(57)【要約】【課題】広がりのあるイオン化ビームを試料に斜めに照射した際に生じる二次イオンの発生時刻ばらつきを補正し、信頼性の高い質量分布を測定することのできる質量分布分析方法を提供する。【解決手段】投影ＴＯＦ型の質量スペクトル分布情報取得方法であって、第一のイオン化ビームを試料表面に照射し、それにより試料から発生する二次イオンについて第一の質量スペクトル分布情報を取得する第一の工程と、第二のイオン化ビームを試料表面に照射し、それにより試料から発生する二次イオンについて第二の質量スペクトル分布情報を取得する第二の工程と、第一の質量スペクトル分布情報を用いて第二の質量スペクトル分布情報を補正する第三の工程からなり、該第三の工程が、第一の質量スペクトル分布情報に基づいて、第二の質量スペクトル分布情報における二次イオン発生時刻の遅延分布を補正することを含む方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影ＴＯＦ型の質量スペクトル分布情報取得方法であって、
第一のイオン化ビームを試料表面に照射し、それにより試料から発生する二次イオンについて第一の質量スペクトル分布情報を取得する第一の工程と、
第二のイオン化ビームを試料表面に照射し、それにより試料から発生する二次イオンについて第二の質量スペクトル分布情報を取得する第二の工程と、
第一の質量スペクトル分布情報を用いて、第二の質量スペクトル分布情報を補正する第三の工程からなり、
該第三の工程が、第一の質量スペクトル分布情報に基づいて、第二の質量スペクトル分布情報における二次イオン発生時刻の遅延分布を補正することを含む方法。
【請求項２】
該第三の工程は、第一及び第二の質量スペクトル分布情報の差分から、第二のイオン化ビームの試料への到達時間分布情報を求めることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第一のイオン化ビームの速度は、１×１０６ｍ／ｓ以上である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第一のイオン化ビームは、第二のイオン化ビームより高速である請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
第一のイオン化ビームは、第二のイオン化ビームと異なったイオン種を用いたイオンビームである請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第一のイオン化ビームは、第二のイオン化ビームと同じイオン種を用いたイオンビームである請求項４記載の方法。
【請求項７】
第一のイオン化ビームは、パルスレーザー、或いは、パルス電子ビームである請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
第二のイオン化ビームは、パルスイオンビームである請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
第二のイオン化ビームは、クラスターイオンのビームである請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
クラスターイオンは、金属系のクラスターイオン、ガス系のクラスターイオン、炭素からなるクラスターイオン、或いは、水系クラスターイオンのいずれかである請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第一の質量スペクトル分布情報は、試料上に配置された物質を対象とするものである請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
第一の質量スペクトル分布情報は、試料表面に吸着された物質、或いは、試料に内在する物質を対象とするものである請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
投影ＴＯＦ型の質量分布計測装置であって、
試料を載置する試料ステージと、
試料に第一のイオン化ビームを照射する第一のイオン化ビーム照射手段と、
試料に第二のイオン化ビームを照射する第二のイオン化ビーム照射手段と、
イオン化ビームの照射により試料から発生する二次イオンを質量電荷比で分離して二次元的に検出する二次イオン検出手段と、
該二次イオン検出手段が出力する二次イオンの検出信号から質量スペクトル分布情報を取得する質量スペクトル分布情報取得手段と、
該質量スペクトル情報取得手段が出力する質量スペクトル分布情報を補正する質量スペクトル分布情報補正手段と、
取得した情報を外部に出力する出力手段を備え、
第一のイオン化ビームを用いて第一の質量スペクトル分布情報を取得し、
