光脱離分析装置
【課題】小型の光脱離分析装置を提供すること。
【解決手段】
発生部（１ａ）内の希ガスにレーザー光（Ｌ）を照射してプラズマを発生させて真空紫外域から可視域の光を発生させるレーザー光源装置（６）と、前記光発生部（１ａ）内に配置され且つ発生した光を分光する分光系（１２）、前記光発生部（１ａ）内に配置され且つ発生した光を反射して前記分光系（１２）に集光する反射光学系（１１）および前記光発生部（１ａ）内に配置され且つ前記分光系（１２）により分光された単一波長の光を集光して前記試料（Ｓ）に照射する集光光学系（１３）が一体的に構成された発光分光集光系（１１〜１７）と、を有する光源装置（Ｄ１）と、前記真空チャンバ（Ｄ２）内に配置され、光が照射された前記試料（Ｓ）から脱離する物質を検出する質量分析計（２６）と、を備えた光脱離分析装置（Ｄ）。
【解決手段】
発生部（１ａ）内の希ガスにレーザー光（Ｌ）を照射してプラズマを発生させて真空紫外域から可視域の光を発生させるレーザー光源装置（６）と、前記光発生部（１ａ）内に配置され且つ発生した光を分光する分光系（１２）、前記光発生部（１ａ）内に配置され且つ発生した光を反射して前記分光系（１２）に集光する反射光学系（１１）および前記光発生部（１ａ）内に配置され且つ前記分光系（１２）により分光された単一波長の光を集光して前記試料（Ｓ）に照射する集光光学系（１３）が一体的に構成された発光分光集光系（１１〜１７）と、を有する光源装置（Ｄ１）と、前記真空チャンバ（Ｄ２）内に配置され、光が照射された前記試料（Ｓ）から脱離する物質を検出する質量分析計（２６）と、を備えた光脱離分析装置（Ｄ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内に配置された試料表面に電磁波（光）を照射し、試料表面から光脱離した物質（脱離ガス）を検出して質量分析を行う脱離分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薬品処理や洗浄、蒸着等の複数の工程を経て製造される半導体チップの歩留まりを向上させるためには、半導体チップの分析、評価を行う必要がある。
半導体チップの評価を行うために、半導体試料に電磁波(光)や電子を照射し、試料から脱離する成分を分析する方法として、照射する波長の違いにより昇温脱離分析法や電子遷移誘起脱離法が知られている。
【０００３】
昇温脱離分析法は、赤外線を照射することにより、物質が赤外線を吸収し原子レベルでの振動が誘起され、その振動エネルギーが吸着エネルギーを超えたときに起こる脱離現象を観察する方法であり、具体的には、真空チャンバ内に配置された試料としての半導体チップを温度制御しながら加熱して、試料から脱離した微量の脱離ガスを質量分析計で計測して、試料の分析、評価を行う技術である。
このような昇温脱離分析技術として、下記の従来技術（Ｊ01）が従来公知である。
（Ｊ01）特許文献１（特開平６−２７３３８３号公報）記載の技術
特許文献１には、試料を支持する試料ステージの下から赤外線を照射して試料を加熱し、加熱された試料から脱離したガスを質量分析計で検出する技術が記載されている。
【０００４】
電子遷移誘起脱離法（DIET：Desorption Induced by Electronic Transitions）は、高い光子エネルギー（極端紫外光以下の短波長光子）の電磁波や電子線を固体試料表面に照射することにより、化学結合に寄与する電子を直接励起して化学結合を切断したときに起こる脱離現象を観察する方法である。
昇温脱離分析法は市販装置が存在しており、半導体やＰＤＰの汚染分析、材料の水素吸蔵量の分析に利用されている。一方、電子遷移誘起脱離法は、現実には、未だ研究レベルを脱しておらず、Ｓｐｒｉｎｇ８に代表される大規模な放射光施設で研究が進められている。
【０００５】
電子遷移誘起脱離法を利用して、実験室レベルで分析を行う技術として、下記の従来技術（Ｊ02）が公知である。
（Ｊ02）特許文献２（特開２００４−５３３１４号公報）記載の技術
特許文献２には、水銀ランプやキセノンランプ、エキシマランプ等の紫外線発生装置で発生した紫外線光を、窓材で仕切られた真空容器内の試料に照射し、発生した微量なガスを質量分析計で検出する技術が記載されている。また、特許文献２には、紫外線発生装置で発生した紫外線を分光器に導き、分光された単波長の紫外線を、試料に照射する技術も記載されている。さらに、前記分光器を操作して、照射する波長を連続的に変化させる技術も記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２７３３８３号公報
【特許文献２】特開２００４−５３３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（従来技術の問題点）
前記従来技術（Ｊ01）の昇温脱離分析法では、赤外域の波長の電磁波が照射され、加熱により物質を脱離させていた。この方法では、極微量の脱離成分を分析可能であるものの、試料表面のみならず、試料の内部に拡散した物質も同時に脱離するため、表面のみの汚染分析には困難が伴う。
また、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の蛍光体の寿命予測や、超寿命化のための基礎研究、或いは、製品の光劣化等の分析、評価、研究を行うために、可視域から紫外域の光を試料に照射して分析を行うことが求められているが、このような分析装置は従来存在しなかった。プロセスルールが微細化されている現在では、分析のためには製造装置と同程度の高精度の光源装置が必要となるが、このような分析装置は従来存在しなかった。分析を行うために製造装置を転用して使用することが考えられるが、製造装置を転用、流用すると、分析のためのコストが非常に高くなるという問題があった。
【０００８】
したがって、昇温脱離分析法に替えて電子遷移誘起脱離法を採用することが考えられるが、従来の電子遷移誘起脱離の研究において、実験室レベルでは単波長の電子線を照射する研究しか行われておらず、光を照射する研究は実験室ではなくＳＰｒｉｎｇ８のような巨大な放射光施設で行われていた。前記電子遷移誘起脱離を発生させる極端紫外の光を発生させるには、極めて大型の放射光施設、具体的には、ＳＯＲ（シンクロトロン軌道放射光：Synchrotron Orbital Radiation）が必要であり、実験室レベルでは実現できていなかった。
【０００９】
しかしながら、試料表面から脱離する極微量物質の分析、研究には、巨大施設が提供するほどの光の出力を必要としない研究も数多く存在しており、それほど大きな出力はないが、実験室のように手元で実験ができる光励起脱離の分析装置が必要とされている。逆に、ＳＰｒｉｎｇ８のような大規模の放射光施設で得られるＳＯＲを使用すると、光強度が強すぎて試料を破損する恐れもあった。特に、試料表面に照射される光が、所定の単一波長の光に限定されると、実験の自由度等が制限されるため、様々な波長の光を照射可能な分析装置であることが望ましい。
前記従来技術（Ｊ02）では、分光器を操作して様々な波長の光を照射できるが、紫外線発生装置と分光器が別体に構成されているため、試料に照射される紫外線のパワーが十分確保できず、光励起脱離による分析を十分行うことができないという問題があった。
【００１０】
本発明は前記事情に鑑み、次の記載内容（Ｏ01），（Ｏ02）を技術的課題とする。
（Ｏ01）脱離成分を検出できる小型の光脱離分析装置を提供すること。
（Ｏ02）極端紫外域から可視域の広い波長域の光が照射可能な光脱離分析装置を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（本発明）
前記技術的課題を解決するために本発明の光脱離分析装置は、
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内を真空に排気する排気装置と、
前記真空チャンバ内に設置され、試料を保持する試料ホルダと、
前記真空チャンバに窓材を介して接続され且つ希ガスが収容された光発生部と、前記光発生部の希ガスにレーザー光を照射してプラズマを発生させて真空紫外域から可視域の光を発生させるレーザー光源装置と、前記光発生部で発生した光を分光する分光系、前記光発生部で発生した光を反射して前記分光系に集光する反射光学系および前記分光系により分光された単一波長の光を集光して前記試料に照射する集光光学系が一体的に構成された発光分光集光系とを有する光源装置と、
前記真空チャンバ内に配置され、光が照射された前記試料から脱離する物質を検出する質量分析計と、
を備えたことを特徴とする光脱離分析装置。
【００１２】
（用語の定義）
なお、本願明細書および特許請求の範囲において、「一体的に構成された発光分光集光系」は、１つの光発生部内に分光系、反射光学系および集光光学系が配置されていることを意味するものとする。
【００１３】
（本発明の作用）
前記構成要件を備えた本発明の光脱離分析装置では、排気装置により真空に排気される真空チャンバ内に設置された試料ホルダは、試料を保持する。光源装置のレーザー光源装置は、前記真空チャンバに窓材を介して接続され且つ希ガスが収容された光発生部の希ガスにレーザー光を照射してプラズマを発生させて真空紫外域から可視域の光を発生させる。前記光発生部に配置された反射光学系は、発生した光を反射して前記分光系に集光する。前記反射光学系により、レーザー集光点（プラズマ発生領域）に点光源を形成するようにした場合、分光効率を高めると共に、効率よく分光系に発生光を導くことができる。前記光発生部内に配置された分光系は、発生した光を分光する。前記に光源装置の光発生部内に配置された集光光学系は、前記分光系により分光された単一波長の光を集光して前記試料に照射する。前記真空チャンバ内に配置された質量分析計は、光が照射された前記試料から脱離する物質を検出する。
【００１４】
したがって、巨大な施設を必要とせず、実験室レベルで分析、評価が可能な小型で、真空紫外域から可視域の波長の光が照射可能な光脱離分析装置を提供することができる。
また、光発生部、反射光学系、分光系、集光光学系を光源装置内に一体的に配置し、一体として光源装置を構成している。また、光源装置は窓材を介して真空チャンバに接続されている。したがって、光の発生、集光、分光、照射、脱離の検出を一貫して系統的に設計することができるので、光源装置内で発生した光を、効率よく試料に照射することができる。この結果、実験、分析等で使用する上で十分な出力の光を得ることができる。
また、光源装置の集光光学系の集光点を窓材の近傍に形成することもでき、この場合には、窓材を小さくすることも出来るので迷光の侵入を防ぐことも出来る。
【００１５】
（発明の形態１）
発明の形態１の光脱離分析装置は、前記本発明において、
アルゴンにより構成された前記希ガス、
を備えたことを特徴とする。
（発明の形態１の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態１の光脱離分析装置では、希ガスとしてアルゴンガスを使用するので、真空紫外域から可視域の光を発生させることができる。
【００１６】
（発明の形態２）
発明の形態２の光脱離分析装置は、前記本発明または発明の形態１において、
回転軸を中心に回転可能に支持された回折格子により構成された前記分光系と、前記回折格子を回転させる分光系駆動装置と、を有し、前記回折格子を回転させることにより前記集光光学系に異なる波長の光を供給する前記光源装置と、
前記回折格子の駆動を制御して前記試料に照射される光の波長を連続的に変化させる分光系制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
（発明の形態２の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態２の光脱離分析装置では、分光系駆動装置は、回転軸を中心に回転可能に支持された回折格子により構成された前記回折格子を回転できる。分光系制御手段は、回折格子の駆動を制御して前記試料に照射される光の波長を連続的に変化させる（波長を走引する）。したがって、試料に照射される光の波長を連続的に変化させることができる。
【００１７】
（発明の形態３）
発明の形態３の光脱離分析装置は、前記本発明および発明の形態１、２のいずれかにおいて、
