(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源、入口スリット（１０１）、静電セクション（１０４）、磁気セクション（１０５）、および少なくとも１つのイオン質量の同時検出のための手段（１０２）を備える２重集束を用いた磁気質量分析計（２００）であって、
・前記イオン源と前記静電セクション（１０４）の出口との間に設置され、イオンビームを、前記質量分析計（２００）の主軸上に集束させる第１の静電デバイス（２０１）と、
・前記磁気セクション（１０５）の下流に配設され、径方向電界であって、対象となる地点が前記軸から遠くなればなるほど高くなり、かつ、低い質量の側および高い質量の側のそれぞれの符号が反対である径方向電界を、長手方向対称平面内に生成する第２の静電デバイス（２２２）とを備え、
・前記静電セクション（１０４）は、＋Ｖｅ電圧が印加される外部電極（３４３）および−Ｖｅ電圧が印加される内部電極（３４４）を備える切頭球形静電セクションであり、前記外部電極（３４３）および前記内部電極（３４４）は、前記外部電極（３４３）の両側に配設されかつ電圧Ｖｅｘｔが印加される一対の外部平行板（３４１）、および、前記内部電極（３４４）の両側に配設されかつ電圧Ｖｉｎｔが印加される一対の内部平行板（３４２）をさらに備え、前記一対の内部および外部平行板（３４１、３４２）は前記第１の静電デバイス（２０１）を形成し、
前記外部および内部平行板（３４２、３４２）にそれぞれ印加される電圧Ｖｅｘｔ、Ｖｉｎｔは、軸上質量に相当するイオンビームが前記主軸上に常に集束されたままになるよう質量の分散を調節するために、または、軸外色収差を相殺するために、前記第２の静電デバイス（２２２）が作動されるたびに、同じ電圧差ΔＶだけ調整されることを特徴とする磁気質量分析計（２００）。
【請求項２】
前記第２の静電デバイス（２２２）は、前記質量分析計（２００）の主軸上に中心を持つ静電レンズおよび／または４重極および／または８重極であって、横断平面内でかつラジアル軸に垂直な軸上に位置するその北極および南極は電位Ｖでバイアスされ、前記北極および前記南極によって画定される軸に垂直な、ラジアル平面内に位置する軸上に位置するその東極および西極は電位−Ｖでバイアスされる、静電レンズおよび／または４重極および／または８重極を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気質量分析計（２００）。
【請求項３】
２次の収差を相殺する手段をさらに備え、前記手段は、
−収差ｘ／ｂｂと称す横断平面内の開口角度の２乗に比例する２次の収差を相殺する第１の６重極（２０２）と、
−収差ｘ／ｅｅと称すエネルギーの相対的な差の２乗に比例する２次の収差を相殺する第２の６重極（２１２）と、
−収差ｘ／ａｅと称すラジアル平面内の開口角度およびエネルギーの相対的な差に比例する２次の収差を相殺する第３の６重極（２１５）と、
−収差ｘ／ａａと称すラジアル平面内の開口角度の２乗に比例する２次の収差を相殺する第４の６重極（２２１）とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気質量分析計（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２重集束を用いた色消し磁気質量分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析計は、サンプルまたは分析物の構成分子の化学的構造が特徴付けられることを可能にするデバイスである。そのため、質量分析は、サンプルから、その分子重量またはその分子構造に関する情報を抽出するために、通常、数ピコモルのサンプルを必要とするだけである微小分析技法である。種々のタイプの質量分析計が存在し、その中で、飛行時間質量分析計、４重極質量分析計、および磁気質量分析計が主に留意される可能性がある。たとえば特に種々のタイプの質量分析計およびそれらの動作原理を紹介している１９６８年にＩｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ出版社から出版されたＪｏｈｎ  Ｒｏｂｏｚによる出版物、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓまたは、１９９７年にＬｉｐｐｉｎｃｏｔｔ−Ｒａｖｅｎによって出版されたＪ．Ｔｈｒｏｃｋ  Ｗａｔｓｏｎによる出版物、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙなどの一般的な出版物に対して参照が行われてもよい。磁気質量分析計は、さらに、単一集束を用いた分析計と２重集束を用いた分析計に分離される。質量分析計の光学特性に関連する理論的側面に関係する限り、１９８７年にＡｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓによって出版されたＨ．Ｗｏｌｌｎｉｋによる研究、Ｏｐｔｉｃｓ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓに対して参照が行われてもよい。
【０００３】
以下では、資格「光学的な（ｏｐｔｉｃａｌ）」は、そのより広い意味で受容されるものとして考えられ、ここではイオン光学に適用される。
【０００４】
１つの特定のタイプの質量分析は、一般に、「２次イオン質量分析(Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ)」という表現についての頭字語であるＳＩＭＳという名前で示される。この分析技法に固有の問題の１つは、質量分析計で加速されたイオンが大きなエネルギー分散を示すことである。質量分析計、特に大きなエネルギー分散を示すイオンを含むデバイスの色収差特性に関して、１９８７年にＪｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙによって出版されたＢｅｎｎｉｎｇｈｏｖｅｎ等による研究、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙに対して参照が行われてもよい。この出版物は、特に、ＳＩＭＳ技法を扱う。
【０００５】
本発明は、特に、ＳＩＭＳタイプの質量分析計の分野に入る。このタイプの分析計では、２次イオンの抽出のための原理が放出イオンのエネルギーの大きな分散をもたらすことが知られている。サンプルと磁気セクションとの間でＳＩＭＳタイプの質量分析計内に、静電セクションが有利には導入されてもよいことがさらに知られており、この静電セクションが、少なくとも１つの質量について質量分析計を色消しにするように設計されている。磁気セクションによって生成される磁界を変えることが一般に可能である。これは、たとえば磁界が電磁石によって生成される場合、電気励起を変えることによって容易に達成される。この場合、色消し性についての条件は、所与の質量ではなく、特定の軌道に関連する。この軌道が分析計の主軸と考えられる場合、分析計は、軸に関して色消性があり、軸から離れるまたは「軸外（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）」であると色消し性がないと言われる。
【０００６】
なおより詳細には、本発明は、「シングルコレクション（ｓｉｎｇｌｅ−ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）」と呼ばれる、換言すれば軸に沿って質量を測定できる分析計と、「マルチコレクション（ｍｕｌｔｉ−ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）」と呼ばれる、換言すればいくつかの質量を同時に測定できる分析計の両方に関する可能性がある。たとえば、質量分析計の焦点面内に複数のコレクタを配設することによっていくつかの質量を同時に測定することが可能である。軸上質量と異なる所与の質量の焦点で観測されるぼやけは、イオンのエネルギー分布が比較的広い場合、軸外色収差と呼ばれる。先の出版物に提示されるＨ．Ｗｏｌｌｎｉｋの表記を使用して、このぼやけは、式
Δ×１＝（ｘ／ｅｍ）×（ΔＥ／Ｅ）×（Ｍ１−Ｍ０）／Ｍ０
によって規定される収差係数ｘ／ｅｍによって特徴付けられてもよい。式中、Ｍ０は良好な色集束がそれについて存在する主軸上の質量であり、ΔＥはビームのエネルギー分散であり、Δ×１は質量Ｍ１の軌道が開口で集束される場所で形成されるぼやけである。
【０００７】
軸外質量分解能を改善するために、ぼやけΔ×１を減少させることが望ましい。このぼやけを減少させるために、目的は、係数ｘ／ｅｍを相殺することである。したがって、マルチコレクション質量分析計では、質量の良好な分解能を保証するために、種々の質量が、軸外色収差をなくすまたは大幅に減少させることができることが必要である。
【０００８】
軸上で色消し性であるように構築される種々のタイプの質量分析計が従来技術から知られている。これらのタイプの分析計の中で、ニアージョンソン（Ｎｉｅｒ−Ｊｏｈｎｓｏｎ）分析計が述べられてもよい。
【０００９】
従来技術から同様に知られているマッタウヘルツォク（Ｍａｔｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇ）分析計は、特に、磁石の出口面が入口点に整列することによって特徴付けられる。この特定の構成は、ある数の顕著な特性を使用可能にし、特に、色消し性が種々の質量について得られることを可能にする。しかし、質量分析計が質量の大きな分散を有することが非常に有利であることがあり、この場合、マッタウヘルツォク分析計は適さない。
【００１０】
質量の分解能を上げる目的で、２次の収差をなくすまたは減少させることが好ましいことがさらに知られている。静電セクションおよび磁気セクションなどの、主軸の周りに軸対称でない要素の質量分析計における使用が、２次の収差をもたらすことがここで思い起こされる。これらの収差は、定義上、集束プロセスによって補正されることができない。磁気セクションおよび静電セクションを備える質量分析計において４つのタイプの２次の収差が生成され、これらの２次の収差は、光学またはイオン光学の分野における使用に従って、ラジアル平面内の開口角度の２乗に比例するｘ／ａａで示す第１の収差、横断平面内の開口角度の２乗に比例するｘ／ｂｂで示す第２の収差、ラジアル平面内の開口角度およびエネルギーの相対的な差に比例するｘ／ａｅで示す第３の収差、およびエネルギーの相対的な差の２乗に比例するｘ／ｅｅで示す第４の収差で示される。
【００１１】
静電セクションおよび磁気セクションおよび他のイオン光学デバイスの各幾何学的パラメータが、４つの２次収差係数が互いに相殺されるように計算されてもよいことが知られている。たとえば、Ｈ．Ｍａｔｓｕｄａによる研究、Ｄｏｕｂｌｅ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  ｏｆ  ｓｅｃｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｏｍｅｔｒｙ  ａｎｄ  Ｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，１４（１９７４）に対して参照が行われてもよい。この出版物では、一組の非常に精密に確定された物理的および幾何学的パラメータを持つように設計された２重集束を用いた分析計が、特に提案されている。このタイプの解決策は、いくつかの欠点を有し、収差についての補正を調整する可能性は存在せず、また、計算が完全に正確でない場合、収差は、実際には相殺されない。
【００１２】
さらに、このタイプの分析計は、有利になることが望まれる性能仕様のタイプ、たとえば、軸上だけでの質量の非常に良好な分解能、または、マルチコレクションによって検出される全ての質量についての適度に良好な分解能に従って異なるように調整されることができない。最後に、このタイプの分析計は無収差（ｓｔｉｇｍａｔｉｃ）でなく、換言すれば、分析計の出口に、マスフィルタリングされた（ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ｉｎ  ｍａｓｓ）サンプル画像が表示されることを可能にするイオン顕微鏡機能を配設することは不可能である。
【００１３】
６重極が２次の収差を補正できることも知られている。たとえば、Ｗｏｌｌｎｉｋによる先の研究に対して参照が行われてもよい。６重極は、主軸の周りに配設され、かつ、＋Ｖまたは−Ｖの電位で交互にバイアスされた一組の６つの極である。
【００１４】
従来技術から知られている分析計、欧州特許出願公開第０１２４４４０号に記載されるような単一集束を用いた質量分析計または米国特許第４，６３８，１６０号に記載されるような２重集束を用いた質量分析計は、補正用静電６重極を装備する。収差を減少させるために静電６重極を導入する利点は、６重極の励起電圧を調整し、一方同時に、たとえば計数機構の上流に配設される分析計の出口スリットの縁部にわたるビームの走査、または、出口スリットの平面内のイオンビームの画像の、マイクロチャネルウェハなどのイオン−光子変換デバイス上への投影から生じる信号などの、スポットの鋭さに特有の信号を観測することによって、できる限り精密に収差補正を調整することが可能であることである。
【００１５】
無収差２重集束を用いた質量分析計では、ラジアル平面の画像と横断平面の画像との間の拡大の差が生成されない限り、上述した２次の第１および第２の収差ｘ／ａａおよびｘ／ｂｂを同時に相殺することが可能ではないことが知られているが、この拡大の差が、欧州特許出願公開第０４７３４８８号に記載されるような適切な手段で生成される場合、これらの２つの収差を同時に相殺することが可能であることも知られている。
【００１６】
１９９５年にＪｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙによって出版されたＥ．ｄｅ  Ｃｈａｍｂｏｓｔ等による文献、Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ  Ｈｉｇｈ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅ  Ｃａｍｅｒａ  ＩＭＳ１２７０、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，ＳＩＭＳＸに対して参照が行われてもよく、その文献では、入口スリットと静電セクションとの間に位置する６重極、磁気セクションの上流に位置する６重極、磁気セクションの下流に位置する６重極を用いて、上述した最初の３つの２次の収差ｘ／ａａ、ｘ／ｂｂ、およびｘ／ａｅが相殺される可能性があることが特に述べられている。この構成は、１０，０００程度の質量の分解能についての透過がかなり改善されることを可能にする。しかし、２次の第４の収差ｘ／ｅｅは相殺されず、２０，０００より大きな質量の分解能が必要とされるときに重大な欠点を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の１つの目的は、軸外色収差と共に４つの２次の収差を大幅に減少させる一方、同時に、質量の分散の調節、たとえば、モバイルコレクタの移動を低減するため焦点面上に質量を集中させるための質量の分散の減少、またはマルチコレクションシステムを用いて密接に離間した質量を測定できるための質量の分散の増加を可能にするための解決策を提供することによって少なくとも上述した欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このために、本発明の主題は、イオン源、入口スリット、静電セクション、磁気セクション、および少なくとも１つのイオン質量の同時検出のための手段を備える２重集束（ｄｏｕｂｌｅ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）を用いた磁気質量分析計であり、磁気質量分析計は、
・イオン源と静電セクションの出口との間に設置され、イオンビームを、質量分析計の主軸上に集束させる第１の静電デバイスと、
・磁気セクションの下流に配設され、径方向電界であって、対象となる地点が軸から遠くなればなるほど高くなり、また、低い質量の側および高い質量の側のそれぞれの符号が反対である、径方向電界を、長手方向対称平面内に生成する第２の静電デバイスとを備え、
・静電セクションは、＋Ｖｅ電圧が印加される外部電極および−Ｖｅ電圧が印加される内部電極を備える切頭球形静電セクションであり、外部電極および内部電極は、外部電極の両側に配設されかつ電圧Ｖｅｘｔが印加される一対の外部平行板、および、内部電極の両側に配設されかつ電圧Ｖｉｎｔが印加される一対の内部平行板をさらに備え、前記一対の内部および外部平行板は第１の静電デバイスを形成し、
外部および内部平行板にそれぞれ印加される電圧Ｖｅｘｔ、Ｖｉｎｔは、軸上質量に相当するイオンビームが主軸上に常に集束されたままになるように質量の分散を調節するために、または、軸外色収差（ｏｆｆ−ａｘｉｓ  ｃｈｒｏｍａｔｉｓｍ）を相殺するために、第２の静電デバイスが作動されるたびに、同じ電圧差ΔＶだけ調整されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の一実施形態では、磁気質量分析計は、第２の静電デバイスが、質量分析計の主軸上に中心を持つ静電レンズおよび／または４重極および／または８重極であって、横断平面内でかつラジアル軸に垂直な軸上に位置するその北極および南極は電位Ｖでバイアスされ、北極および南極によって画定される軸に垂直な、ラジアル平面内に位置する軸上に位置するその東極および西極は電位−Ｖでバイアスされる、静電レンズおよび／または４重極および／または８重極を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の一実施形態では、磁気質量分析計は、第１の静電デバイスが、スティグメータ（ｓｔｉｇｍｔｏｒ）として作動されるレンズおよび／または４重極および／または多重極を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の一実施形態では、質量分析計は、２次の収差を相殺する手段をさらに備え、前記手段は、
−ｘ／ｂｂの２次の収差を相殺する第１の６重極と、
−ｘ／ｅｅの２次の収差を相殺する第２の６重極と、
−ｘ／ａｅの２次の収差を相殺する第３の６重極と、
−ｘ／ａａの２次の収差を相殺する第４の６重極と
を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明の他の特徴および利点は、例として提示される説明を読むことによって、また、添付図面に関して明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術から知られている軸上色消し磁気質量分析計の略図である。
【図２】本発明による磁気質量分析計の一例の全体組立て図である。
【図３ａ】本発明による磁気質量分析を装備するデバイスのための１つの好ましい実施形態を示す図である。
【図３ｂ】本発明による磁気質量分析を装備するデバイスのための１つの好ましい実施形態を示す図である。
【図３ｃ】本発明による磁気質量分析を装備するデバイスのための１つの好ましい実施形態を示す図である。
【図３ｄ】本発明による磁気質量分析を装備するデバイスのための１つの好ましい実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、従来技術から知られている軸上色消し磁気質量分析計を略図によって示す。
【００２５】
磁気質量分析計１００は、ラジアル平面内の断面を通して示される。質量分析計１００は、入口スリット１０１および出口スリット１０２を備える。ダイヤフラム１０３が、入口スリット１０１の下流に位置する。静電セクション１０４は、ダイヤフラム１０３の下流に位置する。磁気セクション１０５は、静電セクション１０４の下流に配設される。光学デバイス１０６は、静電セクション１０４と磁気セクション１０５との間に位置する。
【００２６】
ラジアル平面は、入口スリット１０１の大きな寸法に垂直でかつ質量分析計１００の主軸を含む質量分析計の対称平面として画定されることが最初に思い起こされる。所与の地点で、横断平面は、ラジアル平面に垂直でありまた同様に質量分析計１００の主軸を含む平面として画定される。
【００２７】
明確にするために、質量分析計自体は、入口スリット１０１の下流に位置し、入口スリット１０１までのイオン化デバイスおよびイオンビーム形成デバイスは図に示されないことが考えられる。同様に、出口スリット１０２の下流に位置する収集および測定デバイスは示されない。
【００２８】
ラジアル平面において、イオンビームの開口角度θは、ａで示される。図に示されない横断平面におけるイオンビームの開口角度はｂで示される。
【００２９】
図に示す質量分析計は、ニアージョンソン分析計である。このタイプの分析計は、軸上色消し質量分析計の一例である。質量分析計１００の物理的および幾何学的特徴の特定の構成は、質量の所与の分解能を用いて所与の質量の軸における測定を可能にする。
【００３０】
図２は、本発明による磁気質量分析計の一例の全体組立て図を示す。
【００３１】
磁気質量分析計２００は、入口スリット１０１、明確にするために図に示されない複数のコレクタに向かうイオンビームをフィルタリングするように設計された複数の出口スリット１０２を備える。磁気質量分析計２００はまた、第１のダイヤフラム１０３、静電セクション１０４、および磁気セクション１０５を備える。磁気質量分析計２００はさらに、静電セクション１０４の上流で入口スリット１０１の下流に位置する第１の静電デバイス２０１、および、第１の静電デバイス２０１の下流でかつダイヤフラム１０３の上流にある第１の６重極２０２を備える。
【００３２】
静電セクション１０４の下流でかつ磁気セクション１０５の上流で、質量分析計２００は、直列に、第１の光学デバイス２１１、第２の６重極２１２、第２のダイヤフラム２１３、第２の光学デバイス２１４、第３の６重極２１５、および第３の光学デバイス２１６を備える。
【００３３】
磁気セクション１０５の下流でかつ出口スリット１０２の上流で、質量分析計２００は、直列に、第４の６重極２２１および第２の静電デバイス２２２を備える。
【００３４】
もちろん、ここで提示される構成は、例として与えられることが呼び起され、当業者は、複数の等価な構成を想定してもよく、光学および静電デバイスは、軸対称レンズ、ラジアル平面および横断平面でそれぞれ可変効率の異方性レンズを特に備えうる静電イオン光学システム、または、２重集束を用いた質量分析計で一般に使用されるデバイスなどの、軸上色消し性が得られることを可能にする多重極、またはさらに、たとえばＥ．ｄｅ  Ｃｈａｍｂｏｓｔ等による上述した出版物に記載されるように、横断平面内の軌道が異なるように同様に処理されることを可能にする多重極としてより広い意味で考えられるべきである。
【００３５】
入口スリット１０１と静電セクション１０４の出口との間、磁気セクション１０５と出口スリット１０２との間にそれぞれ位置する、第１の静電デバイス２０１と第２の静電デバイス２２２との間での組合せが存在し、質量の分散を調節する問題と軸外色収差をなくす問題の両方が解決されることを可能にする。両方の場合、アクティブであるのは第２の静電デバイス２２２であるが、第２の静電デバイス２２２が検出平面内で入口スリット１０１の画像の焦点ずれ（ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）を生成するため、この効果は、第１の静電デバイス２０１によって補償されなければならない。第１の静電デバイス２０１は、軌道が質量的に分散する領域または軌道がエネルギー的に分散する領域に配置されてはならない。
【００３６】
軸外色収差ｘ／ｅｍを相殺するために、本発明の考えは、集束デバイス−第２の静電デバイス２２２−を、軌道が質量的に分散する場所、換言すれば、磁気セクション１０５と出口スリット１０２との間に部分的に配設することである。第２の静電デバイス２２２は、必然的に中心に比べて周辺の周りでより効率が高く、その収束（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）は、必然的に粒子のエネルギーに反比例する。換言すれば、こうしたデバイスは、軌道の変位
Δｘ＝Ｋ＊（ΔＥ／Ｅ）＊（Ｍ１−Ｍ０）／Ｍ０
を生成する。
【００３７】
これは、軸外色収差と反対になるように適切に調整される必要があるだけである。この調整は、たとえば、適した計算プログラムによって、または、エネルギーのシフトから生じるビームの鋭さまたはビームの変位が特徴付けられることを可能にする適切な測定によって実行されてもよい。この計算に適合するプログラムの中で、「ＩＳＩＯＳ：ａ  ｐｒｏｇｒａｍ  ｔｏ  ｃａｌｃｕｌａｔｅ  ｉｍｐｅｒｆｅｃｔ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒ．ａｎｄ  Ｍｅｔｈ．ｉｎ  Ｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．３６３，ｎ°１，１９９５，ｐｐ．４１６−４２２）の中でＭ．Ｉ．Ｙａｖｏｒ，Ａ．Ｓ．Ｂｅｒｄｎｉｋｏｖによって述べられるＩＳＩＯＳ、または、「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  ＧＩＯＳ  ａｎｄ  ＣＯＳＹ（ＡＩＰ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｅｄ．Ｃ．Ｅｍｉｎｈｉｚｅｒ，Ｖｏｌ．１７７（１９８８），ｐｐ．７４−７５）の中でＨ．Ｗｏｌｌｎｉｋ等によって述べられるＧＩＯＳが述べられてもよい。
【００３８】
問題が、軸外収差を減少させることではなく、質量の分散を調節することであるとき、この同じ静電デバイス２２２は、異なる励起を用いて使用される、換言すれば、異なる電圧でバイアスされてもよい。
【００３９】
両方の場合、換言すれば、軸外色収差を相殺する問題および質量の分散を調節する問題では、好ましくない２次効果は、入口スリットの画像の平面の変位である。この好ましくない２次効果は、第１の静電デバイス２０１によって補償され、対象となるイオンの質量がどれだけであっても、軌道に同じ影響を及ぼす。
【００４０】
磁気セクション１０５の下流の第２の静電デバイス２２２は、軸に垂直な平面内で、対象となる地点が軸から遠くなればなるほど増加する電界を生成する。この電界は、場所−低い質量の側または高い質量の側−に応じて反対の符号である。これらの静電手段は、軸上に中心を持つ静電レンズ、換言すれば、印加電圧によってバイアスされた一連の軸対称電極でありうる。これらの静電手段はまた、反対極の対のうちの１つの対を含む平面が分析計のラジアル平面を含むような４重極デバイスであってよい。これらの静電手段はまた、ＯｘおよびＯｙ軸上に位置する極が４重極として励起され、対角線上の極がゼロに設定される８重極であってよい。
【００４１】
入口スリット１０１と静電セクション１０４の出口との間に位置する静電手段は、磁石と検出器との間に位置するデバイスの作動によって乱される開口における集束を再編成するように設計される。
【００４２】
全ての色収差を相殺するために、本発明は、一組の賢明な方法で位置決めされた４つの６重極と、ラジアル平面および横断平面におけるビームの相対的拡大が、２つの端部６重極間で、すなわち第１の６重極２０２と第４の６重極２２１との間で修正されることを可能にするシステムの両方を提供する。
【００４３】
図の例で入口スリット１０１と静電セクション１０４との間に配設される第１の６重極２０２は、２次の第２の収差ｘ／ｂｂの相殺に専用である。
【００４４】
磁気セクション１０５と出口スリット１０２がその上に位置する検出平面との間に配設される第４の６重極２２１は、２次の第１の収差ｘ／ａａの相殺に専用である。
【００４５】
エネルギーにおけるスリットを形成する第２のダイヤフラム２１３の近くに配設される第２の６重極２１２は、２次の第４の収差ｘ／ｅｅの相殺に専用である。
【００４６】
第２のダイヤフラム２１３と磁気セクション１０５との間に配設される第３の６重極２１５は、２次の第３の収差ｘ／ａｅの相殺に専用である。
【００４７】
特に光学デバイス２１１、２１４、および２１６を備える、ラジアル平面および横断平面内での拡大が変更されることを可能にするシステムは、たとえば、上述した欧州特許出願公開第０４７３４８８号に記載されるシステムであってよい。
【００４８】
図３ａは、本発明による磁気質量分析計２００の磁気セクション１０５のための１つの好ましい実施形態を示す。
【００４９】
質量分析計の構造は、たとえばニアージョンソンタイプである。磁気セクション１０５は、主軸上で９０°の角度でイオンの軌道の偏向を生成する。磁気セクション１０５では、主軸上のイオンの軌道は、５８５ｍｍに等しい曲率半径を示す。磁気セクション１０５の入口および出口面３０１および３０２は、軸に垂直な平面に関して２７°の角度に対向して、従来技術自体から知られている構成に従って、磁気セクション１０５に無収差特性を与える。主軸上の質量の焦点は、磁気セクション１０５の出口から１２２０ｍｍの距離に位置する。
【００５０】
図３ｂは、第２の静電デバイス２２２のための１つの好ましい実施形態を示す。３つの異なる質量Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２について３つの異なる軌道が示される。Ｍ０は、主軸上の質量である。正接平面Ｐも示され、この平面Ｐは、種々の質量Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２がそこに集束される表面に対する近似である。
【００５１】
図３ｃは、第２の静電デバイス２２２を形成する８重極の例の好ましい実施形態の斜視図を示す。８重極２２２は、主軸の周りに配設された８つの円柱バーによって形成された８つの極、北、北−東、東、南−東、南、南−西、西、および北−西を備える。北−南軸は、ラジアル平面に垂直であり、横断平面内に位置する。東−西軸は、北−南軸に垂直であり、ラジアル平面内に位置する。
【００５２】
たとえば、１００ｍｍ深さの８重極２２２が、質量Ｍ０の焦点の上流４６０ｍｍに配設されうる。８重極の８つの極は、７５ｍｍに等しい半径を持つ円上に位置しうる。円柱極の直径は、約３０ｍｍでありうる。正イオンの軌道を圧縮し、質量の分散を減少させることが所望される場合、８重極の北−西、北−東、南−東、および南−西の極は、０ボルトで、東および西の極は正電位＋Ｖで、北および南極は電位−Ｖで励起されうる。
【００５３】
例として述べた上述した特定の幾何形状の場合、軸外色収差を相殺する電圧Ｖの典型的な値は、１０ｋｅＶのイオン運動エネルギーについて３００ボルトである。色収差の補償と同時に、極に対する電圧の印加は、質量的に分散した軌道を密接にさせる（ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ）効果を持ち、したがって、質量の分散を、通常２／３倍だけ減少させる。
【００５４】
８重極ではなく、静電レンズ、換言すれば、たとえば８重極と同じ内径のアクティブ電極を有するアインツェル（Ｅｉｎｚｅｌ）レンズとして知られるレンズが使用される場合、同じ効果が得られうる。通常、イオンの加速電圧の半分程度の電圧が、アクティブ電極に印加されなければならず、その電圧は、オフアクイス色収差の相殺に加えて、約２／３倍だけの質量の分散を減少させる効果も有する。
【００５５】
先に提示した２つの場合に、第２の静電デバイス２２２によって導入されるさらなる収束は、入口スリット１０１の開口における集束を出口スリット１０２の平面内で乱す。この現象を補償するために、ビームが質量的にも分散せず、エネルギー的にも分散しない領域に位置する集束デバイスが作動される必要がある。
【００５６】
本発明の１つの好ましい実施形態では、スティグメータ機能は、図３ｄに示すように静電セクション１０４に一体化されうる。
【００５７】
図３ｄは、質量分析計の主軸に垂直な平面の断面で観察した、静電セクション１０４の例示的な実施形態を示す。静電セクション１０４は、たとえば、正に帯電したイオンの場合、電圧＋Ｖｅが印加される外部電極３４３、および、依然として正に帯電したイオンの場合、電圧−Ｖｅが印加される内部電極３４４からなる切頭球形静電セクション上に配設されたマツダ（Ｍａｔｓｕｄａ）板と呼ばれる一対の付加的な外部平行板３４１および第２の対の内部平行板３４２を備える。ラジアル平面に関して対称である２つの外部板３４１が共に接続され、２つの内部板３４２もまた共に接続される。付加的な板３４１および３４２は、計算または実験によって確定されたそれぞれの電圧ＶｅｘｔおよびＶｉｎｔが印加される場合、切頭セクションに対して完全な球対称を回復させる。電圧ＶｅｘｔおよびＶｉｎｔは、差の成分Ｖｈｅｘおよび共通成分Ｖｓｔｉｇの形で表現されてもよい。
Ｖｅｘｔ＝Ｖｈｅｘ＋Ｖｓｔｉｇ
Ｖｉｎｔ＝−Ｖｈｅｘ＋Ｖｓｔｉｇ
【００５８】
アナログまたはデジタルエレクトロニクスの従来の手段は、電圧ＶｅｘｔおよびＶｉｎｔが、コンピュータによってもちろん制御されてもよい電圧ＶｈｅｘおよびＶｓｔｉｇから始まって生成されることを可能にする。
【００５９】
換言すれば、共通成分Ｖｓｔｉｇの板３４１および３４２への印加は、スティグメータ効果を生成し、スティグメータ効果は、賢明な方法で使用されて、磁気セクション１０５の下流に配設された第２の静電デバイス２２２によって生成される焦点ずれを補償しうるが、質量の分散には何の影響も及ぼさない。この実施形態では、したがって、マツダ板３４１および３４２を第１の静電デバイス２０１と置換することが可能である。
【００６０】
目的が軸外色収差を相殺することであるとき、たとえば上述した計算プログラムによって、種々の静電デバイスに印加される必要がある電圧がどんなものかを計算することが可能であるが、純粋に実験的な方法によって電圧を確定することも可能である。そして、提案される方法は、次の通りであってよい。共にｅＶで表現されるエネルギーのスリットの幅ΔＥおよび位置は、当業者にそれ自体知られている計算ｄｘ（ｍｍ）＝Ｋｅ（ΔＥ／Ｅ）（Ｅはイオンの加速エネルギーである）に従って、静電セクションのエネルギー分散係数Ｋｅを使用することによって長さの単位に容易に変換されることが最初に留意される。
・値は、第２の静電セクション２２２の励起に割当てられる。
・第１の静電デバイス２０１の励起の値は、軸上にビームを再集束させるために調整される。第１の静電デバイス２０１が付加的な板３４１および３４２によって形成される先に述べた実施形態では、たとえば、付加的な板３４１および３４２にそれぞれ印加される電圧ＶｅｘｔおよびＶｉｎｔを同じ電圧差ΔＶだけ調整することが可能である。
・静電セクション１０４と磁気セクション１０５との間に配設される、第２のダイヤフラム２１３またはエネルギーのスリットは、低い値、通常１ｅＶに調整される。
・このスリットは、通常０〜２０ｅＶの範囲にわたって走査される、換言すれば、エネルギーのスリットは、この範囲にわたって一定増分だけ変位する。
・軸外コレクタ上でビームによって誘起される変位が観測される。通常、このコレクタの入口スリットにわたって、換言すれば、このコレクタに関連する出口スリット１０２において出口ビームを走査することによって、誘起される変位は、軸外色収差に特有であり、これが、このステップで相殺したいと所望される収差である。
・そして、逐次反復によって、最小軸外色収差を提供する第２のデバイス２２２についての励起の値を確定することが可能である。
【００６１】
本発明の１つの利点は、本方法が、質量分析計２００の耐用期間中に一度、ただ一度実行されなければならないだけであることである。
【００６２】
２次の４つの収差の相殺に関して、４つの６重極はそれぞれ、単一パラメータによって励起され、３つの極に印加される電圧は正であり、他の３つの極に印加される電圧は負である。これらの４つの６重極が調整されることを可能にする方法は、もう一度図２を参照してたとえば次の通りである。
・第２の６重極２１２の調整は、最初に実行される。
・フィールドダイヤフラムまたは角度開口ダイヤフラムと一般に呼ばれる第１のダイヤフラム１０３は、それぞれ（ｘ／ａａ）．ａ２、（ｘ／ｂｂ）．ｂ２、および（ｘ／ａｅ）．ａ．ｅ．である２次の第１、第２、および第３の収差が無視できるように開口ａおよびｂを十分に減少させるために閉鎖される。
・そして、たとえばイオンの加速電圧を変更することによってイオンのエネルギーを変更することが可能である。または、イオン放出プロセスが大きなエネルギー分布を生成するとき、第２のダイヤフラム２１３またはエネルギーのスリットを閉鎖すること、また、このエネルギーのスリットを移動させ、したがって閉鎖させることで十分であることになる。２次の第４の収差ｘ／ｅｅが相殺されないとき、イオンのエネルギーのこの変動は、測定することが可能である入口スリット１０１の画像の変位をもたらす。したがって、この変位が最小になるように第２の６重極２１２の励起を調整することが可能である。
・その後、第１の６重極２０２の調整が、たとえば燐光スクリーンに関連するマイクロチャネルウェハ上で生成される出口平面の画像上で直接観測される可能性があるビーム幅を最小にすることによって、または、出口スリットの縁部にわたって出口ビームを走査し、出口スリットの下流のイオン電流Ｓを測定することによって得られるフロント（ｆｒｏｎｔ）Ｓ（Ｍ）の幅を観測することによって間接的に実行される。出口ビームは、軸上軌道に関連するイオンの質量Ｍの値がそれに関連する磁界を一定ステップで増分することによって走査される。
・その後、第３の６重極２１５の調整が実行される。
・最後に、第４の６重極２２１の調整が実行される。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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