特許 7493294 アブレーションユニットおよび分析機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-23

(45)【発行日】2024-05-31

(54)【発明の名称】アブレーションユニットおよび分析機

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/73 20060101AFI20240524BHJP

   G01N 21/71 20060101ALI20240524BHJP

【ＦＩ】

G01N21/73

G01N21/71

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2024519785

(86)(22)【出願日】2023-09-04

(86)【国際出願番号】 JP2023032289

【審査請求日】2024-03-29

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591072411

【氏名又は名称】西進商事株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100159499

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 義典

(72)【発明者】

【氏名】為則 通洋

(72)【発明者】

【氏名】中島 豊治

【審査官】伊藤 裕美

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１７９６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第７２０５００６（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１２－９６２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１８６０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１８２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－６５０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２０１９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２０６００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１６７９８２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／９５６

Ｇ０１Ｎ ２７／６０－Ｇ０１Ｎ ２７／７０

Ｇ０１Ｎ １／００－Ｇ０１Ｎ １／４４

Ｇ０１Ｎ ２３／００－Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被対象物の表面にレーザ光を照射してアブレーションをするユニットであって、
レーザ光を出射するレーザ装置と、
上記レーザ光を任意の位置に反射する光反射装置と、
透過する上記レーザ光を被対象物の表面で集光させるｆθレンズおよび対物レンズと、
上記ｆθレンズおよび上記対物レンズのいずれか一方または両方を上記レーザ光が透過するように切り替える切替手段と
を備えるアブレーションユニット。

【請求項2】

複数の上記対物レンズを有する請求項１に記載のアブレーションユニット。

【請求項3】

上記対物レンズによる上記レーザ光の集光径が２μｍ以下である請求項１または請求項２に記載のアブレーションユニット。

【請求項4】

被対象物を撮像するカメラ、およびこのカメラの画像を表示するモニタを含む画像処理装置をさらに備え、
被対象物に入射する上記レーザ光の軸線上に上記カメラが配置されている請求項１または請求項２に記載のアブレーションユニット。

【請求項5】

被対象物が収容されるセルと、
上記セルが配置されるステージと
をさらに備え、
上記ステージが、被対象物に入射する上記レーザ光の軸線方向と、この軸線方向に直交し、かつ互いに直交する二方向とに上記セルを移動可能な請求項１または請求項２に記載のアブレーションユニット。

【請求項6】

上記セルが磁力で上記ステージに固定されている請求項５に記載のアブレーションユニット。

【請求項7】

上記レーザ装置がフェムト秒パルスレーザ発振器を有し、繰り返し周波数を１ｋＨｚ以上に設定可能な請求項１に記載のアブレーションユニット。

【請求項8】

上記レーザ光のパルス間隔を６００フェムト以下に設定可能な請求項７に記載のアブレーションユニット。

【請求項9】

上記レーザ光の波長が深紫外である請求項７または請求項８に記載のアブレーションユニット。

【請求項10】

上記光反射装置がガルバノミラー装置であり、
このガルバノミラー装置が、上記繰り返し周波数に対応して反射角度を変更する請求項７または請求項８に記載のアブレーションユニット。

【請求項11】

請求項１または請求項２に記載のアブレーションユニットと、
元素分析を行う分析ユニットと
を備える分析機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アブレーションユニットおよび分析機に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光を被対象物に照射し、この被対象物の含有元素を分析する分析機が知られている。このような分析機としては、レーザ光源から出射されたレーザ光、およびこのレーザ光を被対象物に向けて反射する光学系を含むアブレーションユニットと、誘導結合プラズマ方式で分析を行う分析計とを備えた分析機が知られている（国際公開第２０１９／２０２６８９号）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１９／２０２６８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の分析機は、アブレーションユニットが２つのミラーでレーザ光を反射して照射位置を二次元的に移動させることができるため、被対象物の分析可能な位置を広くすることができるとされている。一方で、被対象物の狭い領域を詳密に分析することも求められている。

【0005】

上述のような事情を鑑み、本開示は、被対象物の表面における比較的広い領域の効率的なアブレーションと、比較的狭い領域の細密なアブレーションとを行うことができるアブレーションユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するためになされた本開示の一態様に係るアブレーションユニットは、被対象物の表面にレーザ光を照射してアブレーションをするユニットであって、レーザ光を出射するレーザ装置と、上記レーザ光を任意の位置に反射する光反射装置と、透過する上記レーザ光を被対象物の表面で集光させるｆθレンズおよび対物レンズと、上記ｆθレンズおよび上記対物レンズのいずれか一方または両方を上記レーザ光が透過するように切り替える切替手段とを備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示の一態様に係るアブレーションユニットは被対象物の表面における比較的広い領域の効率的なアブレーションと、比較的狭い領域の細密なアブレーションとを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係る分析機のアブレーションユニットのレーザ光が対物レンズを透過する状態を示す模式的側面図である。

【図2】図２は、図１のアブレーションユニットのレーザ光がｆθレンズを透過する状態を示す模式的側面図である。

【図3】図３は、図２とは異なる態様で、図１のアブレーションユニットのレーザ光がｆθレンズを透過する状態を示す模式的側面図である。

【図4】図４は、図１とは別の実施形態に係るアブレーションユニットのレーザ光が対物レンズを透過する状態を示す模式的側面図である。

【図5】図５は、図４のアブレーションユニットのレーザ光がｆθレンズを透過する状態を示す模式的側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

