JP3391504B2 - 表面分析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体、金属等の固体
試料の表面の成分を分析し、かつこれら固体試料の表面
における成分の分布を測定する装置に係り、特にレーザ
ビームにより気化脱離した試料分子を磁界内においてイ
オン化し、フーリエ変換方式イオン・サイクロトロン共
鳴を応用した質量分析法を使用して、試料に存在する整
数分子量の等しい成分をも分析対象とする全気体成分を
直接、実時間にて分離、定量を可能とする表面分析装置
に関する。
試料の表面の成分を分析し、かつこれら固体試料の表面
における成分の分布を測定する装置に係り、特にレーザ
ビームにより気化脱離した試料分子を磁界内においてイ
オン化し、フーリエ変換方式イオン・サイクロトロン共
鳴を応用した質量分析法を使用して、試料に存在する整
数分子量の等しい成分をも分析対象とする全気体成分を
直接、実時間にて分離、定量を可能とする表面分析装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体や各種金属等の固体表面
における成分の分析に際して、レーザビームを照射し、
気化脱離する試料成分をフーリエ変換方式イオン・サイ
クロトロン共鳴（Ｆｏｕｒｉｅｒ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ
Ｉｏｎ ＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ：以
下ＦＴ−ＩＣＲと称する）による質量分析法（Ｍａｓｓ
Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を使用して分析する方法
は公知である。すなわち、この種の方法を実施する具体
的手段としては、例えば、１９７５年にエフ．ヒレンカ
ンプ等（Ｆ．Ｈｉｌｌｅｎｋａｍｐ ｅｔ ａｌ．）に
より提案されている「高感度レーザ・マイクロプローブ
質量分析計」（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、１９７５年８
月、３４１−３４８頁）、１９８８年にジェイ．ティ
ー．ブレンナ等（Ｊ．Ｔ．Ｂｒｅｎｎａ ｅｔ ａ
ｌ．）により提案されている「フーリエ変換方式イオン
・サイクロトロン共鳴のためのＮd ：ＹＡＧレーザ・マ
イクロプローブ・システム」（Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓ
ｔｒｕｍ．、１９８８年６月、８７３−８７９頁）が公
知である。
における成分の分析に際して、レーザビームを照射し、
気化脱離する試料成分をフーリエ変換方式イオン・サイ
クロトロン共鳴（Ｆｏｕｒｉｅｒ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ
Ｉｏｎ ＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ：以
下ＦＴ−ＩＣＲと称する）による質量分析法（Ｍａｓｓ
Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を使用して分析する方法
は公知である。すなわち、この種の方法を実施する具体
的手段としては、例えば、１９７５年にエフ．ヒレンカ
ンプ等（Ｆ．Ｈｉｌｌｅｎｋａｍｐ ｅｔ ａｌ．）に
より提案されている「高感度レーザ・マイクロプローブ
質量分析計」（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、１９７５年８
月、３４１−３４８頁）、１９８８年にジェイ．ティ
ー．ブレンナ等（Ｊ．Ｔ．Ｂｒｅｎｎａ ｅｔ ａ
ｌ．）により提案されている「フーリエ変換方式イオン
・サイクロトロン共鳴のためのＮd ：ＹＡＧレーザ・マ
イクロプローブ・システム」（Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓ
ｔｒｕｍ．、１９８８年６月、８７３−８７９頁）が公
知である。
【０００３】しかるに、前記具体的構成例によれば、フ
ーリエ変換方式イオン・サイクロトロン共鳴（ＦＴ−Ｉ
ＣＲ）による質量分析法を使用した質量分析装置（以
下、ＦＴ−ＩＣＲ装置と略称する）は、基本的には、イ
オン・サイクロトロン共鳴磁場内に配設された高真空の
プローブ内の分析セルの近傍に、プローブ外部から操作
可能な試料操作装置を介して試料を配置し、この試料に
対してプローブ外部から操作可能なレーザビーム走査装
置を介してレーザビームを照射し、試料表面から気化脱
離する成分を前記分析セルを介してフーリエ変換方式に
より質量分析することによって、前記成分を定量するよ
う構成されている。
ーリエ変換方式イオン・サイクロトロン共鳴（ＦＴ−Ｉ
ＣＲ）による質量分析法を使用した質量分析装置（以
下、ＦＴ−ＩＣＲ装置と略称する）は、基本的には、イ
オン・サイクロトロン共鳴磁場内に配設された高真空の
プローブ内の分析セルの近傍に、プローブ外部から操作
可能な試料操作装置を介して試料を配置し、この試料に
対してプローブ外部から操作可能なレーザビーム走査装
置を介してレーザビームを照射し、試料表面から気化脱
離する成分を前記分析セルを介してフーリエ変換方式に
