WO2017146385A1 - 질량분석기 전극 오염물 제거를 위한 레이저 클리닝 장치 및 방법 - Google Patents

질량분석기 전극 오염물 제거를 위한 레이저 클리닝 장치 및 방법 Download PDF

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이재용
김종안
이은성
이상원
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    • H01J49/161—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser
    • H01J49/164—Laser desorption/ionisation, e.g. matrix-assisted laser desorption/ionisation [MALDI]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range

Definitions

  • the present invention relates to a laser cleaning technology for removing surface contamination of an electrode device in a mass spectrometer vacuum chamber, and more particularly, to spatially scan a high power repetitive laser beam of contaminants accumulated on a surface of a sampling electrode of a mass spectrometer operated in a high vacuum state.
  • the present invention relates to an optical system and an apparatus control method for desorption through.
  • Mass spectrometers are used for material identification and precise analysis of molecular chemistry compositions. Mass spectrometers analyze trace sample surfaces in physics, chemistry, biology, materials engineering, environmental assessment, and clinical diagnostics.
  • Time-of-flight (TOF) mass spectrometers include a matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) mass spectrometer or a secondary ion mass spectrometer (SIMS).
  • a time-of-flight (TOF) mass spectrometer irradiates a strong pulsed laser beam or high energy ion beam onto an analyte sample placed in a high vacuum chamber.
  • a time-of-flight (TOF) mass spectrometer desorbs ionic fragments of molecules constituting the sample in a direction perpendicular to the surface of the sample.
  • Time-of-flight (TOF) mass spectrometers allow a certain distance to fly by accelerating through high-voltage ion optics, and then measure the time-of-flight (TOF) to reach the ion detector. Analyze Accordingly, a time-of-flight (TOF) mass spectrometer accurately measures the mass of the sample constituent molecules.
  • Mass resolution and accuracy the key performance of time-of-flight (TOF) mass spectrometers, include the configuration of the measurement system, physical and electrical characteristics of the sample ionizer and ion optics, detector specifications, and instrument operation. Stability has a big impact.
  • the MALDI mass spectrometer has a three-step process. First, the sample is mixed with a suitable matrix material and applied to the metal plate. A pulsed laser loads the sample and initiates ablation and desorption of the sample and matrix material. Analytical molecules are ionized, accelerated and analyzed.
  • high voltage ion optics are installed in the vacuum chamber to provide effective ion desorption and acceleration.
  • the ion optics is continuously polluted by some ions and matrix materials that are off the normal flight path central axis during operation. After prolonged instrument operation, anomalous ions and matrix material are adsorbed to the ion diaphragm in a significant amount to form a thin film. Accordingly, the ion-optic electrode diaphragm causes distortion in the potential and the surrounding electric field distribution, causing the ion-optic system to operate with different electrical characteristics than the designed values. Laser cleaning techniques can be applied to dry decontamination of such metal electrode surfaces.
  • Laser cleaning is a kind of laser ablation technology, and is characterized by removing only by removing or incineration of impurities adsorbed on the surface without damaging the application itself. Generally, it is widely used in the industry to effectively remove oxides, oil films, lubricants, paints, rust, etc., which are pollutants on pure metal surfaces.
  • One technical problem to be solved by the present invention is dry laser cleaning of abnormally adsorbed / applied ions and matrix contaminants on a high voltage ion optical system component which is a device in a vacuum chamber of a mass spectrometer.
  • the contaminants may be removed by spatially scanning the laser cleaning beam onto the contaminated portion of the electrode diaphragm without separating and detaching the electrode diaphragm of the ion optical system and maintaining the high vacuum state of the mass spectrometer. Remove in real time.
  • the technical problem to be solved of the present invention is to introduce the laser cleaning beam into the mass spectrometer vacuum chamber along the same path as the incident path of the analyte sample ionizing laser or the striking ion beam in illuminating the laser cleaning beam to the electrode diaphragm.
  • the laser cleaning beam is then deflected dynamically through specially designed reflective optics and transfer control.
  • the electrode contaminated regions are uniformly space-scanned and cleaned by the high intensity laser cleaning beam.
  • the method does not have a separate access window in the mass spectrometer vacuum chamber for the introduction of the laser cleaning beam, but at the same time the mass spectrometer itself without additional optics transport for spatial scanning of the laser cleaning beam.
  • the space-scanning laser cleaning can be performed by using the electric control sample feeder installed. That is, the reflective optical component can utilize the resources of the existing mass spectrometer to clean the contaminated electrode diaphragm.
  • Laser cleaning mass spectrometer comprises a transfer stage for two-dimensional scanning; A reflective optical component mounted to the transfer stage; A laser light source for irradiating a laser cleaning beam to the reflective optical component; And an ion extraction electrode diaphragm having a center opening at the center and a laser beam access opening through which the laser cleaning beam travels, and irradiated by the laser cleaning beam reflected from the reflective optical component.
  • the laser cleaning beam passes through a laser beam access opening formed in the contaminated ion extraction electrode diaphragm to be provided to the reflective optical component, and the reflected laser cleaning beam is irradiated and cleaned by the ion extraction electrode diaphragm.
  • the reflective optical component may be a convex mirror, a concave mirror, or a Fresnel lens.
  • the reflective optical component is disposed in a sample holder, and the reflective optical component can be spatially scanned by the transfer stage.
  • the laser light source may be a pulse laser for sample ionization.
  • it may further include a beam expander and a focusing lens disposed between the laser light source and the reflective optical component to adjust the size and the focusing speed of the laser cleaning beam.
  • a laser cleaning mass spectrometer includes a two-dimensional transfer stage for transferring a reflective optical component, a laser light source for irradiating a laser cleaning beam to the reflective optical component, and ion extraction for irradiating the reflected laser cleaning beam. It includes an electrode diaphragm.
  • the cleaning method of the mass spectrometer is configured to calculate a two-dimensional transfer grating matrix by setting a maximum range of movement and a basic interval for movement of the reflective optical component in the XY plane, and in response to the second transfer grating matrix, Extracting a laser spot diagram representing the laser cleaning beam reflected from the electrode diaphragm; Calculating an effective two-dimensional lattice matrix by removing regions from the two-dimensional lattice matrix corresponding to non-clean regions in the laser spot diagram that do not require cleaning; And cleaning the ion extracting electrode diaphragm while the reflective optical component moves in the XY plane according to the effective two-dimensional lattice matrix.
  • the effective two-dimensional grating matrix widens the basic spacing at the center of the electrode diaphragm and has a basic spacing at the periphery of the electrode diaphragm to have a uniform laser beam irradiation density distribution in the laser spot diagram. Can be narrowed.
  • the effective two-dimensional grating matrix has a short pixel residence time at the center of the electrode diaphragm to have a uniform laser beam irradiation density distribution in the laser spot diagram, and at the periphery of the electrode diaphragm. It can have a long pixel residence time.
  • the basic distance may be a maximum distance between neighboring spots on the laser spot diagram is less than the half width of the intensity distribution of the laser beam.
  • the mass spectrometer can be configured by using an electrically controlled sample feeder already installed in the mass spectrometer and a two-dimensional displacement application method of the light reflecting component according to the present invention. This saves the necessary costs.
  • FIG. 1 is a view showing a laser cleaning mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an optical composition and a spatial coordinate system of a laser cleaning mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a case where the hemispherical reflector moves by providing a spatial displacement in the laser cleaning mass spectrometer of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view showing the shape of the electrode diaphragm.
  • FIG. 5 is a laser spot diagram on an electrode diaphragm in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an effective two-dimensional transfer grid matrix or an effective two-dimensional transfer grid region corresponding to the effective cleaning area of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a ratio of a scan interval (scan interval (spot interval) / beam radius) to a beam radius on an electrode diaphragm according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a basic spacing (relative ratio to a peripheral value) according to a position in an effective two-dimensional transfer grid matrix (effective two-dimensional transfer grid region) to which an adaptive step according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 10 is a diagram showing the ratio (spot spacing / beam radius) of the spatial scanning interval of the laser cleaning beam to the beam radius on the electrode diaphragm by the effective two-dimensional transfer lattice matrix to which the adaptive step of FIG. 9 is applied.
  • FIG. 11 is a diagram showing a cumulative amount of laser irradiation on an electrode diaphragm by an effective two-dimensional transfer lattice matrix to which the adaptive step of FIG. 9 is applied.
  • the laser cleaning apparatus can be used for cleaning by sharing a high-output repeating pulse laser light source for sample ionization mounted on a MALDI mass spectrometer.
  • the beam propagation characteristics (progression direction, beam size, divergence angle) of the laser light source can basically maintain the parameters set during the sample ionization process operation. Accordingly, the laser light source can operate stably even after laser cleaning.
  • the output intensity of the laser light source can be increased or maximized sufficiently in comparison with the sample ionization process operation to increase the contaminant removal efficiency and speed.
  • the beam size and divergence angle of the laser light source can be adjusted to optimize the intensity and focus point size of the laser cleaning beam that irradiates the contaminating electrode.