【0010】

（１）本開示の一態様に係るアブレーションユニットは、被対象物の表面にレーザ光を照射してアブレーションをするユニットであって、レーザ光を出射するレーザ装置と、上記レーザ光を任意の位置に反射する光反射装置と、透過する上記レーザ光を被対象物の表面で集光させるｆθレンズおよび対物レンズと、上記ｆθレンズおよび上記対物レンズのいずれか一方または両方を上記レーザ光が透過するように切り替える切替手段とを備える。

【0011】

当該アブレーションユニットは、ｆθレンズおよび対物レンズの２種のレンズと、上記ｆθレンズおよび上記対物レンズのいずれか一方または両方にレーザ光を透過させる切替手段とを備える。当該アブレーションユニットは、上記レーザ光を上記ｆθレンズに透過させることで被対象物の表面の比較的広い領域に対して効率的なアブレーションをすることができ、上記レーザ光を上記対物レンズに透過させることで、被対象物の表面の比較的狭い領域に対して細密なアブレーションをすることができる。

【0012】

（２）上記（１）において、当該アブレーションユニットが複数の上記対物レンズを有してもよい。複数の対物レンズを有することで、選択的に変更できる上記レーザ光の集光径を増大することができる。

【0013】

（３）上記（１）または上記（２）において、上記対物レンズによる上記レーザ光の集光径が２μｍ以下であってもよい。このようにすることで、より細密なアブレーションをすることができる。

【0014】

（４）上記（１）から上記（３）のいずれかにおいて、当該アブレーションユニットが、被対象物を撮像するカメラ、およびこのカメラの画像を表示するモニタを含む画像処理装置をさらに備え、被対象物に入射する上記レーザ光の軸線上に上記カメラが配置されていてもよい。当該アブレーションユニットが上記画像処理装置を備えることで、アブレーションをされている被対象物の状況を観察することができる。上記画像処理装置のカメラが被対象物に入射する上記レーザ光の軸線上に配置されることで、被対象物の観察の正確性を向上できる。

【0015】

（５）上記（１）から上記（４）のいずれかにおいて、当該アブレーションユニットが、被対象物が収容されるセルと、上記セルが配置されるステージとをさらに備え、上記ステージが、被対象物に入射する上記レーザ光の軸線方向と、この軸線方向に直交し、かつ互いに直交する二方向とに移動可能であってもよい。当該アブレーションユニットが、被対象物が収容されるセルと、このセルが配置され、３軸に移動可能なステージとを備えることで、被対象物にレーザ光が集光する位置および深さを容易に調整できる。

【0016】

（６）上記（５）において、上記セルが磁力で上記ステージに固定されていてもよい。このようにすることで、上記ステージに上記セルを容易に配置することができる。

【0017】

（７）上記（１）から上記（６）のいずれかにおいて、上記レーザ装置がフェムト秒パルスレーザ発振器を有し、繰り返し周波数を１ｋＨｚ以上に設定可能であってもよい。繰り返し周波数を１ｋＨｚ以上にして上記レーザ光を被対象物に照射することで、効率的なアブレーションをすることができる。

【0018】

（８）上記（７）において、上記レーザ装置のパルス間隔を６００フェムト以下に設定可能であってもよい。パルス間隔を６００フェムト以下にして上記レーザ光を被対象物に照射することで、アブレーションによるエアロゾルを微細化することができる。

【0019】

（９）上記（７）または上記（８）において、上記レーザ光の波長が深紫外であってもよい。上記レーザ光の波長を深紫外にすることで、アブレーションによるエアロゾルをより微細化することができる。

【0020】

（１０）上記（７）から上記（９）のいずれかにおいて、上記光反射装置がガルバノミラー装置であり、このガルバノミラー装置が、上記繰り返し周波数に対応して反射角度を変更してもよい。上記光反射装置が上記繰り返し周波数に対応して反射角度を変更できるガルバノミラー装置であることで、より効率的なアブレーションをすることができる。

【0021】

（１１）本開示の一態様に係る分析機は、上記（１）から上記（１０）のいずれかのアブレーションユニットと、元素分析を行う分析ユニットとを備える。

【0022】

当該分析機は、当該アブレーションユニットを備えるため、被対象物の元素の効率的な分析と、高精度な分析とをすることができる。

【0023】

［発明を実施するための形態の詳細］
以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態を詳説する。なお、図面は実施の形態を例示的に示す図であって、各構成（部材）の形状、大きさ、縮尺、配置などは実際のものと異なることがある。

【0024】

＜第一実施形態＞
図１、図２および図３で示すように、当該分析機１０は、当該アブレーションユニット１００と、元素分析を行う分析ユニット２００とを備え、被対象物（不図示）の化学組成を分析する。

【0025】

〔分析ユニット〕
分析ユニット２００としては、特に限定されるものではなく、例えば、誘導結合プラズマ質量分析法、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法などの公知の分析方法を行う装置であってもよい。

