JPS58169765A - 観測レンズ、レ−ザ−光レンズおよびイオンレンズが試料保持装置の同じ側に配置されている、固体試料用レ−ザ−マイクロゾンデ - Google Patents

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】 本発明は、試料の同じ例に観測レンズ、レーザー光レン
ズならびにイオンレンズが配置されている、固体試料用
レーザーマイクロゾンデに関する・１固体試料“とけ、
吸収性、透明で導電性または非導電性試料を表わす０′
・ζルク試料“なる表現も使用されている。

レーザーマイクロゾンデは、数μ程度の試料範囲の分析
ができる０従って、試料を高い局所的分解能で観測し、
励起しうろことが望ましい。さらに、レーザーマイクロ
シンｆはできるだけ高い絶対的および相対的検出感度を
有しかつほとんど破壊なしに作業するかまたは積層分析
が大きい深部分解能により可能であるべきである・飛行
時間質量分析計は、この点でレーザーマイクロゾンデに
おいては有利であることが立証されたが、その理由は該
分析計が鋭敏〒ありかつ大きい質量範囲にわたり、極め
て迅速に情報を提供するからである・ 上記ノ理由から、レーザーマイクロゾンデにおいては一
般に、装置の試料に対し装置の個々の構成部材を最適に
所属させるという問題が生じる０試料を高い分解能で観
測しならびにレーザー光インパルスによって励起しうる
ためには、それぞれの対物レンズは試料のできるだけ近
くに配置されていなければならない。この要求は、高い
感度を求める要求のため、質量分析計の入［］孔を形成
するかまたはその前に配置されている構成部材（イオン
レンズ、加速電極等）に対しても言える。最後に、これ
らすべての装置部分の軸がそれぞれ試料表面に対して垂
直であることが望ましい。

すべての要求を同時に満足することは、・ζルク試料の
試験の際には不可能〒ある。この種の試料〒は、同一の
側から観測しかつ励起させねばならない；さらに励起に
よって生じたイオンを質量分析計の方向に吸引するのも
同じ側から行なわねばならない０従って、レーザーマイ
クロゾンデの開発者は、試料位置に個々の装置部分を所
属させる場合に妥協せざるをえなかった。

ソ連邦分析化学誌（Ｊ、Ａｎａｌ、　ＣｈｅＷ、　ＵＳ
ＳＲ）第２９巻、第１５／１６号（１９７４年）からは
、別個の対物レンズによる斜方向観測および試料の斜方
向励起ならびにイオンの垂直吸引を有する反射光レーザ
ーマイクロゾンデが公知である。

この装置は比較的長焦点距離の集束装置を前提とし、こ
れはことに試料の観測のために横方向および軸方向の僅
かな分解能を意味する０従って、たとえば薄い試料のレ
ーザ″１−マイクロ分析において公知であるような１μ
よりも小さい分解能は、とうてい得ることがｆきない。

即ち、薄い試料の分析の場合には、観測ならびにレーザ
ー光・ξルスの集束に役立つ対物レンズおよび質量分析
計を試料の異なる側に配置することが〒きるという利点
がある（西ドイツ国特許明細書第２１４１３８７号およ
び西ドイツ国特許公開公報第２７３４９１８号参照）０ 西ドイツ国特許公開公報第２９２２１２８号から周知の
、この種のレーザーマイクロゾンデにおいては、直接試
料の前面に、試料の照明および観測ならびに試料に対す
るレーザー光の集束に役立つ対物レンズが設けられてい
る・この装置は実際に、試料の観測および励起に役立つ
対物レンズが別個の対物レンズによる斜方向観測および
励起の場合よりも試料に近く配置されていてもよいとい
う利点を有する。しかし、レーザー衝撃によって生じる
分析すべきイオンを、１試料をめぐって“または１対物
レンズをめぐって“質量分析計の入り孔中へ転向させね
ばならないことが不利ｔある０この転向は〜西ドイツ国
特許公開公報第２９２２１２８号の対象の場合には、種
々の角度ｆ試料から出るイオンを質量分析計の入口に集
束する、円筒形を有する電界ミラー型のエネルギフィル
タを用いて行なわれる・かかる転向の際に、試料表面か
ら種々の角度で出る同じ質量のイオンに対して著しい飛
行時間差が生じる。従って、この種の装置の場合質量分
析計として飛行時間、質量分析計を使用するのは不利ｆ
あり、その理由は飛行時間管へ入る際既に存在する飛行
時間差に基づき明確な開始時点が存在せず、これが飛行
時間質量分析法の悪い分解能の原因となるためである。