  • a reflective optical component for deflecting the contaminated portion of the ion optical electrode positioned at the top may be installed on the substrate for combining the sample holder.
  • the reflective optical component is preferably a curved reflector or Fresnel mirror in which the vector deflection angle of the laser cleaning beam is adjusted according to the biaxial displacement caused by the horizontal transfer of the sample holder.
  • the reflective optical component may be a spherical convex mirror or a concave mirror corresponding to the curved reflector.
  • the spherical mirror can be replaced with an optically polished metal ball or a mirror coated solid immersion lens.
  • the reflective optical component may be attached to an arbitrary region of the analytical sample coating substrate together with a separate substrate that can be coupled to the sample holder.
  • the transfer device for transferring the reflective optical component may use an electrically controlled sample transfer device pre-installed on the mass spectrometer itself.
  • the sample holder on which the reflective optical component is mounted is fastened to an electrically controlled sample feeder to perform biaxial feeding on a horizontal plane.
  • the coordinates on the curved surface of the laser cleaning beam incident on the reflective optical component change according to the two-dimensional displacement vector of the reflective optical component, which means that the surface normal vector of the surface on which the laser cleaning beam is reflected is changed. That is, since the laser cleaning beam is deflected based on a law of reflection in three-dimensional space, the amount of deflection vector can be adjusted according to the biaxial transfer coordinates of the reflective optical component.
  • the electrically controlled sample feeder is driven by setting the biaxial feed range and step size of the reflective optical component so that the laser cleaning beam can scan the entire contaminated area of the ion-optical electrode as uniformly and continuously as possible.
  • the required biaxial feed range and step size may include the shape and area of the electrode contaminated area to be cleaned, the separation distance between the electrode and the reflective optical component, the incident angle and diameter of the laser cleaning beam, and the geometric specification parameters of the reflective optical component. It depends.
  • Two-dimensional displacement is applied to the reflective optical component by inputting and driving the two-axis feed trajectory optimized by the numerical analysis method to the electric control feeder.
  • the biaxial transfer range of the reflective optical component has a specific scan trajectory rather than a simple raster scan depending on the shape of the region to be decontaminated.
  • the biaxial transfer step of the reflective optical component may be variably adjusted according to the biaxial transfer coordinates so that the laser cleaning beam irradiation intensity distribution on the electrode surface is uniform.
  • FIG. 1 is a view showing a laser cleaning mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • the laser cleaning mass spectrometer 100 includes a transfer stage 110 for performing two-dimensional scanning; A reflective optical component 120 mounted to the transfer stage; A laser light source 130 for irradiating a laser cleaning beam to the reflective optical component; And an ion extraction electrode diaphragm 140 having a center opening at the center and a laser beam access opening through which the laser cleaning beam travels, and irradiated by the laser cleaning beam reflected from the reflective optical component.
  • the laser cleaning beam passes through a laser beam access opening formed in the contaminated ion extracting electrode diaphragm to be provided to the reflective optical component.
  • the reflected laser cleaning beam is cleaned by irradiating the ion extraction electrode diaphragm 140.
  • the laser cleaning mass spectrometer may be disposed inside the mass spectrometer and include the reflective optical component in a sample holder.
  • the laser cleaning mass spectrometer may ionize a sample to accelerate and analyze the ions.
  • the laser cleaning mass spectrometer may analyze a sample disposed in the high vacuum chamber 101.
  • the sample holder may be transferred to the transfer stage 110 through a load-lock chamber connected to the chamber for chamber 101.
  • the transfer stage 110 may transfer the sample holder 112 in a two-dimensional XY plane, and may additionally transfer in the Z direction.
  • the transfer stage 110 may be driven by a motor.
  • the laser light source 1130 may be a pulse laser light source, and the laser light source 130 may be the same as a laser light source for sample analysis in a MALDI mass spectrometer.
  • the laser light source may be a light source additionally installed in a conventional mass spectrometer.
  • the laser cleaning mass spectrometer is a MALDI mass spectrometer
  • the laser light source may be a pulse laser for sample ionization.
  • the reflective optical component 120 may be mounted to the sample holder 112.
  • the reflective optical component 120 may be mounted to the sample holder 112 during the cleaning process instead of the sample to be analyzed.
  • the reflective optical component 120 may be fixed to the cleaning optical substrate 113 and fixed to the sample holder 112 for fixing.
  • the reflective optical component 120 may be a convex mirror, a concave mirror, or a Fresnel lens.
  • the reflective optical component 120 may be spatially scanned in the XY plane by the transfer stage 120.
  • the ion extracting electrode diaphragm 140 may be an electrode diaphragm for extracting ions from a mass spectrometer.
  • the laser cleaning mass spectrometer is used to clean the electrode diaphragm of a conventional mass spectrometer and can be integrated with the mass spectrometer.
  • the ion extracting electrode diaphragm 140 may be spaced apart from each other in the z-axis direction in the transfer stage 110.
  • the ion extraction diaphragm 140 may include a central opening 141 and a laser beam access opening 142 at the center thereof.
  • the laser beam access opening 142 may be disposed at the periphery of the ion extracting electrode diaphragm.
  • the beam expander (not shown) and the focusing lens 132 may be disposed between the laser light source and the reflective optical component to adjust the size of the laser cleaning beam.
  • the laser cleaning beam of the laser light source 1130 may be incident on the reflective optical component through the laser beam access opening 142 of the ion extracting electrode diaphragm 140 following the mirror.
  • the cleaning method of the mass spectrometer is configured to calculate a two-dimensional transfer grating matrix by setting a maximum range of movement and a basic interval for movement of the reflective optical component in the XY plane, and corresponding to the second transfer grating matrix. Extracting a laser spot diagram representing the laser cleaning beam reflected from the electrode diaphragm; Calculating an effective two-dimensional lattice matrix by removing regions from the two-dimensional lattice matrix corresponding to non-clean regions in the laser spot diagram that do not require cleaning; And cleaning the ion extracting electrode diaphragm while the reflective optical component moves in the XY plane according to the effective two-dimensional lattice matrix.
  • the effective two-dimensional lattice matrix may widen the basic spacing at the center of the electrode diaphragm and the basic spacing at the periphery of the electrode diaphragm to have a uniform laser beam irradiation density distribution in the laser spot diagram.
  • the effective two-dimensional grating matrix may have a short pixel residence time at the center of the electrode diaphragm and a long pixel residence time at the periphery of the electrode diaphragm to have a uniform laser beam irradiation density distribution in the laser spot diagram.
  • the basic spacing may be that the maximum distance between neighboring spots on the laser spot diagram is less than half the width of the intensity distribution of the laser beam.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an optical composition and a spatial coordinate system of a laser cleaning mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a case where the hemispherical reflector moves by providing a spatial displacement in the laser cleaning mass spectrometer of FIG. 2.
  • the reflective optical component 120 is a hemispherical reflector
  • the center of the Cartesian coordinate system is disposed at the vertex of the hemisphere
  • the ion extracting electrode diaphragm 140 is disposed by H in the z axis from the vertex of the reflector.
  • the laser cleaning beam may be the same as the sample excitation laser beam of the mass spectrometer. That is, the sample excitation laser beam and the laser cleaning beam may be the same laser light source.
  • the laser cleaning beam is generally incident at an inclination angle ⁇ inc with respect to the ion optical system central axis (z axis).
  • P REF (0,0,0) is equal to the spatial coordinates where the sample to be measured is located during mass spectrometer operation.
  • the contamination electrode (ion extraction electrode diaphragm) to be subjected to laser cleaning may generally be in the form of a circular disk.
  • the contaminated electrode is the electrode closest to the sample and may be an ion extracting electrode diaphragm.
  • the ion extraction diaphragm 140 includes a central opening 141 into which ions desorbed from a sample to be analyzed are injected into the ion optical system.
  • the ion extraction diaphragm 140 includes a laser beam access opening 142 through which the laser cleaning beam travels.
  • the ion extraction diaphragm 140 may further include openings for various uses such as openings for cameras.
  • the ion extraction diaphragm may include an opening for irradiating an analyte sample ionization laser beam and an opening for sample monitoring.
  • the opening for irradiating the laser beam access opening and the analyte sample ionizing laser beam may be the same.
  • Reflective optical component 120 for deflection of the laser cleaning beam may be a convex / concave reflector.
  • the reflective optical component 120 may be replaced with a Fresnel reflector of a planar shape.
  • the path of the beam is described when the reflective optics 120 are hemispherical convex mirrors.
  • the direction vector of the incident laser cleaning beam is given by
  • the normal vector of the reflector surface is given by
  • the reflection direction vector of the laser cleaning beam is given by
  • the inclination angle ⁇ ill formed by the direction vector of the laser cleaning beam with the normal vector of the electrode diaphragm is given as follows.
  • Di is the diameter of the incident laser cleaning beam.
  • the laser cleaning beam is reflected by the spherical reflector and enters the electrode diaphragm, and its path and coordinates are expressed by a formula.
  • the laser cleaning beam may form a spot on the electrode diaphragm.
  • a two-dimensional transfer grating matrix is set up and a laser spot diagram representing the laser cleaning beam reflected from the electrode diaphragm corresponding to the secondary transfer grating matrix is confirmed.