第二のイオン化ビームを用いて第二の質量スペクトル分布情報を取得し、
第一の質量スペクトル分布情報に基づいて第二の質量スペクトル分布情報における二次イオン発生時刻の遅延分布を補正し、
補正された第二の質量スペクトル分布情報を該出力手段から出力するように構成された装置。
【請求項１４】
第一のイオン化ビームはパルスイオンビームである請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
第一のイオン化ビームは、パルスレーザー、或いは、パルス電子ビームである請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
第二のイオン化ビームは、パルスイオンビームである請求項１３から１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
第二のイオン化ビームは、クラスターイオンのビームである請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
クラスターイオンは、金属系のクラスターイオン、ガス系のクラスターイオン、炭素からなるクラスターイオン、水クラスターイオン、或いは、水系クラスターイオンのいずれかである請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
第１のイオン化ビーム照射手段と第二のイオン化ビーム照射手段とが、同一の手段である請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
二次イオン検出手段は、二次イオンを加速する引出電極と、加速された二次イオンが一定速度で飛行する飛行管と、飛行管を飛行した二次イオンが投影される二次元イオン検出部とからなる請求項１３から１９のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の質量分布情報を取得する方法、及び取得した質量分布情報を質量分布画像として表示することができる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体組織等の分析試料を構成する多数の物質の二次元分布情報を網羅的に可視化する分析方法として、質量分析法を応用したイメージング質量分析方法の開発が進んでいる。質量分析法とは、レーザー光や一次イオンを照射することによってイオン化した試料（二次イオン）を質量電荷比ｍ／ｚ（ｍは二次イオンの質量、ｚは二次イオンの価数）によって分離し、横軸にｍ／ｚ、縦軸に二次イオンの検出強度をとったスペクトルを得る方法である。試料表面を二次元的に質量分析することで、各ピークのｍ／ｚに対応する二次イオンの検出強度の二次元的な分布を得ることができ、各二次イオンに対応する物質についての二次元分布情報を得ること（質量イメージング）ができる。
【０００３】
イメージング質量分析方法においては、質量分析法として、イオン化した試料を検出器までの飛行時間の違いによって分離して検出する飛行時間型のイオン分析手段を採用したものが主に用いられる。試料をイオン化する方法としては、パルス化され微細に収束されたレーザー光を、マトリックスを塗布、或いは混合した試料に照射してイオン化する、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ：Ｍａｔｒｉｘ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）や、一次イオンビームを試料に照射してイオン化する二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）が知られている。これらのうち、既に、イオン化方法としてＭＡＬＤＩ等を用いたイメージング質量分析方法が、タンパク質や脂質等を含む生体試料の分析に広く利用されている。しかし、ＭＡＬＤＩ方式はマトリクス結晶を利用する原理上、空間分解能が数十μｍ程度に制限される。これに対して、イオン照射式のイオン化方式と飛行時間型のイオン検出方式を組み合わせた、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ；Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ−Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）は、サブミクロンの高い空間分解能を持つことから、イメージング質量分析方法のための質量分析法として、近年注目を集めている。
【０００４】