さらに、この種の電界形転向系を用いてレーザーマイク
ロゾンデにおいて望ましい精度を得ることが困難ｆある
ことは公知１ある（　’　Ｖａｃｕｕｍ　”誌第２２巻
第１１号第６１９頁以降の「微量試料質量分析計用同軸
結合せる電界形対物レンズおよびアノード」参照）０最
後に、イオン飛跡のため試料と対物レンズとの間に最小
距離を維持しなければならないので、得られる試料観測
の際の分解能が最適に良好フはない。

本発明の課題は、飛行時間質量分析法を使用する場合試
料保持装置ないしは試料に対する個々の構成部分の所属
が妥協されている頭初に述べた種類ｏレーザーマイクロ
ゾンデを提供すること〒ある。

この課題は本発明によれば、一方で試料保持装置、他方
では少なくとも１つのイオンレンズならびに観測レンズ
が互いに可動！、第１位置（観測位置）においては観測
レンズおよび第２位置（測定位置）においてはレーザー
光レンズならびにイオンレンズが試料に、観測位置にお
いて観測レンズを用いてさがし出した試料部分が測定位
置〒レーザー光レンズの焦点にあるように所属されてい
ることによって達成される。

かかる配置の利点は、系のそれぞれ（試料観測装置、レ
ーザー集束装置およびイオン吸引装置）がそれ自体単独
で調整可能かつ最適化可能であるということである・観
測位置においては試料に対する観測対物レンズの最適所
属（試料表面の間近かでこれに対して垂直）を選択する
ことがｆきる。この場合、測定位置において試料のでき
るだけ近くに配置されていなければならないイオンレン
ズ構成部分は邪魔にならない・測定位置においては、レ
ーザー光対物レンズおよびイオンの吸引に役立つ電極に
対し最適の所属を選択することがｆきる０ 測定位置においては有利にイオンレンズの軸は試料表面
に対して垂直であり、レーザ一対物レンズの軸は試料表
面と９０°よりも小さい角度を形成し、この場合双方の
軸は試料表面上で交わる。この位置において、頭初にあ
げた１理想的“要件からの唯１つの偏寄が生じる、即ち
レーザ一対物レンズおよび質量分析計の入口孔は任意に
試料表面に近づけることが１きる。すべての他の偏寄の
うちこれは、僅かな不利な結果を有するものである。傾
斜表面に対してレーザー光を収束するのは若干長い焦点
距離の場合でも、殊に紫外領域にある疲長に移行すると
きに高い分解能で可能フある。これに反して、イオン光
学系の傾斜配置は、生じる飛行時間差のため測定結果が
悪くなる結果となる０さらに、イオン検出の場合、初期
エネルギおよび／または初期イン・ゼルス後に発生した
イオンの望ましくない選択が生じる。これにより検出感
度が減小し、測定結果の悪化が生じうる０観測対物レン
ズの傾斜配置は、分解能の悪化のみならず、部分的に不
鮮明な視野をも示唆する。しかし、外ならぬ試料の観測
はレーザーマイクロ分析においてはとくに重要であシ、
その理由はしばしばレーザー励起の際に生じるクレータ
−１殊にクレータ−壁の、顕微鏡検査が重要であるから
である。レーザー光および観測のために異なる対物レン
ズが存在するので、これらの対物レンズをそのつと使用
される波長に最適の方法で適合させることができる〇 有利に、レーザ一対物レンズによる測定位置における試
料を観測するための補助装置が存在する。この観測は実
際に僅かな分解能および部分的に不鮮明な像で可能であ
るにすぎず、分析個所および試料構造の非常に正確な所
属が重要でない場合に迅速な分析結果を許容するが、他
面においては励起された試料の発光またはけい光発光の
ような他の分析的情報を直接得るのが可能である。

次に、本発明の他の利点および詳細を、第１図〜第６図
に示した実施例につき説明する。

第１図および第２図において、試料は１ｆ、試料保持装
置は２で、観測対物レンズは３で、レーザ一対物しンメ
はヰで、これら対物レンズの軸は５および６でそれぞれ
示されている０イオン検出筒８の後接されている飛行時
間管７の前に配置されたイオンレンズ９は円筒レンズに
より形成され、３つの管部分１１，１２および１３を共
通の軸１４上に包含する。試料保持装置はＸ方向、Ｘ方
向および２方向に調整可能である（直交座標軸１０によ
って略示）０第１図には観測位置が示されている。観測
対物レンズ３は試料１に対する最適の所属を有する、つ
まり該観測対物レンズは試料１の間近に存在し、その軸
５は試料表面に対して垂直である。試料の照明に必要な
光はランプ１５にょってつくられ、半透過性ミラー１６
により観測路中へ反射される。試料１から発した光は、
ミラー１７により図示されてない顕微鏡鏡筒の方向（矢
印１８）に転向される。適当な（図示されてない）絞シ
を接続することによって、試料観測を明視野および暗視
野１行なうことができる。