前記試料に照射される光の光路から離れた位置に配置され且つ、前記試料に近接して配置された前記質量分析計と、
前記質量分析計の駆動を制御して前記検出する質量数を連続的に変化させる質量分析計制御手段と、
（発明の形態３の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態３の光脱離分析装置では、前記質量分析計は、前記試料に照射される光の光路から離れた位置に配置され且つ、前記試料近傍に配置されて前記試料から脱離した物質を検出する。質量分析計制御手段は、前記質量分析計の駆動を制御して前記検出する質量数を連続的に変化させる（質量数を走引する）。したがって、前記真空チャンバ内の照射光を遮断せず且つ脱離物質が高濃度に飛行する位置で、極微量の脱離物質を高感度で検出することができる。
【００１８】
（発明の形態４）
発明の形態４の光脱離分析装置は、前記本発明および発明の形態１〜３のいずれかにおいて、
前記各光学系のＦ値が相互に一致するように一体的に構成された前記光源装置、
を備えたことを特徴とする。
（発明の形態４の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態４の光脱離分析装置では、前記光源装置が一体的に構成されるので少ない光学素子で容易にＦ値の一致した光学系を構成することが出来るので、効率よく光を試料に照射することができ、且つ、光源装置を小型に構成することが出来る。
【００１９】
（発明の形態５）
発明の形態５の光脱離分析装置は、前記本発明および発明の形態１〜４のいずれかにおいて、
前記集光光学系の１次光と２次光が重なる場合に、短波長の２次光を遮断する波長遮断フィルターを有する前記光源装置、
を備えたことを特徴とする。
（発明の形態５の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態５の光脱離分析装置では、波長遮断フィルターは、前記集光光学系の１次光と２次光が重なる場合に、短波長の２次光を遮断するので、２次光が試料に照射されることを防止できる。
【００２０】
（発明の形態６）
発明の形態６の光脱離分析装置は、前記本発明および発明の形態１〜５のいずれかにおいて、
前記真空チャンバ内で移動可能な前記試料ホルダと、
前記試料ホルダの位置を調整して、前記真空チャンバ内に導入された光の前記試料への入射角を調整する入射角調整装置と、
を備えたことを特徴とする。
（発明の形態６の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態６の光脱離分析装置では、入射角調整装置は、前記真空チャンバ内で移動可能な前記試料ホルダの位置を調整して、前記真空チャンバ内に導入された光の前記試料への入射角を調整する。したがって、前記真空チャンバ内に導入された光の前記試料への照射位置と入射角を調整することができる。
【発明の効果】
【００２１】
前述の本発明は、下記の効果（Ｅ01）〜（Ｅ04）を奏する。
（Ｅ01）脱離成分を検出できる小型の光脱離分析装置を提供することができる。
（Ｅ02）極端紫外域から可視域の広い波長域の光が照射可能な光脱離分析装置を提供することができる。
（Ｅ03）小型でありながら高感度の光脱離分析装置を提供することができる。
（Ｅ04）波長および質量数のいずれか一方の走引、または両方の同期的または非同期的走引が可能な光脱離分析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、矢印Ｘ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ，Ｚ，−Ｚで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の実施例１の光脱離分析装置の全体説明図である。
図１において、本発明の実施例１の光脱離分析装置Ｄは、光源装置Ｄ１と、光源装置Ｄ１の下方に配置された真空チャンバＤ２と、光源装置Ｄ１や真空チャンバＤ２内の部材の制御信号や出力信号の入出力を行って光脱離分析装置Ｄ全体の制御を行う全体制御装置Ｄ３とを有する。前記全体制御装置Ｄ３は、コンピュータ装置により構成された装置本体Ｄ３ａと、各種情報が表示されるディスプレイＤ３ｂと、入力装置Ｄ３ｃ（キーボードやマウス）とを有する。
【００２４】
前記光源装置Ｄ１は、内部に光発生室１ａが形成された光源装置本体１を有する。前記光源装置本体１には、光発生室（光発生部）１ａを真空状態に排気する第１排気ポンプＰ１がバルブＶ１を介して接続されている。また、光源装置本体１には、希ガス（光発生物質）であるアルゴン（Ａｒ）ガスを光発生室１ａ内に供給する希ガス供給装置（光発生物質供給装置）２がバルブＶ２を介して接続されている。したがって、第１排気ポンプＰ１により光発生室１ａを真空状態に排気した後、バルブＶ１を閉じて、希ガス供給装置２によりアルゴンガスを供給することで、光発生室１ａ内にアルゴンガスを封入することができる。なお、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、前記光発生室１ａに１ａｔｍ（気圧）のアルゴンガスが封入されるように設定されている。なお、アルゴンガスは封入でもよいが、0.01Ｌ／分から数Ｌ／分流しながら使用することによって、長時間安定な光発生を実現できる。
【００２５】
図２は実施例１の光源装置の光路の説明図である。
図１，図２において、前記光源装置本体１の側壁にはレーザー光導入窓１ｂが形成されており、レーザー光導入窓１ｂの外側には、レーザー光Ｌを照射するレーザー光源装置６と、集光レンズ７とが配置されている。実施例１のレーザー光源装置６は、従来公知のＮｄ：ＹＡＧレーザー光源装置により構成されており、照射されたレーザー光Ｌは集光レンズ７により集光され、レーザー光導入窓１ｂを通過して、光発生室１ａ内のプラズマ発生領域８に集光、照射される。プラズマ発生領域８のレーザー光Ｌの光軸Ｌ１の延長線上の光発生室１ａ内には、プラズマ発生領域８で吸収されず透過したレーザー光Ｌを吸収する光吸収体９が配置されている。なお、前記集光レンズ７をレーザー光導入窓１ｂと兼用して、導入窓１ｂを省略することも可能である。
したがって、プラズマ発生領域８に集光されたレーザー光によって、プラズマ発生領域８のアルゴンガスがプラズマ化され、真空紫外域から可視光域までの光が発生する。なお、アルゴンガスのプラズマ化により真空紫外域から可視光域までの光が発生することは、本願発明者らが発表した文献（Masanori KAKU, Takahiro YAMAMURA, Shoichi KUBODERA and Wataru SASAKI , Vacuum Ultraviolet Emission from a Laser-Produced Plasma , Surface Review and Letters , World Scientific Publishing Company , ２００２年 , 第９巻（Vol.9），第１号（No.1）， Ｐ６１５−６１９）に記載されており、従来公知である。
【００２６】
図１，図２において、プラズマ発生領域８の右上方には、プラズマ発生領域８で発生した光を反射するための反射光学系としての凹面鏡１１が固定支持されている。前記凹面鏡１１の左下方のプラズマ発生領域８を挟んだ位置には、凹面鏡１１からの光が照射される凹面状の回折格子（分光系）１２が配置されている。前記回折格子１２とプラズマ発生領域８との間には、使用波長に応じて２次回折光を遮断する波長遮断フィルターＦ１が配置されている。なお、前記波長遮断フィルターＦ１は、回折格子１２とプラズマ発生領域８との間に挿入されて２次回折光を遮断する光遮断位置と、回折格子１２とプラズマ発生領域８との間から離脱した離脱位置との間を移動可能に構成されており、図示しないフィルター制御装置により必要に応じて光遮断位置に移動可能に制御される。
【００２７】
前記回折格子１２は、回転軸１２ａを中心に回転可能に構成されており、導入された光を分光して特定の波長の光のみを取り出す。前記回折格子１２の回転軸１２ａには回折格子駆動装置１３が接続されており、前記全体制御装置Ｄ３からの制御信号に応じて、回折格子１２の回転位置を調整して、取り出される光の波長を調整する。なお、実施例１では、前記光の波長は１１０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲で連続的に走引可能に設定されている。
前記回折格子１２の右方には、回折格子１２で分光された所望の単一波長以外の波長の光と迷光を除去する第１の絞り１６ａが配置されている。前記第１の絞り１６ａの右方には、第１の絞り１６ａを通過した単一波長光を試料Ｓ表面に集光させる集光光学系１７が配置されている。前記集光光学系１７の下方には、第２の絞り１６ｂが配置されている。前記第２の絞り部材１６ｂの下方には、光源装置本体１の下端開口１ｃが形成されており、下端開口１ｃには蛇腹状の接続部材１８を介して光導出口形成部材１９が支持されている。前記光導出口形成部材１９には、光導出口１９ａが形成されている。
【００２８】
なお、実施例１では、反射光学系としての凹面鏡１１、回折格子１２及び集光光学系１７のＦ値（焦点距離を受光部の大きさ（有効口径）で割った値）が一致するように設計されている。また、実施例１の反射光学系１１は、焦点がプラズマ発生領域８に設定されており、プラズマ発生領域８（レーザー集光点）に点光源を形成することにより、分光効率を高めると共に、効率よく分光系に発生光を導く。さらに、回折格子１２および集光光学系１７の焦点は、それぞれ絞り１６ａ、１６ｂの位置に設定されている。
前記反射光学系（凹面鏡１１）、分光系１２、絞り１６ａ、１６ｂ、集光光学系１７等により実施例１の発光分光集光系（１１〜１７）が構成されている。また、実施例１では、プラズマ発生領域８および発光分光集光系（１１〜１７）が光発生部１ａ内に配置されており、一体的に構成されている。
【００２９】
図１において、前記真空チャンバＤ２は、チャンバ本体２１を有する。前記真空チャンバＤ２のチャンバ本体２１の上端部には、前記導出口形成部材１９に対応したフランジ部Ｄ２ａが形成されており、フランジ部Ｄ２ａには光導入口Ｄ２ｂが形成されている。前記フランジ部Ｄ２ａと前記光導出口１９との間には、窓材２０が配置されている。したがって、絞り１６ｂを通過した単一波長光は、窓材２０を介して真空チャンバＤ２に導入される。なお、集光系１７の集光点を窓材２０の位置になるように設計すると窓の大きさで絞り１６ｂを兼用することが出来る。なお、実施例１の窓材２０は、真空紫外域（１００ｎｍ程度〜）から可視域までの波長の光を透過可能なフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の窓材により構成されている。したがって、実施例１では真空チャンバＤ２は光発生室１ａに窓材２０を介して整合的に接続されている。
チャンバ本体２１には、第２排気ポンプ（排気装置）Ｐ２が接続されており、第２排気ポンプＰ２によりチャンバ本体２１内の試料室２１ａは超高真空状態に排気される。実施例１では、前記第２排気ポンプＰ２としてターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）を使用しており、チャンバ本体２１内は１０−７Ｐａ以下の超高真空に排気される。
【００３０】
前記チャンバ本体２１の上端部の光導入口Ｄ２ｂの下方には、試料台（試料ホルダ）２３が配置されている。試料台２３は、チャンバ本体２１に支持された固定部２３ａと、固定部に対して３軸方向に回転可能に支持され且つ上面に試料Ｓを保持する試料保持部２３ｂとを有する。すなわち、実施例１の試料台２３には、３軸回転機構が内蔵されている。前記試料保持部２３ｂは、試料台駆動装置（入射角調整装置）２４に接続されており、前記全体制御装置Ｄ３からの制御信号に応じて、試料保持部２３ｂの回転位置を調整して、試料Ｓの位置を調整する。なお、３軸回転機構は従来公知（例えば、特開平０５−２８１１６１号公報等参照）であり、種々の構成を採用可能である。また、前記試料保持部２３ｂの試料Ｓは、図示しない試料交換装置（例えば、特開平６−２７３３８３号公報に記載のロードロックチャンバを有する試料交換装置等参照）により交換される。
【００３１】