これらの方法を用いた従来のイメージング質量分析方法では、イオン化用のビームを走査し、多数の微小な計測領域において逐次質量分析を行うことにより質量スペクトルの二次元分布情報を得ている。しかしながら、このような走査型のＴＯＦ−ＳＩＭＳでは、広い領域の質量イメージを得るには多大な時間を要するという問題がある。
【０００５】
この問題を解消するため、二次元一括（投影）方式のイメージング質量分析方法が提案されている。この方法では、試料表面の広い領域の構成成分を一括してイオン化し、生成した二次イオンの二次元分布を検出手段にそのまま投影することで、試料成分の質量情報とその二次元的分布とを一度に取得することができるので、計測時間を大幅に短縮することが可能である。
【０００６】
ＴＯＦ−ＳＩＭＳでは、質量分析部を構成するイオン光学系の軸が基板表面に対して垂直方向になるように配置されているので、通常、イオン化ビームは質量分析部との干渉を避けるため基板に対して斜めから入射される。
しかしながら、投影方式のＴＯＦ−ＳＩＭＳでは、広がりのある（ビーム断面積が大きい）一次イオンビームのパルスを試料に照射して、広い領域で一斉に試料をイオン化させる（二次イオンを発生させる）ため、一次イオンビームを斜めに入射させると、一次イオンが試料に到達する時刻に、面内（照射領域内）でのばらつきが生じる。その結果、試料から発生する二次イオンの発生時刻に面内ばらつきが生じ、質量分離能が低下するという問題がある。
【０００７】
特許文献１には、測定試料の任意の領域を複数の測定点に分割し、各測定点における二次イオンの飛行時間スペクトルを求め、各測定点ごとに試料表面の高低差に起因する飛行距離ひいては飛行時間のばらつきを補正したのち合算することで、測定スペクトルの質量分解能を改善する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１４９７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の投影型のイメージング質量分析装置においては、上述のようにイオン化ビームの斜め入射による一次イオンの試料表面への到達時刻のばらつきに起因して、二次イオン発生時刻の測定領域内（面内）ばらつきが生じる。このばらつきがあると、それを引きずって二次イオンの検出時刻にも面内ばらつきが生じるために質量分離能が低下し、測定領域における質量情報の二次元分布を正しく計測できなくなるという問題がある。従って、測定領域における正確な質量分布情報を求めるには、上に述べた二次イオン発生時刻の面内ばらつきを補正する必要がある。
【００１０】
面内ばらつきを補正するためには、通常、面内における任意の点ごとに、質量スペクトルを補正する必要がある。従来のキャリブレーション手法では、各点において、ｍ／ｚが既知のピークを少なくとも２点以上選択し、これに基づいて補正係数を算出することで他のピークのｍ／ｚ情報を求めている。従って、測定領域内（面内）の全ての点においてｍ／ｚを断定できるピークが２点以上ない場合は、面内ばらつきを補正できない。また、面内において、複数のｍ／ｚ既知ピークの信号強度の強弱は一定ではなく、複数のｍ／ｚ既知ピークを自動検出することは難しい。
【００１１】
特許文献１に記載の方法では、試料表面上の各測定点間における二次イオンの飛行時間のばらつきを飛行距離ばらつきとして捉え、任意ピークの立ち上がり位置のばらつきに基づいてこの飛行距離ばらつきを補正している。しかしながら、特許文献１が補正対象としているのは試料表面の凹凸に起因する二次イオンの飛行距離ばらつきであって、一次イオンの基板への到着時刻のばらつき（二次イオン発生時刻のばらつき）は無いものとして無視されている。従って、二次元一括方式の質量分析装置における一次イオンの斜め入射による二次イオンの発生時刻のばらつきはそもそも想定しておらず、その補正に特許文献１の方法を適用することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、投影ＴＯＦ型の質量スペクトル分布情報取得方法であって、
第一のイオン化ビームを試料表面に照射し、それによる試料から発生する二次イオンについて第一の質量スペクトル分布情報を取得する工程と、
第二のイオン化ビームを試料表面に照射し、それにより試料から発生する二次イオンについて第二の質量スペクトル分布情報を取得する工程と、
第一の質量スペクトル分布情報を用いて、第二の質量スペクトル分布情報を補正する第三の工程からなり、
該第三の工程が、第一の質量スペクトル分布情報に基づいて、第二の質量スペクトル分布情報における二次イオン発生時刻の遅延分布を補正することを含む方法を提供し、これにより上述の課題を解決するものである。
【００１３】
また、本発明は、投影ＴＯＦ型の質量分布計測装置であって、
試料を載置する試料ステージと、
試料に第一のイオン化ビームを照射する第一のイオン化ビーム照射手段と、
