JPH0752155B2 - Scanning surface film analysis method - Google Patents

Scanning surface film analysis method

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JPH0752155B2
JPH0752155B2 JP60034305A JP3430585A JPH0752155B2 JP H0752155 B2 JPH0752155 B2 JP H0752155B2 JP 60034305 A JP60034305 A JP 60034305A JP 3430585 A JP3430585 A JP 3430585A JP H0752155 B2 JPH0752155 B2 JP H0752155B2
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light
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raman
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寛 坂田
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65Raman scattering

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はレーザー光を光源とするラマン分光分析法に係
り、特に被測定試料の成分及び濃度(以下、成分・濃度
と記載)に分布が存在する場合の測定に好適な走査型表
面皮膜解析方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Raman spectroscopic analysis method using a laser beam as a light source, and in particular, distribution of components and concentrations (hereinafter referred to as components / concentrations) of a sample to be measured is present. The present invention relates to a scanning surface film analysis method suitable for measurement in the case of performing.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

被測定試料に強い単色可視光線を照射すると、その試料
の分子振動に起因して入射光が振動数変化し、入射光と
振動数が異なるラマン散乱光が発生する。その振動数変
化に対するラマン散乱光強度を測定したものをラマンス
ペクトルといい、このラマンスペクトルがピークを示す
振動数位置から定性分析ができ、また、散乱光強度から
定量分析ができる。
When the sample to be measured is irradiated with strong monochromatic visible light, the incident light changes in frequency due to the molecular vibration of the sample, and Raman scattered light having a frequency different from that of the incident light is generated. What measured the Raman scattered light intensity with respect to the frequency change is called a Raman spectrum, and qualitative analysis can be performed from the frequency position where this Raman spectrum shows a peak, and quantitative analysis can be performed from the scattered light intensity.

現在のレーザーラマン分光法は、例えば特開昭55−1125
49号公報に開示する如く、固体試料ならば試料台に載
せ、液体試料ならばセルに入れて、試料室にてレーザー
光を試料に照射して発生するラマン散乱光を分光計に導
入して各振動数におけるラマン散乱光強度を測定して行
つている。
Current laser Raman spectroscopy is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 55-1125.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 49, if a solid sample is placed on a sample table, if it is a liquid sample, put it in a cell, and introduce Raman scattered light generated by irradiating the sample with laser light in a sample chamber into a spectrometer. The Raman scattered light intensity at each frequency is measured.