【0026】

〔アブレーションユニット〕
当該アブレーションユニット１００は、セル１７０に収容されている被対象物の表面にレーザ光Ｌ（各図では一点鎖線で示されている）を照射してアブレーションをすることで、被対象物を部分的にエアロゾル化する。具体的には、レーザ光Ｌが照射されることにより被対象物の表面が気化し、その一部がイオン化される。さらにレーザ光Ｌは、上記表面から数ｎｍ乃至数μｍの深さで被対象物の内部に進入し、そのエネルギの大部分を放出して被対象物の構成成分の気化と破砕とを行う。このアブレーションによって、イオン化および気化した元素、これらの一部が再凝縮した固体粒子、破砕された破片がエアロゾルとして被対象物から放出される。上記エアロゾルは、セル１７０内に供給されるヘリウムなどのキャリアガスでガス排出管Ｐ２を介して分析ユニット２００に搬送され、被対象物の化学組成が分析される。

【0027】

当該アブレーションユニット１００は、レーザ光Ｌを出射するレーザ装置１１０と、レーザ光Ｌを任意の位置に反射する光反射装置と、透過するレーザ光Ｌを被対象物の表面で集光させるｆθレンズ１３０および対物レンズと、ｆθレンズ１３０および上記対物レンズのいずれか一方または両方をレーザ光Ｌが透過するように切り替える切替手段とを備える。

【0028】

当該アブレーションユニット１００は、複数の上記対物レンズを有することが好ましい。本実施形態のアブレーションユニット１００は、３つの対物レンズ１４１，１４２，１４３を有する。具体的には、アブレーションユニット１００は、それぞれレンズ倍率の異なる第１対物レンズ１４１、第２対物レンズ１４２および第３対物レンズ１４３を有する（以下、これら３つの対物レンズ１４１，１４２，１４３を単に「対物レンズ１４０」ともいう）。このようにすることで、レーザ光Ｌの異なる集光径の選択肢を増大することができる。

【0029】

（レーザ装置）
レーザ装置１１０は、被対象物の表面（以下、「対象面」ともいう）を照射するレーザ光Ｌを出射する。レーザ装置１１０は、固体レーザ、半導体レーザ、ガスレーザなどの公知のレーザ発振器（不図示）を含む。レーザ光Ｌの波長領域は任意に設定可能であることが好ましい。波長領域を深紫外にしてレーザ光Ｌを照射することが好ましい。すなわち、レーザ装置１１０は、レーザ光Ｌの波長領域を深紫外に設定可能であることが好ましい。具体的には、レーザ光Ｌの波長が２８０ｎｍ以下に設定可能であることが好ましく、２７０ｎｍ以下に設定可能であることがより好ましく、２６０ｎｍ以下に設定可能であることがさらに好ましい。設定可能な上記波長の下限値としては、特に限定されるものではなく、例えば１００ｎｍであってもよい。このような波長のレーザ光Ｌを対象面に照射することにより、アブレーションによるエアロゾルの微細化を促進することができる。

【0030】

レーザ装置１１０から出射されるレーザ光Ｌは、連続波であってもよいが、パルス波であることが好ましい。レーザ装置１１０から出射されるレーザ光Ｌにおけるパルス波のパルス幅は、任意に設定できることが好ましい。上記パルス幅は、６００フェムト秒以下に設定可能であることが好ましく、３００フェムト秒以下に設定可能であることがより好ましい。このようなパルス幅のレーザ光Ｌを被対象物に照射することにより、アブレーションによるエアロゾル化の微細化をより促進することができる。

【0031】

レーザ光Ｌの波長およびパルス幅を上記範囲とすることで、対象面におけるレーザ光Ｌのエネルギ（レーザエネルギ）の吸収効率が向上し、レーザ光Ｌが被対象物の表面（表層）に進入する深さが低減される。すなわち、小さな体積に上記レーザエネルギを吸収させることができる。

【0032】

被対象物が固体試料であり、この固体試料の分析（例えば、含有元素の分析）をする場合において、深紫外の波長領域かつ６００フェムト秒以下の短パルスでレーザ光Ｌを上記固体試料に照射すると、上記固体試料の表面におけるレーザエネルギの吸収効率が向上し、アブレーション痕の深さを浅くすることができる。具体的には、アブレーション痕の深さをナノメートルの単位で制御することができる。アブレーション痕の深さを浅くすることで、上記固体試料の深さ方向の分析を精度よく行うことができる。すなわち、固体試料の緻密なデプスプロファイルを得ることができる。なお、アブレーション痕（スポット、クレータなどともいわれる）とは、レーザ光によるアブレーションによって固体試料に形成される溝（穴）を意味する。

【0033】

また、レーザエネルギが上記固体試料の表面で効率的に吸収されることにより、上記表面で破砕される破片の微細化が促進されてエアロゾル化が向上し、ひいては分析機２００による分析精度を向上することができる。具体的には、上記表面で破砕される破片の平均粒径を４００ｎｍ以下にすることができ、あるいは、３００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下にすることができる。このため、分析機２００におけるプラズマによる上記破片のイオン化を促進することができ、分析精度を向上することができる。なお、平均粒径とは、レーザ回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。

【0034】

レーザ光Ｌのパルス波の繰り返し周波数は、任意に設定可能であることが好ましい。上記繰り返し周波数は、１ｋＨｚ以上に設定可能であることが好ましく、１０ｋＨｚ以上に設定できることがより好ましく、１００ｋＨｚ以上に設定できることがさらに好ましい。このような繰り返し周波数のレーザ光Ｌを被対象物に照射することにより、アブレーションの高速化を図ることができる。