試料に第二のイオン化ビームを照射する第二のイオン化ビーム照射手段と、
イオン化ビームの照射により試料から発生する二次イオンを質量電荷比で分離して二次元的に検出する二次イオン検出手段と、
該二次イオン検出手段が出力する二次イオンの検出信号から質量スペクトル分布情報を取得する質量スペクトル分布情報取得手段と、
該質量スペクトル分布情報取得手段が出力する質量スペクトル分布情報を補正する質量スペクトル分布情報補正手段と、
取得した情報を外部に出力する出力手段を備え、
第一のイオン化ビームを用いて第一の質量スペクトル分布情報を取得し、
第二のイオン化ビームを用いて第二の質量スペクトル分布情報を取得し、
第一の質量スペクトル分布情報に基づいて第二の質量スペクトル分布情報における二次イオン発生時刻の遅延分布を補正し、
補正された第二の質量スペクトル分布情報を該出力手段から出力するように構成された装置を提供し、これにより上述の課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の質量スペクトル分布情報取得方法、或いは、本発明の質量分布計測装置によれば、二次イオンの発生時刻のばらつきによる質量分離能の低下を補正することができ、信頼性の高い質量イメージング画像を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の方法を実施するための装置構成の一例を示す模式図である。
【図２】投影型のイメージング質量分析方法における、一次イオンビームの試料表面への到達時間差を説明するための模式図である。
【図３】本発明の方法における工程の流れを説明する流れ図である。
【図４】本発明の実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の方法及び本発明の方法に用いる装置の構成を、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の方法を実施するための装置構成の一例を示す模式図である。なお、以下の記載は本発明の一実施形態を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１７】
図１に示す装置は、投影ＴＯＦ型の二次イオン検出手段９と、一定の広がりをもったイオン化ビームを試料３の表面に向けて照射する第一のイオン化ビーム照射手段１及び第二のイオン化ビーム照射手段２とを備えている。更に、同装置は、二次イオン検出手段９が出力する二次イオンの検出信号から質量スペクトル分布情報を取得する質量スペクトル分布情報取得手段１０と、質量スペクトル分布情報取得手段が出力する質量スペクトル分布情報を補正する質量スペクトル分布情報補正手段１１と、質量スペクトル分布情報の補正結果を出力するための出力手段１２とを有している。
【００１８】
試料３は固体であり、半導体回路、有機化合物、無機化合物、又は生体試料等を試料とすることができる。試料３は、およそ平坦な面を持つ基板４上に固定される。基板４は、試料ステージ５上に載置される。試料ステージ５は並進機構を有しており、試料ステージ５をＸＹ方向に任意に変位させることにより、試料３上の任意の領域を測定対象領域として設定することができる。
【００１９】
一般に走査型のＴＯＦ−ＳＩＭＳでは、イオン化ビーム（一次イオンビーム）としてパルス状のイオンビーム（パルスイオンビーム）を、１μｍ程度、或いは、それ以下の径に収束して用いる。これに対して、投影型である本発明の質量分布分析方法では、試料から発生したイオン（二次イオン）の二次元的な位置情報を併せて検出するために、進行方向に直交する方向に平面的にも広がりのあるパルス状のイオン化ビームを用いる。即ち、本発明におけるイオン化ビームは、例えば、擬円盤状又は擬円筒状の空間的に広がりのある粒子群とみなせるものである。試料表面上でのイオン化ビームの照射エリアは、計測エリアの大きさに応じて設定される。例えば、生体試料において複数の細胞を含むエリアを計測する場合は、好ましくは数十μｍ〜数ｍｍ程度に設定される。
【００２０】
第一のイオン化ビームおよび第二のイオン化ビームは極めて短時間のパルス状に射出され、試料３に向けて照射される。これを受けて、試料表面ではイオン化ビームの照射により二次イオンが発生する。ここで、イオン化ビームは、イオン検出手段を構成するイオン光学系との干渉を避けるため、基板４の表面に対して斜め方向から試料表面に入射するように構成される。
【００２１】