この位置においては、観測対物レンズ３の軸５は、飛行
時間管７の軸１９の延長線上にある。

対物レンズ３および４、ミラー１６および１７ならびに
イオンレンズ９は、第１図およヒ第２図に示されてない
キャリジ上に保持されていて、２重矢印２１に従い横方
向に移動可能であるＯ 第２図は測定位置を示し、該位置においてはイオンレン
ズ９の軸１４は飛行時間管７の軸１９の延長線である・
同時に、レーザ一対物レンズ４は試料１に所属されてい
る、っまシその軸６は試料１の表面上でイオン対物レン
ズ９の軸１４と交わる０レーザー光イン・にルスによル
試料１　ノ励起には・ゼルスレーザー２２が使用され、
その光はミラー２３により対物レンズ牛の軸中へ転向さ
れる。励起によって生じるイオンは、イオンレンズ９の
第１電極１１により飛行時間管７の方向に吸引される。

イオンレンズ９の軸１４は試料表面に対して垂直ｔある
（角α）ので、飛行時間質量分析計の操作は最適の方法
で可能である０レーザ一対物レンズキの軸６は試料表面
と、９０°よりも小さい角βを形成する・機械的に有利
な配置においてはこの角は４５°〜７０°であってもよ
く、従って斜方向のレーザー光入射に伴なう欠点でさえ
ｔｌんの僅か出現するにすぎない０２０および３０は、
それを用いて測定位置においてレーザ一対物レンズ４に
よる試料ｌの観測が可能である光学装置（半透過性板、
光源、観測レンズ）を表わす。

第３図は、第１図および第２図とは異なり、試料保持装
置２が可動、つまり１転可能に構成されていて、他の構
成部材は不動に配置されている１実施例を示す。図示さ
れているのは測定位置ｆある。試料保持装置は円板とし
て構成され、軸２４ｆ：中心に回転可能である。観測位
置において試料は点線ｆ示されかつ１′で表わされた位
置を占める・その双方の位置における試料の正確な位置
定めは、止め装置２５（第４図）を用いて実施すること
ができる。さらに、試料を回転および固定するための装
置を顕微鏡レダル・々−の形式に従って構成することも
可能ｆある・顕微鏡の回転可能に配置・された種々の対
物レンズの軸を、１μの精度で再現可能に互いに移動さ
せうることは公知ｆある。

第５図および第６図は、キャリジ２６およびその懸垂装
置２７に対する１実施例を示す。このものは案内棒２９
を有するＵ字形構成部分２８を包含し、これにキャ゛リ
ジ２６を貫通する相応するスリーブ３１および３２が所
属されている、シリンダ・ピストン装置３３および引張
り棒３４によシ、キャリジ２６は２つの末端位置の間ｆ
往復運動可能＋ある（２重矢印２１）。

キャリジ２６における引張り棒３４の作用点は第６図に
のみ図示され、３５°１％表わされている。

系全体はフランジ３６に取付けられている。

概観のため、第１図および第２図に略本された、キャリ
ジ上に配置されていて、該キャリジにより試料１にその
つど所属させることの〒きる構成部材の一部のみが記入
されている。第５図は、観測位置を示し、該位置におい
て観測対物レンズ３はその軸５で試料ｌに所属されてい
る。試料の照明に役立つ光の供給は下方から（矢印３７
）行なわれる・ミラー１６はとくに図示されていない。