【0035】

（光反射装置）
光反射装置は、レーザ光Ｌが対象面の任意の位置を照射するようにレーザ光Ｌを反射する。すなわち、上記光反射装置は、対象面におけるレーザ光Ｌの照射位置を制御する。上記光反射装置としては、特に限定されるものではないが、ガルバノミラー装置を用いることが好ましい。本実施形態のアブレーションユニット１００は、対物レンズ１４０を透過するレーザ光Ｌの照射位置を制御する第１ガルバノミラー装置１２１と、ｆθレンズ１３０を透過するレーザ光Ｌの照射位置を制御する第２ガルバノミラー装置１２２とを有する。このようなガルバノミラー装置１２１，１２２を用いることで、ｆθレンズ１３０および対物レンズ１４０を透過するレーザ光Ｌが対象面上で任意の位置に移動することができ、対象面の所望する位置または領域のアブレーションを容易に行うことができる。

【0036】

第１ガルバノミラー装置１２１は、第１反射鏡１２１ａと、第２反射鏡１２１ｂとを有する。第１ガルバノミラー装置１２１は、２つの反射鏡１２１ａ，１２１ｂそれぞれを回転駆動して反射角を変更する駆動部（不図示）と、この駆動部を制御する制御部（不図示）とを備える。第１反射鏡１２１ａは、レーザ光Ｌを反射して上記照射位置を一方向（Ｘ方向）に移動させる。第２反射鏡１２１ｂは、第１反射鏡１２１ａが反射したレーザ光Ｌを反射し、上記照射位置を上記一方向に直交する方向（Ｙ方向）に移動させる。

【0037】

第２ガルバノミラー装置１２２は、第１ガルバノミラー装置１２１と同様に、ｆθレンズ１３０を透過するレーザ光Ｌの照射位置を上記Ｘ方向に移動させる第３反射鏡１２２ａと、この第３反射鏡１２２ａに反射されたレーザ光Ｌの照射位置を上記Ｙ方向に移動させる第４反射鏡１２２ｂとを有する。

【0038】

ガルバノミラー装置１２１，１２２は、レーザ光Ｌの繰り返し周波数に対応するように反射角を変更できることが好ましい。すなわち、第１反射鏡１２１ａおよび第２反射鏡１２１ｂと、第３反射鏡１２２ａおよび第４反射鏡１２２ｂとは、レーザ光Ｌの繰り返し周波数と同期して反射角を可変できることが好ましい。このようにすることで、効率的なアブレーションをすることができる。例えば、対象面を走査するアブレーションの高速化を図ることができ、あるいは、被対象物の複数の領域またはセル１７０内に収容されている複数の被対象物を同時進行的に、かつ任意の時間割合によるアブレーションを行うことの高速化および効率化を図ることができる。

【0039】

本実施形態のアブレーションユニット１００は、第１ガルバノミラー装置１２１で反射されたレーザ光Ｌを反射する対物レンズ用反射鏡１５１と、第２ガルバノミラー装置１２２で反射されたレーザ光Ｌを反射するｆθレンズ用反射鏡１５２とを有する。対物レンズ用反射鏡１５１は、対物レンズ１４０に向けてレーザ光Ｌを反射する。ｆθレンズ用反射鏡１５２は、ｆθレンズ１３０に向けてレーザ光Ｌを反射する。

【0040】

対物レンズ用反射鏡１５１は、ダイクロックミラーであることが好ましい。ダイクロックミラーは、第１ガルバノミラー装置１２１が反射したレーザ光Ｌを対物レンズ１４０に向けて反射し、その他の光を透過する。対物レンズ用反射鏡１５１をダイクロックミラーとすることで、後述するように、セル１７０と対向するように第１カメラ１９１を容易に配置することができる。

【0041】

〔切替手段〕
本実施形態のアブレーションユニット１００は、第１ガルバノミラー装置１２１に向けてレーザ光Ｌを反射する第１レーザ反射鏡１６１と、第２ガルバノミラー装置１２２に向けてレーザ光Ｌを反射する第２レーザ反射鏡１６２と、レーザ装置１１０から出射されたレーザ光Ｌを第２レーザ反射鏡１６２に向けて反射する第３レーザ反射鏡１６３とを有する。

【0042】

第２レーザ反射鏡１６２は、第３レーザ反射鏡１６３が反射したレーザ光Ｌの光軸上に配置される。第１レーザ反射鏡１６１は、第３レーザ反射鏡１６３が反射したレーザ光Ｌの光軸上と上記光軸の外との間で移動するように構成されている。すなわち、第１レーザ反射鏡１６１は、第３レーザ反射鏡１６３が反射したレーザ光Ｌを反射する位置と反射しない位置とで移動する。第１レーザ反射鏡１６１が、第３レーザ反射鏡１６３が反射したレーザ光Ｌを第１ガルバノミラー装置に向けて反射する位置に移動すると、レーザ光Ｌは対物レンズ１４０を透過する。第１レーザ反射鏡１６１が、第３レーザ反射鏡１６３が反射したレーザ光Ｌを反射しない位置に移動すると、レーザ光Ｌは第２レーザ反射鏡１６２に反射されてｆθレンズ１３０を透過する。すなわち、第１レーザ反射鏡１６１は、レーザ光Ｌの光路の切替手段として構成されている。当該アブレーションユニット１０１は、第１レーザ反射鏡１６１の移動による光路の切り替えによって、ｆθレンズ１３０を透過したレーザ光Ｌによる被対象物のアブレーションと、対物レンズ１４０を透過したレーザ光Ｌによる被対象物のアブレーションとを選択的に行うことができる。