前記試料Ｓの斜め上方には、質量分析計２６が支持されている。実施例１の質量分析計２６のガス検出部２６ａは、前記照射光学系２２による光の光路から離れた位置で且つ試料Ｓの近傍位置に近接して配置されている。前記質量分析計２６は、全体制御装置Ｄ３に接続されており、検出された脱離物質（脱離ガス）の質量数を検出する。なお、質量分析計は、市販の質量分析計を使用可能であるため、詳細な説明は省略する。また、実施例１の質量分析計は、ガス検出部２６ａの先端部と試料Ｓとの距離が１０ｃｍ〜１５ｃｍ程度に近接させることが望ましい。
なお、実施例１の光源装置Ｄ１では、試料Ｓに照射される光の出力は０．１〜０．２［ｍＷ／ｃｍ２ｎｍ］に設定されている。
【００３２】
図３は実施例１の全体制御装置の制御部分が備えている各機能をブロック図（機能ブロック図）で示した図である。
図３において、全体制御装置Ｄ２の装置本体Ｄ３ａは、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うＩ／Ｏ（入出力インターフェース）、必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ハードディスクやＲＯＭ等に記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）、ならびにクロック発振器等を有している。
前記構成の全体制御装置Ｄ３は、前記ハードディスクやＲＯＭ等に記憶されたプログラム（アプリケーションプログラム）を実行することにより種々の機能を実現することができる。前記全体制御装置Ｄ３の測定プログラムＰの機能（制御手段）を以下に説明する。
【００３３】
図４は実施例１のディスプレイＤ３ｂに表示される画像の一例の説明図である。
Ｐ１：画像表示手段
画像表示手段Ｐ１は、入力装置Ｄ３ｃや質量分析計２６から入力された測定結果の信号等に応じて、ディスプレイ（情報表示画面）Ｄ３ｂに画像を表示する。図４において、実施例１の画像表示手段Ｐ１は、測定プログラムＰが起動されるとメイン画像３１をディスプレイＤ３ｂに表示し、エラーが発生すればエラー表示をする。図４のメイン画像３１は、計測結果が表示される計測結果表示欄３２と、試料に照射される光の波長の走引を開始する走引開始波長λ１が入力される走引開始波長入力欄３３と、試料に照射される光の波長の走引を終了する走引終了波長λ２が入力される走引終了波長入力欄３４と、質量分析計２６で測定する質量数の走引を開始する走引開始質量数Ｍ１が入力される走引開始質量数入力欄３５と、質量分析計２６で測定する質量数の走引を終了する走引終了質量数Ｍ２が入力される走引終了質量数入力欄３６と、光の照射が開始されてから質量分析計での測定を開始するまでの待ち時間（インターバル時間）ｔ１が入力されるインターバル時間入力欄３７と、光を照射して脱離したガスの質量数の測定を開始する計測開始アイコン３８と、測定プログラムＰを終了する終了アイコン３９と、試料台２３のＸ軸回りの回転角度が入力されるＸ軸回転角入力欄４１と、試料台２３のＹ軸回りの回転角度が入力されるＹ軸回転角入力欄４２と、試料台２３のＺ軸回りの回転角度が入力されるＺ軸回転角入力欄４３と、試料台２３の傾斜を実行する実行開始アイコン４４とを有する。なお、実施例１では、λ１≦λ２、Ｍ１≦Ｍ２、ｔ１≧０に設定可能に設計されている。したがって、照射する光の波長を固定して質量数を走引したい場合には、λ１＝λ２且つＭ１＜Ｍ２とすればよく、質量数を固定して照射する光の波長を走引したい場合には、λ１＜λ２且つＭ１＝Ｍ２とすればよい。また、インターバル時間は、使用される試料Ｓにより異なる脱離ガスの発生しやすさ等に応じて、状態が安定するまでの時間を設定可能であり、ｔ１＝０（待ち時間無し）とすることも可能である。
【００３４】
Ｐ２：設定値記憶手段
設定値記憶手段Ｐ２は、走引波長（走引開始波長λ１及び走引終了波長λ２）を記憶する走引波長記憶手段Ｐ２ａと、走引質量数（走引開始質量数Ｍ１および走引終了質量数Ｍ２）を記憶する走引質量数記憶手段Ｐ２ｂと、インターバル時間ｔ１を記憶するインターバル時間記憶手段Ｐ２ｃと、試料台回転角度（Ｘ軸回転角度、Ｙ軸回転角度、Ｚ軸回転角度）を記憶する試料台回転角度記憶手段Ｐ２ｄとを有し、測定で使用される各設定値λ１，λ２，Ｍ１，Ｍ２，ｔ１等を記憶する。
Ｐ３：レーザー光源装置制御手段
レーザー光源装置制御手段Ｐ３は、レーザー光源装置６の駆動を制御して、光発生室１ａのプラズマ発生領域８へのレーザー光Ｌの照射を制御する。即ち、光発生室１での光の発生を制御する。
【００３５】
Ｐ４：分光系制御手段
分光系制御手段Ｐ４は、前記分光系駆動装置１３を介して分光系（回折格子）１２の駆動を制御し、分光される光の波長を調整する。実施例１の分光系制御手段Ｐ４は、設定値記憶手段Ｐ２に記憶された走引開始波長λ１および走引終了波長λ２に応じて、回折格子１２の回転位置を調節して、照射する光の波長を走引開始波長λ１〜走引終了波長λ２の範囲を１ｎｍ刻みで波長を走引する（連続的に変化させる）。
Ｐ５：質量分析計制御手段
質量分析計制御手段Ｐ５は、インターバル時間計時タイマＴＭ１と測定結果記憶手段Ｐ５ａとを有し、質量分析計２６の駆動を制御して、質量分析を行う。実施例１の質量分析計制御手段Ｐ５は、設定値記憶手段Ｐ２に記憶された走引開始質量数Ｍ１および送信終了質量数Ｍ２に基づいて、走引開始質量数Ｍ１〜走引終了質量数Ｍ２の範囲で検出する質量数を走引し（連続的に変化させ）、質量分析計２６から送信された測定結果を受信する。
【００３６】
ＴＭ１：インターバル時間計時タイマ
インターバル時間計時タイマＴＭ１は、設定値記憶手段Ｐ２に記憶されたインターバル時間ｔ１がセットされ、インターバル時間ｔ１が経過するとタイムアップする。
Ｐ５ａ：測定結果記憶手段
測定結果記憶手段Ｐ５ａは、質量分析計２６から送信された測定結果を記憶する。
Ｐ６：試料台制御手段
試料台制御手段Ｐ６は、設定値記憶手段Ｐ２に記憶された試料台回転角度に応じて、試料台駆動装置２４を介して試料台２３を回転（傾斜）させる。
Ｐ７：フィルター制御手段
フィルター制御手段Ｐ７は、図示しないフィルター制御装置を制御して、波長遮断フィルターＦ１を光遮断位置と離脱位置との間で移動させる。実施例１のフィルター制御手段Ｐ７は、回折格子１２で分光後の単波長光の波長が遮断波長（実施例１では２００ｎｍ）より大きい場合に、遮断波長以下の高次回折光を遮断するために遮断位置に移動するように設定されている。例えば、照射される波長が３２０ｎｍの場合に、２次回折光である１６０ｎｍの波長の光を遮断する。
【００３７】
（フローチャートの説明）
（メインフローチャートの説明）
図５は実施例１の全体制御装置に組み込まれた測定プログラムのメインフローチャートである。
図５のフローチャートの各ＳＴ（ステップ）の処理は、装置本体Ｄ３ａのハードディスク等に記憶された測定プログラム（アプリケーションプログラム）に従って行われる。また、この処理は全体制御装置Ｄ３の他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
図５に示すフローチャートは全体制御装置Ｄ３において、測定プログラムが起動されたときに開始される。
【００３８】
図５のＳＴ１において、メイン画像３１をディスプレイＤ２ｂに表示して、ＳＴ２に進む。
ＳＴ２において、計測開始の入力がされたか否か、即ち、計測開始アイコン３８を選択する入力がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ３に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ４に進む。
ＳＴ３において、各設定値（走引開始波長λ１、走引終了波長λ２、走引開始質量数Ｍ１、走引終了質量数Ｍ２およびインターバル時間ｔ１）が各入力欄３３〜３７に入力されているか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ４に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ５に進む。
ＳＴ４において、未入力の設定値があることを告知するエラー画像をディスプレイＤ２ｂに表示する。そしてＳＴ２に戻る。
ＳＴ５において、各設定値に応じて波長の走引や質量数の走引を行って脱離ガスの質量数の計測を行う計測処理（後述する図６のサブルーチン参照）を実行し、ＳＴ２に戻る。
【００３９】
ＳＴ６において、試料台２３の傾斜実行の入力がされたか否か、即ち、傾斜実行アイコン４４を選択する入力がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ７に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ８に進む。
ＳＴ７において、設定値（各軸回転角度）に応じて試料台２３を回転させる（傾斜させる）。そして、ＳＴ２に戻る。
ＳＴ８において、計測プログラムＰを終了する入力がされたか否か、即ち、終了アイコン３９を選択する入力がされたか否かを判別する。ノー（Ｎ）の場合はＳＴ９に進み、イエス（Ｙ）の場合は計測プログラムＰを終了する。
ＳＴ９において、その他の入力（例えば、各入力欄３３〜３７および４１〜４３への入力）がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１０に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２に戻る。
ＳＴ１０において、入力に応じてメイン画像３１を更新する。そして、ＳＴ２に戻る。
【００４０】
（計測処理の説明）
図６は実施例１の計測処理のフローチャートであり、図５のＳＴ５のサブルーチンの説明図である。
図６のＳＴ１１において、レーザー光源装置６を駆動し、レーザー光Ｌの照射を開始する。そして、ＳＴ１２に進む。
ＳＴ１２において、設定値記憶手段Ｐ２に記憶された走引開始波長λ１に応じて、回折格子１２を駆動する。そして、ＳＴ１３に進む。
ＳＴ１３において、設定値記憶手段Ｐ２に記憶されたインターバル時間ｔ１をインターバル時間計時タイマＴＭ１にセットする。そして、ＳＴ１４に進む。
ＳＴ１４において、インターバル時間計時タイマＴＭ１がタイムアップしたか否かを判別する。即ち、インターバル時間ｔ１が経過したか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１５に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１４を繰り返す。
【００４１】
ＳＴ１５において、質量分析計を駆動して、走引開始質量数Ｍ１での脱離ガスの質量数の計測を開始する。そして、ＳＴ１６に進む。
ＳＴ１６において、現在計測中の質量数が走引終了質量数であるか否かを判別する。ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１７に進み、イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１８に進む。
ＳＴ１７において、質量分析計を制御して、検出する質量数を変更する。実施例１では、計測対象の質量数を１大きくする。そして、ＳＴ１６に戻る。
ＳＴ１８において、現在照射されている光の波長が走引終了波長λ２であるか否かを判別する。ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２０に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２３に進む。
【００４２】
ＳＴ１９において、回折格子１２を駆動して、分光される光の波長（照射される光の波長）を変更する。実施例１では、波長を１ｎｍ大きくする。そして、ＳＴ２０に進む。
ＳＴ２０において、変更後の波長は遮断波長より大きいか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ２１に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２２に進む。
ＳＴ２１において、波長遮断フィルターＦ１を遮断位置に移動させる。そして、ＳＴ１３に戻る。
ＳＴ２２において、波長遮断フィルターＦ１を離脱位置に移動させる。そして、ＳＴ１３に戻る。
ＳＴ２３において、次の処理（１）、（２）を実行して、計測処理を終了し、図５のメインフローチャートに戻る。
