JPH04154039A

JPH04154039A - 顕微レーザ質量分析計

Info

Publication number: JPH04154039A
Application number: JP2276266A
Authority: JP
Inventors: Hirokatsu Yamaguchi; 裕功山口; Kinya Eguchi; 江口　欣也; Takao Edamura; 枝村　孝夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1992-05-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［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
てイオン化をおこなう質量分析計に関する。

［従来の技術］従来の質量分析計は特開昭６３−１４６３３９号公報に
記載のように、第６図の系統図に示すようになっていた
。図中、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　２４ａはイオ
ン通過孔、２６は試料台、２８はイオン引出電極、３ｏ
はイオンリフレクタ、３４はイオン検出器、３４ａはイ
オン通過孔である。レーザ光源６が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の中央のイオン通過孔２４を通り、質量
分析部ｌで質量分析される。

本従来装置では、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、ｒＭ口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａ
ｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ以下、略してＮ、Ａ、）の大きな
レンズを用いることが考慮さ九でなく、試料上にレーザ
を小さく絞ることが出来ない、また、倍率。

Ｎ、Ａ、の異なる集光レンズに交換することが考慮され
てなく、測定径を自由に選択する二とが出来ず、また測
定箇所の特定をする際、不自由である等の欠点がある。

また、光反射ミラーが質量分析用と試料＊察用との兼用
になっているため、イオン通過孔を大きくすることが考
慮されておらず、試料から発生したイオンを効率よく質
量分析計に送ることが出来ない。

［発明が解決しようとする課題］上記従来装置では、試料と集光レンズとの間に光反射ミ
ラーがあるため小さいＮ、Ａ、の長い焦点距離のレンズ
を用いる必要があり、大きなＮ。

Ａ、のレンズを用いることが実質的に８来ないため、試
料上にレーザを小さく絞ることが出来ない。

また、従来装置では倍率、Ｎ、Ａ、の異なる集光レンズ
に交換することが考慮されてなく、測定径を自由に選択
することが出来ず、また測定箇所の特定をする際、不自
由である等の欠点がある。

また、光反射ミラーが質量分析用と試料ｍ崇用との着用
になっているため、イオン通過孔を大きくすることが考
慮されておらず、試料から発生したイオンを効率よく質
量分析計に送ることが出来なし）。

本発明の目的は、Ｎ、Ａ、の大きなレンズを用いて、試
料上にレーザを小さく絞るようにすることにある１本発
明の他の目的は１倍率、Ｎ、Ａ。

の臭なる集光レンズを互いに交換可能とし、？１！定径
を自由に選択可能とすると同時に、測定箇所の特定を容
易にすることにある１本発明の更に他の目的は、イオン
通過孔を大きくして、試料から発生したイオンを効率よ
（質量分析計に送ることを可能にすることにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために１本発明は中央部にイオン通
過孔を形成した対物レンズを、光反射ミラーと試料との
間に設置して、Ｎ、Ａ、を大きく出来るようにした。ま
た、他の目的を達成するために９倍率、Ｎ、Ａ、の異な
る複数個の対物レンズをレンズ移動機構に取り付け、対
物レンズを交換可能とした。また、更に他の目的を達成
するために、質量分析用にはイオン通過孔を形成した対
物レンズ、及び、光反射ミラーを、試料ｓｉｎ用にはイ
オン通過孔のない対物レンズ及び光反射ミラーを、各々
専用に用いることとし、両者を交換可能とした。

［作用コレンズ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（Ｎｕｍａｒｉｃａｌ　Ａ
ｐｅｒｔｕｒｅ略してＮ、Ａ、）　によって決まり、次
の式で与えられる。

（集光径）＝１．２２Ｘ（波長）／２（Ｎ、Ａ、）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、Ｎ
、Ａ、を大きくすることが出来ず、上式から判るように
、集光径を小さく出来なかった。しかし、本発明では対
物レンズと試料との間には何もないので、焦点距菖が小
さくＮ、Ａ。

の大きな対物レンズを用いることが出来る。これにより
、試料上にレーザ光を小さく絞ることが可能である。

また、本発明では倍率、Ｎ、Ａ、の異なる複数個の対物
レンズをレンズ移動機構によって交換可能であるため、
レーザの集光径を自由に選択可能である。また、対物レ
ンズを交換して試料観察の倍率を変えることができるの
で、測定個所の特定が容易である。