【0043】

第１レーザ反射鏡１６１が、第３レーザ反射鏡１６３が反射したレーザ光Ｌを反射する位置と反射しない位置とで移動する手段としては、特に限定されるものではなく、例えば図２で示すように第１レーザ反射鏡１６１がＸ方向に移動するように構成してもよいし、図３で示すように第１レーザ反射鏡１６１を回転させることで第３レーザ反射鏡１６３が反射したレーザ光Ｌの光軸から外れるように構成してもよい。

【0044】

〔レンズ〕
ｆθレンズ１３０および対物レンズ１４０は、レーザ光Ｌの集光径を調整する。本実施形態のレーザアブレーションユニット１００は、ｆθレンズ１３０と対物レンズ１４０とをＸ方向で並列的に配置している。ｆθレンズ１３０は被対象物の表面上におけるレーザ光Ｌを比較的大きな集光径で集光し、対物レンズ１４０はｆθレンズ１３０よりも小さな集光径で集光する。ｆθレンズ１３０および対物レンズ１４０の上流にはビーム径を拡張するビームエキスパンダレンズ（不図示）が配置されてもよい。

【0045】

３つの対物レンズ１４１，１４２，１４３は、Ｘ方向で並列的にレンズホルダ１４４に保持されている。レンズホルダ１４４は、例えば公知の１軸ステージなどの対物レンズ移動手段（不図示）に搭載され、Ｘ方向に移動することができる。レンズホルダ１４４が移動することで、当該アブレーションユニット１００は３つの対物レンズ１４１，１４２，１４３を任意に選択して対象面におけるレーザ光Ｌの集光径を可変できる。

【0046】

対物レンズ１４０によるレーザ光Ｌの集光径は２μｍ以下であることが好ましい。すなわち、３つの対物レンズ１４１，１４２，１４３のいずれかが、対象面におけるレーザ光Ｌの集光径を２μｍ以下にすることができる倍率であることが好ましい。上記倍率による集光径としては、１．５μｍ以下であることがより好ましく、１．０μｍ以下であることがさらに好ましく、０．５μｍ以下であることが特に好ましい。このような集光径で対象面にレーザ光Ｌを照射することにより、緻密なアブレーションをすることができる。

【0047】

具体的には、例えば、第１対物レンズ１４１では上記集光径が０．５μｍ、第２対物レンズ１４２では上記集光径が３．０μｍ、第３対物レンズ１４３では上記集光径が５．０μｍとなるようにレンズ倍率が選定されることが好ましい。３つの対物レンズ１４１，１４２，１４３それぞれのレンズ倍率としては、例えば、６０倍、４０倍、２０倍であってもよいし、５０倍、２０倍、１０倍であってもよい。ｆθレンズ１３０による上記集光径としては、例えば１０μｍであってもよい。

【0048】

〔セル〕
被対象物は、セル１７０に収容されてアブレーションをされる。セル１７０は、被対象物を収容し、アブレーションによって生成されるエアロゾルの飛散を防止する容器である。セル１７０の天面にはレーザ光Ｌが入射する透明板（不図示）が配置されている。すなわち、セル１７０は、レーザ光Ｌの入射面に透明板で形成されている光入射部を有する。

【0049】

セル１７０は、上記エアロゾルを分析ユニット２００に搬送するキャリアガスが供給されるガス供給口１７１と、エアロゾルを含んだ上記キャリアガスを排出するガス排出口１７２とを有する。ガス供給口１７１にはガス供給管Ｐ１が接続され、ガス排出口１７２にはガス排出管Ｐ２が接続されている。

【0050】

〔ステージ〕
セル１７０は、ステージ１８０に配置される。具体的には、被対象物を収容したセル１７０は、ステージ１８０に対して相対的に移動しないように、ステージ１８０の載置面（天面）に配置される。

【0051】

セル１７０がステージ１８０に対して相対的に移動しないようにする手段としては、特に限定されるものでなく、ボルト、ピンなどで固定されてもよいが、磁力で固定されることが好ましい。具体的には、ステージ１８０に磁石（不図示）を配置し、金属などの磁性材料で形成されたセル１７０が上記磁石の磁力で固定されることが好ましい。ステージ１８０に配置されるのは、通電されることで磁力を発生するコイル（不図示）などであってもよい。上記磁石または上記コイルは、セル１７０に配置されてもよいし、ステージ１８０とセル１７０とに配置されてもよい。ステージ１８０の上記載置面には、セル１７０を配置する位置を決定するためのガイド部（不図示）が設けられていることが好ましい。

【0052】

ステージ１８０は、被対象物に入射するレーザ光Ｌの軸線方向（Ｚ方向）と、この軸線方向に直交し、かつ互いに直交する二方向（Ｘ方向およびＹ方向）とにセル１７０を移動可能であることが好ましい。すなわち、ステージ１８０の上記載置面が、Ｘ－Ｙ－Ｚ方向に移動できることが好ましい。このようにすることで、被対象物におけるレーザ光ＬのＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の照射位置を容易に調整することができる。