（１）計測結果を計測結果表示欄３２に表示する。
（２）各装置（レーザー光源装置６や回折格子１２、質量分析計２６等）の駆動を停止する。
【００４３】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、レーザー光源装置６から照射されたレーザーにより希ガスがプラズマ化され、光が発生する。発生した光は、反射光学系１１により反射され回折格子１２で分光され、真空紫外域から可視域のいずれかの単波長の光が真空チャンバＤ２内の試料Ｓに照射される。光が照射された試料Ｓからは、真空チャンバＤ２内に物質（汚染物質、付着物質等）が光化学反応により分解して脱離し、質量分析計２６で脱離した物質の検出できる。したがって、前記回折格子１２を所定の位置に保持し、特定の単波長光を試料Ｓに照射して、質量分析計２６の質量数を走引（スキャン）することで（ＳＴ１５〜ＳＴ１７参照）、特定の単波長の光を照射した場合における光脱離物質の同定を行うことができる。そして、前記回折格子１２を回転駆動して、試料Ｓに照射される光の波長を順次変更することで（ＳＴ１２，ＳＴ１８、ＳＴ１９参照）、異なる単波長の光を照射した場合における光脱離物質の同定を行うことができる。また、回折格子１２は、連続的に回転させることができるので、試料Ｓに照射される光の波長を連続的に変化させることができる。したがって、光の波長および質量数のいずれか一方または両方を走引して、計測を行うことができる。このため、物質の分解を、照射する光の波長で制御することにより、物質の同定なども可能になる。
【００４４】
さらに、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、光源装置Ｄ１の本体１に、プラズマ発生領域８や反射光学系（凹面鏡）１１、回折格子１２、集光光学系１７を一体的、一貫的に設計、配置することにより、プラズマ発生領域８での発光を効率よく取り出し、光脱離のために必要で十分な出力の光を試料Ｓに照射することができる。すなわち、実施例１の光脱分析装置Ｄでは、ＳＯＲに対して集光性や光強度が及ばないが、一貫的に設計、配置することで、実用的な光脱離分析装置を提供することができた。
したがって、光源装置Ｄ１としてレーザー励起プラズマ光源装置を使用した実施例１の光脱離分析装置Ｄにより、試料Ｓから光脱離した物質（脱離ガス）を検出し、分析、評価することができる。この結果、巨大な放射光施設を必要とせず、実験室レベルで使用可能な小型かつ低コストの光脱離分析装置Ｄにより、真空紫外域から可視域までの光を使用した光脱離による試料Ｓの分析等を行うことができる。
このため、例えば、試料としてのプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の蛍光体の寿命予測や、超寿命化のための基礎研究、或いは、製品の光劣化等の分析評価を実験室で行うことができる。特に、出力が強すぎる巨大な放射光施設の光を使用した場合に、出力が強すぎる光により試料Ｓが破損する恐れも低減することができる。
【００４５】
また、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、回折格子１２を制御することで、試料Ｓに照射する光の波長を連続的に調整することができる。この結果、１台の光脱離分析装置Ｄで、試料Ｓに様々な波長の光を照射でき、波長毎の分析、評価等もできる。
さらに、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、試料台２３に３軸回転機構が組み込まれているので、光の試料Ｓへの入射角を自由に調整でき、脱離ガスに方向性がある場合に、質量分析計２６のガス検出部２６ａで脱離ガスを効率的に検出できる。
また、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、質量分析計２６のガス検出部２６ａは、前記照射光学系２２による光の光路から離れた位置で且つ試料Ｓの近傍位置に近接して配置されているので、光の影響をほとんど受けずに脱離ガスを検出することができる。
【００４６】
さらに、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、凹面鏡１１と集光光学系１７のＦ値が一致しているので、最も効率よく光学系を構成することができる。一般に、Ｆ値が小さいほど多くの光を取り込むことができるが、複数の光学系が組み合わされる場合、最も大きいＦ値（即ち最も暗い光学系）によって全体の明るさが決まってしまう。したがって、実施例１のようにＦ値を一致させることにより、Ｆ値が異なる場合に高価で明るい光学系を使用しても暗い光学系に全体が影響を受けてしまったり、明るい光学系が余分な光を取り込んでしまい試料に単一波長の光を照射する場合に迷光（希望しない光）が照射されたりすることも防止でき、効率が悪くなることを防止できる。
【００４７】
さらに、実施例１の光源装置Ｄ１では、集光光学系１７の集光点が窓材２０の近傍に形成されているので、窓材２０を小さくすることも出来るので迷光の侵入をさらに低減できる。
また、光学系をそれぞれ独立に設計する場合に比べ、Ｆ値を合わせた光学系を一貫して設計することでバランスの良い明るい光学系を構成することができる。特に、実施例１の光源装置Ｄ１は、一体的に構成されるので少ない光学素子で容易にＦ値の一致した光学系を構成することもできる。したがって、実施例１の光源装置Ｄ１では、真空紫外領域でしかもＳＯＲに比べて微弱な光を扱うので、Ｆ値を合わせて効率の良い光学系を設計することにより、光のロスを低減することができ、効率よく光を試料に照射することができる。また、光学素子を減らすことができるので、光源装置Ｄ１を小型化でき、製作コストも抑えることができる。
【００４８】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ08）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、光源装置Ｄ１として、真空チャンバＤ２に固定支持された据え置き型の光源装置を例示したが、これに限定されず、特定の単波長の光を照射可能な複数の光源装置を交換可能な構成とすることも可能である。したがって、使用目的に合わせてアルゴンエキシマランプ、クリプトンエキシマランプ、キセノンエキシマランプ、低圧水銀ランプ等の光源を、交換することにより複数の波長の光を試料Ｓに照射するように構成することも可能である。
【００４９】
（Ｈ02）前記実施例において、分光系は回転可能な回折格子に限定されず、従来公知の任意の分光系を採用可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、３軸回転機構を内蔵した試料台を採用したがこれに限定されず、固定の試料台や、スライドテーブル等の任意の試料台を採用可能である。また、入射角の調整を試料台の３軸回転機構で行ったが、照射光学系に複数の反射鏡を設け、試料Ｓへの入射角を照射光学系で調整するように構成することも可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、試料台（試料ホルダ）２３に試料Ｓを加熱する構成（前記特許文献１等参照）を組み込んで、１台の分析装置で、光による脱離の分析と熱による脱離の分析とを実行可能とすることも可能である。
【００５０】
（Ｈ05）前記実施例において、波長遮断フィルターＦを配置する位置は光学系（１１〜１７）の光路上の任意の位置に変更可能である。また、フィルターＦは、照射される単波長に応じて複数のフィルターＦを準備しておき、適切なフィルターを波長遮断位置に移動させるように構成することも可能である。なお、波長遮断フィルターＦは設けることが望ましいが、省略することも可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、光学系１１〜１７のレンズや絞りの数は、例示した構成に限定されず、３つ以上のレンズとしたり絞りを１つにする等、設計に応じて任意に変更可能である。このとき、Ｆ値は合わせることが望ましいが、異なるＦ値の光学系を組み合わせることも可能である。
【００５１】
（Ｈ07）前記実施例において、表示画像３１は、仕様や設計等に応じて、任意に変更可能である。また、計測結果の表示方法も例示した３次元のグラフに限定されず、任意の形式の表示方法とすることが可能であり、ユーザが表示したいグラフの形式（折れ線グラフ、円グラフ、棒グラフ、散布図等）を設定可能とすることも可能である。
（Ｈ08）前記実施例において、波長および質量数のいずれか一方を固定した状態で他方を走引したが、これに限定されず、分析したい内容に応じて波長と質量数の両方を同時に走引させるように設計することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は本発明の実施例１の光脱離分析装置の全体説明図である。
【図２】図２は実施例１の光源装置の光路の説明図である。
【図３】図３は実施例１の全体制御装置の制御部分が備えている各機能をブロック図（機能ブロック図）で示した図である。
【図４】図４は実施例１のディスプレイＤ３ｂに表示される画像の一例の説明図である。
【図５】図５は実施例１の全体制御装置に組み込まれた測定プログラムのメインフローチャートである。
【図６】図６は実施例１の計測処理のフローチャートであり、図５のＳＴ５のサブルーチンの説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ａ…光発生部、
６…レーザー光源装置、
１１…反射光学系、
１２…回折格子、
１２ａ…回転軸、
１３…分光系駆動装置、
２２…照射光学系、
２３…試料ホルダ、
２４…ホルダ調整装置、
２６…質量分析計。
４２ａ…ガス流入路、
４２ｂ…ガス流出路、
４３…放電電極、
Ｄ…光脱離分析装置、
Ｄ１…光源装置、
Ｄ２…真空チャンバ、
Ｐ２…排気装置、
Ｓ…試料。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内に配置された試料表面に電磁波（光）を照射し、試料表面から光脱離した物質（脱離ガス）を検出して質量分析を行う脱離分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薬品処理や洗浄、蒸着等の複数の工程を経て製造される半導体チップの歩留まりを向上させるためには、半導体チップの分析、評価を行う必要がある。
半導体チップの評価を行うために、半導体試料に電磁波(光)や電子を照射し、試料から脱離する成分を分析する方法として、照射する波長の違いにより昇温脱離分析法や電子遷移誘起脱離法が知られている。
【０００３】
昇温脱離分析法は、赤外線を照射することにより、物質が赤外線を吸収し原子レベルでの振動が誘起され、その振動エネルギーが吸着エネルギーを超えたときに起こる脱離現象を観察する方法であり、具体的には、真空チャンバ内に配置された試料としての半導体チップを温度制御しながら加熱して、試料から脱離した微量の脱離ガスを質量分析計で計測して、試料の分析、評価を行う技術である。
このような昇温脱離分析技術として、下記の従来技術（Ｊ01）が従来公知である。
（Ｊ01）特許文献１（特開平６−２７３３８３号公報）記載の技術
特許文献１には、試料を支持する試料ステージの下から赤外線を照射して試料を加熱し、加熱された試料から脱離したガスを質量分析計で検出する技術が記載されている。
【０００４】
電子遷移誘起脱離法（DIET：Desorption Induced by Electronic Transitions）は、高い光子エネルギー（極端紫外光以下の短波長光子）の電磁波や電子線を固体試料表面に照射することにより、化学結合に寄与する電子を直接励起して化学結合を切断したときに起こる脱離現象を観察する方法である。
昇温脱離分析法は市販装置が存在しており、半導体やＰＤＰの汚染分析、材料の水素吸蔵量の分析に利用されている。一方、電子遷移誘起脱離法は、現実には、未だ研究レベルを脱しておらず、Ｓｐｒｉｎｇ８に代表される大規模な放射光施設で研究が進められている。
【０００５】
電子遷移誘起脱離法を利用して、実験室レベルで分析を行う技術として、下記の従来技術（Ｊ02）が公知である。
（Ｊ02）特許文献２（特開２００４−５３３１４号公報）記載の技術