また、さらに本発明では質量分析用にはイオン通過孔を
形成した対物レンズ及び光反射ミラーを、試料観察用に
はイオン通過孔のない対物レンズ及び光反射ミラーを、
各々専用に用いることとし。

両者を交換可能としている。質量分析時には、レーザ光
の径がちいさいため、イオン通過孔を大きくすることが
できる。これにより、試料から発生したイオンを効率良
く質量分析計に送ることができる。また、試料観察時に
は、イオン通過孔のない対物レンズと光反射ミラーを用
いれば、試料の明るい像を観察することができる。

［実施例］第１図に本発明の一実施例の説明図を示す、１３！１中
、１は質量分析部、２は試料５６はレーザ光源、７はレ
ーザ光、８はａｍ照明用九瀝、９は試料照明光、１０は
ＴＶカメラ、１１はハーフミラ−１３は切替ミラー、１
５はカメラレンズ、１６は光反射ミラー、１７は光路、
１８は真空室、１９は真空容器、２１はイオンビーム５
２２ａはイオン通過孔、２２ｂは対物レンズ、２４は光
反射ミラー、２４ａはイオン通過孔、２６は試料台、２
８はイオン引出電極、３０はイオンリフレクタ、３４は
イオン検出量である。

質量分析時には切替ミラー１３を光路１７上に挿入し、
レーザ光源６からのレーザ光７を光反射ミラー２４に入
射させる。このレーザ光７は対物レンズ２２ｂで試料２
上の測定位置に集光される。

レーザ光７により試料２上の測定位置から励起されたイ
オンは、イオン引出型［Ｉ２８で加速され、イオンビー
ム２１となる。このイオンビーム２１は対物レンズ２２
ｂ及び光反射ミラー２４に形成したイオン通過孔２２ａ
、２４ａを通過して質量分析部１に入射する。イオンビ
ーム２１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
がイオン検出量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る。

試料観察時には切替ミラーを光路１７から抜き、試料照
明用光源８からの試料照明光９をハーフミラ−１１で反
射後、光反射ミラー２４に入射させる。この光は対物レ
ンズ２２ｂによって試料２を照明し、試料２で反射され
た光は光路１７を逆行してＴＶカメラ１０に入射する。

このＴＶカメラにより、試料の観察を行なう。

本実施例では対物レンズ２２ｂと試料２との間にはイオ
ン引出電極２８があるだけで、ミラー等は何もないので
、対物レンズ２２ｂとして焦点距離が小さくＮ、Ａ、の
大きなレンズを用いることが出来る。従って、対物レン
ズ２２ｂによって試料２上にレーザ光７を小さく絞って
、試料２上の測定位置を微小に絞ることができる。

第２Ｗｉに本発明の第二実施例の対物レンズ付近の拡大
図を示す、１は質量分析部、２は試料、１７は光路、２
１はイオンビーム、２２ａはイオン通過孔、２２ｂは対
物レンズ、２２ｃは孔なし対物レンズ、２４は光反射ミ
ラー、２４ａはイオン通過孔、２４ｃは孔なし光反射ミ
ラー、２５はレンズ移動機構、２６は試料台、２７はミ
ラー移動機構、２８はイオン引出電極、４１．４２は回
転軸である。

本実施例では質量分析用の対物レンズ２２ｂとして、市
販の暗視野対物レンズの内側のレンズを除去してイオン
通過孔２２ａとしたものを用いる。

この方法によって、Ｎ、Ａ、が大きく、かつ、イオン通
過孔２２ａを形成した対物レンズ２２ｂを容易に入手出
来るので、試料２上にレーザ光を小さく絞って、試料２
上の測定位置を微小に絞ることが容易に行なえる０例え
ば、対物レンズ２２ｂに倍率が５０倍、Ｎ、Ａ、が０．
８５のレンズを用い、レーザ光源６としてＡｒレーザを
用い、５１４．５ｎ■のレーザ光７をアパチャで１００
−■の径にして入射した場合、０．５μｍの測定径が得
られた。

また１本実施例ではレンズ移動機構２５によって、質量
分析用の対物レンズ２２ｂと試料観察用の孔なし対物レ
ンズ２２ｃとを、また、ミラー移動機構２７によって質
量分析用の光反射ミラー２４と、試料観察用の孔なし光
反射ミラー２４ｃとを切替えることが出来る。これらの
レンズ移動機構２５とミラー移動機構２７を回転軸４１
．４２周りに回転させることによって切替操作を行なう
。