  • the corresponding two-dimensional transfer grating matrix is then altered so that no laser beam is incident on areas where cleaning is not required or unnecessary in the laser spot diagram.
  • the wavelength of the laser cleaning beam may be 349 nm
  • the diameter of the laser focusing beam may be 200 micrometers
  • the incident angle of the laser cleaning beam may be 30 degrees.
  • the radius of curvature of the convex spherical reflector may be 5 mm.
  • FIG. 4 is a view showing the shape of the electrode diaphragm.
  • the electrode diaphragm is a disk 10 mm in diameter and includes a central opening and four peripheral openings.
  • the height of the electrode diaphragm is 3.5 mm.
  • FIG. 5 is a laser spot diagram on an electrode diaphragm in accordance with an embodiment of the present invention.
  • a laser spot exists in an area exceeding the diameter (10 mm) of the electrode diaphragm.
  • the two-dimensional transfer lattice matrix has a quadrangular shape, and the laser spot region is also represented by a quadrangle.
  • a laser beam spot diagram within the electrode diaphragm cleaning limit excluding the opening area in the electrode diaphragm is displayed.
  • An effective two-dimensional transfer lattice matrix of the reflective optical component limited to the cleaning effective region of the electrode diaphragm is obtained.
  • the XY spatial displacement coordinate matrix of the rectangular reflective optical component may be a factor that increases the time required for electrode cleaning by deflecting the laser beam to an area where cleaning is unnecessary.
  • the reflective optical component XY spatial displacement corresponding to the laser cleaning beam spot outside the cleaning area of the electrode diaphragm is excluded from the two-dimensional translation grid matrix.
  • the effective transfer grating matrix is obtained by excluding the reflective optical component XY spatial displacement corresponding to the laser cleaning beam spot irradiated to the opening area of the electrode diaphragm from the two-dimensional transfer grid matrix.
  • the effective area by the effective two-dimensional transfer grating matrix for the disk shaped electrode diaphragm is eccentric elliptical. Since the incident laser cleaning beam does not coincide with the central axis of the ion optical system, the space displacement trajectory of the spherical reflector and the electrode diaphragm strike trajectory of the laser beam generate asymmetrical distortion.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an effective two-dimensional transfer grid matrix or an effective two-dimensional transfer grid region corresponding to the effective cleaning area of FIG. 6.
  • the effective cleaning area may be formed by removing an area that does not need cleaning.
  • the hemispherical reflector deforms the effective two-dimensional transport lattice region (effective two-dimensional transport range) into an elliptical shape.
  • the ratio of the scan interval to the beam radius of the laser cleaning beam on the electrode diaphragm can be adjusted.
  • the laser cleaning beam scanned by the reflective optical component having the XY spatial displacement at a constant reference interval ⁇ X T , ⁇ Y T ) has a finite scan interval on the electrode diaphragm.
  • the scan interval is sufficiently small compared to the half width of the intensity of the laser cleaning beam that irradiates the electrode diaphragm.
  • the spatial displacement step "basic spacing" (ie ⁇ X T & ⁇ Y T ) of the reflective optical component is adjusted to be satisfied in the entire cleaning area of the electrode diaphragm.
  • the method of implementing this is a spatial displacement step for the reflective optical component such that the ratio of the laser cleaning beam radius at the same position as the laser cleaning beam interval observed at any position on the electrode spot diagram is always less than one. To the "default interval”.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a ratio of a scan interval (scan interval (spot interval) / beam radius) to a beam radius on an electrode diaphragm according to an embodiment of the present invention.
  • the beam radius is almost constant on the electrode diaphragm, so that the spacing between the laser beam spots on the scanned electrode diaphragm appears different according to the effective two-dimensional transfer grating matrix with a constant fundamental spacing.
  • the scan interval is narrow in the central region, and the scan interval is wide in the peripheral region.
  • this laser spot distribution can reduce the average energy density per unit area at the periphery, which can prevent uniform cleaning.
  • the basic spacing needs to be set to be different from one another depending on the position.
  • the basic interval may be set to be small, and the basic interval may be set to reach the periphery.
  • the spots in both the central area and the peripheral area can be arranged at regular intervals.
  • the XY spatial displacement adaptive step of the reflective optical component can be set.
  • the adaptive step can provide spot density uniformity in the electrode diaphragm of the laser cleaning beam.
  • Laser cleaning beams scanned by reflective optical components with XY spatial displacement at regular intervals have different irradiation density distributions depending on their position on the electrode diaphragm.
  • the cumulative amount of laser energy due to the spatial scanning of the laser cleaning beam is unevenly formed on the electrode diaphragm.
  • the central portion of the electrode diaphragm is high and drops rapidly toward the periphery. Therefore, it is preferable that the spatial displacement step size of the reflective optical component for irradiating the electrode diaphragm gradually decreases compared to the reflective optical component spatial displacement step size for the irradiation of the central electrode diaphragm. Assuming that the scan interval of the laser cleaning beam relative to the electrode diaphragm is adjusted to be sufficiently dense, it is preferable to set the reflective optical component spatial displacement for irradiating the electrode diaphragm to increase the adaptive step ratio.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a basic spacing ((relative ratio to a peripheral portion value) according to a position in an effective two-dimensional transfer grid matrix (effective two-dimensional transfer grid region) to which an adaptive step according to an embodiment of the present invention is applied. .
  • the basic interval may be set narrow in the most region of the reflector, and the basic interval may be set large in the center region of the radius.
  • FIG. 10 is a diagram showing the ratio (spot spacing / beam radius) of the spatial scanning interval of the laser cleaning beam to the beam radius on the electrode diaphragm by the effective two-dimensional transfer lattice matrix to which the adaptive step of FIG. 9 is applied.
  • the spot spacing is small in the peripheral region of the electrode diaphragm, and the spot spacing is large in the central region.
  • FIG. 11 is a diagram showing a cumulative amount of laser irradiation on an electrode diaphragm by an effective two-dimensional transfer lattice matrix to which the adaptive step of FIG. 9 is applied.
  • the laser cumulative irradiation order on the electrode diaphragm is constant depending on the position. Therefore, uniform washing is possible.
  • the basic spacing is constant according to the position in the effective two-dimensional transfer region, and instead of the laser beam
  • the pixel dwell time can be increased in proportion to the adaptive fundamental interval.
  • the XY spatial displacement maximum range and basic step interval setting of the reflective optical component are set.
  • a two-dimensional transfer lattice matrix is obtained.
  • the laser spot diagram is obtained on the electrode diaphragm by tracking the trajectory of the laser beam according to this two-dimensional transfer grating matrix.
  • the two-dimensional transfer grating matrix is transformed into an effective two-dimensional transfer grating matrix so that the laser beam does not scan the areas where cleaning is not required in the laser spot diagram. It is possible to adjust the basic spacing for transferring in the effective two-dimensional transfer grating region or to adjust the pixel residence time staying at each position so that the energy density on the electrode diaphragm is uniform with position.
  • a substrate on which reflective optical components are mounted is fastened to a sample holder in a high vacuum chamber by using a load-lock device of a mass spectrometer.
  • the mass spectrometer's electrically controlled sample feeder uses the mass spectrometer's electrically controlled sample feeder, the reference point coordinates of the reflective optical components are adjusted to the origin in three-dimensional space.
  • the laser ionization / desorption threshold intensity is increased to the laser output to a level sufficiently above, and the laser cleaning pixel residence time is set in proportion to the electrode contamination.
  • the laser cleaning beam is uniformly irradiated onto the contaminated electrode diaphragm by XY transfer of the reflective optical component sequentially according to the calculated effective two-dimensional transfer grating matrix and the corresponding adaptive base spacing.
  • the convex spherical mirror can be similarly easily implemented as a concave spherical mirror having an equivalent radius of curvature.
  • the convex spherical mirror can eliminate the spatial displacement region eccentricity and distortion of the reflective optical component by using an aspherical mirror.
  • the electrode diaphragm irradiation density of the cleaning laser beam may be realized to be uniform.
  • the same effect can be obtained by using a Fresnel reflector that can reduce the overall thickness of the reflective optical component.
  • an optical device such as a beam enlarger or focusing lens for correcting the size and divergence angle of the laser beam incident into the mass spectrometer chamber It can also be implemented in combination.
  • the light source used for laser cleaning may employ a separate light source operating in the UV or IR band.

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Abstract

본 발명의 레이저 세정 질량 분석 장치 및 그 세정 방법에 관한 것이다. 이 레이저 세정 질량 분석 장치는 2차원 스캐닝을 하는 이송 스테이지; 상기 이송 스테이지에 장착된 반사 광학 부품; 상기 반사 광학 부품에 레이저 클리닝 빔을 조사하는 레이저 광원; 및 그 중심에 중심 개구부 및 상기 레이저 클리닝 빔이 진행하는 레이저 빔 접근 개구부를 구비하고 상기 반사 광학 부품에서 반사된 레이저 클리닝 빔에 의하여 조사되는 이온 추출 전극 격판를 포함한다. 상기 레이저 클리닝 빔은 오염된 이온 추출 전극 격판에 형성된 레이저 빔 접근 개구부를 통과하여 상기 반사 광학 부품에 제공되고, 상기 반사된 레이저 클리닝 빔은 상기 이온 추출 전극 격판를 조사하여 세정한다.