上記レーザーラマン分光方法において、試料の測定箇所
のX−Y方向の位置決めは、試料自体を動かし、かつ、
手動で行つたので、動かすと試料が破損する恐れのある
場合や試料を試料室に入れることのできない場合などの
ように試料室にて試料自体を動かすことができない場合
は測定が不可能であつた。また、試料室にて試料自体を
動かすことができる場合であつても、手動のため、X−
Y方向の位置決めを精度良く行うことが困難であつた。
このため、得られる成分・濃度の分布の精度が低下する
欠点があつた。
In the above-mentioned laser Raman spectroscopy method, the positioning of the measurement point of the sample in the XY direction is performed by moving the sample itself, and
Since it was done manually, the measurement cannot be performed if the sample itself cannot be moved in the sample chamber, such as when the sample may be damaged by moving it or when the sample cannot be put in the sample chamber. It was Even if the sample itself can be moved in the sample chamber, the X-
It was difficult to perform positioning in the Y direction with high accuracy.
For this reason, there is a drawback that the accuracy of the distribution of the obtained components / concentration decreases.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明は、試料表面の成分・濃度分布を自動的に測定す
る走査型表面皮膜解析方法を提供することを目的とし、
特にデータサンプリングの効率向上(必要最小限のサン
プリング)と精度向上を図ることを目的とする。
An object of the present invention is to provide a scanning surface film analysis method for automatically measuring a component / concentration distribution on a sample surface,
In particular, it aims to improve the efficiency of data sampling (minimum necessary sampling) and accuracy.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明の走査型表面皮膜解析方法は、レーザー光を被測
定試料まで光ファイバーで導き、試料に照射して該試料
から発生したラマン散乱光を光ファイバーでラマン分光
計へ導き、成分及び濃度を測定して解析するに際し、光
ファイバーを水平走査し、ラマン散乱光をラマン分光計
へ導き、該水平走査は濃度分布の勾配から走査ステップ
幅及びデータサンプリング間隔を決定しながら行うこと
を特徴とする。この場合、試料と光ファイバーとの間隔
を一定に保ちながら少なくとも光ファイバーを水平走査
することが望ましい。
The scanning surface film analysis method of the present invention guides laser light to a sample to be measured by an optical fiber, irradiates the sample and guides Raman scattered light generated from the sample to a Raman spectrometer by the optical fiber, and measures components and concentrations. In the analysis, the optical fiber is horizontally scanned, the Raman scattered light is guided to the Raman spectrometer, and the horizontal scanning is performed while determining the scanning step width and the data sampling interval from the gradient of the concentration distribution. In this case, it is desirable to horizontally scan at least the optical fiber while keeping the distance between the sample and the optical fiber constant.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図に示す実施例は、本発明の基本的態様であり、ア
ルゴンイオンレーザー等のレーザー光源1から発振され
たレーザー光はレーザー光用光ファイバー2を通りレー
ザー集光レンス3により試料4の測定部に集光する。そ
してこのレーザー光用光ファイバー2及びラマン光用光
ファイバー5をX−Y軸ステージ6に取り付け、2個の
ステツピングモータ(DCモータでもよい。図示せず)で
駆動するX−Y機構に設置した。ステツピングモータを
プログラム制御し、X−Y方向に自動的に走査させ、各
走査点でレーザー光7を照射することにより、試料4か
らラマン散乱光8を発生させる。発生したラマン散乱光
8はラマン集光レンズ9により集光し、ラマン光用光フ
アイバー5を経て公知のラマン分光計10において分光し
たラマンスペクトルを測定し、コンピユータ11により処
理を行つた。このラマンスペクトルから試料4の成分・
濃度を求めたものである。
The embodiment shown in FIG. 1 is a basic mode of the present invention. Laser light emitted from a laser light source 1 such as an argon ion laser passes through an optical fiber 2 for laser light and a sample 4 is measured by a laser focusing lens 3. Focus on the part. Then, the optical fiber 2 for laser light and the optical fiber 5 for Raman light were attached to an XY axis stage 6 and installed in an XY mechanism driven by two stepping motors (a DC motor may be used, not shown). The Raman scattered light 8 is generated from the sample 4 by program-controlling the stepping motor to automatically scan in the XY directions and irradiating the laser light 7 at each scanning point. The generated Raman scattered light 8 was condensed by the Raman condensing lens 9, passed through the Raman light optical fiber 5 and the Raman spectrum measured by the known Raman spectrometer 10 was measured, and processed by the computer 11. From this Raman spectrum, the components of sample 4
This is the concentration obtained.

ラマン分光計10により得られたラマンスペクトルをコン
ピユータ11により処理を行い濃度分布の勾配を求め、そ
の大きさにより順次走査ステツプ幅及びデータサンプリ
ング間隔をコンピユータ11により決定し、2個のステツ
ピングモータ(図示せず)を駆動することも可能であ
る。濃度分布の勾配が大きくなるときには、走査ステツ
プ幅及びデータサンプリング間隔を小さくして行き、反
対に勾配が小さくなるときには、それらが大きくなるよ
うにする。そして、各走査点でラマン分光計10によりラ
マンスペクトルを測定し、コンピユータ11により処理を
行い、試料4の成分・濃度を求めるものである。
The Raman spectrum obtained by the Raman spectrometer 10 is processed by the computer 11 to obtain the gradient of the concentration distribution, and the sequential scanning step width and the data sampling interval are determined by the computer 11 according to the size of the gradient, and the two stepping motors ( It is also possible to drive (not shown). When the gradient of the density distribution becomes large, the scanning step width and the data sampling interval are made small, and when the gradient becomes small, they become large. Then, the Raman spectrum is measured by the Raman spectrometer 10 at each scanning point and processed by the computer 11 to obtain the components and concentrations of the sample 4.