質量分析時にはイオン通過孔２４ａのある光反射ミラー
２４とイオン通過孔２２ａのある対物レンズ２２ｂをセ
ットし、光ＪＩ１１７に沿ってレーザ光を入射させ、対
物レンズ２２ｂによって試料２上に集光させる。試料２
から励起されたイオンはイオン通過孔２２ａ、２４ａを
通って質量分析部１に入射する。ここで、レーザ光の径
は細いので、対物レンズ２２ｂの周辺部だけにレーザ光
を通すようにすれば、イオン通過孔２２ａ、２４ａを大
きくすることが出来るため、試料２から発生したイオン
を効率よく質量分析部１に送ることが出来る。また、試
料観察時には孔なし対物レンズ２２Ｃと孔なし光反射ミ
ラー２４ｃをセットして、光路１７に沿って試料照明光
を入射させる。このとき、対物レンズと光反射ミラーに
は孔がないので、試料の明るい像をＴＶカメラでＩｌ察
できる。

第３図に本発明の第三の実施例の対物レンズ付近の拡大
図を示す、１は質量分析部、２は試料。

１７は光路、２１はイオンビーム、２４は光反射ミラー
、２４ａはイオン通過孔、２８はイオン引出電極、３５
は反射対物レンズ、３６は凹面ミラ、３６ａはイオン通
過孔、３７は凸面ミラー３７ａはイオン通過孔である。

本実施例では対物レンズ２２ｂとして反射対物レンズ３
５の凸面ミラ−３７中央部にイオン通過孔３７ａを形成
したものを用いる。この方法によって、Ｎ、Ａ、が大き
く、かつ、イオン通過孔２２ａを形成した対物レンズ２
２ｂを容易に入手出来るので、試料２上にレーザ光を小
さく絞って、試料２上の測定位置を微小に絞ることが容
易に行なえる。

第４図に本発明の第四の実施例の対物レンズ付近の拡大
図を示す、１は質量分析部、２は試料、１７は光路、２
１はイオンビーム、２２ａはイオン通過孔、２２ｂは対
物レンズ、２２ｃは孔なし対物レンズ、２４は光反射ミ
ラー、２４ａはイオン通過孔、２４ｃは孔なし光反射ミ
ラー、２Ｓはレンズ移動機構、２６は試料台、２７はミ
ラー移動機構、２８はイオン引出電極である。

本実施例は実施例２のレンズ移動機構２５とミラー移動
機構２７をスライド式に偏光したものである。この図で
は光反射ミラー２４．孔なし光反射ミラー２４ｃの反射
面は紙面と４５度の角をなし、矢印方向に移動可能であ
る。質量分析時にはイオン通過孔２４ａのある光反射ミ
ラー２４とイオン通過孔２２ａのある対物レンズ２２ｂ
をセットし１紙面の手前からレーザ光を入射して光反射
ミラー２４で図の下方に反射させ、対物レンズ２２ｂに
よって試料２上に集光させる。試料２から励起されたイ
オンはイオン通過孔２２ａ、２４ａを通って質量分析部
１に入射する。ここで、レーザ光の径は細いので、対物
レンズ２２ｂの周辺部だけにレーザ光を通すようにすれ
ば、イオン通過孔２２ａ、２４ａを大きくすることが出
来るため。

試料２から発生したイオンを効率よく質量分析部１に送
ることが出来る。また、試料観察時には孔なし対物レン
ズ２２ｃと孔なし光反射ミラー２４Ｃをセットして、光
路１７に沿って試料照明光を入射させる。このとき、対
物レンズと光反射ミラーには孔がないので、試料の明る
い像をＴＶカメラで観察することができる。

また、レンズ移動機構２５には倍率、Ｎ、Ａ。

の異なる対物レンズをイオン通過孔のあるものとないも
の各二個づつ取付けている。これにより。

質量分析時には対物レンズ２２ｂを交換することによっ
て、試料上に集光するレーザの径を変えて、測定径を変
えることができる。また、試料観察時にはＴＶカメラに
映る試料の拡大率を変えることができるので測定箇所の
特定が容易になる。

本発明の第五の実施例の光反射ミラ一部分の拡大図を第
５図に示す、ｌは質量分析部、２は試料、１７は光路、
２１はイオンビーム、２６は試料台。

２８はイオン引出電極、３８は非球面反射ミラー３８ａ
はイオン通過孔である。

本実施例は非球面反射ミラー３８によって一実施例の光
反射ミラー２４と対物レンズ２２ｂの働きを兼ねたもの
である。非球面反射ミラー２４と試料２との間にはイオ
ン引出電極２８があるだけで、ミラー等は何もないので
、非球面反射ミラー３８の焦点距離を小さくＮ、Ａ、を
大きくすることが出来る。従って、非球面反射ミラー３
８によって試料２上にレーザ光７を小さく絞って、試料
２上の測定装置を微小に絞ることができる。

