく、焦点距離が小さく開口数の
大きな凹面反射鏡および対物レンズを用いることができ
る。また、試料を顕微鏡で観察し、レーザ光を測定箇所
に小さく絞ることが可能である。これにより、図５のよ
うに良好なマススペクトルが得られた。

【００２７】さらに、凹面反射鏡をイオンの通路から外
して取付けることで試料から脱離した物質を効率良く質
量分析計に送ることができ、極微小な箇所を高感度に測
定でき、Ｓ／Ｎのよいマススペクトルを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の系統図である。

【図２】実施例１の試料へのレーザ照射部拡大図であ
る。

【図３】実施例２の試料へのレーザ照射部拡大図であ
る。

【図４】実施例３の試料へのレーザ照射部拡大図であ
る。

【図５】実施例１のφ０．３μｍのポリスチレンビーズ
のマススペクトルを示す図である。

【図６】従来装置の系統図である。

【符号の説明】

１…質量分析部、２…試料、８…観察照明用光源、１０…ＴＶカメラ、１３…切替ミラー、１５…カメラレンズ、１６ａ，１６ｂ…光反射ミラー、１９ａ，１９ｂ…真空容器、２１…イオン化加速部、２２…‥‥集光レンズ、２２ｂ…対物レンズ、２４…光反射ミラー、２８ａ…リペラー電極、２８ｂ…エクストラクション・グリッド、４５…凹面反射鏡、４７…凹面反射鏡支持具、４８…ピエゾ素子、４９…光ファイバー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源、反射ミラー、試料台、イオン
を加速または偏向する複数の電極およびイオンの質量を
分析する質量分析部とを備えた質量分析計において、複
数の前記電極の間に凹面反射鏡を治具で固定して設置し
たことを特徴とする質量分析計。
【請求項２】請求項１において、上記凹面反射鏡を可動
治具で動かして、試料上をレーザ光で走査できるように
したことを特徴とする質量分析計。
【請求項３】請求項１において、鏡の表面に高融点物質
をコーティングした凹面反射鏡を設置したことを特徴と
する質量分析計。