試料１から反射された光はキャリジ内で数回転向され、
図示されてない顕微鏡鏡筒（矢印１８）に供給される。

このために、−＃ヤ＋））−ｊロック２６に相応する孔
およびミラーが収納されているが、それの図示は省略し
た。

光路はたんに鎖線で記入されている・ 測定位置は、キャリジ２６を２，７重５矢印２１に従っ
て移動させることによって達成される。

この位置において、レーザ一対物しンズキないしはイオ
ン光学系９の軸６および１４は、これら構成部材に面し
た定置試料１０表面の範囲内で交わる。レーザー光の供
給は同様に、キャリジ２６内の若干の孔により相応する
ミラーを用いて行なわれる。ミラー２３だけが図示され
ており；他の場合にはレーザー光の光路は同様にたんに
鎖線ｆ記入されかつ矢印３８がつけられている。第２図
につき述べかつ略本したように、付加的に測定位置にお
ける試料１のレーザ一対物レンズ４による観測を可能な
らしめる光学装置が設けられていてもよい０ その双方の末端位置におけるキャリジ２６の調整は、軸
５と１４がそれぞれ互いに移動させねばならないので、
とくに重要である０従って、キャリジ２６には側方に、
異なる形の止め面部分４３．４４および４５を有する板
４１および４２が固定されている（第６図）・これらの
止め面にねじ込みビン４６が所属されていて、その対応
ねじ山はＵ字形構成部材２８の脚部内に存在する（第５
図）０３つの止め面４３　、４４および４５のうち止め
面４３は円錐孔の形を有し、止め面４４は円錐スリット
の形を有する〇止め面４５は平らに形成されている。ね
じ込みピン４６は、その止め４７の範囲内１円錐形を有
する。全止め面は焼入されている・記載された市め面の
形態のため、とくに正確な調整可能性およびなかんずく
正確な再現性が得られ、その結果双方の軸５（観測対物
レンズ）および１４（イオンレンズ）のく１μの精度で
の横移動が可能ｆある・ 記載された実施例の１つを用いて操作する場合、まず観
測位置を観測レンズ３を用いて試料をＸ方向、Ｘ方向お
よびＺ方向に調整することにより所望の分析位置を探究
する。観測レンズの位置は他の構成部材によって損゛な
われないので、観測レンズによる分析位置の最適表示が
可能である０測定位置への相対運動後、レーザー光は要
求される横方向および軸方向精度で所望の分析位置に集
束され、２イオンレンズの成分もこの位置に調整されて
いる。この場合、観測対物レンズは、それが測定位置ｆ
もはや試料の近くに存在しないので、邪魔にならない０
全体で、たとえば金属反射光顕微鏡検査において普通で
あるような分ｍ−よび像質が達成される。

第１図および第７図に示された実施例の場合、レーザ一
対物レンズ４は他の構成部材とともに移動可能である。

試料表面に対して傾斜配置されたレーザ一対物レンズ４
が観測位置で邪魔にならない場合には、レーザ一対物レ
ンズの移動可能性を放棄することができる・たとえハ、
調整可能性を除き、固体試料に定常に所属されているよ
うに強固に配置されていてもよい。この実施例について
は、測定装置における観測レンズとともに移動可能なイ
オンレンズの無条件に正確な位置定めを放棄することが
できるが、その理由はイオンレンズの入口孔を分析個所
にこのように正確に所属させるととは必要でないからで
ある・