Description

질량분석기 전극 오염물 제거를 위한 레이저 클리닝 장치 및 방법
본 발명은 질량분석기 진공 챔버 내 전극 기구물의 표면 오염 제거용 레이저 클리닝 기술에 관한 것으로, 더 구체적으로, 고진공 상태에서 운용되는 질량분석기의 시료 추출 전극 표면에 축적된 오염물을 고출력 반복 레이저 빔의 공간적 주사를 통하여 탈착 제거하는 광학 시스템과 기구 제어 방법에 관한 것이다.
질량 분석기는 물질 동정 및 분자화학 조성의 정밀 분석에 사용된다. 질량 분석기는 물리학, 화학, 생물학, 재료공학, 환경평가, 임상진단 분야 등에서의 미량 시료 표면을 분석한다.
비행시간 (time-of-flight: TOF) 질량분석기에는 MALDI (matrix-assisted laser desorption ionization) 질량분석기 또는 SIMS (secondary ion mass spectrometer) 등이 있다. 비행시간 (time-of-flight: TOF) 질량분석기는 고진공 상태의 챔버 내에 놓인 분석 대상 시료에 강한 펄스 레이저 빔 또는 고에너지 이온빔을 조사한다. 비행시간 (time-of-flight: TOF) 질량분석기는 시료를 구성하는 분자들의 이온 조각 (molecular ion fragments)을 시료 표면에 수직한 방향으로 탈착시킨다. 비행시간 (time-of-flight: TOF) 질량분석기는 고전압 이온 광학계 (ion optics)를 통해 가속함으로써 일정 거리를 비행하게 한 후, 이온 검출기 (ion detector)에 도달하는 비행시간 (TOF)을 계측/분석한다. 이에 따라, 비행시간 (time-of-flight: TOF) 질량분석기는 시료 구성 분자의 질량을 정밀하게 측정한다.
비행시간 (time-of-flight: TOF) 질량분석기의 주요 성능이라 할 수 있는 질량 분해능 및 정확도에는 측정 시스템의 구성 형태, 시료 이온화 장치 및 이온 광학계의 물리적 및 전기적 특성, 검출기 사양, 그리고 기기의 동작 안정도가 큰 영향을 미친다.
MALDI 질량 분석 장치는 3-스텝 공정을 가진다. 우선, 시료는 적절한 매트릭스 물질과 혼합되고 금속판에 적용된다. 펄스 레이저가 시료를 조하하고, 샘플과 매트릭스 물질의 삭마(ablation)과 탈착(desoprtion)을 시작한다. 분석 분자는 이온화되고, 가속되어 분석된다.
MALDI 또는 SIMS 질량분석기의 구성 장치로서, 고전압 이온 광학계는 효과적인 이온 탈착과 가속을 제공하기 위해 진공 챔버 내에 설치된다. 상기 이온 광학계는 운용 중 정규 비행경로 중심축을 벗어난 일부 이온 및 매트릭스 물질에 의해서 지속적으로 오염이 진행된다. 장시간에 걸친 기기 운용 이후에는 비정상 이온 및 매트릭스 물질이 이온광학계 전극 격판 (electrode diaphragm)에 상당량 흡착되어 박막을 형성한다. 이에 따라, 이온광학계 전극 격판은 전위 및 주변 전기장 분포에 왜곡을 유발함으로써 이온광학계가 설계치와 다른 전기적 특성으로 동작하게 하는 문제를 일으킨다. 이러한 금속 전극 표면의 오염을 건식 제거하는데 레이저 클리닝 (laser cleaning) 기술을 적용할 수 있다.
레이저 클리닝은 레이저 삭마(laser ablation) 기술의 일종으로서, 적용 대상물 자체에는 손상을 주지 않으면서 표면에 흡착 도포된 불순물들만을 탈착 또는 소각시켜서 제거하는 것을 특징으로 한다. 일반적으로 순수 금속 표면의 오염원인 산화물, 유막, 윤활제, 페인트, 녹 등을 효과적으로 제거하 는 방법으로 산업계에서 널리 이용되고 있다.
본 발명의 해결하고 하는 일 기술적 과제는 질량분석기의 진공 챔버 내 구성 장치인 고전압 이온 광학계 부품에 비정상 흡착/도포된 이온 및 매트릭스 오염물을 건식 레이저 클리닝하는 것이다. 구체적으로, 이온 광학계의 시료 추출 전극 격판 (electrode diaphragm)를 분리 탈착하지 않고, 질량분석기를 운용 고진공 상태를 그대로 유지하면서, 전극 격판의 오염 부위에 레이저 클리닝 빔을 공간 주사 (spatial scanning)함으로써 오염물을 실시간 제거한다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는, 레이저 클리닝 빔을 전극 격판에 조사 (illumination)함에 있어, 분석 시료 이온화 레이저 또는 타격 이온빔의 입사 경로와 동일한 경로를 따라 레이저 클리닝 빔을 질량분석기 진공 챔버 내부로 도입한 후, 특별히 고안된 반사 광학 부품과 이송 제어를 통해 동적으로 레이저 클리닝 빔을 편향시킨다. 이에 따라, 전극 오염 영역은 고강도 레이저 클리닝 빔에 의해 골고루 공간 주사되어 세정된다.
보다 자세히, 이 방법은 레이저 클리닝 빔의 도입을 위한 별도의 접근 윈도우(access window)를 질량분석기 진공 챔버에 구비하지 않음과 동시에 레이저 클리닝 빔의 공간 주사를 위한 추가적인 광학 기구 이송장치 없이 질량분석기 자체에 기 설치된 전동제어 시료 이송대를 활용해 공간 주사 방식의 레이저 클리닝이 이루어질 수 있게 한다. 즉, 반사 광학 부품은 기존의 질량 분석기의 자원을 활용하여 오염된 전극 격판을 세정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 세정 질량 분석 장치는 2차원 스캐닝을 하는 이송 스테이지; 상기 이송 스테이지에 장착된 반사 광학 부품; 상기 반사 광학 부품에 레이저 클리닝 빔을 조사하는 레이저 광원; 및 그 중심에 중심 개구부 및 상기 레이저 클리닝 빔이 진행하는 레이저 빔 접근 개구부를 구비하고 상기 반사 광학 부품에서 반사된 레이저 클리닝 빔에 의하여 조사되는 이온 추출 전극 격판를 포함한다. 상기 레이저 클리닝 빔은 오염된 이온 추출 전극 격판에 형성된 레이저 빔 접근 개구부를 통과하여 상기 반사 광학 부품에 제공되고, 상기 반사된 레이저 클리닝 빔은 상기 이온 추출 전극 격판를 조사하여 세정한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반사 광학 부품은 볼록 거울, 오목 거울, 또는 프레넬 렌즈일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반사 광학 부품은 샘플 홀더에 배치되고, 상기 반사 광학 부품은 상기 이송 스테이지에 의하여 공간적으로 스캐닝될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레이저 광원은 시료 이온화용 펄스 레이저일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레이저 광원과 반사 광학 부품 사이에 배치되어 상기 레이저 클리닝 빔의 크기와 집속도를 조절하는 빔 확대기 및 집속 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 세정 질량 분석 장치는 반사 광학 부품을 이송하는 2차원 이송 스테이지, 상기 반사 광학 부품에 레이저 클리닝 빔을 조사하는 레이저 광원, 및 반사된 레이저 클리닝 빔이 조사되는 이온 추출 전극 격판를 포함한다. 이 질량 분석 장치의 세정 방법은 상기 반사 광학부품이 XY 평면에서 이동할 수 있는 최대 이동 범위 및 이동을 위한 기본 간격을 설정하여 2차원 이송 격자 행렬을 산출하고, 상기 2차 이송 격자 행렬에 대응하여 상기 전극 격판에서 반사된 레이저 클리닝 빔을 나타내는 레이저 스폿 다이어그램을 추출하는 단계; 상기 레이저 스폿 다이어그램에서 세정이 요구되지 않는 비세정 영역에 대응하는 영역을 상기 2차원 격자 행렬에서 제거하여 유효 2차원 격자 행렬을 산출하는 단계; 및 상기 유효 2차원 격자 행렬에 따라 상기 반사 광학부품이 XY 평면에서 이동하면서 상기 이온 추출 전극 격판를 세정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유효 2차원 격자 행렬은 상기 레이저 스폿 다이어그램에서 균일한 레이저 빔 조사 밀도 분포를 가지도록 상기 전극 격판의 중심부에서 기본 간격을 넓게 하고 상기 전극 격판의 주변부에서 기본 간격을 좁게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유효 2차원 격자 행렬은 상기 레이저 스폿 다이어그램에서 균일한 레이저 빔 조사 밀도 분포를 가지도록 상기 전극 격판의 중심부에서 짧은 픽셀 체류 시간을 가지고, 상기 전극 격판의 주변부에서 긴 픽셀 체류 시간을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기본 간격은 상기 레이저 스폿 다이어그램 상에서 이웃한 스폿 사이의 최대 거리가 상기 레이저 빔의 강도 분포의 반치폭보다 작을 수 있다.