【0053】

ステージ１８０の上記載置面におけるＺ方向の移動手段（調整手段）としては、特に限定されるものでないが、ピエゾ素子駆動によって調整可能に構成されていることが好ましい。上記Ｚ方向の移動における最小移動距離（分解能）の上限値としては、５ｎｍであることが好ましく、２ｎｍであることがより好ましく、１ｎｍであることがさらに好ましい。上記最小移動距離の下限値としては、特に限定されるものでなく、例えば０．１ｎｍであってもよい。上記最小移動距離を上記範囲とすることにより、レーザ光ＬのＺ方向における集光の位置を効率よく決定することができる。すなわち、ｆθレンズ１３０および対物レンズ１４０の焦点、レーザ光Ｌが被対象物に進入する深さ（アブレーション痕の深さ）などを高精度に調整することができ、その結果、効率的なエアロゾル化、および分析ユニット２００による分析精度の向上を図ることができる。ステージ１８０は、Ｘ－Ｙ面の角度を変更可能なゴニオステージであってもよい。

【0054】

ステージ１８０は、対物レンズ１４０によって被対象物のアブレーションがされる第１の位置と、ｆθレンズ１３０によって被対象物のアブレーションがされる第２の位置との間で移動することができる。すなわち、当該アブレーションユニット１００は、上記第１の位置と上記第２の位置とでステージ１８０を移動させるステージ移動手段（不図示）を有する。上記ステージ移動手段としては、特に限定されるものではなく、例えば、公知の１軸ステージ上にステージ１８０を配置してもよい。

【0055】

上記切替手段と上記ステージ移動手段とは、互いに同期して作動するように構成されている。すなわち、第１レーザ反射鏡１６１がレーザ光Ｌを第１ガルバノミラー装置に向けて反射する位置に移動すると、ステージ１８０は上記ステージ移動手段によって上記第１の位置（対物レンズ用反射鏡１５１に反射されたレーザ光Ｌの光軸上）に移動する。第１レーザ反射鏡１６１がレーザ光Ｌを第１ガルバノミラー装置に向けて反射しない位置に移動すると、ステージ１８０は上記ステージ移動手段によって上記第２の位置（ｆθレンズ用反射鏡１５２に反射されたレーザ光Ｌの光軸上）に移動する。

【0056】

〔画像処理装置〕
当該アブレーションユニット１００は、被対象物を撮像するカメラ、およびこのカメラの画像を表示するモニタを含む画像処理装置を備えることが好ましい。本実施形態のアブレーションユニット１００は、対物レンズ１４０によってアブレーションがされる被対象物を撮像する第１カメラ１９１と、ｆθレンズ１３０によってアブレーションがされる被対象物を撮像する第２カメラ１９２と、これらのカメラ１９１，１９２が撮像する画像を表示するモニタ（不図示）とを含む画像処理装置を有する。上記モニタとしては、特に限定されるものでなく、例えば液晶ディスプレイなどが挙げられる。

【0057】

第１カメラ１９１は、被対象物に入射するレーザ光Ｌの軸線方向で、対物レンズ１４０を挟んでセル１７０と対向するように配置されることが好ましい。本実施形態の第１カメラ１９１は、対物レンズ用反射鏡１５１の上方（レーザ光Ｌが反射される反対側）で、対物レンズ１４０を透過するレーザ光Ｌの光軸の延長線上に配置されている。このようにすることで、対物レンズ１４０を透過するレーザ光Ｌによってアブレーションをされている被対象物観察の正確性を向上することができる。

【0058】

第２カメラ１９２は、ｆθレンズ１３０を透過するレーザ光Ｌの光軸に対して角度を有するように配置されてもよい。すなわち、第２カメラ１９２は、セル１７０に収容されている被対象物を斜め上方から撮像するように配置されてもよい。

【0059】

＜第二実施形態＞
以下、本発明の別の一実施形態であるアブレーションユニット１０１について図４および図５を参照しつつ説明する。なお、上述したアブレーションユニット１００と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0060】

当該アブレーションユニット１０１は、レーザ光Ｌを出射するレーザ装置１１０と、レーザ光Ｌを任意の位置に反射する光反射装置と、透過するレーザ光Ｌを被対象物の表面で集光させるｆθレンズ１３１および対物レンズ１４５と、ｆθレンズ１３１および対物レンズ１４５のいずれか一方または両方をレーザ光Ｌが透過するように切り替える切替手段とを備える。

【0061】

当該アブレーションユニット１０１は、光反射装置として、１つのガルバノミラー装置１２３を有する。すなわち、当該アブレーションユニット１０１のレーザ光Ｌの光路は１つである。このため、当該アブレーションユニット１０１は、光路を切り替える第１レーザ反射鏡１６１と、ステージ１８０をＸ方向に移動させる上記ステージ移動手段とを有していない。ガルバノミラー装置１２３が反射したレーザ光Ｌは、レンズ用反射鏡１５３に反射されてｆθレンズ１３１および対物レンズ１４５に導入される。

【0062】

本実施形態のレーザアブレーションユニット１０１は、ｆθレンズ１３１と対物レンズ１４５とをＺ方向で縦列的に配置している。対物レンズ１４５は、レンズホルダ１４４に保持されている３つの対物レンズ１４１，１４２，１４３を含む。