特許文献２には、水銀ランプやキセノンランプ、エキシマランプ等の紫外線発生装置で発生した紫外線光を、窓材で仕切られた真空容器内の試料に照射し、発生した微量なガスを質量分析計で検出する技術が記載されている。また、特許文献２には、紫外線発生装置で発生した紫外線を分光器に導き、分光された単波長の紫外線を、試料に照射する技術も記載されている。さらに、前記分光器を操作して、照射する波長を連続的に変化させる技術も記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２７３３８３号公報
【特許文献２】特開２００４−５３３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（従来技術の問題点）
前記従来技術（Ｊ01）の昇温脱離分析法では、赤外域の波長の電磁波が照射され、加熱により物質を脱離させていた。この方法では、極微量の脱離成分を分析可能であるものの、試料表面のみならず、試料の内部に拡散した物質も同時に脱離するため、表面のみの汚染分析には困難が伴う。
また、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の蛍光体の寿命予測や、超寿命化のための基礎研究、或いは、製品の光劣化等の分析、評価、研究を行うために、可視域から紫外域の光を試料に照射して分析を行うことが求められているが、このような分析装置は従来存在しなかった。プロセスルールが微細化されている現在では、分析のためには製造装置と同程度の高精度の光源装置が必要となるが、このような分析装置は従来存在しなかった。分析を行うために製造装置を転用して使用することが考えられるが、製造装置を転用、流用すると、分析のためのコストが非常に高くなるという問題があった。
【０００８】
したがって、昇温脱離分析法に替えて電子遷移誘起脱離法を採用することが考えられるが、従来の電子遷移誘起脱離の研究において、実験室レベルでは単波長の電子線を照射する研究しか行われておらず、光を照射する研究は実験室ではなくＳＰｒｉｎｇ８のような巨大な放射光施設で行われていた。前記電子遷移誘起脱離を発生させる極端紫外の光を発生させるには、極めて大型の放射光施設、具体的には、ＳＯＲ（シンクロトロン軌道放射光：Synchrotron Orbital Radiation）が必要であり、実験室レベルでは実現できていなかった。
【０００９】
しかしながら、試料表面から脱離する極微量物質の分析、研究には、巨大施設が提供するほどの光の出力を必要としない研究も数多く存在しており、それほど大きな出力はないが、実験室のように手元で実験ができる光励起脱離の分析装置が必要とされている。逆に、ＳＰｒｉｎｇ８のような大規模の放射光施設で得られるＳＯＲを使用すると、光強度が強すぎて試料を破損する恐れもあった。特に、試料表面に照射される光が、所定の単一波長の光に限定されると、実験の自由度等が制限されるため、様々な波長の光を照射可能な分析装置であることが望ましい。
前記従来技術（Ｊ02）では、分光器を操作して様々な波長の光を照射できるが、紫外線発生装置と分光器が別体に構成されているため、試料に照射される紫外線のパワーが十分確保できず、光励起脱離による分析を十分行うことができないという問題があった。
【００１０】
本発明は前記事情に鑑み、次の記載内容（Ｏ01），（Ｏ02）を技術的課題とする。
（Ｏ01）脱離成分を検出できる小型の光脱離分析装置を提供すること。
（Ｏ02）極端紫外域から可視域の広い波長域の光が照射可能な光脱離分析装置を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（本発明）
前記技術的課題を解決するために本発明の光脱離分析装置は、
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内を真空に排気する排気装置と、
前記真空チャンバ内に設置され、試料を保持する試料ホルダと、
前記真空チャンバに窓材を介して接続され且つ希ガスが収容された光発生部と、前記光発生部の希ガスにレーザー光を照射してプラズマを発生させて真空紫外域から可視域の光を発生させるレーザー光源装置と、前記光発生部で発生した光を分光する分光系、前記光発生部で発生した光を反射して前記分光系に集光する反射光学系および前記分光系により分光された単一波長の光を集光して前記試料に照射する集光光学系が一体的に構成された発光分光集光系とを有する光源装置と、
前記真空チャンバ内に配置され、光が照射された前記試料から脱離する物質を検出する質量分析計と、
を備えたことを特徴とする光脱離分析装置。
【００１２】
（用語の定義）
なお、本願明細書および特許請求の範囲において、「一体的に構成された発光分光集光系」は、１つの光発生部内に分光系、反射光学系および集光光学系が配置されていることを意味するものとする。
【００１３】
（本発明の作用）
前記構成要件を備えた本発明の光脱離分析装置では、排気装置により真空に排気される真空チャンバ内に設置された試料ホルダは、試料を保持する。光源装置のレーザー光源装置は、前記真空チャンバに窓材を介して接続され且つ希ガスが収容された光発生部の希ガスにレーザー光を照射してプラズマを発生させて真空紫外域から可視域の光を発生させる。前記光発生部に配置された反射光学系は、発生した光を反射して前記分光系に集光する。前記反射光学系により、レーザー集光点（プラズマ発生領域）に点光源を形成するようにした場合、分光効率を高めると共に、効率よく分光系に発生光を導くことができる。前記光発生部内に配置された分光系は、発生した光を分光する。前記に光源装置の光発生部内に配置された集光光学系は、前記分光系により分光された単一波長の光を集光して前記試料に照射する。前記真空チャンバ内に配置された質量分析計は、光が照射された前記試料から脱離する物質を検出する。
【００１４】
したがって、巨大な施設を必要とせず、実験室レベルで分析、評価が可能な小型で、真空紫外域から可視域の波長の光が照射可能な光脱離分析装置を提供することができる。
また、光発生部、反射光学系、分光系、集光光学系を光源装置内に一体的に配置し、一体として光源装置を構成している。また、光源装置は窓材を介して真空チャンバに接続されている。したがって、光の発生、集光、分光、照射、脱離の検出を一貫して系統的に設計することができるので、光源装置内で発生した光を、効率よく試料に照射することができる。この結果、実験、分析等で使用する上で十分な出力の光を得ることができる。
また、光源装置の集光光学系の集光点を窓材の近傍に形成することもでき、この場合には、窓材を小さくすることも出来るので迷光の侵入を防ぐことも出来る。
【００１５】
（発明の形態１）
発明の形態１の光脱離分析装置は、前記本発明において、
アルゴンにより構成された前記希ガス、
を備えたことを特徴とする。
（発明の形態１の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態１の光脱離分析装置では、希ガスとしてアルゴンガスを使用するので、真空紫外域から可視域の光を発生させることができる。
【００１６】
（発明の形態２）
発明の形態２の光脱離分析装置は、前記本発明または発明の形態１において、
回転軸を中心に回転可能に支持された回折格子により構成された前記分光系と、前記回折格子を回転させる分光系駆動装置と、を有し、前記回折格子を回転させることにより前記集光光学系に異なる波長の光を供給する前記光源装置と、
前記回折格子の駆動を制御して前記試料に照射される光の波長を連続的に変化させる分光系制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
（発明の形態２の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態２の光脱離分析装置では、分光系駆動装置は、回転軸を中心に回転可能に支持された回折格子により構成された前記回折格子を回転できる。分光系制御手段は、回折格子の駆動を制御して前記試料に照射される光の波長を連続的に変化させる（波長を走引する）。したがって、試料に照射される光の波長を連続的に変化させることができる。
【００１７】
（発明の形態３）
発明の形態３の光脱離分析装置は、前記本発明および発明の形態１、２のいずれかにおいて、
前記試料に照射される光の光路から離れた位置に配置され且つ、前記試料に近接して配置された前記質量分析計と、
前記質量分析計の駆動を制御して前記検出する質量数を連続的に変化させる質量分析計制御手段と、
（発明の形態３の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態３の光脱離分析装置では、前記質量分析計は、前記試料に照射される光の光路から離れた位置に配置され且つ、前記試料近傍に配置されて前記試料から脱離した物質を検出する。質量分析計制御手段は、前記質量分析計の駆動を制御して前記検出する質量数を連続的に変化させる（質量数を走引する）。したがって、前記真空チャンバ内の照射光を遮断せず且つ脱離物質が高濃度に飛行する位置で、極微量の脱離物質を高感度で検出することができる。
【００１８】
（発明の形態４）
発明の形態４の光脱離分析装置は、前記本発明および発明の形態１〜３のいずれかにおいて、
前記各光学系のＦ値が相互に一致するように一体的に構成された前記光源装置、
を備えたことを特徴とする。
（発明の形態４の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態４の光脱離分析装置では、前記光源装置が一体的に構成されるので少ない光学素子で容易にＦ値の一致した光学系を構成することが出来るので、効率よく光を試料に照射することができ、且つ、光源装置を小型に構成することが出来る。
【００１９】
（発明の形態５）
発明の形態５の光脱離分析装置は、前記本発明および発明の形態１〜４のいずれかにおいて、
前記集光光学系の１次光と２次光が重なる場合に、短波長の２次光を遮断する波長遮断フィルターを有する前記光源装置、
を備えたことを特徴とする。
（発明の形態５の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態５の光脱離分析装置では、波長遮断フィルターは、前記集光光学系の１次光と２次光が重なる場合に、短波長の２次光を遮断するので、２次光が試料に照射されることを防止できる。
【００２０】
（発明の形態６）
発明の形態６の光脱離分析装置は、前記本発明および発明の形態１〜５のいずれかにおいて、
前記真空チャンバ内で移動可能な前記試料ホルダと、
前記試料ホルダの位置を調整して、前記真空チャンバ内に導入された光の前記試料への入射角を調整する入射角調整装置と、
を備えたことを特徴とする。
（発明の形態６の作用）
前記構成要件を備えた発明の形態６の光脱離分析装置では、入射角調整装置は、前記真空チャンバ内で移動可能な前記試料ホルダの位置を調整して、前記真空チャンバ内に導入された光の前記試料への入射角を調整する。したがって、前記真空チャンバ内に導入された光の前記試料への照射位置と入射角を調整することができる。
【発明の効果】
【００２１】
前述の本発明は、下記の効果（Ｅ01）〜（Ｅ04）を奏する。
（Ｅ01）脱離成分を検出できる小型の光脱離分析装置を提供することができる。
（Ｅ02）極端紫外域から可視域の広い波長域の光が照射可能な光脱離分析装置を提供することができる。
（Ｅ03）小型でありながら高感度の光脱離分析装置を提供することができる。
（Ｅ04）波長および質量数のいずれか一方の走引、または両方の同期的または非同期的走引が可能な光脱離分析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、矢印Ｘ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ，Ｚ，−Ｚで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の実施例１の光脱離分析装置の全体説明図である。
図１において、本発明の実施例１の光脱離分析装置Ｄは、光源装置Ｄ１と、光源装置Ｄ１の下方に配置された真空チャンバＤ２と、光源装置Ｄ１や真空チャンバＤ２内の部材の制御信号や出力信号の入出力を行って光脱離分析装置Ｄ全体の制御を行う全体制御装置Ｄ３とを有する。前記全体制御装置Ｄ３は、コンピュータ装置により構成された装置本体Ｄ３ａと、各種情報が表示されるディスプレイＤ３ｂと、入力装置Ｄ３ｃ（キーボードやマウス）とを有する。