より質量分析することによって、前記成分を定量するよ
う構成されている。
【０００４】ここで、前記定量は、例えば、分析セル内
で前記気化成分を先ずイオン化し、その後前記分析セル
の一部を構成する照射電極に短時間高周波電圧を印加し
て、前記イオンにサイクロトロン共鳴を励起させる。次
いで、これによって、同じく前記セルの一部を構成する
受信電極に高周波信号電圧を誘起させ、そしてこれを検
出増幅した後、ディジタル信号に変換し、コンピュータ
に記憶し、そしてフーリエ変換処理を施して質量スペク
トルを得ることにより達成される。なお、この種の分析
セルの好適な実施例は、例えば本出願人の先出願に係る
発明（特願平３−５１８０２２号・ＷＯ９２／０９０９
７号）として提案されている。そして、この発明によれ
ば、前記定量を前記気化成分のそれぞれに対して実質的
にリアルタイムで、しかも容易に達成することができ
る。
で前記気化成分を先ずイオン化し、その後前記分析セル
の一部を構成する照射電極に短時間高周波電圧を印加し
て、前記イオンにサイクロトロン共鳴を励起させる。次
いで、これによって、同じく前記セルの一部を構成する
受信電極に高周波信号電圧を誘起させ、そしてこれを検
出増幅した後、ディジタル信号に変換し、コンピュータ
に記憶し、そしてフーリエ変換処理を施して質量スペク
トルを得ることにより達成される。なお、この種の分析
セルの好適な実施例は、例えば本出願人の先出願に係る
発明（特願平３−５１８０２２号・ＷＯ９２／０９０９
７号）として提案されている。そして、この発明によれ
ば、前記定量を前記気化成分のそれぞれに対して実質的
にリアルタイムで、しかも容易に達成することができ
る。
【０００５】なお、レーザビームのプローブ内への導入
は、例えばプローブ側壁に市販されている高真空対応の
ビューイングポート等を配置し、それを通して行うこと
ができる。
は、例えばプローブ側壁に市販されている高真空対応の
ビューイングポート等を配置し、それを通して行うこと
ができる。
【０００６】従って、前記具体的構成例（以下、従来の
質量分析装置と称する）によれば、前述したように、試
料を試料操作装置で適宜移動する。この場合、通常は、
コンプレッション・シールを通してプローブを直接回転
もしくは軸方向へ移動すると共に、一方この試料に対し
てレーザビームをその走査装置で集光する。この集光に
際して、テレスコープ機構で焦点距離を調整することに
より、レーザビームを試料表面に対して、例えば１ｃｍ
2 の範囲で照射することができる。そして、この照射に
よって、試料表面から気化脱離する成分を分析セルで定
量することができる。なお、分析セルに、前述した発明
に係る新規な分析セル（以下、実時間分析セルと称す
る）を使用すると、前記定量を気化成分のそれぞれに対
してリアルタイムで、しかも容易に達成することができ
る。
質量分析装置と称する）によれば、前述したように、試
料を試料操作装置で適宜移動する。この場合、通常は、
コンプレッション・シールを通してプローブを直接回転
もしくは軸方向へ移動すると共に、一方この試料に対し
てレーザビームをその走査装置で集光する。この集光に
際して、テレスコープ機構で焦点距離を調整することに
より、レーザビームを試料表面に対して、例えば１ｃｍ
2 の範囲で照射することができる。そして、この照射に
よって、試料表面から気化脱離する成分を分析セルで定
量することができる。なお、分析セルに、前述した発明
に係る新規な分析セル（以下、実時間分析セルと称す
る）を使用すると、前記定量を気化成分のそれぞれに対
してリアルタイムで、しかも容易に達成することができ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の質量分析装置は、以下に述べるような難点を有して
いた。
来の質量分析装置は、以下に述べるような難点を有して
いた。
【０００８】すなわち、前記従来の質量分析装置におい
ては、まずその試料操作装置が、前述したようにコンプ
レッション・シールから構成されている。しかるに、こ
のシールは、プローブがその内部を１０-7〜１０-9Ｔｏ
ｒｒの超高真空に保持されていることから、一般に特別
のＯリングか、またはいわゆるダブルＯリング方式（す
なわち、摺動軸に二重のＯリングを装着すると共に、こ
の両Ｏリングの間を更に真空ポンプで排気する方式）等
から構成されている。しかるに、このようなシール構造
は、シールの気密性を向上すればする程、摺動部の摩擦
抵抗が増大し、従って試料操作装置の操作性（試料の移
動性）を損うことは明らかである。なお、前記摩擦抵抗
を低減するために、例えば真空グリスまたは低蒸気圧拡
散ポンプ用油等をシール材に含浸することが提案される
が、このような処置は、繁雑かつ経験を必要とするばか
りでなく、油蒸気の漏洩に基づくプローブ内の真空度の
低下あるいは測定部における不要信号の発生等の障害を
招来することとなる。
ては、まずその試料操作装置が、前述したようにコンプ
レッション・シールから構成されている。しかるに、こ
のシールは、プローブがその内部を１０-7〜１０-9Ｔｏ
ｒｒの超高真空に保持されていることから、一般に特別
のＯリングか、またはいわゆるダブルＯリング方式（す
なわち、摺動軸に二重のＯリングを装着すると共に、こ
の両Ｏリングの間を更に真空ポンプで排気する方式）等