종래에는 질량분석기의 측정 성능에 악영향을 초래하는 이온광학계 전극 격판 오염을 제거하기 위해서, 해당 부품을 분리 탈착하여 에탄올로 습식 세척한 후 재조립해야 하는 불편함과 더불어 수십 시간을 요하는 고진공 챔버 배기 과정으로 인한 시간적 손실을 감수해야 했던 반면, 본 발명에 의한 레이저 클리닝은 해당 부품의 탈착 없이 질량분석기 운용 상태를 유지하면서 시행 가능하기 때문에 상당한 시간경제적 효과가 있다.
일부 상용 질량분석기 제품에 채용된 적외선 레이저 클리닝 시스템과 달리 별도의 레이저 광원이나 추가적인 접근 설비를 필요로 하지 않음으로써, 장비 구성 및 운용의 단순성을 유지하고 제품 단가 상승 요인을 배제하는 장점이 있다.
고강도 레이저 클리닝 빔의 공간 주사를 위해 별도의 레이저 빔 편향 장치를 사용하는 대신 질량분석기에 이미 설치된 전동제어 시료 이송장치와 본 발명에 의한 광 반사 부품의 2차원 변위 인가 방법을 활용함으로써 질량분석기 구성에 필요한 비용을 절약하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 세정 질량 분석 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 세정 질량 분석 장치의 광학적 구도 및 공간 좌표계를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 레이저 세정 질량 분석 장치에서, 반구형 반사경이 공간 변위를 제공하여 이동한 경우를 나타내는 도면이다.
도 4는 전극 격판의 형상을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 격판 상에서의 레이저 스폿 다이어그램이다.
도 6은 전극 격판의 유효 클리닝 영역을 나타낸다.
도 7은 도 6의 유효 클리닝 영역에 대응하는 유효 2차원 이송 격자 행렬 또는 유효 2차원 이송 격자 영역을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 격판 상에서 빔 반경 대비 스캔 간격의 비율(스캔 간격(스폿 간격)/빔 반경)을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 스텝을 적용한 유효 2차원 이송 격자 행렬(유효 2차원 이송 격자 영역)에서 위치에 따른 기본 간격(주변부 수치에 대한 상대적인 비율)을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 적응형 스텝을 적용한 유효 2차원 이송 격자 행렬에 의하여 전극 격판 상에서 빔 반경 대비 레이저 클리닝 빔의 공간 주사 간격의 비율(스폿 간격/빔 반경)을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9의 적응형 스텝을 적용한 유효 2차원 이송 격자 행렬에 의하여 전극 격판 상에서 레이저 누적 조사량을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 세정 장치는 MALDI 질량분석기에 탑재된 시료 이온화용 고출력 반복 펄스 레이저 광원을 공유하여 세정시에도 사용할 수 있다. 레이저 광원의 빔 전파 특성 (진행 방향, 빔 크기, 발산각)은 시료 이온화 프로세스 동작 시 설정된 변수를 기본적으로 유지할 수 있다. 이에 따라, 레이저 광원은 레이저 세정 후에도 안정적으로 동작할 수 있다. 레이저 광원의 출력 강도는 시료 이온화 프로세스 동작 시와 비교해 충분히 증가 또는 최대화시킴으로써 오염물 제거 효율 및 속도를 증가시킬 수 있다. 레이저 광원의 빔 크기 및 발산각을 조절하여 오염 전극을 조사하는 레이저 클리닝 빔의 강도와 집속점 크기를 최적화할 수 있다. 질량분석기 하단에 위치한 시료 거치대를 향해 수직 또는 경사 입사하는 레이저 클리닝 빔을 반사시킴으로써 상부에 위치한 이온광학계 전극의 오염 부위로 편향시키는 반사 광학 부품을 시료 거치대 결합용 기판 위에 설치할 수 있다.
상기 반사 광학부품은 시료 거치대의 수평면 이송에 의한 2축 변위에 따라 레이저 클리닝 빔의 벡터 편향각이 조절되는 곡면 반사경 또는 프레넬(Fresnel) 거울이 바람직하다. 상기 반사 광학부품은 곡면 반사경으로 구면 형태의 볼록 거울이나 이에 상응하는 오목 거울일 수 있다. 상기 구면 거울은 광학 연마된 금속 볼 또는 거울 코팅된 고체 이머젼 렌즈(solid immersion lens)로 대체할 수 있다. 상기 반사 광학부품의 설치는 시료 거치대에 결합 가능한 별도의 기판과 더불어 분석시료 도포 기판의 임의 영역에 부착하여 사용하는 것도 가능하다.
레이저 세정을 위하여, 반사 광학 부품을 이송하는 이송 장치는 질량분석기 자체에 기 설치된 전동제어 시료 이송장치를 사용할 수 있다. 상기 반사 광학부품이 장착된 시료 거치대는 전동제어 시료 이송장치에 체결되어 수평면 상에서 2축 이송이 이루어진다. 상기 반사 광학부품의 2차원 변위 벡터에 따라 레이저 클리닝 빔이 상기 반사 광학부품에 입사하는 곡면 상 좌표가 변화하며, 이는 레이저 클리닝 빔이 반사되는 면의 법선 (surface normal) 벡터가 변화됨을 의미한다. 즉, 레이저 클리닝 빔은 3차원 공간에서의 반사 법칙 (law of reflection)에 의거해 편향이 이루어지므로, 상기 반사 광학부품의 2축 이송 좌표에 따라 편향 벡터량을 조절할 수 있다.
레이저 클리닝 빔이 이온광학계 전극의 오염 영역 전체를 가능한 연속적으로 균일하게 공간 주사할 수 있도록 반사 광학부품의 2축 이송 범위와 스텝 크기를 설정하여 전동제어 시료 이송장치를 구동한다. 이 때, 상기 요구되는 2축 이송 범위와 스텝 크기는 클리닝이 필요한 전극 오염 영역의 형태와 면적, 전극과 반사 광학부품 간의 이격 거리, 레이저 클리닝 빔의 입사각과 직경, 반사 광학부품의 기하학적 사양 변수 등에 의존하여 결정된다. 수치해석적 방법에 의해 최적화된 2축 이송 궤도를 전동제어 이송장치에 입력하여 구동함으로써 반사 광학부품에 대한 2차원 변위를 인가한다. 상기 반사 광학부품의 2축 이송 범위는 오염 제거 대상 영역의 형태에 따라서 단순 래스터(raster) 주사가 아닌 특정 형태의 주사 궤적을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 상기 반사 광학부품의 2축 이송 스텝은 전극면 상에서의 레이저 클리닝 빔 조사 강도분포가 균일하도록 2축 이송 좌표에 따라 가변적으로 조절되는 것이 바람직할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 세정 질량 분석 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 레이저 세정 질량 분석 장치(100)는 2차원 스캐닝을 하는 이송 스테이지(110); 상기 이송 스테이지에 장착된 반사 광학 부품(120); 상기 반사 광학 부품에 레이저 클리닝 빔을 조사하는 레이저 광원(130); 및 그 중심에 중심 개구부 및 상기 레이저 클리닝 빔이 진행하는 레이저 빔 접근 개구부를 구비하고 상기 반사 광학 부품에서 반사된 레이저 클리닝 빔에 의하여 조사되는 이온 추출 전극 격판(140)를 포함한다. 상기 레이저 클리닝 빔은 오염된 이온 추출 전극 격판에 형성된 레이저 빔 접근 개구부를 통과하여 상기 반사 광학 부품에 제공된다. 상기 반사된 레이저 클리닝 빔은 상기 이온 추출 전극 격판(140)를 조사하여 세정한다.
상기 레이저 세정 질량 분석 장치는 질량분석기의 내부에 배치되고 샘플 홀더에 상기 반사 광학 부품를 구비할 수 있다. 상기 레이저 세정 질량 분석 장치는 샘플을 이온화하여 이온을 가속하여 분석할 수 있다. 상기 레이저 세정 질량 분석 장치는 고진공 챔버(101) 내에 배치된 시료를 분석할 수 있다. 샘플 홀더는 상기 고진용 챔버(101)에 연결된 로드락(laod-lock) 챔버를 통하여 상기 이송 스테이지(110)로 이송될 수 있다.
상기 이송 스테이지(110)는 샘플 홀더(112)를 2차원 XY 평면에서 이송할 수 있으며, 추가적으로 Z 방향으로도 이송할 수 있다. 상기 이송 스테이지(110)는 모터에 의하여 구동될 수 있다.
상기 레이저 광원(1130)은 펄스 레이저 광원일 수 있으며, 상기 레이저 광원(130)은 MALDI 질량 분석기에서 시료 분석을 위한 레이저 광원과 동일할 수 있다. 또는, 상기 레이저 광원은 통상적인 질량 분석기에 추가적으로 설치된 광원일 수 있다. 상기 레이저 세정 질량 분석 장치가 MALDI 질량 분석기인 경우, 상기 레이저 광원은 시료 이온화용 펄스 레이저일 수 있다.