【００２４】
前記光源装置Ｄ１は、内部に光発生室１ａが形成された光源装置本体１を有する。前記光源装置本体１には、光発生室（光発生部）１ａを真空状態に排気する第１排気ポンプＰ１がバルブＶ１を介して接続されている。また、光源装置本体１には、希ガス（光発生物質）であるアルゴン（Ａｒ）ガスを光発生室１ａ内に供給する希ガス供給装置（光発生物質供給装置）２がバルブＶ２を介して接続されている。したがって、第１排気ポンプＰ１により光発生室１ａを真空状態に排気した後、バルブＶ１を閉じて、希ガス供給装置２によりアルゴンガスを供給することで、光発生室１ａ内にアルゴンガスを封入することができる。なお、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、前記光発生室１ａに１ａｔｍ（気圧）のアルゴンガスが封入されるように設定されている。なお、アルゴンガスは封入でもよいが、0.01Ｌ／分から数Ｌ／分流しながら使用することによって、長時間安定な光発生を実現できる。
【００２５】
図２は実施例１の光源装置の光路の説明図である。
図１，図２において、前記光源装置本体１の側壁にはレーザー光導入窓１ｂが形成されており、レーザー光導入窓１ｂの外側には、レーザー光Ｌを照射するレーザー光源装置６と、集光レンズ７とが配置されている。実施例１のレーザー光源装置６は、従来公知のＮｄ：ＹＡＧレーザー光源装置により構成されており、照射されたレーザー光Ｌは集光レンズ７により集光され、レーザー光導入窓１ｂを通過して、光発生室１ａ内のプラズマ発生領域８に集光、照射される。プラズマ発生領域８のレーザー光Ｌの光軸Ｌ１の延長線上の光発生室１ａ内には、プラズマ発生領域８で吸収されず透過したレーザー光Ｌを吸収する光吸収体９が配置されている。なお、前記集光レンズ７をレーザー光導入窓１ｂと兼用して、導入窓１ｂを省略することも可能である。
したがって、プラズマ発生領域８に集光されたレーザー光によって、プラズマ発生領域８のアルゴンガスがプラズマ化され、真空紫外域から可視光域までの光が発生する。なお、アルゴンガスのプラズマ化により真空紫外域から可視光域までの光が発生することは、本願発明者らが発表した文献（Masanori KAKU, Takahiro YAMAMURA, Shoichi KUBODERA and Wataru SASAKI , Vacuum Ultraviolet Emission from a Laser-Produced Plasma , Surface Review and Letters , World Scientific Publishing Company , ２００２年 , 第９巻（Vol.9），第１号（No.1）， Ｐ６１５−６１９）に記載されており、従来公知である。
【００２６】
図１，図２において、プラズマ発生領域８の右上方には、プラズマ発生領域８で発生した光を反射するための反射光学系としての凹面鏡１１が固定支持されている。前記凹面鏡１１の左下方のプラズマ発生領域８を挟んだ位置には、凹面鏡１１からの光が照射される凹面状の回折格子（分光系）１２が配置されている。前記回折格子１２とプラズマ発生領域８との間には、使用波長に応じて２次回折光を遮断する波長遮断フィルターＦ１が配置されている。なお、前記波長遮断フィルターＦ１は、回折格子１２とプラズマ発生領域８との間に挿入されて２次回折光を遮断する光遮断位置と、回折格子１２とプラズマ発生領域８との間から離脱した離脱位置との間を移動可能に構成されており、図示しないフィルター制御装置により必要に応じて光遮断位置に移動可能に制御される。
【００２７】
前記回折格子１２は、回転軸１２ａを中心に回転可能に構成されており、導入された光を分光して特定の波長の光のみを取り出す。前記回折格子１２の回転軸１２ａには回折格子駆動装置１３が接続されており、前記全体制御装置Ｄ３からの制御信号に応じて、回折格子１２の回転位置を調整して、取り出される光の波長を調整する。なお、実施例１では、前記光の波長は１１０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲で連続的に走引可能に設定されている。
前記回折格子１２の右方には、回折格子１２で分光された所望の単一波長以外の波長の光と迷光を除去する第１の絞り１６ａが配置されている。前記第１の絞り１６ａの右方には、第１の絞り１６ａを通過した単一波長光を試料Ｓ表面に集光させる集光光学系１７が配置されている。前記集光光学系１７の下方には、第２の絞り１６ｂが配置されている。前記第２の絞り部材１６ｂの下方には、光源装置本体１の下端開口１ｃが形成されており、下端開口１ｃには蛇腹状の接続部材１８を介して光導出口形成部材１９が支持されている。前記光導出口形成部材１９には、光導出口１９ａが形成されている。
【００２８】
なお、実施例１では、反射光学系としての凹面鏡１１、回折格子１２及び集光光学系１７のＦ値（焦点距離を受光部の大きさ（有効口径）で割った値）が一致するように設計されている。また、実施例１の反射光学系１１は、焦点がプラズマ発生領域８に設定されており、プラズマ発生領域８（レーザー集光点）に点光源を形成することにより、分光効率を高めると共に、効率よく分光系に発生光を導く。さらに、回折格子１２および集光光学系１７の焦点は、それぞれ絞り１６ａ、１６ｂの位置に設定されている。
前記反射光学系（凹面鏡１１）、分光系１２、絞り１６ａ、１６ｂ、集光光学系１７等により実施例１の発光分光集光系（１１〜１７）が構成されている。また、実施例１では、プラズマ発生領域８および発光分光集光系（１１〜１７）が光発生部１ａ内に配置されており、一体的に構成されている。
【００２９】
図１において、前記真空チャンバＤ２は、チャンバ本体２１を有する。前記真空チャンバＤ２のチャンバ本体２１の上端部には、前記導出口形成部材１９に対応したフランジ部Ｄ２ａが形成されており、フランジ部Ｄ２ａには光導入口Ｄ２ｂが形成されている。前記フランジ部Ｄ２ａと前記光導出口１９との間には、窓材２０が配置されている。したがって、絞り１６ｂを通過した単一波長光は、窓材２０を介して真空チャンバＤ２に導入される。なお、集光系１７の集光点を窓材２０の位置になるように設計すると窓の大きさで絞り１６ｂを兼用することが出来る。なお、実施例１の窓材２０は、真空紫外域（１００ｎｍ程度〜）から可視域までの波長の光を透過可能なフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の窓材により構成されている。したがって、実施例１では真空チャンバＤ２は光発生室１ａに窓材２０を介して整合的に接続されている。
チャンバ本体２１には、第２排気ポンプ（排気装置）Ｐ２が接続されており、第２排気ポンプＰ２によりチャンバ本体２１内の試料室２１ａは超高真空状態に排気される。実施例１では、前記第２排気ポンプＰ２としてターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）を使用しており、チャンバ本体２１内は１０−７Ｐａ以下の超高真空に排気される。
【００３０】
前記チャンバ本体２１の上端部の光導入口Ｄ２ｂの下方には、試料台（試料ホルダ）２３が配置されている。試料台２３は、チャンバ本体２１に支持された固定部２３ａと、固定部に対して３軸方向に回転可能に支持され且つ上面に試料Ｓを保持する試料保持部２３ｂとを有する。すなわち、実施例１の試料台２３には、３軸回転機構が内蔵されている。前記試料保持部２３ｂは、試料台駆動装置（入射角調整装置）２４に接続されており、前記全体制御装置Ｄ３からの制御信号に応じて、試料保持部２３ｂの回転位置を調整して、試料Ｓの位置を調整する。なお、３軸回転機構は従来公知（例えば、特開平０５−２８１１６１号公報等参照）であり、種々の構成を採用可能である。また、前記試料保持部２３ｂの試料Ｓは、図示しない試料交換装置（例えば、特開平６−２７３３８３号公報に記載のロードロックチャンバを有する試料交換装置等参照）により交換される。
【００３１】
前記試料Ｓの斜め上方には、質量分析計２６が支持されている。実施例１の質量分析計２６のガス検出部２６ａは、前記照射光学系２２による光の光路から離れた位置で且つ試料Ｓの近傍位置に近接して配置されている。前記質量分析計２６は、全体制御装置Ｄ３に接続されており、検出された脱離物質（脱離ガス）の質量数を検出する。なお、質量分析計は、市販の質量分析計を使用可能であるため、詳細な説明は省略する。また、実施例１の質量分析計は、ガス検出部２６ａの先端部と試料Ｓとの距離が１０ｃｍ〜１５ｃｍ程度に近接させることが望ましい。
なお、実施例１の光源装置Ｄ１では、試料Ｓに照射される光の出力は０．１〜０．２［ｍＷ／ｃｍ２ｎｍ］に設定されている。
【００３２】
図３は実施例１の全体制御装置の制御部分が備えている各機能をブロック図（機能ブロック図）で示した図である。
図３において、全体制御装置Ｄ２の装置本体Ｄ３ａは、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うＩ／Ｏ（入出力インターフェース）、必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ハードディスクやＲＯＭ等に記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）、ならびにクロック発振器等を有している。
前記構成の全体制御装置Ｄ３は、前記ハードディスクやＲＯＭ等に記憶されたプログラム（アプリケーションプログラム）を実行することにより種々の機能を実現することができる。前記全体制御装置Ｄ３の測定プログラムＰの機能（制御手段）を以下に説明する。
【００３３】
図４は実施例１のディスプレイＤ３ｂに表示される画像の一例の説明図である。
Ｐ１：画像表示手段
画像表示手段Ｐ１は、入力装置Ｄ３ｃや質量分析計２６から入力された測定結果の信号等に応じて、ディスプレイ（情報表示画面）Ｄ３ｂに画像を表示する。図４において、実施例１の画像表示手段Ｐ１は、測定プログラムＰが起動されるとメイン画像３１をディスプレイＤ３ｂに表示し、エラーが発生すればエラー表示をする。図４のメイン画像３１は、計測結果が表示される計測結果表示欄３２と、試料に照射される光の波長の走引を開始する走引開始波長λ１が入力される走引開始波長入力欄３３と、試料に照射される光の波長の走引を終了する走引終了波長λ２が入力される走引終了波長入力欄３４と、質量分析計２６で測定する質量数の走引を開始する走引開始質量数Ｍ１が入力される走引開始質量数入力欄３５と、質量分析計２６で測定する質量数の走引を終了する走引終了質量数Ｍ２が入力される走引終了質量数入力欄３６と、光の照射が開始されてから質量分析計での測定を開始するまでの待ち時間（インターバル時間）ｔ１が入力されるインターバル時間入力欄３７と、光を照射して脱離したガスの質量数の測定を開始する計測開始アイコン３８と、測定プログラムＰを終了する終了アイコン３９と、試料台２３のＸ軸回りの回転角度が入力されるＸ軸回転角入力欄４１と、試料台２３のＹ軸回りの回転角度が入力されるＹ軸回転角入力欄４２と、試料台２３のＺ軸回りの回転角度が入力されるＺ軸回転角入力欄４３と、試料台２３の傾斜を実行する実行開始アイコン４４とを有する。なお、実施例１では、λ１≦λ２、Ｍ１≦Ｍ２、ｔ１≧０に設定可能に設計されている。したがって、照射する光の波長を固定して質量数を走引したい場合には、λ１＝λ２且つＭ１＜Ｍ２とすればよく、質量数を固定して照射する光の波長を走引したい場合には、λ１＜λ２且つＭ１＝Ｍ２とすればよい。また、インターバル時間は、使用される試料Ｓにより異なる脱離ガスの発生しやすさ等に応じて、状態が安定するまでの時間を設定可能であり、ｔ１＝０（待ち時間無し）とすることも可能である。
【００３４】
Ｐ２：設定値記憶手段
設定値記憶手段Ｐ２は、走引波長（走引開始波長λ１及び走引終了波長λ２）を記憶する走引波長記憶手段Ｐ２ａと、走引質量数（走引開始質量数Ｍ１および走引終了質量数Ｍ２）を記憶する走引質量数記憶手段Ｐ２ｂと、インターバル時間ｔ１を記憶するインターバル時間記憶手段Ｐ２ｃと、試料台回転角度（Ｘ軸回転角度、Ｙ軸回転角度、Ｚ軸回転角度）を記憶する試料台回転角度記憶手段Ｐ２ｄとを有し、測定で使用される各設定値λ１，λ２，Ｍ１，Ｍ２，ｔ１等を記憶する。