から構成されている。しかるに、このようなシール構造
は、シールの気密性を向上すればする程、摺動部の摩擦
抵抗が増大し、従って試料操作装置の操作性（試料の移
動性）を損うことは明らかである。なお、前記摩擦抵抗
を低減するために、例えば真空グリスまたは低蒸気圧拡
散ポンプ用油等をシール材に含浸することが提案される
が、このような処置は、繁雑かつ経験を必要とするばか
りでなく、油蒸気の漏洩に基づくプローブ内の真空度の
低下あるいは測定部における不要信号の発生等の障害を
招来することとなる。
【０００９】なお、ここで、前記障害を軽減するために
は、更に高排気能力の超高真空ポンプの設置が提案され
るが、このような処置は、装置全体を更に大形化すると
共に価格を上昇することは明らかである。
は、更に高排気能力の超高真空ポンプの設置が提案され
るが、このような処置は、装置全体を更に大形化すると
共に価格を上昇することは明らかである。
【００１０】次に、前記従来の質量分析装置におけるレ
ーザビーム操作装置は、同じく前述したように、そのテ
レスコープ機構でレーザビームの焦点距離を調整するこ
とにより、このレーザビームを移動する試料に対して集
光し、照射するよう構成されている。しかるに、このレ
ーザビーム走査装置は、レーザビームの前記調整および
集光に際しては、その焦点位置を、試料操作装置による
前記試料移動に対応して調整するようには構成されてい
ない。
ーザビーム操作装置は、同じく前述したように、そのテ
レスコープ機構でレーザビームの焦点距離を調整するこ
とにより、このレーザビームを移動する試料に対して集
光し、照射するよう構成されている。しかるに、このレ
ーザビーム走査装置は、レーザビームの前記調整および
集光に際しては、その焦点位置を、試料操作装置による
前記試料移動に対応して調整するようには構成されてい
ない。
【００１１】このため、前記従来の質量分析装置におい
ては、先ず第１に、プローブ内に配置される試料の位置
調整並びにこれに対するレーザビームの照射操作が、一
般にスムーズに行われず、従って試料成分の分析も通常
はスムーズに行えなかった。次に、レーザビームの焦点
位置を、試料の移動に対応して調整すること、換言すれ
ばレーザビームを試料表面に対して２次元的に走査する
ことが、一般には行えないので、仮に気化成分をリアル
タイムで定量する前記実時間分析セルを使用したとして
も、試料表面の成分分布は実際的には測定することがで
きなかった。
ては、先ず第１に、プローブ内に配置される試料の位置
調整並びにこれに対するレーザビームの照射操作が、一
般にスムーズに行われず、従って試料成分の分析も通常
はスムーズに行えなかった。次に、レーザビームの焦点
位置を、試料の移動に対応して調整すること、換言すれ
ばレーザビームを試料表面に対して２次元的に走査する
ことが、一般には行えないので、仮に気化成分をリアル
タイムで定量する前記実時間分析セルを使用したとして
も、試料表面の成分分布は実際的には測定することがで
きなかった。
【００１２】そこで、本発明の目的は、半導体や各種金
属等の固体表面における成分の定量分析およびこの成分
の分布測定を、リアルタイムでかつ簡単かつ容易に達成
することができる、小形で安価なフーリエ変換方式イオ
ン・サイクロトロン共鳴（ＦＴ−ＩＣＲ）による質量分
析法を使用した表面分析装置を提供することにある。
属等の固体表面における成分の定量分析およびこの成分
の分布測定を、リアルタイムでかつ簡単かつ容易に達成
することができる、小形で安価なフーリエ変換方式イオ
ン・サイクロトロン共鳴（ＦＴ−ＩＣＲ）による質量分
析法を使用した表面分析装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】先の目的を達成するため
に、本発明に係る表面分析装置は、イオン・サイクロト
ロン共鳴磁場内に配設された高真空プローブ内の分析セ
ルの近傍に、プローブ外部から操作可能な試料操作装置
を介して試料を配置し、この試料に対してプローブ外部
から操作可能なレーザビーム走査装置を介してレーザビ
ームを照射し、試料表面から気化脱離する成分を前記分
析セルを介して得られる信号をフーリエ変換処理して質
量分析することにより前記成分を定量する表面分析装置
からなり、前記試料操作装置は、試料をプローブ内部に
保持する試料保持手段と、この保持手段をプローブ外部
から操作して前記試料の位置を平面移動する試料移動手
段とを備えると共に、これら両手段の間を気密に分離す
る手段を有し、前記レーザビーム走査装置は、プローブ
外部からレーザビームの焦点位置を調整する調整手段を
有し、前記試料移動手段と前記レーザビーム調整手段と
によりレーザビームを試料表面に対して２次元走査する
よう構成することを特徴とする。レーザビーム走査装置
は、さらにプローブ外部からレーザビームの焦点距離を
調整する調整手段を有してもよい。
に、本発明に係る表面分析装置は、イオン・サイクロト
ロン共鳴磁場内に配設された高真空プローブ内の分析セ
ルの近傍に、プローブ外部から操作可能な試料操作装置
を介して試料を配置し、この試料に対してプローブ外部
から操作可能なレーザビーム走査装置を介してレーザビ
ームを照射し、試料表面から気化脱離する成分を前記分
析セルを介して得られる信号をフーリエ変換処理して質