第2図に示す実施例は、他の発明の基本的態様で、レー
ザー光用光フアイバー2及びラマン光用光フアイバー5
をZ方向位置決めセンサ12と共にX−Y−Z軸ステージ
6に取り付け、2個のステツピングモータ(図示せず)
及び1個のモータ(図示せず)で駆動するX−Y−Z機
構に設置する。ステツピングモータをプログラム制御
し、X−Y方向に自動的に走査させ、これと同時に、Z
方向位置決めセンサ7及びこの信号によるモータ駆動に
より光フアイバー2及び5のZ方向の位置を試料4表面
から一定の距離に保ち、各走査でレーザー光7を照射す
る。試料4から発生したラマン散乱光8はラマン集光レ
ンズ9により集光し、ラマン光用光フアイバー9により
集光し、ラマン光用光フアイバー5を経てラマン分光計
10において分光してラマンスペクトルを測定し、コンピ
ユータ11により処理を行う。このラマンスペクトルから
試料4の成分・濃度を求めるものである。
The embodiment shown in FIG. 2 is a basic mode of another invention, and is a laser fiber 2 and a Raman light fiber 5.
Mounted on the XYZ axis stage 6 together with the Z direction positioning sensor 12 and two stepping motors (not shown)
And an XYZ mechanism driven by one motor (not shown). The stepping motor is program-controlled to automatically scan in the XY directions, and at the same time, Z
The position of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction is kept at a constant distance from the surface of the sample 4 by the directional positioning sensor 7 and the motor driven by this signal, and the laser beam 7 is emitted in each scan. The Raman scattered light 8 generated from the sample 4 is condensed by the Raman condensing lens 9, condensed by the Raman light optical fiber 9, passes through the Raman light optical fiber 5, and passes through the Raman spectrometer.
The spectrum is measured at 10 to measure the Raman spectrum, and processed by the computer 11. The component / concentration of sample 4 is obtained from this Raman spectrum.

ラマン分光計10において測定したラマンスペクトルから
得られた試料4の成分・濃度をコンピユータ11により処
理を行い成分・濃度の分布の勾配を求め、その大きさに
より順次走査ステツプ幅及びデータサンプリング間隔を
コンピユータ11により決定し、2個のステツピングモー
タ(図示せず)を駆動することも可能である。成分・濃
度の分布の勾配が大きくなるのにつれて、走査ステツプ
幅及びデータサンプリング間隔を小さくして行き、反対
に成分・濃度の分布の勾配が小さくなるときには、それ
らが大きくなるようにする。そして、各走査点でラマン
スペクトルを測定し、コンピユータ11により処理を行
い、成分・濃度を求めたものである。
The component / concentration of the sample 4 obtained from the Raman spectrum measured by the Raman spectrometer 10 is processed by the computer 11 to obtain the gradient of the component / concentration distribution, and the sequential scanning step width and the data sampling interval are determined by the size. It is also possible to drive two stepping motors (not shown) determined by 11. As the gradient of the component / concentration distribution becomes larger, the scanning step width and the data sampling interval are made smaller. On the contrary, when the gradient of the component / concentration distribution becomes smaller, they are made larger. Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point, processed by the computer 11, and the components / concentrations are obtained.

第3図は、反射したレーザー光14をZ方向位置センサ12
で受光し、フアイバー2及び5と試料4表面とを一定距
離に保つ実施例で、かかる構造のものはセンサ発光部が
不要となり構造が簡単になるという効果がある。
FIG. 3 shows the laser beam 14 reflected by the Z-direction position sensor 12
In the embodiment in which the light is received by and the distance between the fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 is kept at a constant distance, such a structure has an effect that the sensor light emitting portion is unnecessary and the structure is simplified.