상기 반사 광학 부품(120)은 상기 샘플 홀더(112)에 장착될 수 있다. 상기 반사 광학 부품(120)은 분석할 시료 대신에 세정 공정시 상기 샘플 홀더(112)에 장착될 수 있다. 상기 반사 광학 부품(120)은 고정을 위하여 세정 광학 기판(113)에 고정되어 상기 샘플 홀더(112)에 장착될 수 있다. 상기 반사 광학 부품(120)은 볼록 거울, 오목 거울, 또는 프레넬 렌즈일 수 있다. 상기 반사 광학 부품(120)은 상기 이송 스테이지(120)에 의하여 공간적으로 XY 평면에서 스캐닝될 수 있다.
상기 이온 추출 전극 격판(140)은 질량분석기에서 이온을 추출하기 위한 전극 격판일 수 있다. 상기 레이저 세정 질량 분석 장치는 통상적인 질량 분석기의 전극 격판을 세정하기 위하여 사용되고, 상기 질량 분석기와 일체화될 수 있다.
상기 이온 추출 전극 격판(140)은 상기 이송 스테이지(110)에서 z축 방향으로 이격되어 나란히 배치될 수 있다. 상기 이온 추출 격판(140)은 그 중심에 중심 개구부(141)와 레이저 빔 접근 개구부(142)를 포함할 수 있다. 상기 레이저 빔 접근 개구부(142)는 상기 이온 추출 전극 격판의 주변부에 배치될 수 있다.
빔 확대기(미도시) 및 집속 렌즈(132)는 상기 레이저 광원과 반사 광학 부품 사이에 배치되어 상기 레이저 클리닝 빔의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 상기 레이저 광원(1130)의 레이저 클리닝 빔은 미러에 이하여 상기 이온 추출 전극 격판(140)의 레이저 빔 접근 개구부(142)를 통하여 상기 반사 광학 부품에 입사할 수 있다.
상기 질량 분석 장치의 세정 방법은 상기 반사 광학부품이 XY 평면에서 이동할 수 있는 최대 이동 범위 및 이동을 위한 기본 간격을 설정하여 2차원 이송 격자 행렬을 산출하고, 상기 2차 이송 격자 행렬에 대응하여 상기 전극 격판에서 반사된 레이저 클리닝 빔을 나타내는 레이저 스폿 다이어그램을 추출하는 단계; 상기 레이저 스폿 다이어그램에서 세정이 요구되지 않는 비세정 영역에 대응하는 영역을 상기 2차원 격자 행렬에서 제거하여 유효 2차원 격자 행렬을 산출하는 단계; 및 상기 유효 2차원 격자 행렬에 따라 상기 반사 광학부품이 XY 평면에서 이동하면서 상기 이온 추출 전극 격판를 세정하는 단계를 포함한다.
상기 유효 2차원 격자 행렬은 상기 레이저 스폿 다이어그램에서 균일한 레이저 빔 조사 밀도 분포를 가지도록 상기 전극 격판의 중심부에서 기본 간격을 넓게하고 상기 전극 격판의 주변부에서 기본 간격을 넓게 할 수 있다.
상기 유효 2차원 격자 행렬은 상기 레이저 스폿 다이어그램에서 균일한 레이저 빔 조사 밀도 분포를 가지도록 상기 전극 격판의 중심부에서 짧은 픽셀 체류 시간을 가지고, 상기 전극 격판의 주변부에서 긴 픽셀 체류 시간을 가질 수 있다.
상기 기본 간격은 상기 레이저 스폿 다이어그램 상에서 이웃한 스폿 사이의 최대 거리가 상기 레이저 빔의 강도 분포의 반치폭보다 작을 수 있다.
이하, 구체적으로 레이저 클리닝 빔의 경로가 설명된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 세정 질량 분석 장치의 광학적 구도 및 공간 좌표계를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 레이저 세정 질량 분석 장치에서, 반구형 반사경이 공간 변위를 제공하여 이동한 경우를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 반사 광학 부품(120)은 반구형 반사경이고, 직각 좌표계의 중심은 반구의 정점에 배치되고, 이온 추출 전극 격판(140)은 반사경의 정점에서 z축으로 H 만큼 떨어져 배치된다.
[레이저 클리닝 빔 입사 조건 ]
레이저 클리닝 빔은 질량분석기의 시료 여기 레이저 빔과 동일할 수 있다. 즉, 시료 여기 레이저 빔과 레이저 클리닝 빔은 동일한 레이저 광원일 수 있다.
상기 레이저 클리닝 빔은 일반적으로 이온광학계 중심축 (z축)에 대해 경사각 (θinc) 으로 입사한다. 상기 레이저 클리닝 빔은 XZ 평면 상에 놓이며, PREF =(0,0,0) 고정점으로 집속된다. PREF =(0,0,0)는 질량분석기 동작 시 측정하고자 하는 시료가 위치되는 공간 좌표와 동일하다.
[질량분석기 오염 전극의 위치와 형태 ]
레이저 클리닝의 대상이 되는 오염 전극(이온 추출 전극 격판)은 일반적으로 원형 디스크 형태일 수 있다. 오염 전극은 시료와 가장 근접한 전극으로, 이온 추출 전극 격판일 수 있다. 상기 이온 추출 격판(140)은 분석할 시료로부터 탈착된 이온들이 이온광학계 내부로 주입되는 중심 개구부(141)를 포함한다. 또한, 상기 이온 추출 격판(140)은 상기 레이저 클리닝 빔이 진행하는 레이저 빔 접근 개구부(142)를 포함한다. 상기 이온 추출 격판(140)은 그외에 카메라용 개구부 등 다양한 용도의 개구부를 포함할 수 있다. 상기 이온 추출 격판은 분석시료 이온화용 레이저 빔을 조사하기 위한 개구부 및 시료 모니터링용 개구부를 포함할 수 있다.
레이저 클리닝 빔과 이온화용 레이저 빔이 동일한 경우, 상기 레이저 빔 접근 개구부와 분석시료 이온화용 레이저 빔을 조사하기 위한 개구부는 동일할 수 있다.
상기 이온 추출 격판(140)은 분석시료 표면(z=0)으로부터 수직 방향으로 간극(H)을 가진 높이에 위치한다.
[레이저 클리닝 빔 편향 광학부품의 위치 및 공간 변위 ]
레이저 클리닝 빔의 편향을 위한 반사 광학부품(120)은 볼록/오목 형태의 반사경이 바람직할 수 있다. 상기 반사 광학부품(120)은 평면 형태의 프레넬 반사경으로 대체될 수 있다.
반사 광학부품(120)이 반구형 볼록 거울인 경우에 빔의 경로가 설명된다.
곡면 형태의 반사 광학부품(120)의 위치 기준점은 반사 표면의 정점으로서 레이저 집속 고정점 PREF =(0,0,0)과 일치되는 지점을 공간변위 좌표계의 원점으로 가정한다.
[기본 동작 원리]
다시, 도 3을 참조하면, 반사 광학부품은 반구 형태의 볼록 반사경이다. 상기 반사경이 XY 평면 상에서 공간 변위 (XT,YT)가 일어나면 레이저 클리닝 빔이 상기 반사경 표면과 만나게 되는 3차원 공간 상의 위치는 분석시료 기준점 PREF =(0,0,0)이 아닌 특정점 PS =(XS,0,ZS)으로 변화된다. 상기 레이저 클리닝 빔과 반사경 구면과의 교차점 PS 에서의 구면 법선 벡터 (n S)에 의해 결정되는 3차원 공간 상의 반사 벡터 방향으로 레이저 클리닝 빔의 편향이 유도된다. 따라서, 구면 반사경의 공간 변위 (XT,YT)를 적절히 2차원 스캐닝하면 레이저 클리닝 빔은 상기 이온 추출 격판 상의 임의 위치 (XH,YH,Z=H)로 전송될 수 있다.