量分析することにより前記成分を定量する表面分析装置
からなり、前記試料操作装置は、試料をプローブ内部に
保持する試料保持手段と、この保持手段をプローブ外部
から操作して前記試料の位置を平面移動する試料移動手
段とを備えると共に、これら両手段の間を気密に分離す
る手段を有し、前記レーザビーム走査装置は、プローブ
外部からレーザビームの焦点位置を調整する調整手段を
有し、前記試料移動手段と前記レーザビーム調整手段と
によりレーザビームを試料表面に対して２次元走査する
よう構成することを特徴とする。レーザビーム走査装置
は、さらにプローブ外部からレーザビームの焦点距離を
調整する調整手段を有してもよい。
【００１４】前記の表面分析装置において、試料操作装
置は、試料保持手段の中心部保持軸の周面上に保持した
試料を試料移動手段を介してプローブの長手方向中心軸
線に対し平行に直線移動し、レーザビーム走査装置は、
前記試料上に照射されるレーザビームをレーザビーム調
整手段を介して前記試料の前記直線移動方向に対して直
角方向へ調整し、これによりレーザビームが試料表面を
直角座標形式で走査するよう構成することができる。
置は、試料保持手段の中心部保持軸の周面上に保持した
試料を試料移動手段を介してプローブの長手方向中心軸
線に対し平行に直線移動し、レーザビーム走査装置は、
前記試料上に照射されるレーザビームをレーザビーム調
整手段を介して前記試料の前記直線移動方向に対して直
角方向へ調整し、これによりレーザビームが試料表面を
直角座標形式で走査するよう構成することができる。
【００１５】また、試料操作装置は、試料保持手段の中
心保持軸の自由端面上に保持した試料を試料移動手段を
介してプローブの長手方向中心軸線周りに回転移動し、
レーザビーム走査装置は、前記試料上に照射されるレー
ザビームをレーザビーム調整手段を介して前記試料の前
記回動半径方向へ調整し、これによりレーザビームが試
料表面を極座標形式で走査するよう構成することができ
る。
心保持軸の自由端面上に保持した試料を試料移動手段を
介してプローブの長手方向中心軸線周りに回転移動し、
レーザビーム走査装置は、前記試料上に照射されるレー
ザビームをレーザビーム調整手段を介して前記試料の前
記回動半径方向へ調整し、これによりレーザビームが試
料表面を極座標形式で走査するよう構成することができ
る。
【００１６】さらに、レーザビーム走査装置は、照射レ
ーザビームと同軸上に、そのビーム軸調整用の可視領域
レーザビームを重畳することができる。
ーザビームと同軸上に、そのビーム軸調整用の可視領域
レーザビームを重畳することができる。
【００１７】
【作用】本発明の表面分析装置において、試料操作装置
は、試料保持手段とその移動手段との間がベローズで完
全に分離されている。従って、試料操作装置全体が小形
かつ軽量に形成されると同時に、プローブ内の試料は、
プローブ内部の超高真空には係わりなく簡単かつスムー
ズに移動し得る。しかも、前記試料操作装置は、試料の
移動に際してこの試料を平面移動するよう構成されてお
り、一方レーザビーム走査装置は、試料の移動に対応し
てレーザビームの焦点距離および焦点位置を調整できる
よう構成されている。すなわち、レーザビームは試料表
面に対して２次元走査されるよう構成されている。
は、試料保持手段とその移動手段との間がベローズで完
全に分離されている。従って、試料操作装置全体が小形
かつ軽量に形成されると同時に、プローブ内の試料は、
プローブ内部の超高真空には係わりなく簡単かつスムー
ズに移動し得る。しかも、前記試料操作装置は、試料の
移動に際してこの試料を平面移動するよう構成されてお
り、一方レーザビーム走査装置は、試料の移動に対応し
てレーザビームの焦点距離および焦点位置を調整できる
よう構成されている。すなわち、レーザビームは試料表
面に対して２次元走査されるよう構成されている。
【００１８】従って、本発明によれば、前記試料操作装
置に、前述した実時間分析セルを使用することにより、
固体表面における成分の定量分析およびこの成分の分布
測定をリアルタイムで、しかも簡単かつ容易に達成する
ことができる。また、このように新規な表面分析装置
は、小形かつ安価に提供することができる。
置に、前述した実時間分析セルを使用することにより、
固体表面における成分の定量分析およびこの成分の分布
測定をリアルタイムで、しかも簡単かつ容易に達成する
ことができる。また、このように新規な表面分析装置
は、小形かつ安価に提供することができる。
【００１９】
【実施例】次に、本発明に係る表面分析装置の実施例に
つき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
つき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２０】図１において、本発明の表面分析装置は、
基本的にプローブ装置１０と、試料操作装置２０と、レ
ーザビーム走査装置５０とから構成される。そして、前
記プローブ装置１０は、既に説明したフーリエ変換方式
イオン・サイクロトロン共鳴（ＦＴ−ＩＣＲ）による質
量分析装置から構成されている。
基本的にプローブ装置１０と、試料操作装置２０と、レ
ーザビーム走査装置５０とから構成される。そして、前
記プローブ装置１０は、既に説明したフーリエ変換方式