［発明の効果］本発明では対物レンズと試料との間には何もないので、
焦点距離が小さくＮ、Ａ、の大きな対物レンズを用いる
ことが出来る。これにより、試料上にレーザ光を小さく
絞ることが可能である。従って、試料の微小箇所の質量
分析を行なうことが出来る。

また、本発明では倍率、Ｎ、Ａ、の異なる複数個の対物
レンズをレンズ移動機構によって交換可能であるため、
レーザの集光径を自由に選択可能であり、試料の測定径
を自由に変えることができる。また、対物レンズを交換
して試料観察の倍率を変えることができるので、測定箇
所の特定が容易である。

さらに１本発明では質量分析用にはイオン通過孔を形成
した対物レンズ及び光反射ミラーを、試料観察用にはイ
オン通過孔のない対物レンズ及び光反射ミラーを、各々
専用に用いることとし、両者を交換可能としている。質
量分析時には、レーザ光の径が小さいため、イオン通過
孔を大きくすることができる。これにより、試料から発
生したイオンを効率良く質量分析計に送ることができ、
質量分析の感度が向上する。

また、試料観察時には、イオン通過孔のない対物レンズ
と光反射ミラーを用いれば、試料の明るい像を観察する
ことができ、測定箇所の特定が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は本発明の
第二の実施例の対物レンズ付近の説明図、第３図は本発
明の第三の実施例の対物レンズ付近の説明図、第４図は
本発明の第四の実施例の対物レンズ付近の説明図、第５
図は本発明の第五の実施例の非球面反射ミラー付近の説
明図、第６図は従来装置の系統図である。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− １２・・・光導入手段、１３・・・切替ミラー１５・・・カメラレンズ。１６．２４・・・光反射ミラー１７・・・光路、１８−・・真空室。１９・・・真空容量。２１・・・イオンビーム、２２・・・集光レンズ、２２ａ　、　２４ａ　、　３４ａ　、　３６ａ　、　３
７ａ　、　３ａａ・・・イオン通過孔。２２ｂ・・・対物レンズ、２２ｃ・・・孔なし対物レンズ、２４ｃ・・・孔なし光反射ミラー２５・・・レンズ移動機構、２６・・・試料台。２７・・・ミラー移動機構、２８・・・イオン引出電極。３０・・・イオンリフレクタ、３４・・・イオン検出器、３５・・・反射対物レンズ、３６・・・凹面ミラー３７・・・凸面ミラー３８・・・非球面反射ミラー４１゜４２・・・回転軸。第第？口第第

Claims

【特許請求の範囲】１、試料を励起するレーザ光源と、前記試料の観察照明
用光源と、前記各光源からの光を前記試料に導く光反射
ミラーと、前記試料が配置される試料台と、前記試料か
ら放出されたイオンを反射するイオンリフレクタと、前
記イオンリフレクタで反射されたイオンを検出するイオ
ン検出器とを備えた質量分析計において、前記光反射ミラーと試料台との間に対物レンズを設置し
たことを特徴とする質量分析計。２、請求項１において、前記光反射ミラーと対物レンズ
の中央部にイオン通過孔を形成した質量分析計。３、請求項１において、対物レンズは暗視野対物レンズ
であり、前記暗視野対物レンズ及び前記光反射ミラーの
中央部にイオン通過孔を形成した質量分析計。４、請求項１において、対物レンズは反射対物レンズで
あり、前記反射対物レンズ内の凸面鏡及び前記光反射ミ
ラーの中央部にイオン通過孔を形成した質量分析計。５、請求項１または２において、対物レンズと前記光反
射ミラーの代わりに非球面反射ミラーを用いた質量分析
計。６、請求項１ないし４において、倍率及びＮ、Ａ、の異
なる複数の前記対物レンズを、レンズ移動機構によって
切り替え可能とした質量分析計。７、請求項１ないし４において、イオン通過孔を形成し
た質量分析用の前記光反射ミラー及び対物レンズと、イ
オン通過孔のない試料観察用の光反射ミラー及び対物レ
ンズとを、レンズ移動機構及びミラー移動機構によって
切替可能とした質量分析計。