Ｐ３：レーザー光源装置制御手段
レーザー光源装置制御手段Ｐ３は、レーザー光源装置６の駆動を制御して、光発生室１ａのプラズマ発生領域８へのレーザー光Ｌの照射を制御する。即ち、光発生室１での光の発生を制御する。
【００３５】
Ｐ４：分光系制御手段
分光系制御手段Ｐ４は、前記分光系駆動装置１３を介して分光系（回折格子）１２の駆動を制御し、分光される光の波長を調整する。実施例１の分光系制御手段Ｐ４は、設定値記憶手段Ｐ２に記憶された走引開始波長λ１および走引終了波長λ２に応じて、回折格子１２の回転位置を調節して、照射する光の波長を走引開始波長λ１〜走引終了波長λ２の範囲を１ｎｍ刻みで波長を走引する（連続的に変化させる）。
Ｐ５：質量分析計制御手段
質量分析計制御手段Ｐ５は、インターバル時間計時タイマＴＭ１と測定結果記憶手段Ｐ５ａとを有し、質量分析計２６の駆動を制御して、質量分析を行う。実施例１の質量分析計制御手段Ｐ５は、設定値記憶手段Ｐ２に記憶された走引開始質量数Ｍ１および送信終了質量数Ｍ２に基づいて、走引開始質量数Ｍ１〜走引終了質量数Ｍ２の範囲で検出する質量数を走引し（連続的に変化させ）、質量分析計２６から送信された測定結果を受信する。
【００３６】
ＴＭ１：インターバル時間計時タイマ
インターバル時間計時タイマＴＭ１は、設定値記憶手段Ｐ２に記憶されたインターバル時間ｔ１がセットされ、インターバル時間ｔ１が経過するとタイムアップする。
Ｐ５ａ：測定結果記憶手段
測定結果記憶手段Ｐ５ａは、質量分析計２６から送信された測定結果を記憶する。
Ｐ６：試料台制御手段
試料台制御手段Ｐ６は、設定値記憶手段Ｐ２に記憶された試料台回転角度に応じて、試料台駆動装置２４を介して試料台２３を回転（傾斜）させる。
Ｐ７：フィルター制御手段
フィルター制御手段Ｐ７は、図示しないフィルター制御装置を制御して、波長遮断フィルターＦ１を光遮断位置と離脱位置との間で移動させる。実施例１のフィルター制御手段Ｐ７は、回折格子１２で分光後の単波長光の波長が遮断波長（実施例１では２００ｎｍ）より大きい場合に、遮断波長以下の高次回折光を遮断するために遮断位置に移動するように設定されている。例えば、照射される波長が３２０ｎｍの場合に、２次回折光である１６０ｎｍの波長の光を遮断する。
【００３７】
（フローチャートの説明）
（メインフローチャートの説明）
図５は実施例１の全体制御装置に組み込まれた測定プログラムのメインフローチャートである。
図５のフローチャートの各ＳＴ（ステップ）の処理は、装置本体Ｄ３ａのハードディスク等に記憶された測定プログラム（アプリケーションプログラム）に従って行われる。また、この処理は全体制御装置Ｄ３の他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
図５に示すフローチャートは全体制御装置Ｄ３において、測定プログラムが起動されたときに開始される。
【００３８】
図５のＳＴ１において、メイン画像３１をディスプレイＤ２ｂに表示して、ＳＴ２に進む。
ＳＴ２において、計測開始の入力がされたか否か、即ち、計測開始アイコン３８を選択する入力がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ３に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ４に進む。
ＳＴ３において、各設定値（走引開始波長λ１、走引終了波長λ２、走引開始質量数Ｍ１、走引終了質量数Ｍ２およびインターバル時間ｔ１）が各入力欄３３〜３７に入力されているか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ４に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ５に進む。
ＳＴ４において、未入力の設定値があることを告知するエラー画像をディスプレイＤ２ｂに表示する。そしてＳＴ２に戻る。
ＳＴ５において、各設定値に応じて波長の走引や質量数の走引を行って脱離ガスの質量数の計測を行う計測処理（後述する図６のサブルーチン参照）を実行し、ＳＴ２に戻る。
【００３９】
ＳＴ６において、試料台２３の傾斜実行の入力がされたか否か、即ち、傾斜実行アイコン４４を選択する入力がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ７に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ８に進む。
ＳＴ７において、設定値（各軸回転角度）に応じて試料台２３を回転させる（傾斜させる）。そして、ＳＴ２に戻る。
ＳＴ８において、計測プログラムＰを終了する入力がされたか否か、即ち、終了アイコン３９を選択する入力がされたか否かを判別する。ノー（Ｎ）の場合はＳＴ９に進み、イエス（Ｙ）の場合は計測プログラムＰを終了する。
ＳＴ９において、その他の入力（例えば、各入力欄３３〜３７および４１〜４３への入力）がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１０に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２に戻る。
ＳＴ１０において、入力に応じてメイン画像３１を更新する。そして、ＳＴ２に戻る。
【００４０】
（計測処理の説明）
図６は実施例１の計測処理のフローチャートであり、図５のＳＴ５のサブルーチンの説明図である。
図６のＳＴ１１において、レーザー光源装置６を駆動し、レーザー光Ｌの照射を開始する。そして、ＳＴ１２に進む。
ＳＴ１２において、設定値記憶手段Ｐ２に記憶された走引開始波長λ１に応じて、回折格子１２を駆動する。そして、ＳＴ１３に進む。
ＳＴ１３において、設定値記憶手段Ｐ２に記憶されたインターバル時間ｔ１をインターバル時間計時タイマＴＭ１にセットする。そして、ＳＴ１４に進む。
ＳＴ１４において、インターバル時間計時タイマＴＭ１がタイムアップしたか否かを判別する。即ち、インターバル時間ｔ１が経過したか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１５に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１４を繰り返す。
【００４１】
ＳＴ１５において、質量分析計を駆動して、走引開始質量数Ｍ１での脱離ガスの質量数の計測を開始する。そして、ＳＴ１６に進む。
ＳＴ１６において、現在計測中の質量数が走引終了質量数であるか否かを判別する。ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１７に進み、イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１８に進む。
ＳＴ１７において、質量分析計を制御して、検出する質量数を変更する。実施例１では、計測対象の質量数を１大きくする。そして、ＳＴ１６に戻る。
ＳＴ１８において、現在照射されている光の波長が走引終了波長λ２であるか否かを判別する。ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２０に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２３に進む。
【００４２】
ＳＴ１９において、回折格子１２を駆動して、分光される光の波長（照射される光の波長）を変更する。実施例１では、波長を１ｎｍ大きくする。そして、ＳＴ２０に進む。
ＳＴ２０において、変更後の波長は遮断波長より大きいか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ２１に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２２に進む。
ＳＴ２１において、波長遮断フィルターＦ１を遮断位置に移動させる。そして、ＳＴ１３に戻る。
ＳＴ２２において、波長遮断フィルターＦ１を離脱位置に移動させる。そして、ＳＴ１３に戻る。
ＳＴ２３において、次の処理（１）、（２）を実行して、計測処理を終了し、図５のメインフローチャートに戻る。
（１）計測結果を計測結果表示欄３２に表示する。
（２）各装置（レーザー光源装置６や回折格子１２、質量分析計２６等）の駆動を停止する。
【００４３】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、レーザー光源装置６から照射されたレーザーにより希ガスがプラズマ化され、光が発生する。発生した光は、反射光学系１１により反射され回折格子１２で分光され、真空紫外域から可視域のいずれかの単波長の光が真空チャンバＤ２内の試料Ｓに照射される。光が照射された試料Ｓからは、真空チャンバＤ２内に物質（汚染物質、付着物質等）が光化学反応により分解して脱離し、質量分析計２６で脱離した物質の検出できる。したがって、前記回折格子１２を所定の位置に保持し、特定の単波長光を試料Ｓに照射して、質量分析計２６の質量数を走引（スキャン）することで（ＳＴ１５〜ＳＴ１７参照）、特定の単波長の光を照射した場合における光脱離物質の同定を行うことができる。そして、前記回折格子１２を回転駆動して、試料Ｓに照射される光の波長を順次変更することで（ＳＴ１２，ＳＴ１８、ＳＴ１９参照）、異なる単波長の光を照射した場合における光脱離物質の同定を行うことができる。また、回折格子１２は、連続的に回転させることができるので、試料Ｓに照射される光の波長を連続的に変化させることができる。したがって、光の波長および質量数のいずれか一方または両方を走引して、計測を行うことができる。このため、物質の分解を、照射する光の波長で制御することにより、物質の同定なども可能になる。
【００４４】
さらに、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、光源装置Ｄ１の本体１に、プラズマ発生領域８や反射光学系（凹面鏡）１１、回折格子１２、集光光学系１７を一体的、一貫的に設計、配置することにより、プラズマ発生領域８での発光を効率よく取り出し、光脱離のために必要で十分な出力の光を試料Ｓに照射することができる。すなわち、実施例１の光脱分析装置Ｄでは、ＳＯＲに対して集光性や光強度が及ばないが、一貫的に設計、配置することで、実用的な光脱離分析装置を提供することができた。
したがって、光源装置Ｄ１としてレーザー励起プラズマ光源装置を使用した実施例１の光脱離分析装置Ｄにより、試料Ｓから光脱離した物質（脱離ガス）を検出し、分析、評価することができる。この結果、巨大な放射光施設を必要とせず、実験室レベルで使用可能な小型かつ低コストの光脱離分析装置Ｄにより、真空紫外域から可視域までの光を使用した光脱離による試料Ｓの分析等を行うことができる。
このため、例えば、試料としてのプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の蛍光体の寿命予測や、超寿命化のための基礎研究、或いは、製品の光劣化等の分析評価を実験室で行うことができる。特に、出力が強すぎる巨大な放射光施設の光を使用した場合に、出力が強すぎる光により試料Ｓが破損する恐れも低減することができる。
【００４５】
また、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、回折格子１２を制御することで、試料Ｓに照射する光の波長を連続的に調整することができる。この結果、１台の光脱離分析装置Ｄで、試料Ｓに様々な波長の光を照射でき、波長毎の分析、評価等もできる。
さらに、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、試料台２３に３軸回転機構が組み込まれているので、光の試料Ｓへの入射角を自由に調整でき、脱離ガスに方向性がある場合に、質量分析計２６のガス検出部２６ａで脱離ガスを効率的に検出できる。
また、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、質量分析計２６のガス検出部２６ａは、前記照射光学系２２による光の光路から離れた位置で且つ試料Ｓの近傍位置に近接して配置されているので、光の影響をほとんど受けずに脱離ガスを検出することができる。
【００４６】