イオン・サイクロトロン共鳴（ＦＴ−ＩＣＲ）による質
量分析装置から構成されている。
【００２１】すなわち、プローブ装置１０は、基本的に
は、イオン・サイクロトロン共鳴磁場内に配設された高
真空のプローブ１２内の分析セル１４の近傍に、後述す
る試料２２を配置し、これによりこの試料２２に対し
て、後述するレーザビーム５２を照射し、試料２２の表
面から気化脱離する成分を、分析セル１４を介してフー
リエ変換により質量分析することによって、前記成分を
定量するよう構成されている。なお、分析セル１４に
は、前述した実時間分析セルが使用される。
は、イオン・サイクロトロン共鳴磁場内に配設された高
真空のプローブ１２内の分析セル１４の近傍に、後述す
る試料２２を配置し、これによりこの試料２２に対し
て、後述するレーザビーム５２を照射し、試料２２の表
面から気化脱離する成分を、分析セル１４を介してフー
リエ変換により質量分析することによって、前記成分を
定量するよう構成されている。なお、分析セル１４に
は、前述した実時間分析セルが使用される。
【００２２】しかるに、本発明において、前記プローブ
装置１０に付属する試料操作装置２０およびレーザビー
ム走査装置５０は、次のように構成される。
装置１０に付属する試料操作装置２０およびレーザビー
ム走査装置５０は、次のように構成される。
【００２３】すなわち、試料操作装置２０は、図２にお
いてその軸線方向断面を示すように、試料２２をプロー
ブ１２の内部に保持する中心部保持軸（保持手段）２４
（ここでは、プローブ１２の長手方向中心軸線から外れ
て配置されている）と、この保持軸２４をプローブ１２
の外部から操作して試料２２の位置を平面移動する回動
つまみ（移動手段）２６とを備えると共に、これら両手
段２４、２６の間（すなわち、大気側と真空側との間）
を気密に分離するベローズ２８を有する。従って、中心
部保持軸２４の先端部の周面上において、その表面２２
ａを分析セル１４側に向け、かつこれに近接して保持さ
れる試料２２は、回動つまみ２６を回動して保持軸２４
を直線移動することにより、プローブ１２の中心軸線に
対して平行に直線移動させることができる。この移動操
作は、ベローズの伸縮動作を介して行われるので、スム
ーズかつ容易に達成される。なお、試料操作装置２０
は、プローブ１２に対してフランジ３０により気密に結
合されている。
いてその軸線方向断面を示すように、試料２２をプロー
ブ１２の内部に保持する中心部保持軸（保持手段）２４
（ここでは、プローブ１２の長手方向中心軸線から外れ
て配置されている）と、この保持軸２４をプローブ１２
の外部から操作して試料２２の位置を平面移動する回動
つまみ（移動手段）２６とを備えると共に、これら両手
段２４、２６の間（すなわち、大気側と真空側との間）
を気密に分離するベローズ２８を有する。従って、中心
部保持軸２４の先端部の周面上において、その表面２２
ａを分析セル１４側に向け、かつこれに近接して保持さ
れる試料２２は、回動つまみ２６を回動して保持軸２４
を直線移動することにより、プローブ１２の中心軸線に
対して平行に直線移動させることができる。この移動操
作は、ベローズの伸縮動作を介して行われるので、スム
ーズかつ容易に達成される。なお、試料操作装置２０
は、プローブ１２に対してフランジ３０により気密に結
合されている。
【００２４】次に、レーザビーム走査装置５０は、図１
に示すように、プローブ１２の外部からレーザビーム５
２の焦点距離および焦点位置を調整する調整手段とし
て、焦点距離調整用レンズ５４および走査用反射鏡５６
を有する。すなわち、熱源用レーザ（Ｎd ：ＹＡＧ、１
０６４ｎｍ）５８からのレーザビーム５２は、反射鏡６
０ａ、６０ｃで光路を調整され、レンズ６２ａ、６２ｂ
で平行光線となり、そして焦点距離調整用レンズ５４で
焦点距離を収束調整され、さらに反射鏡６０ｄ、走査用
反射鏡５６および反射鏡６０ｅ、６０ｆで焦点位置（光
路）を変更調整された上で、分析セル１４の照射・受信
電極対の間隙を縦断し、試料２２の表面２２ａ上に照射
されるよう構成されている。なお、この場合、レーザビ
ーム５２の試料表面２２ａに対する焦点位置の変更は、
この表面２２ａおよびその平行移動方向とは直角方向、
すなわち紙面に垂直方向へ移動するよう調整されてい
る。なお、図中、レーザ６４は、熱源用レーザ５８の光
軸（レーザビーム５２軸）調整用の可視領域レーザ（Ｈ
e −Ｎe 、６３３ｎｍ）を示し、反射鏡６０ｂを介して
前記照射レーザビーム５２と同軸上に重畳されるよう構
成されている。また、レーザビーム走査装置５０は、プ
ローブ１２に対してフランジ６６で気密に結合されてお
り、レーザビーム５２はビューイングポート６８を通し
てプローブ１２内へ導入される。
に示すように、プローブ１２の外部からレーザビーム５
２の焦点距離および焦点位置を調整する調整手段とし
て、焦点距離調整用レンズ５４および走査用反射鏡５６
を有する。すなわち、熱源用レーザ（Ｎd ：ＹＡＧ、１
０６４ｎｍ）５８からのレーザビーム５２は、反射鏡６
０ａ、６０ｃで光路を調整され、レンズ６２ａ、６２ｂ
で平行光線となり、そして焦点距離調整用レンズ５４で
焦点距離を収束調整され、さらに反射鏡６０ｄ、走査用
反射鏡５６および反射鏡６０ｅ、６０ｆで焦点位置（光
路）を変更調整された上で、分析セル１４の照射・受信