【0063】

〔切替手段〕
当該アブレーションユニット１０１は、ｆθレンズ１３１と対物レンズ１４５とをＸ方向に移動させるレンズ移動手段（不図示）を有する。上記レンズ移動手段は、ｆθレンズ１３１を移動させる第１レンズ移動器（不図示）と、対物レンズ１４５を移動させる第２レンズ移動器（不図示）とを含む。上記第１レンズ移動器は、ｆθレンズ１３１をガルバノミラー装置１２３が反射したレーザ光Ｌが透過する位置と透過しない位置とに移動する。上記第２レンズ移動器は、対物レンズ１４５をガルバノミラー装置１２３が反射したレーザ光Ｌが透過する位置と透過しない位置とに移動する。上記レンズ移動手段としては、特に限定されるものではなく、例えば、ｆθレンズ１３１および対物レンズ１４５それぞれを配置できる公知の１軸ステージであってもよい。

【0064】

上記レンズ移動手段は、ｆθレンズ１３１をレーザ光Ｌが透過する位置に移動させると、対物レンズ１４５をレーザ光Ｌが透過しない位置に移動させる。また、上記レンズ移動手段は、ｆθレンズ１３１をレーザ光Ｌが透過しない位置に移動させると、対物レンズ１４５をレーザ光Ｌが透過する位置に移動させる。すなわち、上記レンズ移動手段は、ｆθレンズ１３１と対物レンズ１４５との配置を切り替える切替手段として構成されている。当該アブレーションユニット１０１は、上記レンズ移動手段によるｆθレンズ１３１と対物レンズ１４５との配置の切り替えによって、ｆθレンズ１３１を透過したレーザ光Ｌによる被対象物のアブレーションと、対物レンズ１４５を透過したレーザ光Ｌによる被対象物のアブレーションとを選択的に行うことができる。

【0065】

＜アブレーション方法＞
当該アブレーションユニット１００，１０１によるアブレーション方法は、被対象物を収容したセル１７０をステージ１８０に配置する工程と、ステージ１８０に配置され、カメラ１９１，１９２で撮像している被対象物をモニタに表示する工程と、レーザ光Ｌのｆθレンズ１３０，１３１の透過および対物レンズ１４０，１４５の透過のいずれかを選択する工程と、被対象物のレーザ光Ｌを照射する位置または領域を決定する工程と、決定した上記位置または上記領域にレーザ光Ｌを照射する工程と、アブレーションによって生成されたエアロゾルを分析ユニット２００に搬送する工程と主にを備える。被対象物としては、特に限定されるものではなく、固体物であってもよく、液体物であってもよい。本アブレーション方法では、被対象物を固体物として説明する。

【0066】

〔配置する工程〕
配置する工程では、被対象物を収容したセル１７０をステージ１８０に配置する。セル１７０は、ステージ１８０に対して相対的に移動しないように固定されることが好ましい。ステージ１８０に配置されたセル１７０には、ガス供給管Ｐ１とガス排出管Ｐ２とが接続され、キャリアガスの供給および排出の準備がされる。

【0067】

〔表示する工程〕
表示する工程では、ステージ１８０に配置され、カメラ１９１，１９２で撮像している被対象物をモニタに表示する。作業者は、被対象物が表示されるモニタで、レーザ光Ｌが照射される前後の被対象物の状態、および被対象物がアブレーションをされている状況を観察することができる。

【0068】

〔選択する工程〕
選択する工程では、レーザ光Ｌのｆθレンズ１３０，１３１の透過および対物レンズ１４０，１４５の透過のいずれかを選択する。レーザ光Ｌのｆθレンズ１３０，１３１または対物レンズ１４０，１４５の透過は、上記切替手段によって切り替えられる。比較的広い領域、被対象物の複数の領域、あるいは複数の被対象物のアブレーションをする場合は、ｆθレンズ１３０，１３１を選択することで効率的なアブレーションをすることができる。比較的狭い領域のアブレーション、被対象物の深さ方向の分析または高精度な分析を行うには、対物レンズ１４０，１４５を選択することが好ましい。

【0069】

〔決定する工程〕
決定する工程では、被対象物にレーザ光Ｌを照射する位置または領域を決定する。すなわち、被対象物の分析をする位置または領域を決定する。上記位置または上記領域は、被対象物を表示しているモニタで決定するとよい。具体的には、上記モニタとして、例えば公知のタッチパネルを用いて、このタッチパネルに表示されている被対象物に対してレーザ光Ｌを照射する位置をタッチペンなどで指定して決定し、または表示されている被対象物をタッチペンなどでなぞることで連続した位置（線状領域）または閉じた領域（面状領域）を決定し、この決定された位置または領域にレーザ光Ｌが照射されるとよい。ガルバノミラー装置１２１，１２２，１２３の上記制御部は、上記タッチパネルで決定された位置または領域を受信して座標情報に変換し、この座標情報に基づいて上記駆動部を制御するように構成されているとよい。

【0070】

〔照射する工程〕
照射する工程では、決定した上記位置または上記領域にレーザ光Ｌを照射する。照射する工程は、決定した上記位置または上記領域における縁部の外周にレーザ光Ｌを照射する第一照射手段と、上記第一照射手段の後に上記位置または上記領域にレーザ光Ｌを照射する第二照射手段とを含むことが好ましい。すなわち、上記位置または上記領域にレーザ光Ｌを照射して分析を開始する前に、その縁部の外周にレーザ光Ｌを照射して一定の幅および深さで部分的に除去することが好ましい。このようにすることで、上記位置または上記領域（分析領域）の縁部にレーザ光Ｌを照射した際に分析をしない領域（非分析領域）のアブレーションを抑制できる。すなわち、分析領域をエアロゾル化するのと同時に非分析領域がエアロゾル化されることを抑制できる。このため、分析領域で生成されるエアロゾルの純度を向上することができ、分析領域の分析精度を向上することができる。