[볼록 구면 반사경의 XY 평면 공간 변위 ]
볼록 구면 반사경의 곡률 반경을 RC라고 할 때, 상기 볼록 구면 반사경의 곡률 중심점 OOPT (0,0, -RC)을 XY 평면 상에서 O'OPT (XT, YT , -RC)로 평행 이동하면 상기 볼록 구면 반사경의 표면 (xm,ym,zm)을 기술하는 방정식은 다음과 같다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000001
[입사하는 레이저 클리닝 빔 ]
입사하는 레이저 클리닝 빔의 방향 벡터는 다음과 같이 주어진다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000002
레이저 클리닝 빔의 경로를 기술하는 벡터는 다음과 같이 주어진다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000003
[레이저 클리닝 빔과 구면 거울의 교차점 ]
레이저 클리닝 빔의 벡터가 상기 XY 변위된 구면 거울의 표면과 교차하는 점 PS=(xS,yS,zS)은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000004
[구면 거울에서 레이저 클리닝 빔이 반사되는 위치 ]
구면 거울에서 레이저 클리닝 빔이 반사되는 위치는 다음과 같이 주어진다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000005
Figure PCTKR2017000937-appb-I000006
[반사경 표면의 법선 (단위) 벡터]
반사경 표면의 법선 벡터는 다음과 같이 주어진다
[수학식 6]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000007
[레이저 클리닝 빔의 반사 방향 (단위) 벡터]
레이저 클리닝 빔의 반사 방향 벡터는 다음과 같이 주어진다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000008
[반사된 레이저 클리닝 빔이 전극 격판면을 조사하는 위치]
레이저 클리닝 빔의 벡터가 상기 XY 변위된 구면 거울의 표면과 교차하는 점 PD=(xH,yH,H)은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 8]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000009
[레이저 클리닝 빔의 전극 격판면 조사각]
레이저 클리닝 빔의 방향 벡터가 전극 격판면의 법선 벡터와 이루는 경사각(θill)은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 9]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000010
[전극 격판면을 조사하는 레이저 클리닝 빔의 크기 변화 ]
볼록 구면 거울에서 반사된 레이저 클리닝 빔이 전극 격판까지 진행한 거리는 다음과 같이 주어진다.
[수학식 10]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000011
볼록 구면 거울 (곡률반경 RC)에 의한 레이저 클리닝 빔의 직경 확장은 다음과 같이 주어진다.
[수학식 11]
Figure PCTKR2017000937-appb-I000012
여기서, Di는 입사하는 레이저 클리닝 빔의 직경이다.
레이저 클리닝 빔은 구면 반사경에서 반사되어 전극 격판에 입사하고, 그 경로와 좌표가 수식으로 표현된다. 따라서, 상기 반사 광학 부품이 배치 평면에서 이동(공간 변위)함에 따라 레이저 클리닝 빔은 상기 전극 격판 상에 스폿을 형성할 수 있다. 상기 스폿의 분포를 알아보기 위하여, 2차원 이송 격자 행렬을 설정하고, 상기 2차 이송 격자 행렬에 대응하여 상기 전극 격판에서 반사된 레이저 클리닝 빔을 나타내는 레이저 스폿 다이어그램을 확인한다. 이어서, 레이저 스폿 다이어그램에서 세정이 요구되지 않거나 불필요한 영역에 레이저 빔이 입사하지 않도록 대응하는 2차원 이송 격자 행렬을 변경한다. 구체적으로, 레이저 클리닝 빔의 파장은 349nm 이고, 레이저 집속빔의 직경은 200 마이크로미터이고, 레이저 클리닝 빔의 입사각은 30도 일수 있다. 볼록 구면 반사경의 곡률 반경은 5mm일 수 있다.
도 4는 전극 격판의 형상을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 전극 격판은 지름 10 mm의 원판이고, 중심 개구부 및 4 개의 주변 개구부를 포함한다. 전극 격판의 높이는 3.5 mm이다.
[반사 광학부품의 XY 공간 이동 범위 및 스텝 간격 설정]
(1) X축 및 Y축 방향으로의 반사 광학부품이 이동할 수 있는 공간 이동 "최대 범위" 설정한다. [XT(min), XT(max)] 그리고 [YT(min), YT(max)]
(2) X축 및 Y축 방향으로의 반사 광학부품 공간 이동 스텝 을 "기본 간격"으로 설정한다. ΔXT 그리고 ΔYT . 이에 따라, 2차원 이송 격자 행렬이 구해진다.
(3) 주어진 공간변위 범위에서 반사 광학부품을 주어진 스텝 간격으로 이동시키면서 전극 격판으로 편향된 레이저 클리닝 빔의 스폿 다이어그램(Spot Diagram)을 수치해석적 방법으로 취득한다.
(4) 스폿 다이어그램(Spot Diagram) 상에 나타난 레이저 클리닝 빔 조사점들의 분포가 전극 격판의 클리닝 최대 범위를 초과하면서 충분히 촘촘하도록 [XT(min), XT(max)], [YT(min), YT(max)] 와 ΔXT & ΔYT 를 조정한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 격판 상에서의 레이저 스폿 다이어그램이다.
도 5를 참조하면, 상기 전극 격판의 직경(10 mm)를 초과한 영역에도 레이저 스폿이 존재한다. 또한, 2차원 이송 격자 행렬은 사각형 형태로 레이저 스폿 영역도 사각형으로 나타난다.
[반사 광학부품의 XY 공간변위 유효 범위 조정]
전극 격판에서 개구 영역을 제외한 전극 격판 클리닝 한계 내의 레이저 빔 스폿 다이어그램(spot Diagram )이 표시된다. 전극 격판의 클리닝 유효 영역으로 제한시킨 반사 광학부품의 유효 2차원 이송 격자 행렬을 구한다. 직사각형 형태의 반사 광학부품의 XY 공간변위 좌표 행렬은 클리닝이 불필요한 영역으로 레이저 빔을 편향시켜서 전극 클리닝에 소요되는 시간을 증가시키는 요인이 될 수 있다.
전극 격판의 클리닝 영역을 벗어나는 레이저 클리닝 빔 스팟에 해당하는 반사 광학부품 XY 공간변위를 2차원 이송 격자 행렬 (Translation Grid Matrix)에서 제외한다. 또한, 전극 격판의 개구 영역에 조사되는 레이저 클리닝 빔 스팟에 해당하는 반사 광학부품 XY 공간변위를 2차원 이송 격자 행렬 (Translation Grid Matrix)에서 제외하여 유효 이송 격자 행렬을 구한다.
일반적으로 볼록/오목 구면 반사경의 2차원 이송 격자 행렬을 통한 레이저 클리닝 빔 스캔의 경우, 디스크 형태의 전극 격판에 대한 효과적인 2차원 이송 격자 행렬에 의한 유효 영역은 편심된 타원형이다. 입사하는 레이저 클리닝 빔이 이온광학계 중심축과 일치하지 않기 때문에 구면 반사경의 공간변위 궤적과 레이저 빔의 전극 격판 타격 궤적은 비대칭 왜곡이 발생한다.
도 6은 전극 격판의 유효 클리닝 영역을 나타낸다.
도 7은 도 6의 유효 클리닝 영역에 대응하는 유효 2차원 이송 격자 행렬 또는 유효 2차원 이송 격자 영역을 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 유효 클리닝 영역은 세정이 불필요한 영역이 제거되어 형성될 수 있다. 반구 반사경에 의하여 상기 유효 2차원 이송 격자 영역(유효 2차원 이송 범위)은 타원형으로 변형된다.
[반사 광학부품의 XY 공간변위 유효 범위 조정]
전극 격판 상 레이저 클리닝 빔의 스캔 간격 대 빔 반경의 비율이 조절될 수 있다. 구체적으로, 일정한 기준 간격(ΔXT , ΔYT))으로 XY 공간변위가 이루어지는 반사 광학부품에 의해 스캔되는 레이저 클리닝 빔은 전극 격판 상에서 유한한 스캔 간격을 가진다. 이 경우, 전극 격판이 레이저 클리닝 빔의 국소적 누락 없이 연속적으로 조사되기 위해서는, 상기 스캔 간격이 전극 격판을 조사하는 레이저 클리닝 빔의 강도 반치폭에 비해 충분히 작아야만 가능하다. 전극 격판의 전체 클리닝 영역에서 만족되도록 반사 광학부품의 공간변위 스텝 "기본 간격" (다시 말하면, ΔXT & ΔYT)을 조정한다. 이를 구현하는 방법은, 전극 격판 스폿 다이어그램(Spot Diagram) 상의 임의의 위치에서 관찰되는 레이저 클리닝 빔 간격과 동일 위치에서의 레이저 클리닝 빔 반경의 비율이 항상 1 보다 작아지도록 반사 광학부품에 대한 공간변위 스텝을 "기본 간격"으로 조정한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 격판 상에서 빔 반경 대비 스캔 간격의 비율(스캔 간격(스폿 간격)/빔 반경)을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 빔 반경은 상기 전극 격판 상에서 거의 일정하므로, 일정한 기본 간격을 가진 유효 2차원 이송 격자 행렬에 따라 스캐닝된 전극 격판 상의 레이저 빔 스폿 사이의 간격은 서로 다르게 나타난다. 구체적으로, 중심 영역에서 스캔 간격은 좁게 나타나고, 주변 영역에서 스캔 간격은 넓게 나타난다.
그러나, 이러한 레이저 스폿 분포는 주변부에서 단위 면적당 평균 에너지 밀도를 감소시키어 균일한 세정을 방해할 수 있다.
따라서, 유효 2차원 이송 격자 행렬에서, 기본 간격이 위치에 따라 서로 다르도록 설정될 필요가 있다. 구체적으로, 중심 영역에서는 기본 간격이 작고, 주변부로 갈 수로록 기본 간격이 크도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 스폿 다이어그램 상에서, 중심 영역과 주변 영역 모두에서 스폿들은 일정한 간격을 가지고 배치될 수 있다.