電極対の間隙を縦断し、試料２２の表面２２ａ上に照射
されるよう構成されている。なお、この場合、レーザビ
ーム５２の試料表面２２ａに対する焦点位置の変更は、
この表面２２ａおよびその平行移動方向とは直角方向、
すなわち紙面に垂直方向へ移動するよう調整されてい
る。なお、図中、レーザ６４は、熱源用レーザ５８の光
軸（レーザビーム５２軸）調整用の可視領域レーザ（Ｈ
e −Ｎe 、６３３ｎｍ）を示し、反射鏡６０ｂを介して
前記照射レーザビーム５２と同軸上に重畳されるよう構
成されている。また、レーザビーム走査装置５０は、プ
ローブ１２に対してフランジ６６で気密に結合されてお
り、レーザビーム５２はビューイングポート６８を通し
てプローブ１２内へ導入される。
【００２５】そして、これにより、前記試料操作装置２
０とレーザビーム走査装置５０とは、前記構成におい
て、レーザビーム５２を試料表面２２ａに対して２次元
走査する。すなわち、直角座標形式で走査する。そし
て、試料表面２２ａ上の照射面積を、任意の所定状態に
設定するよう構成されている。
０とレーザビーム走査装置５０とは、前記構成におい
て、レーザビーム５２を試料表面２２ａに対して２次元
走査する。すなわち、直角座標形式で走査する。そし
て、試料表面２２ａ上の照射面積を、任意の所定状態に
設定するよう構成されている。
【００２６】従って、本発明によれば、先ず試料操作装
置が、その試料保持手段と移動手段との間をベローズで
完全気密に分離されていることから、試料操作装置がコ
ンパクトとなり、この種の表面分析装置を小形かつ安価
に提供することが可能となる。また、これと同時に、プ
ローブ内の試料が、プローブ内部の超高真空には係わり
なくスムーズに移動するので、この種の表面分析装置を
簡単かつ容易に操作することが可能となる。次に、レー
ザビームが、試料表面に対して直角座標形式で走査する
ことから、この表面分析装置に、前述した実時間分析セ
ルを使用することにより、固体表面における成分の定量
分析およびこの成分の分布測定をリアルタイムでかつ容
易に達成することが可能となる。しかも、ＦＴ−ＩＣＲ
によれば、その超高分解能特性から試料イオンの原子構
成すなわち分子式レベルで試料の分析ができるので、い
わば周知のＸ線マイクロアナライザが対象試料表面の原
子分布を観測するのに対して、本発明は試料表面の分子
分布を観測する手段を提供することができる。
置が、その試料保持手段と移動手段との間をベローズで
完全気密に分離されていることから、試料操作装置がコ
ンパクトとなり、この種の表面分析装置を小形かつ安価
に提供することが可能となる。また、これと同時に、プ
ローブ内の試料が、プローブ内部の超高真空には係わり
なくスムーズに移動するので、この種の表面分析装置を
簡単かつ容易に操作することが可能となる。次に、レー
ザビームが、試料表面に対して直角座標形式で走査する
ことから、この表面分析装置に、前述した実時間分析セ
ルを使用することにより、固体表面における成分の定量
分析およびこの成分の分布測定をリアルタイムでかつ容
易に達成することが可能となる。しかも、ＦＴ−ＩＣＲ
によれば、その超高分解能特性から試料イオンの原子構
成すなわち分子式レベルで試料の分析ができるので、い
わば周知のＸ線マイクロアナライザが対象試料表面の原
子分布を観測するのに対して、本発明は試料表面の分子
分布を観測する手段を提供することができる。
【００２７】図３は、本発明に係る表面分析装置の別の
実施例を示す。本実施例においては、先の実施例におい
て行った試料表面の２次元走査を、極座標形式で行うよ
う構成したものである。
実施例を示す。本実施例においては、先の実施例におい
て行った試料表面の２次元走査を、極座標形式で行うよ
う構成したものである。
【００２８】すなわち、図３において、先ず試料操作装
置４０は、図４にその軸線方向断面を示すように、試料
４２を自由端面上に保持する中心部保持軸（保持手段）
４４とこの保持軸４４を偏心摺動部３２を介して回動操
作する回動つまみ（移動手段）４６とからなると共に、
これら両手段４４、４６の間を気密に分離するベローズ
４８を備える。そして、これにより、前記試料４２をプ
ローブ１２の長手方向軸線周りにスムーズに回動できる
よう構成されている。一方、レーザビーム走査装置５０
は、前記実施例と同様にして、照射されるレーザビーム
５２を、前記試料４２の表面４２ａに対してその回動半
径方向へ移動調整し得るよう構成されている。なお、こ
の移動調整は、光軸調整用の可視領域レーザ６４を参照
して容易かつ的確に行うことができる。そして、この結
果、レーザビーム５２は試料表面４２ａに対して極座標
形式で走査することができる。従って、本実施例におい
ても、先の実施例におけると同様の作用および効果が達
成されることは明らかであるので、図１に示す実施例と
同一の構成部分には同一の参照符号を付し、その詳細な
説明は省略する。
置４０は、図４にその軸線方向断面を示すように、試料
４２を自由端面上に保持する中心部保持軸（保持手段）
４４とこの保持軸４４を偏心摺動部３２を介して回動操
作する回動つまみ（移動手段）４６とからなると共に、
これら両手段４４、４６の間を気密に分離するベローズ
４８を備える。そして、これにより、前記試料４２をプ
ローブ１２の長手方向軸線周りにスムーズに回動できる