第一のイオン化ビームは、原則として、第二のイオン化ビームより高速である。例えば、第二のイオン化ビームとして一次イオンビームを用いる場合、第一のイオン化ビームとしてはパルスレーザーやパルス電子ビームを用いることができる。第一のイオン化ビームの速度は、飛行経路の長さの差によって生じるイオン化ビームの飛行時間の差を無視することができる速度であることが好ましく、その速度は１×１０６ｍ／ｓ以上であることが好ましい。また、第一のイオン化ビーム、及び、第二のイオン化ビームは、共にパルスイオンビームであってもよい。このとき、各々のイオンビームは異なったイオン種であっても良く、同じイオン種であっても良い。同じイオン種であった場合、第一のイオン化ビーム照射手段１と第二のイオン化ビーム照射手段２は同一の手段を兼用してもよいが、その場合には、第一のイオン化ビームが第二のイオン化ビームより高速となるように当該イオン化ビーム照射手段を動作させることになる。
【００２２】
第二のイオン化ビームは、原則として、第一のイオン化ビームより試料をイオン化させる能力が高いビームである。例えば、ビスマス、ガリウム、金などの金属系イオン、若しくは金属系のクラスターイオン、又はＡｒ等のガス系のクラスターイオン等を好ましく用いることができる。生体試料等の有機材料に対しては、クラスターイオンはダメージを軽減する効果があるので特に有効である。クラスターイオンの好ましい例として、金、ビスマス、キセノン、アルゴンからなるクラスターイオン、炭素からなるクラスターであるフラーレンのイオン、水系クラスターイオンなどを挙げることができる。なお、水系クラスターイオンは、水、或いは水溶液を材料として生成される、水クラスターイオン、及び、水と他の分子が混在するクラスターイオンの総称である。
【００２３】
二次イオン検出手段９は、イオン化ビームの照射によって試料から発生した二次イオンを加速させる引出電極６、加速された二次イオンが等速で飛行する飛行時間型の質量分析部７、及び二次元イオン検出部８によって構成される。試料から発生した二次イオンは、試料３の表面の二次イオン発生位置での二次イオン同士の位置関係を保持したまま質量分析部７を通過し、二次元イオン検出部８で検出される。
【００２４】
引出電極６と基板４とは１〜１０ｍｍ程度の間隔を持って配置され、この間隔には、二次イオンを引き出すための電圧Ｖｄが印加される。Ｖｄの値は、正又は負の１００Ｖ〜１０ｋＶ程度である。質量ｍをもった二次イオンは、電圧Ｖｄにより加速され、質量分析部７に入射する。なお、引出電極６の後段には、適宜投影型の光学系を構成する複数の電極を配置してもよい（不図示）。これらの電極は、二次イオンの空間的な広がりを抑制するための収束機能、及び、拡大機能を有し、電極への印加電圧を変化させることで拡大倍率を任意に設定することができる。
【００２５】
質量分析部７は、一般に飛行管と呼ばれる筒状の部材（質量分析管）で構成される。飛行管内は電位勾配が無く、二次イオンは飛行管内を一定速度で飛行する。飛行時間はｍ／ｚ（ｍ／ｚ；ｍは二次イオンの質量、ｚは二次イオンの価数）の平方根に比例することから、二次イオンの発生時刻と検出時刻との差から飛行時間を測定することで、発生した二次イオンのｍ／ｚを求めることができる。なお、質量分解能を上げるには、飛行管の長さは長い方が有利である。投影型の場合は、飛行管を長くすれば拡大率を上げることも容易になり、空間分解能を上げる上でも有利である。ただし、飛行管を長くすると装置が大型になるという難点がある。これらを考慮すると、飛行管の長さは、１０００ｍｍ以上、３０００ｍｍ以下の範囲で設定することが好ましい。
【００２６】
質量分析部７を通過した二次イオンは、二次元イオン検出部８に投影され、ここで得られた二次イオンの検出信号は質量スペクトル分布情報取得手段１０に送られる。質量スペクトル情報取得手段１０では、個々のイオンに関して、検出強度と二次元検出器上での位置が関連付けられて出力される。すなわち、位置ごとにスペクトル情報を持つ三次元データ（質量スペクトル分布情報）として出力される。なお、二次元イオン検出部８と質量分析部７との間に、投影倍率を調整するためのイオンレンズを構成する投影調整電極を配置しても良い（不図示）。
【００２７】
二次元イオン検出部８は、イオンを検出した時刻と位置の情報を検出強度とともに出力できるものであれば、いかなる構成をとっていてもよい。例えば、二次元イオン検出部８の構成として、マイクロ・チャネル・プレート（ＭＣＰ）と蛍光板又は電荷結合素子（ＣＣＤ）型等の二次元光検出器とを組み合わせた構成を用いることができる。超高速度カメラに用いられるようなＣＣＤ型検出器等を用いれば、高速で動作するシャッタによって時間分割した撮像を行うことができる。撮像フレーム毎に、検出器への到達時刻の異なるイオンを別々に撮像できるので、質量分離されたイオン分布像を一度に取得することができる。また、他には、ＭＣＰと、電子の検出位置と共に検出時間を記録できる二次元型の検出器を組合せて用いることもできる。例えば、電子検出にワイヤを用いたディレイライン型検出器、或いは、電子の到達時間をピクセル毎に記録できる半導体アレイ型検出器等を用いることができる。