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例に示すもので、第′１図は本
発明によるレーザーマイクロゾンデのΦ要な構成部材の
観測位置における略図、第２図は同上構成部材の測定位
置における略図、第３図は回転可能に保持された試料を
有する本発明によるレーザーマイクロゾンデの測定位置
および観測位置における略図、第４図は双方の位置にお
ける試料の正確な位置定めのための止め装置を示す第３
図による試料保持装置の正面図、第５図は並進的に移動
可能のキャリジの観測位置における斜視図、第６図は同
上キャリジの止め機構を示す斜視図１ある。 ｌ・・・試料、２・・・試料保持装置、３・・・観測対
物レンズ、ヰ・・・レーザ一対物レンズ、５・・・観測
対物レンズの軸、６・・・レーザ一対物レンズの軸、７
・・・飛行時間管、８・・・イオン横貫器、９・・・イ
オンレンズ、１４・・・イオンレンズ（Ｄ軸、１６．１
７・・・ミラー、２２・・・パルスレーザ−１２３・・
・ミラー、２６・・・キャリジ、２７・・・懸垂装置、
２８・・・Ｕ字形構成部材、２９・・・案内棒、４１．
４２・・・止め板、４３．４４．４５・・・止め面部分
ドイツ連邦共和国フランクフル ト・アム・マイン７１ライヒスフ オルストシュトラーセ３６ ０発　明　者　ライナー・ニラチェ ドイツ連邦共和国オツフエンバ ッハ・ウィルヘルム−ロイシュ ナーーシュトラーセ６ ０発　明　者　ブルーノ・シューラー ドイツ連邦共和国ノイーイーゼ ンブルク・カスタニエンヴ工− り１１ ０発　明　者　ヘニング・フォークト ドイツ連邦共和国ケルン５１ナウ ハイマー・シュトラーセ１１ ０発　明　者　ライナー・ヴエクズングドイツ連邦共和
国ケルン５１ナウ ハイマー・シュトラ−セフ ３９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一方ｆ試料（１）を有する試料保持装置（２）、他
   方では少なくともイオンレンズ（９）ならびに観測レン
   ズ（３）が互いに相対的に可動であって、第１位置（観
   測位置）においテハ観測レンズ（３）および第２位置（
   測定位置）においてはレーザー光レンズ（４）ならびに
   イオンレンズ（９）が、観測位置において観測レンズを
   用いて探究された、測定位置における試料範囲がレーザ
   ー光レンズの焦点内にあるように試料（１）に所属され
   ていることを特徴とする、観測レンズ、レーザー光レン
   ズおよびイオンレンズが試料保持装置の同じ側にある固
   体試料用レーザーマイクロゾンデ０ ２、測定位置においてイオンレンズ（９）の軸（１４）
   は試料（１）の表面に対して垂直であり、レーザー光レ
   ンズ（４）の軸（６）は試料表面とく９０°　の角を形
   成しかつ双方の軸が試料表面上１交わる、特許請求の範
   囲第１項記載のレーザーマイクロゾンデ。 ３、付加的に測定位置において試料（１）を観測するた
   めの装置（２０、３０）が設けられている、特許請求の
   範囲第１項または第２項記載のレーザーマイク。ゾ、デ
   。 ４、相対運動が回転運動である、特許請求の範囲第１項
   、第２項または第３項記載のレーザーマイクロゾンデ０ ５、試料（１）が回転可能な試料保持装置（２）上に配
   置されている、特許請求の範囲第４項記載のレーザーマ
   イクロゾンデ。 ６、相対運動が並進運動である、特許請求の範囲第１項
   、第２項または第３項のいずれか１項記載のレーザーマ
   イクロゾンデ０ ７、　　Ｕ字形の構成部材（２８）に案内棒（２９）で
   保持されたキャリジ（２６）が対物レンズ（３，４）な
   らびにイオンレンズ（９）ｅ有する、特許請求の範囲第
   ６項記載のレーザーマイクロゾンデ。 ８　キャリジ（２６）の両側に調整可能な止め装置が設
   けられている、特許請求の範囲第７項記載のレーザーマ
   イクロゾンデ。 ９、止め装置がキャリジ（２６）に固定されたそれぞれ
   １つの止め板（４２，４３）およびＵ字形構成部材（２
   ８）の脚部に配置されたそれぞれ３つのねじ込みビン（
   ４６）からなる、特許請求の範囲第８項記載のレーザー
   マイクロゾンデ。 １０、　　それぞれ３つのねじ込みビン（４６）に、止
   め板（４２ないしは４３）上の３つの異なる形の止め面
   部分（４３，４４，４５）が所属されている、特許請求
   の範囲第９項記載の１本 レーザーマイクロゾンデ。 １１、　１つの止め面（４３）は円錐孔の形を有し、第
   ２の止め面（４４）は円錐スリットの形を有し、第３の
   止め面（４５）は平らに構成されている、特許請求の範
   囲第１０項記載のレーザーマイクロゾンデ０ １２、全部の止め面が焼入されている、特許請求の範囲
   第８項〜第１１項のいずれが１項記載のレーザーマイク
   ロゾンデ。 １３、　　他の光成分および光学的成分（たとえばミラ
   ー１６）が可動キャリジ（２６）上に配置されている、
   特許請求の範囲第７項〜第１２項のいずれか１項記載の
   レーザーマイクロゾンデ。 １４、光学的光路は幾何学的案内および適当な中間写像
   装置によって、分析個所が観測位置においては観測対物
   レンズにより、測定位置においてはレーザ一対物レンズ
   によって同じ接眼レンズ鏡筒中に鮮明に表示可能である
   ように配置されている、特許請求の範囲第１項〜８１１
   □　・ζ、・ 第１３項のいずれか１項記載のレーザーマイクロゾンデ
   〇 １５、試料（１）ないしは試料保持装置（２）はＸ方向
   ％’Ｙ方向および２方向に調整可能に配置されている、
   特許請求の範囲第１項〜第１４項のいずれか１項記載の
   レーザーマイクロゾンデ。 １６、　　試料を動かす場合、試料に対するｘ−、ｙ−
   およびＺ−調節ユニットが全部または部分的に一緒に動
   かされる、特許請求の範囲第１項記載のレーザーマイク
   ロゾンデ。