よう構成されている。一方、レーザビーム走査装置５０
は、前記実施例と同様にして、照射されるレーザビーム
５２を、前記試料４２の表面４２ａに対してその回動半
径方向へ移動調整し得るよう構成されている。なお、こ
の移動調整は、光軸調整用の可視領域レーザ６４を参照
して容易かつ的確に行うことができる。そして、この結
果、レーザビーム５２は試料表面４２ａに対して極座標
形式で走査することができる。従って、本実施例におい
ても、先の実施例におけると同様の作用および効果が達
成されることは明らかであるので、図１に示す実施例と
同一の構成部分には同一の参照符号を付し、その詳細な
説明は省略する。
【００２９】以上、本発明の好適な実施例についてそれ
ぞれ説明したが、本発明は前記実施例に限定されること
なく、その精神を逸脱しない範囲内において多くの改良
変更が可能である。
ぞれ説明したが、本発明は前記実施例に限定されること
なく、その精神を逸脱しない範囲内において多くの改良
変更が可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る表面
分析装置は、イオン・サイクロトロン共鳴磁場内に配設
された高真空プローブ内の分析セルの近傍に、プローブ
外部から操作可能な試料操作装置を介して試料を配置
し、この試料に対してプローブ外部から操作可能なレー
ザビーム走査装置を介してレーザビームを照射し、試料
表面から気化脱離する成分を前記分析セルを介して得ら
れる信号をフーリエ変換処理して質量分析することによ
り前記成分を定量する表面分析装置からなり、前記試料
操作装置は、試料をプローブ内部に保持する試料保持手
段と、この保持手段をプローブ外部から操作して前記試
料の位置を平面移動する試料移動手段とを備えると共
に、これら両手段の間を気密に分離する手段を有し、前
記レーザビーム走査装置は、プローブ外部からレーザビ
ームの焦点位置を調整する調整手段を有し、前記試料移
動手段と前記レーザビーム調整手段とによりレーザビー
ムを試料表面に対して２次元走査するよう構成すること
により、半導体や各種金属等の固体表面における成分の
定量分析およびこの成分の分布測定をリアルタイムで、
しかも簡単かつ容易に達成し得る小形にして安価な表面
分析装置を提供することができる。
分析装置は、イオン・サイクロトロン共鳴磁場内に配設
された高真空プローブ内の分析セルの近傍に、プローブ
外部から操作可能な試料操作装置を介して試料を配置
し、この試料に対してプローブ外部から操作可能なレー
ザビーム走査装置を介してレーザビームを照射し、試料
表面から気化脱離する成分を前記分析セルを介して得ら
れる信号をフーリエ変換処理して質量分析することによ
り前記成分を定量する表面分析装置からなり、前記試料
操作装置は、試料をプローブ内部に保持する試料保持手
段と、この保持手段をプローブ外部から操作して前記試
料の位置を平面移動する試料移動手段とを備えると共
に、これら両手段の間を気密に分離する手段を有し、前
記レーザビーム走査装置は、プローブ外部からレーザビ
ームの焦点位置を調整する調整手段を有し、前記試料移
動手段と前記レーザビーム調整手段とによりレーザビー
ムを試料表面に対して２次元走査するよう構成すること
により、半導体や各種金属等の固体表面における成分の
定量分析およびこの成分の分布測定をリアルタイムで、
しかも簡単かつ容易に達成し得る小形にして安価な表面
分析装置を提供することができる。
【００３１】すなわち、本発明によれば、試料操作装置
が、その試料保持手段と移動手段との間をベローズで完
全気密に分離していることから、試料操作装置がコンパ
クトとなり、この種の表面分析装置を小形かつ安価に提
供することができる。
が、その試料保持手段と移動手段との間をベローズで完
全気密に分離していることから、試料操作装置がコンパ
クトとなり、この種の表面分析装置を小形かつ安価に提
供することができる。
【００３２】また、これと同時に、プローブ内の試料
が、プローブ内部の超高真空には係わりなくスムーズに
移動するので、この種の表面分析装置を簡単かつ容易に
操作することができる。
が、プローブ内部の超高真空には係わりなくスムーズに
移動するので、この種の表面分析装置を簡単かつ容易に
操作することができる。
【００３３】そして、レーザビームが、試料表面に対し
て２次元座標形式で走査することから、この表面分析装
置に、本出願人の先願に係る実時間分析セルを適用する
ことにより、固体表面における成分の定量分析およびこ
の成分の分布測定をリアルタイムでかつ容易に達成する
ことができる。
て２次元座標形式で走査することから、この表面分析装
置に、本出願人の先願に係る実時間分析セルを適用する
ことにより、固体表面における成分の定量分析およびこ
の成分の分布測定をリアルタイムでかつ容易に達成する
ことができる。
【図１】本発明に係る表面分析装置の一実施例を示す一
部切欠全体平面図である。
部切欠全体平面図である。
【図２】図１に示す表面分析装置における試料操作装置
の一実施例を示す断面図である。
の一実施例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る表面分析装置の別の実施例を示す
一部切欠全体平面図である。
一部切欠全体平面図である。
【図４】図３に示す表面分析装置における試料操作装置