さらに、実施例１の光脱離分析装置Ｄでは、凹面鏡１１と集光光学系１７のＦ値が一致しているので、最も効率よく光学系を構成することができる。一般に、Ｆ値が小さいほど多くの光を取り込むことができるが、複数の光学系が組み合わされる場合、最も大きいＦ値（即ち最も暗い光学系）によって全体の明るさが決まってしまう。したがって、実施例１のようにＦ値を一致させることにより、Ｆ値が異なる場合に高価で明るい光学系を使用しても暗い光学系に全体が影響を受けてしまったり、明るい光学系が余分な光を取り込んでしまい試料に単一波長の光を照射する場合に迷光（希望しない光）が照射されたりすることも防止でき、効率が悪くなることを防止できる。
【００４７】
さらに、実施例１の光源装置Ｄ１では、集光光学系１７の集光点が窓材２０の近傍に形成されているので、窓材２０を小さくすることも出来るので迷光の侵入をさらに低減できる。
また、光学系をそれぞれ独立に設計する場合に比べ、Ｆ値を合わせた光学系を一貫して設計することでバランスの良い明るい光学系を構成することができる。特に、実施例１の光源装置Ｄ１は、一体的に構成されるので少ない光学素子で容易にＦ値の一致した光学系を構成することもできる。したがって、実施例１の光源装置Ｄ１では、真空紫外領域でしかもＳＯＲに比べて微弱な光を扱うので、Ｆ値を合わせて効率の良い光学系を設計することにより、光のロスを低減することができ、効率よく光を試料に照射することができる。また、光学素子を減らすことができるので、光源装置Ｄ１を小型化でき、製作コストも抑えることができる。
【００４８】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ08）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、光源装置Ｄ１として、真空チャンバＤ２に固定支持された据え置き型の光源装置を例示したが、これに限定されず、特定の単波長の光を照射可能な複数の光源装置を交換可能な構成とすることも可能である。したがって、使用目的に合わせてアルゴンエキシマランプ、クリプトンエキシマランプ、キセノンエキシマランプ、低圧水銀ランプ等の光源を、交換することにより複数の波長の光を試料Ｓに照射するように構成することも可能である。
【００４９】
（Ｈ02）前記実施例において、分光系は回転可能な回折格子に限定されず、従来公知の任意の分光系を採用可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、３軸回転機構を内蔵した試料台を採用したがこれに限定されず、固定の試料台や、スライドテーブル等の任意の試料台を採用可能である。また、入射角の調整を試料台の３軸回転機構で行ったが、照射光学系に複数の反射鏡を設け、試料Ｓへの入射角を照射光学系で調整するように構成することも可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、試料台（試料ホルダ）２３に試料Ｓを加熱する構成（前記特許文献１等参照）を組み込んで、１台の分析装置で、光による脱離の分析と熱による脱離の分析とを実行可能とすることも可能である。
【００５０】
（Ｈ05）前記実施例において、波長遮断フィルターＦを配置する位置は光学系（１１〜１７）の光路上の任意の位置に変更可能である。また、フィルターＦは、照射される単波長に応じて複数のフィルターＦを準備しておき、適切なフィルターを波長遮断位置に移動させるように構成することも可能である。なお、波長遮断フィルターＦは設けることが望ましいが、省略することも可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、光学系１１〜１７のレンズや絞りの数は、例示した構成に限定されず、３つ以上のレンズとしたり絞りを１つにする等、設計に応じて任意に変更可能である。このとき、Ｆ値は合わせることが望ましいが、異なるＦ値の光学系を組み合わせることも可能である。
【００５１】
（Ｈ07）前記実施例において、表示画像３１は、仕様や設計等に応じて、任意に変更可能である。また、計測結果の表示方法も例示した３次元のグラフに限定されず、任意の形式の表示方法とすることが可能であり、ユーザが表示したいグラフの形式（折れ線グラフ、円グラフ、棒グラフ、散布図等）を設定可能とすることも可能である。
（Ｈ08）前記実施例において、波長および質量数のいずれか一方を固定した状態で他方を走引したが、これに限定されず、分析したい内容に応じて波長と質量数の両方を同時に走引させるように設計することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は本発明の実施例１の光脱離分析装置の全体説明図である。
【図２】図２は実施例１の光源装置の光路の説明図である。
【図３】図３は実施例１の全体制御装置の制御部分が備えている各機能をブロック図（機能ブロック図）で示した図である。
【図４】図４は実施例１のディスプレイＤ３ｂに表示される画像の一例の説明図である。
【図５】図５は実施例１の全体制御装置に組み込まれた測定プログラムのメインフローチャートである。
【図６】図６は実施例１の計測処理のフローチャートであり、図５のＳＴ５のサブルーチンの説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ａ…光発生部、
６…レーザー光源装置、
１１…反射光学系、
１２…回折格子、
１２ａ…回転軸、
１３…分光系駆動装置、
２２…照射光学系、
２３…試料ホルダ、
２４…ホルダ調整装置、
２６…質量分析計。
４２ａ…ガス流入路、
４２ｂ…ガス流出路、
４３…放電電極、
Ｄ…光脱離分析装置、
Ｄ１…光源装置、
Ｄ２…真空チャンバ、
Ｐ２…排気装置、
Ｓ…試料。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内を真空に排気する排気装置と、
前記真空チャンバ内に設置され、試料を保持する試料ホルダと、
前記真空チャンバに窓材を介して接続され且つ希ガスが収容された光発生部と、前記光発生部の希ガスにレーザー光を照射してプラズマを発生させて真空紫外域から可視域の光を発生させるレーザー光源装置と、前記光発生部で発生した光を分光する分光系、前記光発生部で発生した光を反射して前記分光系に集光する反射光学系および前記分光系により分光された単一波長の光を集光して前記試料に照射する集光光学系が一体的に構成された発光分光集光系とを有する光源装置と、
前記真空チャンバ内に配置され、光が照射された前記試料から脱離する物質を検出する質量分析計と、
を備えたことを特徴とする光脱離分析装置。
【請求項２】
アルゴンにより構成された前記希ガス、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光脱離分析装置。
【請求項３】
回転軸を中心に回転可能に支持された回折格子により構成された前記分光系と、前記回折格子を回転させる分光系駆動装置と、を有し、前記回折格子を回転させることにより前記集光光学系に異なる波長の光を供給する前記光源装置と、
前記回折格子の駆動を制御して前記試料に照射される光の波長を連続的に変化させる分光系制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光脱離分析装置。
【請求項４】
前記試料に照射される光の光路から離れた位置に配置され且つ、前記試料に近接して配置された前記質量分析計と、
前記質量分析計の駆動を制御して前記検出する質量数を連続的に変化させる質量分析計制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光脱離分析装置。
【請求項５】
前記各光学系のＦ値が相互に一致するように一体的に構成された前記光源装置、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光脱離分析装置。
【請求項６】
前記集光光学系の１次光と２次光が重なる場合に、短波長の２次光を遮断する波長遮断フィルターを有する前記光源装置、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光脱離分析装置。
【請求項７】
前記真空チャンバ内で移動可能な前記試料ホルダと、
前記試料ホルダの位置を調整して、前記真空チャンバ内に導入された光の前記試料への入射角を調整する入射角調整装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光脱離分析装置。
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内を真空に排気する排気装置と、
前記真空チャンバ内に設置され、試料を保持する試料ホルダと、
前記真空チャンバに窓材を介して接続され且つ希ガスが収容された光発生部と、前記光発生部の希ガスにレーザー光を照射してプラズマを発生させて真空紫外域から可視域の光を発生させるレーザー光源装置と、前記光発生部で発生した光を分光する分光系、前記光発生部で発生した光を反射して前記分光系に集光する反射光学系および前記分光系により分光された単一波長の光を集光して前記試料に照射する集光光学系が一体的に構成された発光分光集光系とを有する光源装置と、
前記真空チャンバ内に配置され、光が照射された前記試料から脱離する物質を検出する質量分析計と、
を備えたことを特徴とする光脱離分析装置。
【請求項２】
アルゴンにより構成された前記希ガス、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光脱離分析装置。
【請求項３】
回転軸を中心に回転可能に支持された回折格子により構成された前記分光系と、前記回折格子を回転させる分光系駆動装置と、を有し、前記回折格子を回転させることにより前記集光光学系に異なる波長の光を供給する前記光源装置と、
前記回折格子の駆動を制御して前記試料に照射される光の波長を連続的に変化させる分光系制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光脱離分析装置。
【請求項４】
前記試料に照射される光の光路から離れた位置に配置され且つ、前記試料に近接して配置された前記質量分析計と、
前記質量分析計の駆動を制御して前記検出する質量数を連続的に変化させる質量分析計制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光脱離分析装置。
【請求項５】
前記各光学系のＦ値が相互に一致するように一体的に構成された前記光源装置、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光脱離分析装置。
【請求項６】
前記集光光学系の１次光と２次光が重なる場合に、短波長の２次光を遮断する波長遮断フィルターを有する前記光源装置、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光脱離分析装置。
【請求項７】
前記真空チャンバ内で移動可能な前記試料ホルダと、
前記試料ホルダの位置を調整して、前記真空チャンバ内に導入された光の前記試料への入射角を調整する入射角調整装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光脱離分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２８６２（Ｐ２００８−２８６２Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７０８２６（Ｐ２００６−１７０８２６）
【出願日】平成１８年６月２１日（２００６．６．２１）
【出願人】（５０５０８８９８３）株式会社ＮＴＰ (5)
【出願人】（３９１０１６２５５）電子科学株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２１日（２００６．６．２１）
【出願人】（５０５０８８９８３）株式会社ＮＴＰ (5)
【出願人】（３９１０１６２５５）電子科学株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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