[반사 광학부품의 XY 공간변위 적응형 스텝 설정 ]
반사 광학부품의 XY 공간변위 적응형 스텝이 설정될 수 있다. 적응형 스텝은 레이저 클리닝 빔의 전극 격판에서 스폿 밀도 균일화를 제공할 수 있다.
일정 간격으로 XY 공간변위가 이루어지는 반사 광학부품에 의해 스캔되는 레이저 클리닝 빔은 전극 격판 상의 위치에 따라 상이한 조사 밀도 분포를 이룬다. 이는 다시 말해서, 레이저 클리닝 빔의 공간 주사에 따른 레이저 에너지 누적량이 전극 격판 상에서 불균일하게 형성되는 것을 의미하며, 대체적으로 전극 격판 중앙부가 높고 주변부로 갈수록 급격히 떨어지는 양상을 보인다. 따라서, 전극 격판 주변부를 조사하기 위한 반사 광학부품의 공간변위 스텝 크기는 전극 격판 중앙부 조사 시의 반사 광학부품 공간변위 스텝 크기에 비해 점차 감소시키는 것이 바람직하다. 전극 격판 주변부에 대한 레이저 클리닝 빔의 스캔 간격이 충분히 조밀하도록 조정된 경우를 가정할 경우, 전극 격판 중앙부를 조사하기 위한 반사 광학부품 공간변위을 적응형 스텝 비율로 증가시켜 설정함이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 스텝을 적용한 유효 2차원 이송 격자 행렬(유효 2차원 이송 격자 영역)에서 위치에 따른 기본 간격((주변부 수치에 대한 상대적인 비율))을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 반사경의 가장 영역에서 기본 간격은 좁게 설정되고, 상기 반경의 중심 영역에서 기본 간격은 크게 설정될 수 있다.
도 10은 도 9의 적응형 스텝을 적용한 유효 2차원 이송 격자 행렬에 의하여 전극 격판 상에서 빔 반경 대비 레이저 클리닝 빔의 공간 주사 간격의 비율(스폿 간격/빔 반경)을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 전극 격판의 주변 영역에서 스폿 간격이 작고, 중심 영역에서 스폿 간격이 크다.
도 11은 도 9의 적응형 스텝을 적용한 유효 2차원 이송 격자 행렬에 의하여 전극 격판 상에서 레이저 누적 조사량을 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 적응형 스텝을 반사경에 적용한 경우, 전극 격판 상에 레이저 누적 조사령은 위치에 따라 일정하다. 따라서, 균일한 세정이 가능하다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 레이저 클리닝 빔의 공간 주사에 따른 레이저 에너지 누적량이 전극 격판 상에 균일하기 위하여, 기본 간격은 유효 2차원 이송 영역에서 위치에 따라 일정하고, 대신에 레이저 빔의 픽셀 체류 시간을 적응 기본 간격에 비례하게 증가시킬 수 있다.
종합하면, 우선, 반사 광학부품의 XY 공간변위 최대 범위 및 기본스텝 간격 설정을 설정한다. 이에 따라, 2차원 이송 격자 행렬이 구해진다. 이 2차원 이송 격자 행렬에 따른 레이저 빔의 궤적을 추적하여 전극 격판 상에 레이저 스폿 다이어 그램을 획득한다. 이어서, 상기 레이저 스폿 다이어그램에서 세정이 요구되지 않은 영역은 레이저 빔이 스캔하지 않도록, 상기 2차원 이송 격자 행렬은 유효 2차원 이송 격자 행렬로 변형된다. 전극 격판에 에너지 밀도가 위치에 따라 균일하도록 유효 2차원 이송 격자 영역에서 이송하는 기본 간격을 조절하거나 각 위치에서 체류하는 픽셀 체류 시간을 조절할 수 있다.
상기 전극 격판을 세정하기 위하여, 질량분석기의 로드락(Load-Lock) 장치를 이용해 고진공 챔버 내의 시료 거치대에 반사 광학부품이 탑재된 기판을 체결시킨다. 이서서, 질량분석기의 전동제어 시료 이송장치를 이용해 반사 광학부품의 기준점 좌표가 3차원 공간 상의 원점에 놓이도록 조정한다.
이어서, 레이저 이온화/탈착 문턱 강도를 충분히 상회하는 수준으로 레이저 출력으로 증가시키고, 전극 오염도에 비례하는 레이저 클리닝 픽셀 체류 시간을 설정한다.
이어서, 산출된 유효 2차원 이송 격자 행렬 및 이에 대응하는 적응형 기본 간격에 따라 순차적으로 반사 광학부품을 XY 이송함으로써 레이저 클리닝 빔이 오염된 전극 격판에 균일하게 조사되도록 한다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 볼록 구면 거울은 이와 동등한 곡률 반경을 갖는 오목 구면 거울로 유사하게 용이하게 구현될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 볼록 구면거울은 비구면 거울을 사용함으로써, 반사 광학부품의 공간변위 영역 편심 및 왜곡을 없앨 수 있다. 2차원 등간격 이송을 통해 클리닝 레이저 빔의 전극 격판 조사 밀도가 균일해지도록 구현할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 곡면 거울을 이용하는 방법과 달리 반사 광학부품의 전체 두께를 줄일 수 있는 프레넬 반사경을 사용해 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 전극 격판에 조사되는 레이저 빔의 집속 특성을 최적화하기 위하여 질량분석기 챔버 내로 입사되는 레이저 빔의 크기와 발산각을 보정하는 빔 확대기 또는 집속렌즈 등의 광학 장치를 추가로 결합하여 구현할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 레이저 클리닝에 사용되는 광원은 UV 또는 IR 대역에서 동작하는 별도의 광원을 채용할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (9)

  1. 2차원 스캐닝을 하는 이송 스테이지;
    상기 이송 스테이지에 장착된 반사 광학 부품;
    상기 반사 광학 부품에 레이저 클리닝 빔을 조사하는 레이저 광원; 및
    그 중심에 중심 개구부 및 상기 레이저 클리닝 빔이 진행하는 레이저 빔 접근 개구부를 구비하고 상기 반사 광학 부품에서 반사된 레이저 클리닝 빔에 의하여 조사되는 이온 추출 전극 격판를 포함하고,
    상기 레이저 클리닝 빔은 오염된 이온 추출 전극 격판에 형성된 레이저 빔 접근 개구부를 통과하여 상기 반사 광학 부품에 제공되고,
    상기 반사된 레이저 클리닝 빔은 상기 이온 추출 전극 격판를 조사하여 세정하는 것을 특징으로 하는 레이저 세정 질량 분석 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반사 광학 부품은 볼록 거울, 오목 거울, 또는 프레넬 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저 세정 질량 분석 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 반사 광학 부품은 샘플 홀더에 배치되고,
    상기 반사 광학 부품은 상기 이송 스테이지에 의하여 공간적으로 스캐닝되는 것을 특징으로 하는 레이저 세정 질량 분석 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 시료 이온화용 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 레이저 세정 질량 분석 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원과 반사 광학 부품 사이에 배치되어 상기 레이저 클리닝 빔의 크기와 집속도를 조절하는 빔 확대기 및 집속 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 세정 질량 분석 장치.
  6. 반사 광학 부품을 이송하는 2차원 이송 스테이지, 상기 반사 광학 부품에 레이저 클리닝 빔을 조사하는 레이저 광원, 및 반사된 레이저 클리닝 빔이 조사되는 이온 추출 전극 격판를 포함하는 질량 분석 장치의 세정 방법에 있어서,
    상기 반사 광학부품이 XY 평면에서 이동할 수 있는 최대 이동 범위 및 이동을 위한 기본 간격을 설정하여 2차원 이송 격자 행렬을 산출하고, 상기 2차 이송 격자 행렬에 대응하여 상기 전극 격판에서 반사된 레이저 클리닝 빔을 나타내는 레이저 스폿 다이어그램을 추출하는 단계;
    상기 레이저 스폿 다이어그램에서 세정이 요구되지 않는 비세정 영역에 대응하는 영역을 상기 2차원 격자 행렬에서 제거하여 유효 2차원 격자 행렬을 산출하는 단계; 및
    상기 유효 2차원 격자 행렬에 따라 상기 반사 광학부품이 XY 평면에서 이동하면서 상기 이온 추출 전극 격판를 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치의 세정 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 유효 2차원 격자 행렬은 상기 레이저 스폿 다이어그램에서 균일한 레이저 빔 조사 밀도 분포를 가지도록 상기 전극 격판의 중심부에서 기본 간격을 넓게 하고 상기 전극 격판의 주변부에서 기본 간격을 좁게 하는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치의 세정 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 유효 2차원 격자 행렬은 상기 레이저 스폿 다이어그램에서 균일한 레이저 빔 조사 밀도 분포를 가지도록 상기 전극 격판의 중심부에서 짧은 픽셀 체류 시간을 가지고, 상기 전극 격판의 주변부에서 긴 픽셀 체류 시간을 가지는 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치의 세정 방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 기본 간격은 상기 레이저 스폿 다이어그램 상에서 이웃한 스폿 사이의 최대 거리가 상기 레이저 빔의 강도 분포의 반치폭보다 작은 것을 특징으로 하는 질량 분석 장치의 세정 방법.
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