の別の実施例を示す断面図である。
の別の実施例を示す断面図である。
１０ プローブ装置
１２ プローブ
１４ 分析セル
２０、４０ 試料操作装置
２２、４２ 試料
２２ａ、４２ａ 表面
２４、４４ 保持軸
２６、４６ 回動つまみ
２８、４８ ベローズ
３０ フランジ
３２ 偏心摺動部
５０ レーザビーム走査装置
５２ レーザビーム
５４ 焦点距離調整用レンズ
５６ 走査用反射鏡
５８ 熱源用レーザ
６０ａ〜６０ｆ 反射鏡
６２ａ、６２ｂ レンズ
６４ 光軸調整用レーザ
６６ フランジ
６８ ビューイングポート
フロントページの続き
(72)発明者 本多 善久
静岡県榛原郡榛原町静谷498番１ 日機
装株式会社静岡製作所内
(56)参考文献 特開 平５−54852（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−84753（ＪＰ，Ａ)
特表 平６−508717（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 49/38
G01N 27/62
Claims (5)
- 【請求項１】 イオン・サイクロトロン共鳴磁場内に配
設された高真空プローブ内の分析セルの近傍に、プロー
ブ外部から操作可能な試料操作装置を介して試料を配置
し、この試料に対してプローブ外部から操作可能なレー
ザビーム走査装置を介してレーザビームを照射し、試料
表面から気化脱離する成分を前記分析セルを介して得ら
れる信号をフーリエ変換処理して質量分析することによ
り前記成分を定量する表面分析装置からなり、前記試料
操作装置は、試料をプローブ内部に保持する試料保持手
段と、この保持手段をプローブ外部から操作して前記試
料の位置を平面移動する試料移動手段とを備えると共
に、これら両手段の間を気密に分離する手段を有し、前
記レーザビーム走査装置は、プローブ外部からレーザビ
ームの焦点位置を調整する調整手段を有し、前記試料移
動手段と前記レーザビーム調整手段とによりレーザビー
ムを試料表面に対して２次元走査するよう構成すること
を特徴とする表面分析装置。 - 【請求項２】 レーザビーム走査装置は、さらにプロー
ブ外部からレーザビームの焦点距離を調整する調整手段
を有してなる請求項１記載の表面分析装置。 - 【請求項３】 試料操作装置は、試料保持手段の中心部
保持軸の周面上に保持した試料を試料移動手段を介して
プローブの長手方向中心軸線に対し平行に直線移動し、
レーザビーム走査装置は、前記試料上に照射されるレー
ザビームをレーザビーム調整手段を介して前記試料の前
記直線移動方向に対して直角方向へ調整し、これにより
レーザビームが試料表面を直角座標形式で走査してなる
請求項１記載の表面分析装置。 - 【請求項４】 試料操作装置は、試料保持手段の中心保
持軸の自由端面上に保持した試料を試料移動手段を介し
てプローブの長手方向中心軸線周りに回転移動し、レー
ザビーム走査装置は、前記試料上に照射されるレーザビ
ームをレーザビーム調整手段を介して前記試料の前記回
動半径方向へ調整し、これによりレーザビームが試料表
面を極座標形式で走査してなる請求項１記載の表面分析
装置。 - 【請求項５】 レーザビーム走査装置は、照射レーザビ
ームと同軸上に、そのビーム軸調整用の可視領域レーザ
ビームを重畳してなる請求項１ないし４のいずれかに記
載の表面分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11310493A JP3391504B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 表面分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11310493A JP3391504B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 表面分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06325730A JPH06325730A (ja) | 1994-11-25 |
| JP3391504B2 true JP3391504B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=14603592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11310493A Expired - Fee Related JP3391504B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 表面分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3391504B2 (ja) |
-
1993
- 1993-05-14 JP JP11310493A patent/JP3391504B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06325730A (ja) | 1994-11-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |