JPH08148116A - 顕微レーザ飛行時間型質量分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レ−ザ光を照射し、励起されたイオン粒子を
集束する分解能のよい顕微レーザ飛行時間型質量分析計
を提供する。 【構成】 反射ミラ２４と、Ｎ．Ａが大、かつ焦点距離
が小なカセグリン形対物レンズ２２と、電極板２５ａ，
２５ｂと、イオン検出器３４とを備え、反射ミラ２４を
対物レンズ２２外の位置に配設し、レーザ光７を小さく
絞り試料２に照射しイオン１８を励起し、前記イオン１
８を、反射ミラ２４のイオン通過孔２４ａと、対物レン
ズ２２のイオン通過孔２４ｂと、アインツエルレンズ３
０ａ，３０ｂ，３０ｃとにより集束し、電極板２５ａ，
２５ｂで制御し、イオン検出器３４で検出するようにし
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザを用いてイオン
化を行わせる顕微レーザ飛行時間型質量分析計に係り、
液晶表示素子、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顕微レーザ飛行時間型質量分析
計に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来の顕微レーザ飛行時間型質量分析計を
図５を参照して説明する。図５は、従来の顕微レーザ飛
行時間型質量分析計の要部略示説明図である。なお、本
明細書において、顕微とは微細に分析することができる
という意である。図５において、１は質量分析部、２は
試料、６はレーザ光源、１４、１６はダイクロイックミ
ラ、２２は集光レンズ、２４は反射ミラ、２４ａは反射
ミラのイオン通過孔、２６は試料台、２８はイオン引出
し電極、３４はイオン検出器である。

【０００３】前記レーザ光源６から発生したレーザ光
は、ダイクロイックミラ１４、１６を経て、集光レンズ
２２と反射ミラ２４とにより、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、引出し電極２８に
より加速され、反射ミラ２４の中央に設けたイオン通過
孔２４ａを通り、質量分析部１で質量分析される。

【０００４】従来の技術では、通常、前記レーザ光源６
と集光レンズ２２とが質量分析計本体とは別に外設され
ており、前記レーザ光源６から発生させたレーザ光を集
光レンズ２２で集光し、前記試料２に照射するためには
反射ミラ２４が必要となり、しかも前記反射ミラ２４の
位置が前記集光レンズ２２と前記試料２との間であるた
め、開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ、
以下、Ｎ．Ａという）の大なるレンズを用いるのに制約
があつた。そのため、前記試料を顕微鏡により精度よく
観察することや試料上の所定の場所にレーザ光を小さく
絞ることが不十分であった。

【０００５】また、従来の技術では、試料で生成したイ
オンは、引出し電極２８で加速されて反射ミラ２４のイ
オン通過孔２４ａを通過して検出器３４に入射するよう
になっているが、前記生成イオンが、前記通過孔２４ａ
に収束して、前記反射ミラ２４を通過することに対して
は配慮が十分でなかった。前記イオンが、前記反射ミラ
２４に衝突して大部分が失われて感度が低下すること対
しては検討が不十分であった。これに関連するものとし
て、特開昭６３−１４６３３９号公報記載の技術があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の顕微レーザ
飛行時間型質量分析計では、上記説明した如く、試料と
集光レンズとの間に反射鏡が配設され、試料と集光レン
ズ間の光路が長いため、集光レンズには、Ｎ．Ａが小さ
く、かつ焦点距離が長いレンズを用いねばならず、レー
ザ光を小さく絞ることができず、また、観察像の分解能
も良好でないなどという問題があった。Ｎ．Ａが大き
く、焦点距離が短いレンズとしては従来から顕微鏡で使
われている対物レンズがよく知られている。前記問題を
解決するため、前記対物レンズを前記集光レンズとして
用いると、下記の二つの問題が生ずる。 （１）前記対物レンズの焦点距離が短い特長を活かすた
めには、当該対物レンズを試料上に生成したイオンの通
路上に配設することになるが、前記生成イオンが荷電粒
子であるため、光と異なり、レンズ等の光透過性固体中
を透過することができず、通過孔を設ける必要がある。
しかし、前記対物レンズは、ガラス製もしくは石英ガラ
ス製のレンズであり、さらにレンズの口径が小さいた
め、その中央にイオン粒子が通るような通過孔を穿設す
ることができない。 （２）もし、前記通過孔をレンズに穿設できたしても、
著しく像の分解能が悪くなる。また、前記通過孔を、イ
オンが効率良く、かつ損失なく通過するように、加速し
なければならないという問題もあった。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の問題点を解決
するためになされたもので、レーザ光を小さく絞り、試
料の特定部位に集光して照射し、生成させた微量イオン
粒子を集束し高感度で分析し、異物像を高い分解能にて
分析できる顕微レーザ飛行時間型質量分析計を提供する
ことをその目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る顕微レーザ飛行時間型質量分析計の構
成は、試料からイオンを励起するレーザ光源と、試料照
明用光源と、前記イオンの通過孔を有し、各光源の光を
反射する反射ミラと、前記各光源の光を集光する集光レ
ンズと、前記試料を載置する試料台と、前記イオンを加
速する電極と、前記イオンの走行方向を制御する複数の
偏向電極と、前記イオンを検出するイオン検出器とを備
えた顕微レーザ飛行時間型質量分析計において、前記集
光レンズとして二面複合反射系レンズを用い、前記反射
ミラを当該二面複合反射系レンズ外の位置に配設し、前
記反射ミラのイオン通過孔と同軸上で、かつ前記二面複
合反射系レンズの中央部にイオン通過孔を設けたことを
特徴とするものである。前項記載の顕微レーザ飛行時間
型質量分析計において、前記二面複合反射系レンズの中
央部に三連収束静電レンズを設けたことを特徴とするも
のである。前項記載の顕微レーザ飛行時間型質量分析計
において、三連収束静電レンズは、パイプ電極もしくは
円環電極で構成し、そのうち一個は、前記二面複合反射
系レンズ中央部のイオン通過孔を用いることを特徴とす
るものである。

【０００９】前項記載のいずれかの顕微レーザ飛行時間
型質量分析計において、前記二面複合反射系レンズは、
凸面反射主鏡と凹面反射副鏡の組合せからなるカセグレ
ン形対物レンズを用いたことを特徴とするものである。
前項記載のいずれかの顕微レーザ飛行時間型質量分析計
において、前記二面複合反射系レンズは、凹面反射主鏡
と凹面反射副鏡との組合せからなるグレゴリー形対物レ
ンズを用いたことを特徴とするものである。前項記載の
いずれかの顕微レーザ飛行時間型質量分析計において、
前記二面複合反射系レンズは、凹面反射主鏡と凹面反射
副鏡との組合せからなるガウスーカセグレン形対物レン
ズを用いたことを特徴とするものである。前項記載のい
ずれかの顕微レーザ飛行時間型質量分析計において、前
記凸面反射主鏡もしくは凹面反射主鏡のいずれかと試料
との間に、二種類のイオン押出し電極とイオン引出し電
極とを設けたことを特徴とするものである。

【００１０】上記課題を解決するための手段をより具体
的に説明する。最近、二面複合反射系レンズが各光学機
器において使用され始めてきた。いま、代表的な凸面反
射主鏡と凹王面反射副鏡との組み合わせからなるカセグ
レン形対物レンズについて説明する。前記カセグレン形
対物レンズには、その光学構造から中央部に光束が通ら
ない暗視Ｎ．Ａ領域と呼ばれる領域がある。この領域を
利用してイオン粒子を通過させようとするものである。
すなわち、凸面反射鏡の中央部には光が当たらないの
で、そこにイオン粒子の通過孔を設けることにした。ま
た、レーザ光源、試料照明用光源から発射した光を前記
カセグレン対物レンズの光軸方向に曲げるために反射ミ
ラが必要である。

【００１１】このため、従来の質量分析計では、前記反
射ミラ２４の中央部にイオン粒子を通すため通過孔が穿
設されている。さらに前記通過孔にイオン粒子を効率よ
く通すために、前記通過孔の中央部にイオン粒子を静電
レンズで収束させなければならない。従来からイオン粒
子の収束には三群の電極からなる三連収束静電レンズ
（いわゆるアインツェルレンズ、以下、そのようにい
う）が用いられていたが、本発明では、カセグレン形対
物レンズ内に前記アインツェルレンズを組み込んで用い
るものである。また、レーザ光により試料上で励起し生
成させたイオン粒子をカセグレン形対物レンズの凸面反
射鏡の通過孔に通すために、引出し電極と試料との間に
押出し電極を設置し、この二枚の電極の作用により形成
される静電レンズによりイオン粒子を通過孔に収束する
ようにした。

【００１２】

【作用】上記各技術的手段の働きは次のとおりである。
本発明の構成によれば、対物レンズと試料との間になん
らの配設物がなく、焦点距離が小さく、Ｎ．Ａが大き
い、例えばカセグレン形対物レンズを用いたので、分析
したい試料上の特定箇所にイオン粒子を生成させるレー
ザ光を集中して照射することができ、試料照明光による
試料観察像も鮮明にすることができる。

【００１３】上記カセグレン形対物レンズの働きについ
てさらに詳細に説明する。凸面反射鏡と凹面反射鏡とか
らなるカセグレン対物レンズにより、レーザ光を集光し
た場合、その波動性のため、正確な一点には集光せず、
ある拡がりを生ずることになる。同様に、照明光で像を
観察する場合も、一点に集光しない。前記レーザ光の集
光径は、レンズのＮ．Ａによって決まり、次の式で与え
られる。 （集光径）＝１．２２×（波長）／２（Ｎ．Ａ） 従来の装置では上記のごとく、対物レンズと試料との間
に反射鏡があるため、光学的な構造上、対物レンズの焦
点距離が長くなり、Ｎ．Ａ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、対物レンズと試料との間には物理
的、光学的に障害となる配設部材がなく、焦点距離が小
さいＮ．Ａが大きな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、前記試料の特定部位のイオン粒子を生成させる。

【００１４】また、前記生成させたイオン粒子を、前記
対物レンズの暗視Ｎ．Ａ領域に設けた通過孔を通過させ
ることができる。また、前記生成させたイオン粒子を、
例えばアインツェルレンズにより、前記対物レンズの中
央部に設けた通過孔へ集束させることができる。さらに
また、前記生成させたイオン粒子を、二枚の電極の作用
により形成される静電レンズにより前記通過孔に収束さ
せることができる。このようにして、前記生成させたイ
オン粒子を効率よく質量分析部側に導入させ、Ｓ／Ｎ比
が良好な極微小箇所のマススペクトルを得ることができ
る。

【００１５】

【実施例】本発明の各実施例を図１ないし図４を参照し
て説明する。 〔実施例 １〕本実施例においては、二面複合反射系レ
ンズに、凸面反射主鏡と凹面反射副鏡の組合せからなる
カセグレン形対物レンズを用いた場合について説明す
る。図１は、本発明の一実施例に係るカセグレン形対物
レンズを用いた顕微レーザ飛行時間型質量分析計の略示
構成図、図２は、図１の実施例に係る質量分析計のイオ
ン励起部の拡大説明図である。

【００１６】図１において、１は質量分析部、２は試
料、６はレーザ光源、７はレーザ光、８は試料照明用光
源、９は試料照明光、１０はＴＶカメラ、１１はハーフ
ミラ、１３はビーム拡大器、１５はカメラレンズ、１６
ｂは反射ミラ、１７は光路、１８はイオン粒子、１９は
真空容器、２１ａはイオンビーム、２２はカセグレン対
物レンズ、２２ａは凸面反射主鏡、２２ｂは凹面反射副
鏡、２４は反射ミラ、２５ａ、２５ｂは偏向電極、２６
は試料台、２７は、ハーフミラ、３１はイオンリフレク
タ、３４はイオン検出器である。なお、Ｘ軸方向とは紙
面に対して左右方向、Ｙ軸方向とは紙面に対して直角方
向（紙面の表から裏方向）、Ｚ軸方向とは紙面の上下方
向を示すものとする。

【００１７】図１に示す如く、質量分析時においては、
レーザ光源６からのレーザ光７は、ビーム拡大器１３、
ハーフミラ２７を経て、反射ミラ２４で反射され、カセ
グレン形対物レンズに入射し、集光されたのち、試料２
上に焦点を結ぶように、試料台２６は、図示しない制御
装置により図示Ｚ軸方向に移動し、その高さを調整でき
るようになっている。さらに、試料２上の結ぶ焦点が所
望の位置となるように、試料台２６は、図示しない制御
装置によりＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動しうるようになっ
ている。試料照明用光源８からの光束９は、同様に、ハ
ーフミラ１１、反射ミラ１６ｂ、ハーフミラ２７を経
て、反射ミラ２４で反射され、カセグレン形対物レンズ
２２に入射し、集光されたのち、試料２を照射する。

【００１８】前記試料２からの反射光の光路１７は、逆
に、カセグレン形対物レンズ２２、反射ミラ２４、ハー
フミラ２７、反射鏡１６ｂを経て、ハーフミラ１１を経
て、カメラレンズ１５に入り、ＴＶカメラ１０により微
細に観察し、レーザ光７が所定の場所に照射されている
かどうか確認することができる。

【００１９】前記レーザ光７により試料２の励起された
イオン粒子１８は、イオン押出し電極２９、イオン引出
し電極２８により収束され、カセグレン形対物レンズ２
２を構成する凸面反射主鏡２２ａおよび凹面反射副鏡２
２ｂの中央の孔を通り、さらに、イオン粒子通過孔２４
ｂ、２４ａ（いずれも図２を参照）を通過し、イオンビ
ーム２１ａとなり、質量分析部１に入射する。前記イオ
ンビーム２１ａはイオンリフレクタ３１で反射されてイ
オン検出器３４に入射する。

【００２０】前記励起されたイオン粒子１８が、イオン
検出器３４に到達するまでの時間、すなわちイオン粒子
１８が一定の距離を運動するのに要する時間、いわゆる
イオン粒子の飛行時間を測定することによリ、この飛行
時間の差からイオン粒子の質量を分析することができ
る。

【００２１】図２を参照してイオン粒子の励起、加速に
ついてさらに詳細に説明する。図２は、図１の実施例に
おけるカセグレン対物レンズの周辺を含めたイオン励起
部の拡大説明図である。図中、図１と同一符号は同等部
分であるので、再度の説明を省略する。新たな符号のみ
を説明する。また、図１０は、図１の実施例に係る質量
分析計の光路の一部拡大図である。図１０に示す如く、
レーザ光７は、プリズム２０により二方向へ分かれレー
ザ光７ａ、７ｂとなり、反射ミラ２４に入射するが、以
下の説明を簡単にするため、レーザ光７をレーザ光７
ａ、７ｂの総称として用いることにする。

【００２２】図２において、２４ａは反射ミラ２４の中
央部に設けられたイオン通過孔、２４ｂは、前記イオン
通過孔２４ａに連続し、カセグレン対物レンズ２２の中
央部に設けられたイオン通過孔、２８はイオン引出し電
極、２９はイオン押出し電極、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ
は、パイプ型のアインツェルレンズである。図２に示す
如く、反射ミラ２４からのレーザ光７は、前記カセグレ
ン形対物レンズ２２、すなわち凸面反射主鏡２２ａおよ
び前記凹面反射副鏡２２ｂにより試料２の表面の所定の
位置に照射されイオン粒子１８を励起する。また、試料
照射用光源８から出た光９も同様にして、試料２の表面
の所定の位置に照射され、その反射光は光路１７を通
り、ＴＶカメラ１０で試料２の表面像を観察することが
できる。

【００２３】ここで、前記押出し電極２９への印加電圧
は、試料２と同一電圧に設定する。前記試料２の電圧よ
り高いとイオン粒子１８に押し下げ作用が働き、低いと
吸引作用が働くことになる。同一電圧に設定されると、
前記イオン粒子１８をＸ軸方向、Ｙ軸方向のいずれにも
散乱させないように絞り、押出す働きを顕著にする。

【００２４】前記引出し電極２８への印加電圧は、当該
電圧により試料２との間に生ずる電位差を、前記試料２
と前記凸面反射鏡２２ａとの間の電位差より若干低い値
となるように設定し、前記押出されたイオン粒子１８を
加速させる。この両電極２８、２９の働きにより試料２
の表面が最も低く、前記押出し電極２９、前記引出し電
極２８に向かって高くなるように電位勾配が生じ、この
電位勾配によりイオン粒子１８は、凸面反射主鏡２２ａ
内に導入される。

【００２５】また、カセグレン対物レンズ２２内に三段
に配設された３０ａ、３０ｂ、３０ｃの三個の電極は、
パイプ型のアインツェルレンズである。このうち下段と
上段に配設した両アインツェルレンズ３０ａ、３０ｃ
は、同じア−ス電位に負荷させた。真中に図示されるア
インツェルレンズ３０ｂは、両アインツェルレンズ３０
ａ、３０ｃより、高い電位か、または低い電位を負荷さ
せる。高電位に負荷させると凸静電レンズとなり、低電
位を負荷させると、凹静電レンズとなる。このように電
極３０ｂに印加させる電位を調整することで、イオン粒
子１８を収束させたりまたは平行にさせたりする。

【００２６】前記Ｘ軸偏向電極２５ａ，前記Ｙ軸偏向電
極２５ｂは、それぞれ平行に対面した二枚の電極板から
なり、この対面した二枚の電極板に異なる値の電圧が印
加できるように構成されている。この印加電圧を変える
ことで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にイオン粒子１８の飛
行方向を調整できるだけでなく、分析に必要がない質量
数領域のイオン粒子１８を除外することもできる。この
ようにして、イオン粒子１８を質量分析部１に集束して
導入することできる。

【００２７】次に、本実施例の質量分析計の分析動作を
説明する。まず、正のイオン粒子を測定する場合、前記
試料２は正の高電圧に負荷し、前記カセグレン形対物レ
ンズ２２内の凸面反射鏡２２ａは、前記正の高電圧より
非常に低い電圧を印加させる。前記試料２の所望の位置
に前記レーザ７をカセグレン形対物レンズ２２、すなわ
ち凸面反射主鏡２２ａと凹面反射副鏡２２ｂとを経て照
射し、イオン粒子１８を生成させる。

【００２８】この生成させたイオン粒子１８は、前記引
出し電極２８、前記押出し電極２９とにより前記凸面反
射主鏡２２ａ内に収束され、前記試料２と前記凸面反射
主鏡２２ａとの間の高電位差でもって高速に加速され、
前記凸面反射主鏡２２ａ、前記凹面反射副鏡２２ｂの中
央部のイオン通過孔２４ｂを通過する。

【００２９】前記イオン通過孔２４ｂを通過したイオン
粒子１８は、反射ミラ２４のイオン通過孔２４ａを通過
したあと平行となり、Ｘ偏向電極２５ａ間と、Ｙ偏向電
極２５ｂとの間で集束され、イオンビーム２１ａとな
り、質量分析部１に出射され、効率よく、検出器３４に
入射する。前記イオンビーム２１ａが入射する検出器３
４は、その発生する電圧が最も高くなるように、Ｘ偏向
電極間とＹ偏向電極間に負荷する電圧が調整される。

【００３０】〔実施例 ２〕本発明の他の実施例を説明
する。上記〔実施例 １〕と同じく図２の構成に基づ
き、図３を参照して説明する。〔実施例 １〕と共通部
分は、省略し、特徴部分について説明する。図３は、図
１の実施例によるイオン粒子の軌道についてシュミレー
ション線図である。図中、図２と同一符号は、同等部分
であるので詳細な説明は省略する。図３において、３
２、３３はイオン軌道曲線、３５は静電位分布曲線であ
る。

【００３１】本実施例は、レーザ光７を照射したときに
生ずる正イオン粒子を測定するように構成したものであ
る。いま、試料２には、正の２ｋＶの高電圧を印加し、
凸面反射主鏡２２ａはこれより低いアース電位を印加す
る。次に、前記試料２にレーザ光７を照射してイオン粒
子を生成させる。このイオン粒子は、２ｋＶの電位差で
もって高速に加速され質量分析部１内に出射される。引
出し電極２８と前記試料２との間の電圧を１７５０Ｖ、
押出しイオン電極２９の電圧を前記試料２と同一にし
た。

【００３２】図３は、上記条件において、イオン粒子の
軌道についてのコンピュータでシュミレートした結果を
示した線図である。前記レーザ光７で試料２から励起さ
れた粒子は、数ｅＶのエネルギーを有することはよく知
られているので、本実施例では、これより少し大きいエ
ネルギー値１０ｅＶでシュミレートした。

【００３３】また、レーザ光７で試料２から励起された
イオン粒子は、イオン軌道曲線３２に示される図示の上
方方向に大部分は飛行するが、本シュミレートではイオ
ン軌道曲線３３に示される４５度の方向に飛び出したイ
オン粒子を対象にシュミレーションを実施した。また、
本実施例では左右対称であるので、コンピュータによる
シュミレーションは、対称軸を中心に片側だけを実施
し、その部分だけ示したものである。

【００３４】図３に示す如く、イオン粒子の大部分は、
静電位分布曲線３５の直角方向に飛行する。この時のイ
オン軌道曲線３３で示した。この結果から、通常よりか
なり大きいエネルギーのイオン粒子で、かつ大きな角度
で飛び出したイオン粒子でも凸面反射主鏡２２ａの中央
部のイオン通過孔２４ｂに効率良く入射することが判
る。前記レーザ光により生成するイオン粒子のエネルギ
ーは、イオン粒子の種類によっても異なるがほぼ数ｅＶ
であり、１０ｅＶより小であるので、少なくとも４５度
以内の角度で飛び出したイオンの全てを、アインツェル
レンズ内に入射させることができる。

【００３５】〔実施例 ３〕本発明のさらに他の実施例
を説明する。上記〔実施例 １〕と同じく図１の構成に
基づき、図４を参照して説明する。図１の構成について
は、〔実施例 １〕で説明したので省略する。図４は、
本発明の他の一実施例による試料上の異物の測定結果を
示す線図である。本実実施例は、〔実施例 １〕の条件
に、さらに下記の条件を加えてものである。前記〔実施
例 １〕における図１に示したアイツェルレンズ３０
ａ，３０ｃは、凸面反射主鏡２２ａと同じ電位、すなわ
ちア−ス電位に負荷させた。また、真中のアイツェルレ
ンズ３０ｂは、他のアイツェルレンズ３０ａ，３０ｃよ
り、低電位−５０Ｖに負荷させた。

【００３６】また、Ｘ軸偏向電極２５ａ、Ｙ軸偏向電極
２５ｂのそれぞれの対面した電極に負荷する電圧をコン
トロールし、イオン検出器３４に発生する電圧を最も高
くなるように調整して測定した。図４は、試料上の大き
さが０．５μｍにおける異物の測定結果を示したもので
ある。横軸が一価の質量数、Ｍは質量数、Ｚはイオン価
である。縦軸は検出強度でｍＶである。このように非常
に小さい試料でも測定することができる。

【００３７】前記各実施例は二面複合反射系レンズとし
てカセグリン形対物レンズについて説明したが、グレゴ
リー形対物レンズ、ガウスーカセグリン形対物レンズを
用いても同様の機能、作用が得られる。また、前記イオ
ン通過孔の直径は、レンズのＮ．Ａと焦点距離とより計
算されるレイリー係数から算出される最も適切な値を最
大として選定されることが好ましい。例えば、Ｎ．Ａ：
０．５９、焦点距離：１４０ｃｍである場合、前記通過
孔の半径は４ｍｍである。

【００３８】〔実施例 ４〕本発明のさらに他の実施例
を図６を参照して説明する。本実施例は、図１の〔実施
例 １〕とほぼ同様の構成であり、二面複合反射系レン
ズとして、凸面反射主鏡と凹面反射副鏡の組合せからな
るカセグレン形対物レンズを用いているが、凸面反射主
鏡内にアインツェルレンズを取り付けて構成したもので
ある。また、前記アインツェルレンズは、三個の円環型
電極で構成されている。このような構成により、〔実施
例 １〕に比べ、さらに分解能を向上させることができ
る。

【００３９】図６は、図１の実施例に係る質量分析計の
他のイオン励起部の拡大説明図、図７は、図６のイオン
励起部において凸面反射主鏡に取り付けるアインツェル
レンズの断面図、図８は、図６のイオン励起部において
凸面反射主鏡に取り付ける他のアインツェルレンズの平
面図、図９は、図８のアインツェルレンズの断面図であ
る。図中、同一符号は、同等部分であるので説明を省略
する。また、図１の〔実施例 １〕と共通する構成につ
いては、煩瑣となるので説明を省略もしくは簡単にし、
本実施例の特徴部分について詳述する。

【００４０】図６に示す如く、アインツェルレンズ３０
ａ、３０ｂ、３０ｃを凸面反射主鏡２２ａ内に配設され
ている。図６において、レーザ光７は、凸面反射主鏡２
２ａと凹面反射副鏡２２ｂとの組合せからなるカセグレ
ン形対物レンズにより試料２の所定の表面にイオン粒子
１８を励起する。前記イオン粒子１８は、引出し電極２
８と押し出し電極２９とにより加速される。なお、前記
イオン粒子１８の励起、加速の状態は、図１、２と同様
であるので、イオン粒子１８の図示を省略した。したが
って、本実施例においては、以下、イオン粒子１８は、
単にイオン粒子と記述する。

【００４１】前記引出し電極２９への印加電圧、その作
用は、〔実施例 １〕と同様である。前記引出し電極２
８への印加電圧は、当該電圧により試料２との間に生ず
る電位差を、前記試料２と前記アインツェルレンズ３０
ａとの間の電位差より若干低い値となるように設定し、
前記押出されたイオン粒子を加速させる。この両電極２
８、２９の働きにより試料２の表面が最も低く、前記押
出し電極２９、前記引出し電極２８に向かって高くなる
ように電位勾配が生じ、この電位勾配によりイオン粒子
は、凸面反射主鏡２２ａ内に導入される。なお、シール
ド板２７は、図１の〔実施例 １〕においては、図示を
省略したが、イオン粒子に均一な電場を与えるものであ
り、反射ミラ２４と接し、図示しないが共通接地線と接
続されている。

【００４２】いま、カセグレン対物レンズ２２を構成す
る凸面反射主鏡２２ａ内に三個の円環型電極からなるア
インツェルレンズ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを内設する。
図７は、前記アインツェルレンズ３０ａ、３０ｂ、３０
ｃの断面図である。図７に示す如く、アインツェルレン
ズ３０ａは、凹型形状の円環で形成し、その中心孔がイ
オン粒子１８の通過孔になっている。アインツェルレン
ズ３０ｂは、円環の中心部に前記イオン粒子の通過孔を
設け、前記アインツェルレンズ３０ａの凹部底面上に、
中心部に前記イオン粒子の通過孔を設けられている円環
状の絶縁物３０ｄを介して、前記アインツェルレンズ３
０ａと同心状に積重させている。同様にして、アインツ
ェルレンズ３０ｃは、同様の絶縁物３０ｄ′を介して、
前記アインツェルレンズ３０ｂ上に積重させている。こ
のようにして、前記アインツェルレンズ３０ａのイオン
粒子通過孔とアインツェルレンズ３０ｂ、３０ｃとのイ
オン粒子通過孔とは連続した通過孔を形成している。

【００４３】前記の３０ａ、３０ｃの両円環電極は同じ
ア−ス電位に負荷させた。真中に図示される円環電極３
０ｂは、前記ア−ス電位の両円環電極３０ａ、３０ｃよ
り、高い電位か、または低い電位を負荷させる。高電位
に負荷させると凸静電レンズとなり、低電位を負荷させ
ると、凹静電レンズとなる。このように電極３０ｂに印
加させる電位を調整することで、イオン粒子を収束させ
または平行にさせる。

【００４４】前記アインツェルレンズ３０ａ、３０ｂ、
３０ｃは、上記した構成に限らず、種々の変形例が考え
られる。図８、９を参照し、他の一例を説明する。図９
は、図８のアインツェルレンズをＡ−Ａ′面での切断面
を図示したものである。本実施例は、アインツェルレン
ズ３０ａは、断面が凸型の円環で構成し、その底面中心
にはイオン粒子の通過孔が設けられている。アインツェ
ルレンズ３０ｂは、円環の中心孔を前記イオン粒子の通
過孔とし、前記アインツェルレンズ３０ａの凸型基部の
内側平坦部に、円環状の絶縁物３０ｄ、３０ｄ′を介し
て、同心状に二段に積重させている。このとき、前記ア
インツェルレンズ３０ａの凸部と、当該アインツェルレ
ンズ３０ｂの二段の積重部とは一定の間隔を有せしめて
いる。このようにして、前記アインツェルレンズ３０ａ
のイオン粒子通過孔とアインツェルレンズ３０ｂとのイ
オン粒子通過孔とは連続した通過孔を形成する。同様に
して、前記アインツェルレンズ３０ｃは、前記アインツ
ェルレンズ３０ａの凸型基部の外側平坦部に、絶縁物３
０ｄ、３０ｄ′を介して、二段に積重させている。この
とき、アインツェルレンズ３０ｂと同様に、前記アイン
ツェルレンズ３０ａの凸部と、当該アインツェルレンズ
３０ｂの二段の積重部とは、一定の間隔を有せしめてい
る。

【００４５】次に、Ｘ軸偏向電極２５ａ，Ｙ軸偏向電極
２５ｂについて説明する。図１の〔実施例 １〕におい
ては、それぞれ平行に対面した二枚の電極板から構成し
たが、本実施例においては、Ｘ軸偏向電極２５ａは、内
径がＡ寸法の長方形の金属枠で構成し、その下部には円
板状のＹ軸偏向電極２５ｂか設けられている。両電極は
絶縁部材に支持されて構成されている。

【００４６】これらの電極２５ａ，２５ｂに、０から数
ＫＶの電圧を印加できるようになっており、〔実施例
１〕と同様に、印加電圧を変えることで、Ｘ軸方向およ
びＹ軸方向にイオン粒子の飛行方向を調整できるだけで
なく、分析に必要がない質量数領域のイオン粒子を除外
することもできる。このようにして、イオン粒子を質量
分析部１に集束して導入することができる。本実施例の
質量分析計の分析動作は、図１の〔実施例 １〕と同様
であるので、再度の説明は省略する。

【００４７】本実施例における各部の寸法を製作例に従
い説明する。図６において、Ｔは、１０ｍｍ、Ａは２５
ｍｍ、ａは、２５ｍｍ、ｂは、１０ｍｍ、ｃは、２５ｍ
ｍ、ｄは、１０ｍｍ、ｅは５０ｍｍであり、Ｂは１５０
ｍｍである。図８、９において、Ｔａは、１ｍｍＴｂ
は、１ｍｍＴｃは１．２ｍｍ、ｆは２ｍｍ、ｇは１ｍ
ｍ、ｈは４ｍｍ、ｉは４ｍｍであり、優れた分解能を示
した。

【００４８】本実施例の構成は、凸面反射主鏡２２ａと
試料２との間隔があり、イオン粒子が前記試料２とイオ
ン押出し電極２９との間に滞留するおそれがある場合、
特に有効に機能し、滞留イオン粒子による空間電荷領域
を消滅させる効果がある。上記実施例においては、アイ
ンツェルレンズをパイプ型電極、円環型電極で構成した
が、これに限定されるものでなく、中心に通過孔を有す
る円板型等で構成しても差し支えない。

【００４９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したごとく、本発明の
構成によれば、レーザ光を小さく絞り、試料の特定部位
に集光して照射し生成させた微量イオン粒子を集束し高
感度で分析し、微細に異物像を高い分解能にて分析でき
る顕微レーザ飛行時間型質量分析計を提供することがで
きる。より詳しく説明すると、対物レンズと試料との間
に物理的、光学的に障害となる配設部材がなく、焦点距
離が小さく、Ｎ．Ａが大きい、例えば、カセグレン形対
物レンズを用いたので、試料上の特定部位にレーザ光を
照射することができ、イオン粒子を生成させる。また、
例えばカセグレン形対物レンズには中央部に通過孔を設
けたので、前記イオン粒子を、押出し電極と引出し電極
とアインツェルレンズとにより集束させて前記通過孔へ
導くことができ、かつ効率よく質量分析部に導入させ
る。また、例えばカセグレン形対物レンズ内に、アイン
ツェルレンズを設けたので、前記対物レンズと試料との
間に間隔をあっても、前記イオン粒子を、集束させて前
記対物レンズ中央部の通過孔へ導くことができ、かつ効
率よく質量分析部に導入させる。このようにして、Ｓ／
Ｎ比が良好な極微小箇所のマススペクトルが得られる顕
微レーザ飛行時間型質量分析計を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るカセグレン形対物レン
ズを用いた顕微レーザ質量分析計の略示構成図である。

【図２】図１の実施例に係る質量分析計のイオン励起部
の拡大説明図である。

【図３】図１の実施例によるイオン粒子の軌道について
シュミレーション線図である。

【図４】本発明の他の一実施例による試料上の異物の測
定結果を示す線図である。

【図５】従来の顕微レーザ飛行時間型質量分析計の要部
略示説明図である。

【図６】図１の実施例に係る質量分析計の他のイオン励
起部の拡大説明図である。

【図７】図６のイオン励起部において凸面反射主鏡に取
り付けるアインツェルレンズの拡大説明図である。

【図８】図６のイオン励起部において凸面反射主鏡に取
り付ける他のアインツェルレンズの平面図である。

【図９】図８のアインツェルレンズの断面図である。

【図１０】図１の実施例に係る質量分析計の光路の一部
拡大図である。

【符号の説明】

１…質量分析部 ２…試料 ６…レーザ光源 ７…レーザ光 ８…試料照明用光源 ９…試料照明光 １０…ＴＶカメラ １１…ハーフミラ １３…ビーム拡大器 １４…ダイクロイックミラ １５…カメラレンズ １６…ダイクロイックミラ １６ｂ…反射ミラ １７…光路 １８…イオン粒子 １９…真空容器 ２１ａ…イオンビーム ２２…カセグリン形対物レンズ ２２ａ…凸面反射主鏡 ２２ｂ…凹面反射副鏡 ２４…反射ミラ ２４ａ…反射ミラのイオン粒子通過孔 ２４ｂ…カセグリン形対物レンズのイオン粒子通過孔 ２５ａ…Ｘ軸偏向電極 ２５ｂ…Ｙ軸偏向電極 ２６…試料台 ２７…シールド板 ２８…イオン引出し電極 ２９…イオン押出し電極 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…アインツェルレンズ ３１…イオンリフレクタ ３２、３３…イオン軌道曲線 ３４…イオン検出器 ３５…静電位分布曲線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 裕功 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 赤松 直俊 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料からイオンを励起するレーザ光源
   と、試料照明用光源と、前記前記イオンの通過孔を有
   し、各光源の光を反射する反射ミラと、前記各光源の光
   を集光する集光レンズと、前記試料を載置する試料台
   と、前記イオンを加速する電極と、前記イオンの走行方
   向を制御する複数の偏向電極と、前記イオンを検出する
   イオン検出器とを備えた顕微レーザ飛行時間型質量分析
   計において、 前記集光レンズとして二面複合反射系レンズを用い、前
   記反射ミラを当該二面複合反射系レンズ外の位置に配設
   し、前記反射ミラのイオン通過孔と同軸上で、かつ前記
   二面複合反射系レンズの中央部にイオン通過孔を設けた
   ことを特徴とする顕微レーザ飛行時間型質量分析計。
2. 【請求項２】 請求項１記載の顕微レーザ飛行時間型質
   量分析計において、 前記二面複合反射系レンズの中央部に三連収束静電レン
   ズを設けたことを特徴とする顕微レーザ飛行時間型質量
   分析計。
3. 【請求項３】 請求項２記載の顕微レーザ飛行時間型質
   量分析計において、 前記三連収束静電レンズは、パイプ電極もしくは円環電
   極で構成し、そのうち一個は、前記二面複合反射系レン
   ズ中央部のイオン通過孔を用いることを特徴とする顕微
   レーザ飛行時間型質量分析計。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３記載のいずれかの顕微
   レーザ飛行時間型質量分析計において、 前記二面複合反射系レンズは、凸面反射主鏡と凹面反射
   副鏡の組合せからなるカセグレン形対物レンズを用いた
   ことを特徴とする顕微レーザ飛行時間型質量分析計。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３記載のいずれかの顕微
   レーザ飛行時間型質量分析計において、 前記二面複合反射系レンズは、凹面反射主鏡と凹面反射
   副鏡との組合せからなるグレゴリー形対物レンズを用い
   たことを特徴とする顕微レーザ飛行時間型質量分析計。
6. 【請求項６】 請求項１ないし３記載のいずれかの顕微
   レーザ飛行時間型質量分析計において、 前記二面複合反射系レンズは、凹面反射主鏡と凹面反射
   副鏡との組合せからなるガウスーカセグレン形対物レン
   ズを用いたことを特徴とする顕微レーザ飛行時間型質量
   分析計。
7. 【請求項７】 請求項４ないし６記載のいずれかの顕微
   レーザ飛行時間型質量分析計において、 前記凸面反射主鏡もしくは前記凹面反射主鏡のいずれか
   と前記試料との間に、二種類のイオン押出し電極とイオ
   ン引出し電極とを設けたことを特徴とする顕微レーザ飛
   行時間型質量分析計。