JPH06310092A - Laser ionized neutral particle mass spectrograph - Google Patents

Laser ionized neutral particle mass spectrograph

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JPH06310092A
JPH06310092A JP5099959A JP9995993A JPH06310092A JP H06310092 A JPH06310092 A JP H06310092A JP 5099959 A JP5099959 A JP 5099959A JP 9995993 A JP9995993 A JP 9995993A JP H06310092 A JPH06310092 A JP H06310092A
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JP
Japan
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laser
solid sample
sample
ion
laser beam
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Application number
JP5099959A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Maruo
尾 哲 也 丸
Yasuhiro Azuma
康 弘 東
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent a laser beam from being irradiated to a surface of a sample while bringing a laser passing position to the surface of the sample as close as possible in a mass spectrograph to measure a mass spectrum of the photoexcited ions by ionizing a neutral particle sputtered from the surface of the sample by the laser beam. CONSTITUTION:A mass spectrograph is constituted in such a way that an ion beam B is irradiated to a surface of a solid sample by an ion beam generating device 12, an electrostatic lens 13 and a scanning electrode 14, and a neutral particle C is sputtered, and is ionized by an ultraviolet laser beam L to generate a light exciting ion Ic, and an abrasion ion is removed by an extraction electrode 16 and an energy analyzer 17. In this mass spectrograph, the ultraviolet laser beam L is made incident in the oblique rear direction of the surface of the solid sample 11, and a side surface of the solid sample 11 intercepts the lower part of the ultraviolet laser beam L, so that the ultraviolet laser beam L is prevented from being irradiated to an analyzing surface of the solid sample 11.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、被分析物である個体
試料にイオンビームを当てることによりスパッタされる
粒子のうちで、電荷を持たない中性粒子をレーザにより
イオン化してなる光励起イオンの質量スペクトルを測定
することで試料の質量分析を行うレーザイオン化中性粒
子質量分析装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to photoexcited ions obtained by ionizing a neutral particle having no electric charge by a laser among particles sputtered by applying an ion beam to a solid sample as an analyte. The present invention relates to a laser ionization neutral particle mass spectrometer that performs mass analysis of a sample by measuring a mass spectrum.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のレーザイオン化中性粒子質量分
析装置において、固体試料表面よりスパッタされる中性
粒子をレーザ光により効率良くイオン化するためには、
レーザ光の通過位置を固体試料表面にできるだけ近づけ
ることが望ましい。しかし、この場合、レーザの一部が
試料表面に照射されて新たなイオン(レーザアブレーシ
ョンイオン)が発生することが問題となる。
2. Description of the Related Art In this type of laser ionization neutral particle mass spectrometer, in order to efficiently ionize neutral particles sputtered from the surface of a solid sample with laser light,
It is desirable that the laser beam passage position be as close to the solid sample surface as possible. However, in this case, there is a problem that a part of the laser is irradiated onto the sample surface and new ions (laser ablation ions) are generated.

【0003】そこで、本発明者らは、特開平3−291
559号や特開平4−58447号の発明において、こ
のようなレーザアブレーションイオンや二次イオン等の
イオンを効果的に分離し、光励起イオンのみを検出する
装置を考案した。図4に本発明者らの発明したレーザイ
オン化中性粒子質量分析装置の全体図を示す。
Therefore, the inventors of the present invention have disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-291.
In the inventions of 559 and JP-A-4-58447, an apparatus for effectively separating ions such as laser ablation ions and secondary ions and detecting only photoexcited ions was devised. FIG. 4 shows an overall view of the laser ionization neutral particle mass spectrometer invented by the present inventors.

【0004】図4において、イオンビーム発生装置32
よりイオンビームBが発生する。次いで、このイオンビ
ームBを静電レンズ33により収束した後、走査電極3
4により振動させて固体試料31表面上を走査しながら
表面上に衝撃させる。イオンビームBの衝撃により中性
粒子Cと二次イオンI2 がスパッタされる。中性粒子C
は、紫外レーザ光Lによりイオン化され光励起イオンI
c となる。この光励起イオンIc は引き出し電極36に
よりイオン化領域から引き出され、エネルギ分析器37
を通過後、磁場や電場を利用した質量分析器38で質量
分離された後、イオン検出器39で電気パルス化され、
パルス計数器40で計数される。
In FIG. 4, an ion beam generator 32 is shown.
The ion beam B is further generated. Next, after the ion beam B is converged by the electrostatic lens 33, the scanning electrode 3
The surface of the solid sample 31 is oscillated by 4 to scan the surface of the solid sample 31, and is impacted on the surface. The impact of the ion beam B sputters the neutral particles C and the secondary ions I 2 . Neutral particles C
Are photoexcited ions I which are ionized by the ultraviolet laser light L.
c . The photoexcited ions I c are extracted from the ionization region by the extraction electrode 36, and the energy analyzer 37
After passing through, the mass is separated by a mass analyzer 38 using a magnetic field or an electric field, and then pulsed by an ion detector 39,
It is counted by the pulse counter 40.

【0005】このような装置においては、レーザアブレ
ーションイオンや二次イオンI2 の発生装置と光励起イ
オンIc の発生位置が異なる。そのため、引き出し電極
36により印加される電位が異なるため、容易にエネル
ギ分析器37によってエネルギ分離が可能であり、その
ため光励起イオンIc を効果的にレーザアブレーション
イオンや二次イオンから分離して検出することが可能で
ある。そのため、レーザの通過位置を試料表面近くにま
で近づけることが可能となり、効率的に中性粒子を光イ
オン化することが可能となった。
In such an apparatus, the generation position of the photoexcited ion I c is different from that of the laser ablation ion or secondary ion I 2 generation apparatus. Therefore, since the electric potential applied by the extraction electrode 36 is different, the energy can be easily separated by the energy analyzer 37. Therefore, the photoexcited ion I c is effectively separated from the laser ablation ion or the secondary ion and detected. It is possible. Therefore, the laser passage position can be brought close to the sample surface, and the neutral particles can be efficiently photoionized.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
の一部が試料表面に照射されることによってレーザアブ
レーションイオンが発生することの他にも、例えば試料
表面がレーザによって熱せられるために化学反応を起こ
し分析ができなくなるなどの問題が生じる。そこで、レ
ーザを試料表面に照射せず、かつできるだけレーザを試
料表面に近づける方法が必要となる。
However, in addition to the generation of laser ablation ions by irradiating the sample surface with part of the laser, a chemical reaction occurs, for example, because the sample surface is heated by the laser. Problems such as the inability to analyze arise. Therefore, it is necessary to provide a method of irradiating the sample surface with the laser and bringing the laser as close to the sample surface as possible.

【0007】この発明は、前述のような問題点を解消す
べくなされたもので、その目的は、試料表面からスパッ
タされる中性粒子のイオン化効率を高めるべくレーザの
通過位置をできるだけ試料表面に近づけることができ、
しかも試料表面にはレーザが照射されることのないレー
ザイオン化中性粒子質量分析装置を提供することにあ
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to make a laser passing position as close to the sample surface as possible so as to enhance the ionization efficiency of neutral particles sputtered from the sample surface. Can get closer,
Moreover, it is another object of the present invention to provide a laser ionization neutral particle mass spectrometer which does not irradiate the sample surface with a laser.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は前記目的を達
成するために、次のような構成とした。すなわち、真空
中において被分析物である固体試料の表面にイオンビー
ムを照射し、前記固体試料表面から中性粒子をスパッタ
させる手段(イオンビーム発生装置、静電レンズ、走査
電極など)と、前記中性粒子をイオン化して光励起イオ
ンを発生させるパルスレーザと、前記光励起イオンを質
量分離する質量分析器と、前記質量分析器により質量分
離されたイオンを検出するイオン検出器とを備え、さら
に前記パルスレーザが前記固体試料を直接照射すること
によって発生するアブレーションイオンを取り除く手段
(取り出し電極、エネルギ分析器など)を前記質量分析
器の前段に有するレーザイオン化中性粒子質量分析装置
において、前記パルスレーザを前記固体試料表面の斜め
後方より入射させ、前記固体試料の側面が前記パルスレ
ーザの一部を遮ることによりパルスレーザが固体試料表
面の分析面に照射されないようにレーザ装置を配置す
る。
In order to achieve the above object, the present invention has the following constitution. That is, means for irradiating the surface of a solid sample, which is an analyte, in a vacuum with an ion beam to sputter neutral particles from the surface of the solid sample (ion beam generator, electrostatic lens, scanning electrode, etc.); A pulse laser that ionizes neutral particles to generate photoexcited ions, a mass analyzer that mass-separates the photoexcited ions, and an ion detector that detects the ions mass-separated by the mass analyzer, and further In the laser ionization neutral particle mass spectrometer having a means (extraction electrode, energy analyzer, etc.) for removing ablation ions generated by direct irradiation of the solid sample by the pulse laser, the pulse laser Incident on the surface of the solid sample obliquely from the rear side, and the side surface of the solid sample is set to the pulse laser. Pulse laser by blocking some of the positions the laser device so as not to irradiate the analytical surface of the solid sample surface.

【0009】[0009]

【作用】以上のような構成において、レーザ光の下部が
試料の側面により遮られた状態で、レーザ光が分析され
る試料表面に対して斜め後方から斜め前方に通過する。
従来において試料表面に照射されていたレーザ光の下部
部分が試料側面によって遮られ、試料表面に照射されな
くなる。これにより試料表面がレーザによって熱せられ
ることがなく、化学反応を起こして分析ができなくなる
というような問題を解消できる。また、レーザの通過位
置は従来とほぼ変わらず、試料表面に近づけることがで
きる。なお、レーザ光の下部部分が試料の側面を照射す
ることになるが、分析位置との間に距離をとれば、熱的
影響の心配がない。
In the above structure, the laser light passes obliquely from the rear to the front with respect to the sample surface to be analyzed, with the lower portion of the laser light shielded by the side surface of the sample.
The lower portion of the laser beam, which has hitherto been irradiated on the sample surface, is blocked by the side surface of the sample and is not irradiated on the sample surface. As a result, the problem that the sample surface is not heated by the laser and a chemical reaction occurs to make analysis impossible can be solved. Further, the laser passage position is almost the same as in the conventional case, and can be brought close to the sample surface. Although the lower part of the laser light irradiates the side surface of the sample, if there is a distance from the analysis position, there is no fear of thermal influence.

【0010】[0010]

【実施例】以下、この発明を図示する一実施例に基づい
て詳細に説明する。図1、図2は、この発明のレーザイ
オン化中性粒子質量分析装置を示す全体概略図、固体試
料近傍の拡大図である。図1に示すように、固体試料1
1の斜め上方には、従来と同様にイオンビーム発生装置
12、静電レンズ13、走査電極14が配列され、さら
に固体試料11の上には引き出し電極16、エネルギ分
析器17が設けられ、このエネルギ分析器17に質量分
析器18、イオン検出器19、パルス計数器20が接続
される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to an illustrated embodiment. 1 and 2 are an overall schematic view showing a laser ionization neutral particle mass spectrometer of the present invention, and an enlarged view near a solid sample. As shown in FIG. 1, solid sample 1
An ion beam generator 12, an electrostatic lens 13, and a scanning electrode 14 are arranged diagonally above 1 in the same manner as in the conventional case, and an extraction electrode 16 and an energy analyzer 17 are provided on the solid sample 11. A mass analyzer 18, an ion detector 19, and a pulse counter 20 are connected to the energy analyzer 17.

【0011】イオンビーム発生装置12より発生したイ
オンビームBは、静電レンズ13により収束された後、
走査電極14により振動して固体試料11の表面上を走
査しながら衝撃する。イオンビームBの衝撃により固体
試料11から中性粒子Cと二次イオンI2 がスパッタさ
れる。中性粒子Cは、パルスレーザ15からの紫外レー
ザ光Lによりイオン化され、光励起イオンIc となる。
この光励起イオンIcは、引き出し電極16によりイオ
ン化領域から引き出され、エネルギ分析器17でレーザ
アブレーションや二次イオンからエネルギ分離された
後、磁場や電場を利用した質量分析器18で質量分離さ
れ、イオン検出器19で電気パルス化され、パルス計数
器20で計数される。
The ion beam B generated by the ion beam generator 12 is converged by the electrostatic lens 13 and then
The scanning electrode 14 vibrates and impacts while scanning the surface of the solid sample 11. Neutral particles C and secondary ions I 2 are sputtered from the solid sample 11 by the impact of the ion beam B. The neutral particles C are ionized by the ultraviolet laser light L from the pulse laser 15 and become photoexcited ions I c .
This photoexcited ion I c is extracted from the ionization region by the extraction electrode 16, energy-separated from laser ablation and secondary ions by the energy analyzer 17, and then mass-separated by the mass analyzer 18 using a magnetic field or an electric field. It is converted into electric pulses by the ion detector 19 and counted by the pulse counter 20.

【0012】以上のような構成において、レーザ装置1
5を傾斜配置して紫外レーザ光Lを固体試料11の側面
上部に指向させ、紫外レーザ光Lの一部が固体試料11
の側面上端部に遮られた状態で、紫外レーザ光Lが固体
試料11の表面に対して斜め後方から斜め前方に通過す
るように構成する。
In the above-mentioned structure, the laser device 1
5, the ultraviolet laser light L is directed to the upper side surface of the solid sample 11 so that part of the ultraviolet laser light L is solid sample 11
The ultraviolet laser light L passes through the surface of the solid sample 11 from obliquely rearward to obliquely forward while being blocked by the upper end of the side surface of the solid sample 11.

【0013】このような構成において、図2に示すよう
に、従来では固体試料11の表面11aに照射されてい
た紫外レーザ光Lの下部部分aが固体試料11の側面1
1bの上端部によって遮られ、固体試料11の表面11
aには決して照射されなくなる。紫外レーザ光Lの下部
部分aは試料の側面11bを照射することになるが、適
当に分析位置との距離をとることにより熱的影響を与え
ない。
In such a structure, as shown in FIG. 2, the lower portion a of the ultraviolet laser light L, which is conventionally irradiated on the surface 11a of the solid sample 11, is the side surface 1 of the solid sample 11.
The surface 11 of the solid sample 11 blocked by the upper end of 1b
a will never be illuminated. The lower part a of the ultraviolet laser light L irradiates the side surface 11b of the sample, but it does not exert a thermal influence by setting an appropriate distance from the analysis position.

【0014】紫外レーザ光Lの下部部分aが固体試料1
1の表面部分に照射されないことにより、固体試料11
の表面がレーザ光Lにより熱せられて化学反応を起こす
ことがない。図3に示すのは、このような装置をSi酸
化膜に適用して試料表面に対する光励起イオン強度を示
したグラフであり、レーザによる熱的影響が無いことが
わかる。
The lower part a of the ultraviolet laser beam L is the solid sample 1
By not irradiating the surface portion of No. 1, the solid sample 11
The surface of is not heated by the laser light L and does not cause a chemical reaction. FIG. 3 is a graph showing the photoexcited ion intensity with respect to the sample surface when such an apparatus is applied to the Si oxide film, and it can be seen that there is no thermal influence by the laser.

【0015】[0015]

【発明の効果】前述の通り、この発明によれば、固体表
面からスパッタされる中性粒子をイオン化するパルスレ
ーザを前記固体試料の斜め後方より入射させ、前記固体
試料の側面が前記パルスレーザの一部を遮ることにより
パルスレーザが固体試料の分析面に照射されないように
したため、レーザの通過位置をできるだけ試料表面に近
づけた状態で、試料表面にレーザが照射されないように
することができ、レーザの影響を受けない表面分析が可
能となる。
As described above, according to the present invention, a pulsed laser for ionizing neutral particles sputtered from the surface of a solid is made incident obliquely behind the solid sample, and the side surface of the solid sample is the pulse laser. Since the pulsed laser is prevented from irradiating the analysis surface of the solid sample by blocking a part of it, it is possible to prevent the laser from irradiating the sample surface with the passing position of the laser as close to the sample surface as possible. It enables surface analysis that is not affected by.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明のレーザイオン化中性粒子質量分析装
置全体を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the entire laser ionization neutral particle mass spectrometer of the present invention.

【図2】図1の装置における固体試料近傍の拡大図であ
る。
FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of a solid sample in the apparatus of FIG.

【図3】この発明によるSi酸化膜の深さ方向分析例を
示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing an example of depth direction analysis of a Si oxide film according to the present invention.

【図4】従来のレーザイオン化中性粒子質量分析装置を
示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a conventional laser ionization neutral particle mass spectrometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

B イオンビーム C 中性粒子 Ic 光励起イオン I2 二次イオン 11 固体試料 12 イオンビーム発生装置 13 静電レンズ 14 走査電極 15 パルスレーザ 16 引き出し電極 17 エネルギ分析器 18 質量分析器 19 イオン検出器 20 パルス計数器B ion beam C neutral particles I c photoexcitation ion I 2 secondary ions 11 solid sample 12 ion beam generator 13 electrostatic lens 14 scan electrodes 15 pulse laser 16 lead electrode 17 energy analyzer 18 mass analyzer 19 ion detector 20 Pulse counter

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空中において被分析物である固体試料
の表面にイオンビームを照射し、前記固体試料表面から
中性粒子をスパッタさせる手段と、前記中性粒子をイオ
ン化して光励起イオンを発生させるパルスレーザと、前
記光励起イオンを質量分離する質量分析器と、前記質量
分析器により質量分離されたイオンを検出するイオン検
出器とを備え、さらに前記パルスレーザが前記固体試料
を直接照射することによって発生するアブレーションイ
オンを取り除く手段を前記質量分析器の前段に有するレ
ーザイオン化中性粒子質量分析装置において、 前記パルスレーザを前記固体試料表面の斜め後方より入
射させ、前記固体試料の側面が前記パルスレーザの一部
を遮ることによりパルスレーザが固体試料表面の分析面
に照射されないようにレーザ装置を配置したことを特徴
とするレーザイオン化中性粒子質量分析装置。
1. A means for irradiating the surface of a solid sample, which is an analyte, in a vacuum with an ion beam to sputter neutral particles from the surface of the solid sample, and ionizing the neutral particles to generate photoexcited ions. A pulse laser, a mass analyzer for mass-separating the photoexcited ions, and an ion detector for detecting ions mass-separated by the mass analyzer, and the pulse laser directly irradiates the solid sample. In a laser ionization neutral particle mass spectrometer having a means for removing ablation ions generated by the mass spectrometer, the pulse laser is made incident from obliquely behind the surface of the solid sample, and the side surface of the solid sample is the pulse. By blocking a part of the laser, the pulsed laser is prevented from irradiating the analysis surface of the solid sample surface. Laser ionization neutral mass spectrometer, characterized in that a device.
JP5099959A 1993-04-27 1993-04-27 Laser ionized neutral particle mass spectrograph Pending JPH06310092A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105572216A (en) * 2015-12-30 2016-05-11 大连民族大学 Novel flight time secondary ion mass spectrometer
US10553416B2 (en) 2015-09-11 2020-02-04 Toshiba Memory Corproation Mass spectrometer performing mass spectrometry for sample with laser irradiation

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