【００２８】
（作用）
本発明の情報取得方法の作用及び原理について以下に説明する。
【００２９】
はじめに、図２を用いて、イオン化ビーム照射手段２０１から直線的に射出された一定の広がりをもったイオン化ビーム（一次イオンビーム）が試料表面２０３に斜め入射した場合に生じる、二次イオン発生時刻の試料表面上での面内ばらつきについて説明する。
【００３０】
なお、ｄは一次イオンが到達する二点間の、一次イオンの入射方向（を水平な平面とみなせる試料表面に射影した方向）における距離の最大値には限られず、照射領域内の任意の二点間の一次イオンの入射方向における距離としてもよい。試料表面２０３とイオン化ビームとの成す角、つまり試料表面２０３と点ａ又は点ｂのいずれか（或いはそれ以外の任意の点）に入射するイオン化ビームの入射方向との成す角をθとする。幾何学的な関係から、試料表面近傍における点ａと点ｂに入射するイオン化ビームの行路差ΔＬは、ΔＬ＝ｄ＊ｃｏｓθと表わされる。イオン化ビームの入射速度をＶとすると、点Ａと点Ｂに入射する一次イオンの到達時刻の差Δｔは、Δｔ＝ΔＬ／Ｖで表わされる。
【００３１】
次に、同じく図２を用いて、イオン化ビームの斜め入射による一次イオン到達時刻の面内ばらつきが質量分析結果へ及ぼす影響について説明する。一次イオンの試料表面２０３への到達時刻差Δｔは、そのまま、二次イオン２０４の発生時刻の差となる。すなわち、点ａと点ｂとの間で、時間差Δｔをもって発生した同じ質量ｍ（或いは質量電荷比ｍ／ｚただしｚはイオンの価数）を持つ二次イオン２０４が二次イオン検出部２０５の検出面へ到達する時刻にはΔｔの差が生じることになる。すなわち、二次イオンの飛行時間の計測値にはΔｔが重畳されるため、任意の質量ｍのイオンに関して、飛行時間には最大Δｔの差が生じることになる。結局、計測点ａと計測点ｂの間では、二次イオンの検出時刻に最大Δｔの「ばらつき」が生じることになる。
【００３２】
ここで、二次イオンの加速電圧をＶａｃｃ、飛行管の長さをＬｔｕｂｅ、電気素量をｅ、飛行時間をｔとすると、二次イオンの質量ｍと飛行管内の飛行時間ｔとの間には、ｍ＝２ｚｅＶａｃｃ＊（ｔ／Ｌｔｕｂｅ）２で表わされる関係がある。ということは、質量分離結果には、飛行時間の差Δｔに対応するΔｍのあいまいさが生じるとも言える。これにより、一次イオンの射出条件及又はビーム照射エリアの大きさ等によっては、数ｕ（ｕ：統一原子量単位）以上の質量分離能の低下をもたらす惧れがあることになる。
【００３３】
二次元イオン検出部８（２０５）では、各計測点に対応するそれぞれの部位の検出器に到達した二次イオンが検出され、その二次元分布が計測される。そのため、二次イオンの到達時間に面内のばらつきがあると、質量ｍの二次イオンに関して、その一部の二次イオンの信号が欠損したり、或いは、質量が最大Δｍ異なる別のイオンの信号が、混信して検出される。その結果、正しく質量分布を計測できない惧れがある。
【００３４】
そこで、本発明の質量分布分析装置では、第一のイオン化ビームを用いて、第一の質量スペクトル分布情報を取得し、第二のイオン化ビームを用いて第二の質量スペクトル分布情報を取得する。そして、第一と第二の質量スペクトル分布情報の差分から、第二のイオン化ビームの試料への到達時間分布情報（二次イオン発生時刻分布情報）を求め、この情報を用いて第二の質量スペクトル分布情報における二次イオン発生時刻の遅延分布を補正する。その結果、信頼性の高い質量分布画像が得られる。
【００３５】
（実施形態）
本発明の質量スペクトル分布情報取得方法の実施形態について、図３を用いてより詳細に説明する。
【００３６】
図３において、第一のイオン化ビームが発射されて試料表面の位置Ａに到達するまでの時間をｔＡ１とし、位置Ｂに到達するまでの時間をｔＢ１とする。また、位置Ａで発生したイオンＸが、イオン発生から検出器に到達するまでの時間をｔＡ２とし、位置Ｂで発生した同じイオンＸが、イオン発生から検出器に到達するまでの時間をｔＢ２とする。一方、第二のイオン化ビームが発射されて試料表面の位置Ａに到達するまでの時間をｔＡ１’とし、位置Ｂに到達するまでの時間をｔＢ１’とする。また、位置Ａで発生したイオンＸが、イオン発生から検出器に到達するまでの時間をｔＡ２’とし、位置Ｂで発生したイオンＸが、イオン発生から検出器に到達するまでの時間をｔＢ２’とする。
【００３７】
第一のイオン化ビームでは第一の質量スペクトル分布情報を取得する。次に、第一の質量スペクトル分布情報に含まれる、二次元分布内の各位置におけるスペクトルにおいて、全ての位置から共通して検出される任意のピークに注目する。そして各位置におけるそのピークの検出時刻（検出時刻分布）を求める。仮にこのピークがイオンＸに由来するものとすると、位置Ａにおける検出時刻は（ｔＡ１＋ｔＡ２）、位置Ｂにおける検出時刻は（ｔＢ１＋ｔＢ２）と表すことができる。上述したように第一のイオン化ビームの速度は、試料表面までの飛行経路の差によって発生するイオン化ビームの飛行時間の差を無視することができる速度であり、ｔＡ１＝ｔＢ１とみなすことができる。
【００３８】
ここで求める任意のピークの検出時刻は、ピークトップの検出時刻であってもよいし、ピークの立ち上がり時刻やピークの立ち下り時刻であってもよい。
【００３９】
任意のピークとして使用するピークは、Ｈ＋のピークやＣＨ３＋のピーク等の試料表面に吸着された物質、或いは、試料に内在する物質のピークを用いることができる。また、試料表面に金属や有機物などをあらかじめコーティングし、そのコーティングした物質のピークを用いることもできる。通常のスペクトルでは、Ｈ＋のピークが最初に検出されるピークであるため、自動検出が容易となる。そのため、Ｈ＋のピークを用いることが好ましい。
【００４０】
コーティング物質は、予め試料上に形成しておいてもよいし、又は、装置内にコーティング機構を設けておき、試料を装置内に導入した後、コーティングを行ってもよい。コーティング方法としては、例えば、スピンコート法やスパッタ法、真空蒸着法などの手法を用いることができる。
【００４１】
第二のイオン化ビームでは第二の質量スペクトル分布情報を取得し、上記と同様にして第二のスペクトル分布情報におけるピークＸの検出時刻分布を取得する。すなわち位置Ａにおける検出時刻は（ｔＡ１’＋ｔＡ２’）、位置Ｂにおける検出時刻は（ｔＢ１’＋ｔＢ２’）と考えることができる。ここでイオンＸが異なるイオン化ビームによって発生したものであっても、イオン発生から検出器までの到達時間は同じとなる。すなわち、ｔＡ２＝ｔＡ２’およびｔＢ２＝ｔＢ２’となる。
【００４２】
次に、第二のスペクトル分布情報におけるピークＸの検出時刻分布と第一のスペクトル分布情報におけるピークＸの検出時刻分布の差分（各位置ごとの差分）を求める。
【００４３】
このようにして求めた検出時刻分布の差分情報において、任意の位置の値を基準値とし、各位置の値から基準値を引くことで、第二のイオン化ビームを用いた場合の相対的な二次イオン発生時刻分布情報が求まる。
【００４４】
例えば、図３における位置Ａの検出時刻の差分は（ｔＡ１’＋ｔＡ２’）−（ｔＡ１＋ｔＡ２）となり、位置Ｂの検出時刻の差分は（ｔＢ１’＋ｔＢ２’）−（ｔＢ１＋ｔＢ２）となる。位置Ａを基準とすると、位置Ａに対する位置Ｂのイオン発生時刻のずれｔＢ＿ｄｅｌａｙは、ｔＢ＿ｄｅｌａｙ＝［（ｔＢ１’＋ｔＢ２’）−（ｔＢ１＋ｔＢ２）］−［（ｔＡ１’＋ｔＡ２’）−（ｔＡ１＋ｔＡ２）］となる。ここで、ｔＡ１＝ｔＢ１、ｔＡ２＝ｔＡ２’およびｔＢ２＝ｔＢ２’であるので、ｔＢ＿ｄｅｌａｙ＝ｔＢ１’−ｔＡ１’となり、第二のイオン化ビームを用いた場合の位置Ａに対する位置Ｂのイオン発生時刻のずれとなることがわかる。
【００４５】
第二のイオン化ビームを用いた場合の二次イオン発生時刻分布情報を用いて、第二の質量スペクトル分布情報における二次イオン発生時刻の遅延分布を補正することができる。つまり、第二の質量スペクトル分布情報の時間情報から二次イオン発生時刻分布情報を引いた結果が、補正された情報となる。
【００４６】
位置Ａを基準として、位置Ｂにおける第二の質量スペクトル情報を補正する場合を例にあげて説明する。位置Ｂにおける第二の質量スペクトル情報は時間ｔｎと強度Ｉｎの二次元情報（ｔｎ，Ｉｎ）として表すことができる。ここで、n（＝1、2、3、・・）は異なったスペクトルのピークを表わすインデックスである。位置Ａに対する位置Ｂのイオン発生時刻のずれを補正すると、位置Ｂにおける第二の質量スペクトル情報は（ｔｎ−ｔＢ＿ｄｅｌａｙ，Ｉｎ）となる。
【００４７】
このように、本発明によれば、試料に広がりのある一次イオンビーム（第二のイオン化ビーム）を試料表面に対して斜めに照射した場合でも、二次イオン発生時刻のばらつきによる質量分解能の低下を補正することができ、質量スペクトル情報から質量分布画像を再構成した際に信頼性の高い質量分布画像を得ることができる。
【００４８】
（実施形態）
以下に、具体的な実施形態を例示して本発明を説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００４９】
本発明に係る実施形態を、図１および図４を用いて説明する。
【００５０】
基板４にはＩＴＯ蒸着層を備えたガラス基板（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を用いる。基板上にマウスの肝臓の凍結切片（厚さ５ミクロン）を載せ、融解することにより接着する。
【００５１】
