JPH06290732A - 質量分析計 - Google Patents

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−ザ光を質量分
析計の真上から照射し、レ−ザ光により脱離したイオン
粒子のマップを測定することを可能とすること。 【構成】イオンを加速するリペラー電極と試料の間にイ
オン集束用の電場、または磁場からなる対物レンズを配
置し、検出器の前にイオン集束用の電場、または磁場か
らなる対物レンズを配置した。

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、レーザを用いてイオン化を行なう質量分析計に関す
るもので、特に特定質量数のイオンの分布状態などを測
定することを可能とした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、レーザ光が照射された
部分で離脱した粒子が全て一度に分析することが出来
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来装置では、試料上
のレーザ光を照射してできる粒子の質量数の面分布状態
を測定するようには考慮されてない。また、レーザ光で
試料から離脱した粒子を質量分析計の方へ通すためにに
はレーザ光は斜めから照射するか、照射するための反射
鏡の中央に粒子を通すための孔を開ける必要がある。こ
のためレーザ光を試料の真上から照射することが出来な
いので、穴の内部や凹凸の影のなる部分の測定が困難で
あった。

【０００５】本発明の目的は、レーザ光を真上から照射
し試料の穴の内部や凹凸の部分の測定を可能にすること
にある。また、他の目的はレーザ光を照射してできる粒
子の質量数の面分布状態を測定する事にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記試料の穴の内部や凹
凸の影になる部分の測定や質量数の面分布状態を測定す
る目的を達成するために、本発明はレーザ光を飛行時間
形質量分析計の上部から入射してイオンの加速手段であ
るリペラーの真中を垂直に通し試料に照射するようにし
た。これにより試料の穴の内部までレーザ光を照射する
ことが出来るようにした。レーザ光で試料から離脱した
粒子を飛行時間形質量分析計で測定出来出来るだけのイ
オン量にヤグなどの可視光レーザ光での変換または生成
可能であるが、可視光レーザ光に比べてイオン化効率が
高い紫外線レーザ光を用いることも効果的である。より
効率的には両者を併用することである。このようにして
しりょう表面に生成したイオン粒子を試料とリペラーと
の間に配置したイオン集束手段として電場、または磁場
からなる対物レンズでリペラーに導く事にした。イオン
集束手段である対物レンズの電場または磁場の掛け方を
調整して対物レンズからでたイオン粒子は平行光束とな
るよにした。平行光束となったイオン粒子がリフレクタ
ーで反射したした後イオン粒子を計測するための検出器
の前にイオン集束用の電場、または磁場からなる対物レ
ンズで検出器の上に試料のイオン像を形成するようにす
る。検出器で得れた信号をデータ処理することにより試
料上質量数ごとのイオン像が得られる。また、対物レン
ズと試料との間に偏向用の電場または磁場を発生させる
手段を備えたことにより検出器の上に出来る像の分解能
を向上させる事が可能である。

【０００７】

【作用】図１で本発明の作用を説明する。１は質量分析
部、２は真空室、３は試料、４は試料ステ−ジ、５は偏
向コイル、６は対物レンズホールピース、７は対物レン
ズコイル、８はリペラー(押出し電極)、９はエクスツル
ーダ(引出電極)、１０はリフレクター、１１はマルチチ
ャンネル検出器、１２は投影レンズ、１３，１４はレー
ザ光の反射ミラー、１５はレーザ光源である。

【０００８】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。

【０００９】

【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。

【００１０】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。

【００１１】

【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。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】（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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】（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。

【００２３】（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。

【００２４】

【発明の効果】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
るもので、特に特定質量数のイオンの分布状態などを測
定することを可能とした質量分析計で、図５のように良
好なマススペクトルが得られた。

【００２５】極微小な箇所を質量数の分布を高感度に測
定できるとともに、穴の内部や凹凸の影のなる部分のマ
ススペクトルを高いＳ／Ｎ比で測定できる質量分析装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】本発明の作用の説明図である。

【図３】実施例１の効果を示した０．３μｍ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４】従来装置の系統図である。

【符号の説明】

１…質量分析計、 ２…真空室試料室、 ３…試料、 ５…偏向コイル、 ６…対物レンズホールピース、 ７…対物レンズコイル、 ８…リペラー(押出し電極)、 ９…エクスツルーダ(引出電極)、 １０…リフレクター、 １１…マルチチャンネル検出器、 １５…レーザ光源、 １６…パルス高電圧発生装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リペラー(押出し電極)、エクスツルーダ
   (引出電極)、リフレクター及びレーザ光源からなる飛行
   時間形質量分析計において、試料と平行に配置したリペ
   ラーに対してレーザ光線を垂直に入射させ、試料とリペ
   ラーとの間にイオン集束用の電場、または磁場からなる
   対物レンズを配置した事を特徴とする質量分析計。
2. 【請求項２】請求項１における飛行時間形質量分析計に
   おいて、リフレクターで反射したイオン粒子を計測する
   ための検出器の前にイオン集束用の電場、または磁場か
   らなる対物レンズを配置した事を特徴とする質量分析
   計。
3. 【請求項３】請求項１において、対物レンズと試料との
   間に偏向用の電場または磁場を発生させる手段を備えた
   ことを特徴とする質量分析計。
4. 【請求項４】請求項１において、リペラー(押出し電極)
   にかける高電圧を５から５０ｎｓの間の時間だけにする
   手段を設けたことを特徴とする質量分析計。