【0071】

上記第二照射手段で形成されるアブレーション痕の深さは、上記第一照射手段で形成されたアブレーション痕の深さより浅くなるようにレーザ光Ｌを照射することが好ましい。このようにすることで、上記分析領域のアブレーションをする際に、同時に上記非分析領域のアブレーションがされることをより抑制できる。

【0072】

上記照射する工程におけるレーザ光Ｌの出力、波長、集光径、パルス幅などの条件は、被対象物の物性、分析方法、分析目的などによって適宜設定されるとよい。レーザ光Ｌを、集光径２μｍ以下、深紫外の波長領域、パルス幅６００フェムト秒以下、繰り返し周波数１ｋＨｚ以上に設定することで分析ユニット２００による分析精度を向上できる。

【0073】

〔搬送する工程〕
搬送する工程では、上記照射する工程のアブレーションによって生成されたエアロゾルを分析ユニット２００に搬送する。具体的には、セル１７０内に供給されたキャリアガスがエアロゾルと共に排出され、ガス排出管Ｐ２を通って分析ユニット２００に搬送される。分析ユニット２００は、誘導結合プラズマ質量分析法、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法などの公知の分析方法で被対象物の分析を行う。

【0074】

＜利点＞
当該アブレーションユニット１００，１０１は、上記切替手段によって、レーザ光Ｌのｆθレンズ１３０，１３１の透過と対物レンズ１４０，１４５の透過とを切り替えることができる。当該アブレーションユニット１００，１０１は、ｆθレンズ１３０，１３１にレーザ光Ｌを透過させることで被対象物の効率的なアブレーションをすることができ、対物レンズ１４０，１４５にレーザ光Ｌを透過させることで被対象物の緻密なアブレーションをすることができる。

【0075】

［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載および技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換または追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

【0076】

当該アブレーションユニットは、分析機に用いられることに限定されるものではない。当該アブレーションユニットは、例えば、レーザ光で被対象物を加工するレーザ加工機などに用いられてもよい。

【0077】

上述の第一実施形態におけるアブレーションユニットは、対物レンズの上流に他のｆθレンズ（第２ｆθレンズ）を備えていてもよい。すなわち、レーザ光が第２ｆθレンズを透過した後、対物レンズを透過して被対象物のアブレーションをするように構成されてもよい。

【0078】

上述の第二実施形態におけるアブレーションユニットは、レーザ光がｆθレンズまたは対物レンズを透過する構成で説明したが、レーザ光がｆθレンズと対物レンズとを透過してもよい。すなわち、ｆθレンズを透過したレーザ光によるアブレーションと、対物レンズを透過したレーザ光によるアブレーションと、ｆθレンズおよび対物レンズを透過したレーザ光によるアブレーションとを選択可能なアブレーションユニットであってもよい。

【0079】

当該アブレーションユニットが有する対物レンズの数は１つであってもよい。

【0080】

当該アブレーションユニットは、被対象物のアブレーションを阻害しない範囲で、結像レンズなどのその他の光学レンズ、ハーフミラーなどのその他の光学鏡、被対象物を照明する照明装置などを備えてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0081】

本開示の一態様に係るアブレーションユニットは、レーザを用いて被対象物の含有元素などを分析する分析機などに用いることで、効率的な分析と、高精度な分析とを行うことができる。

【符号の説明】

【0082】

１０ 分析機
１００，１０１ アブレーションユニット
１１０ レーザ装置
１２１，１２２，１２３ ガルバノミラー装置
１２１ａ 第１反射鏡
１２１ｂ 第２反射鏡
１２２ａ 第３反射鏡
１２２ｂ 第４反射鏡
１３０，１３１ ｆθレンズ
１４０，１４５ 対物レンズ
１４１ 第１対物レンズ
１４２ 第２対物レンズ
１４３ 第３対物レンズ
１４４ レンズホルダ
１５１ 対物レンズ用反射鏡
１５２ ｆθレンズ用反射鏡
１５３ レンズ用反射鏡
１６１ 第１レーザ反射鏡
１６２ 第２レーザ反射鏡
１６３ 第３レーザ反射鏡
１７０ セル
１７１ ガス供給口
１７２ ガス排出口
１８０ ステージ
１９１ 第１カメラ
１９２ 第２カメラ
２００ 分析ユニット
Ｌ レーザ光
Ｐ１ ガス供給管
Ｐ２ ガス排出管

【要約】

本開示の一態様に係るアブレーションユニットは、被対象物の表面にレーザ光を照射してアブレーションをするユニットであって、レーザ光を出射するレーザ装置と、上記レーザ光を任意の位置に反射する光反射装置と、透過する上記レーザ光を被対象物の表面で集光させるｆθレンズおよび対物レンズと、上記ｆθレンズおよび上記対物レンズのいずれか一方または両方を上記レーザ光が透過するように切り替える切替手段とを備える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】