第一のイオン化ビーム照射手段１が出力するビームとしては、レーザーを用いる。レーザーとしては、ＹＡＧレーザー等を使用する。ここでは、ビーム径が約１ｍｍφにデフォーカスされたレーザーを用いる。このレーザーは、数ｎｓ以下のパルス状に射出される。また、レーザーは、その入射方向と基板４表面との成す角度が、４５°に設定される。
【００５２】
第二のイオン化ビーム照射手段２が出力するビームとしては、一次イオンを用いる。一次イオンとしては、Ｇａ＋、Ｂｉ＋、Ｂｉ３＋等を使用する。ここでは、ビーム径が約５００μｍφにデフォーカスされた一次イオンビームを用いる。この一次イオンビームは、数ｎｓ以下のパルス状に射出される。また、一次イオンビームは、その入射方向と基板４表面との成す角度が、４５°に設定される。
【００５３】
イオン検出手段９は、飛行時間型の質量分析部７と二次元イオン検出部８とを有する。測定領域は数百μｍ四方とし、質量分布画像の描画画素数は２５６×２５６等に設定される。二次イオン引出電極６と基板４は数ｍｍ程度の間隔を持って配置され、これらの間には数ｋＶの二次イオン引出電圧が印加される。
【００５４】
二次元イオン検出部８は、マイクロ・チャネル・プレート（ＭＣＰ）とディレイライン型検出器とを組み合わせた構成とし、第一および第二のイオン化ビームの照射により試料から発生する二次イオンを検出する。質量スペクトル分布情報取得手段１０は二次元イオン検出部８で取得した位置および質量に関するデータをメモリ上に出力する。
【００５５】
次に、本実施形態における質量スペクトル分布情報の補正処理について説明する。質量スペクトル分布情報補正手段１１は質量スペクトル分布情報取得手段１０から出力される質量スペクトル分布情報ごとに、各検出位置にて得られる最初のピーク（Ｈ＋ピーク）のピークトップ検出時刻を求め、メモリ上に出力する。
【００５６】
また、質量スペクトル分布情報補正手段１１は、第一のイオン化ビームを試料に照射して得られた最初のピーク（Ｈ＋ピーク）のピークトップ検出時刻情報と、第二のイオン化ビームを試料に照射して得られた最初のピーク（Ｈ＋ピーク）のピークトップ検出時刻情報の差分を検出位置ごとに求める。求めた検出時刻分布の差分情報において、検出器の中央位置の情報を基準値とし、各検出位置の値から基準値を引くことで、第二のイオン化ビームを用いた場合の相対的な二次イオン発生時刻分布情報をメモリ上に出力する。
【００５７】
次に、第二の質量スペクトル分布情報の時間情報から二次イオン発生時刻分布情報を引いた結果を補正後の第二の質量スペクトル分布情報としてメモリ上に出力する。
【００５８】
図４（ａ）に、第二のイオン化ビームを用いて得られた質量スペクトル分布情報において、各検出位置のスペクトルからｍ／ｚが８６．１０±０．０１の範囲の信号積算強度を抽出し、質量分布画像としてデータを出力したものを示す。
【００５９】
図４（ａ）では、画像の左側が明るく（検出強度が強く）、右側が暗く（検出強度が弱く）表示されている。この時のデータ検出状態を、模式的に表したものが図４（ｂ）である。つまり、検出器の左側ではｍ／ｚ＝８６．１０の物質を検出しているものの、右側ではまだｍ／ｚ＝８６．１０の物質が検出器に到達していない。その結果、画像の左側が明るく、また右側が暗く表示される。
【００６０】
図４（ｃ）に、補正後の第二の質量スペクトル分布情報において、各検出位置のスペクトルからｍ／ｚが８６．１０±０．０１の範囲の信号積算強度を抽出し、質量分布画像としてデータを出力したものを示す。二次イオン発生時刻のばらつきを補正することで、本来のｍ／ｚ＝８６．１０の物質の分布をより正確に画像表示することができている。
【００６１】
本実施形態に示されるように、本発明の質量スペクトル分布情報取得方法によれば、第二のイオン化ビーム（一次イオンビーム）の到達時間ばらつきに起因する質量誤差が低減され、信頼性の高い質量分布画像が得られる。また、得られた質量分布画像のデータを外部に出力するようにした質量分布計測装置として構成することもできる。
【符号の説明】
【００６２】
１  第一のイオン化ビーム照射手段
２  第二のイオン化ビーム照射手段
３  試料
４  基板
５  試料ステージ
６  引出電極
７  質量分析部
８  二次元イオン検出部
９  二次イオン検出手段
１０  質量スペクトル分布情報取得手段
１１  質量スペクトル分布情報補正手段
１２  データ出力手段
２０１  イオン化ビーム照射手段
２０２  一次イオン
２０３  試料表面
２０４  二次イオン
２０５  二次元イオン検出部
【図１】
2015087237.tif 000003
【図２】
2015087237.tif 000004
【図３】
2015087237.tif 000005
【図４】
2015087237.tif 000006