第4図は、位置決めセンサ12にレーザーを用いた実施例
である。
FIG. 4 shows an embodiment in which a laser is used as the positioning sensor 12.

同図において、位置決めセンサ12より被測定試料4表面
に照射されたレーザー光15は、被測定試料4表面までの
距離が大きいと輝点16となる。レーザー光15からの乱反
射光は、レンズ17で集光されてイメージセンサ18上の結
像点18aに結像する。被測定試料4表面までの距離が小
さくなり、試料が位置4aになると、輝度16aに移る。そ
れに伴なつてイメージセンサ18上の結像点18aは結像点1
8bへ移る。イメージセンサ18は、多数の受光素子を直線
上に並べたもので、結像点の位置を読むと位置決めセン
サ12と被測定試料4表面との距離がわかる。従つて、あ
らかじめ位置決めセンサ12と光フアイバー2及び5先端
とのZ方向の距離を明確にしておけば、光フアイバー2
及び5先端と被測定試料4表面との距離がわかる。かく
して、位置決めセンサ12からの信号をコンピユータ11で
処理し、モータ(図示せず)を駆動させることにより、
光フアイバー2及び5のZ方向の位置を被測定試料4表
面から一定の距離に保つことができる。そして、各走査
点でラマンスペクトルを測定し、コンピユータ11により
処理を行い、成分・濃度を求めるものである。
In the figure, the laser beam 15 emitted from the positioning sensor 12 to the surface of the sample 4 to be measured becomes a bright spot 16 when the distance to the surface of the sample 4 to be measured is large. The diffusely reflected light from the laser light 15 is condensed by the lens 17 and forms an image on the image forming point 18a on the image sensor 18. When the distance to the surface of the sample 4 to be measured becomes small and the sample reaches the position 4a, the brightness shifts to 16a. Accordingly, the image forming point 18a on the image sensor 18 becomes the image forming point 1
Move to 8b. The image sensor 18 is formed by arranging a large number of light receiving elements on a straight line, and the distance between the positioning sensor 12 and the surface of the measured sample 4 can be known by reading the position of the image forming point. Therefore, if the distance between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction is defined in advance, the optical fiber 2
And the distance between the tip of 5 and the surface of the sample 4 to be measured is known. Thus, by processing the signal from the positioning sensor 12 by the computer 11 and driving a motor (not shown),
The positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction can be maintained at a constant distance from the surface of the measured sample 4. Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point and processed by the computer 11 to obtain the component / concentration.

第5図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、レー
ザーを用いた光学的非接触センサの例である。同図にお
いて、位置決めセンサ12のレーザー光源19から出射した
レーザー光20は、レンズ21及び22、ハーフミラー23及び
対物レンズ24を通つて被測定試料4表面上に直径1μm
以下に集光される。また、反射光は対物レンズ24は、ハ
ーフミラー23及びレンズ25を通つて受光素子26に入射す
る。受光素子26への入射ビーム径は、被測定試料4表面
上の輝点27の大きさにより変化し、またこの輝点27の大
きさは、対物レンズ24と被測定試料4表面との距離Lに
依存する。例えば、距離Lが対物レンズ24の焦点距離に
等しいときは、輝点27の大きさは最小となり、受光素子
26への入射ビーム径も最小となる。距離Lが対物レンズ
24の焦点距離より小さいとき又は大きいときには、輝点
27a及び入射ビーム径は増大する。このような受光素子2
6への入射ビーム径と距離Lとの関係を求めておけば、
入射ビーム径を測定することにより距離Lを求めること
ができる。従つて、あらかじめ位置決めセンサ12と光フ
アイバー2及び5先端とのZ方向の距離を明確にしてお
けば、光フアイバー2及び5先端と被測定試料4表面と
の距離がわかる。かくして、位置決めセンサ12からの信
号をコンピユータ11で処理し、モータ(図示せず)を駆
動させることにより、光フアイバー2及び5のZ方向の
位置を被測定試料4表面から一定の距離に保つことがで
きる。そして、各走査点でラマンスペクトルを測定し、
コンピユータ11により処理を行い、成分・濃度を求める
ものである。
The embodiment shown in FIG. 5 is an example of an optical non-contact sensor using a laser as the positioning sensor 12. In the figure, the laser light 20 emitted from the laser light source 19 of the positioning sensor 12 passes through the lenses 21 and 22, the half mirror 23 and the objective lens 24, and has a diameter of 1 μm on the surface of the measured sample 4.
Focused below. Further, the reflected light enters the light receiving element 26 through the half mirror 23 and the lens 25 in the objective lens 24. The diameter of the beam incident on the light receiving element 26 changes depending on the size of the bright spot 27 on the surface of the sample 4 to be measured, and the size of this bright spot 27 is the distance L between the objective lens 24 and the surface of the sample 4 to be measured. Depends on. For example, when the distance L is equal to the focal length of the objective lens 24, the size of the bright spot 27 becomes the minimum and the light receiving element
The incident beam diameter on 26 is also minimal. Objective lens at distance L
When the focal length is smaller or larger than 24, the bright spot
27a and the incident beam diameter increase. Such a light receiving element 2
If we find the relationship between the incident beam diameter to 6 and the distance L,
The distance L can be obtained by measuring the incident beam diameter. Therefore, if the distance in the Z direction between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 is defined in advance, the distance between the tips of the optical fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 to be measured can be known. Thus, the signal from the positioning sensor 12 is processed by the computer 11 and the motor (not shown) is driven to keep the positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction at a constant distance from the surface of the sample 4 to be measured. You can Then, measure the Raman spectrum at each scanning point,
Processing is performed by the computer 11, and the components and concentrations are obtained.

第6図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、投光
・受光素子を用いた非接触方式センサを使用した場合の
例である。同図において、位置決めセンサ12の投光素子
24に電圧をかけて被測定試料4表面に光を投光する。被
測定試料4表面からの反射光29を受光素子30により受光
するようにすると、位置決めセンサ12と被測定試料4表
面との距離Lは、受光量を測定することにより求めるこ
とができる。
The embodiment shown in FIG. 6 is an example in which a non-contact type sensor using a light emitting / receiving element is used as the positioning sensor 12. In the figure, the light emitting element of the positioning sensor 12
A voltage is applied to 24 to project light on the surface of the sample 4 to be measured. When the reflected light 29 from the surface of the measured sample 4 is received by the light receiving element 30, the distance L between the positioning sensor 12 and the surface of the measured sample 4 can be obtained by measuring the amount of received light.

第7図は距離Lと受光量との関係を示したもので、同図
において、(ア)及び(ウ)の領域を使用すれば距離L
と受光量は直線関係で求めることができる。従つて、あ
らかじめ位置決めセンサ12と光フアイバー2及び5先端
とのZ方向の距離を明確にしておけば、光フアイバー2
及び5先端と被測定試料4表面との距離がわかる。かく
して、位置決めセンサ12からの信号をコンピユータ11で
処理し、モータ(図示せず)を駆動させることにより、
光フアイバー2及び5のZ方向の位置を被測定試料4表
面から一定の距離に保つことができる。そして、各走査
点でラマンスペクトルを測定し、ヒンピユータ11により
処理を行い、成分・濃度を求めるものである。
FIG. 7 shows the relationship between the distance L and the amount of received light. In FIG. 7, if the areas (a) and (c) are used, the distance L
And the amount of received light can be obtained in a linear relationship. Therefore, if the distance between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction is defined in advance, the optical fiber 2
And the distance between the tip of 5 and the surface of the sample 4 to be measured is known. Thus, by processing the signal from the positioning sensor 12 by the computer 11 and driving a motor (not shown),
The positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction can be maintained at a constant distance from the surface of the measured sample 4. Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point and processed by the HIP computer 11 to obtain the component / concentration.

第8図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、半導
体レーザーを用いた非接触方式センサを使用した場合の
例である。このセンサは、半導体レーザーへの戻り光の
位相変化により出力光を強度変調する光帰還効果を利用
したものである。同図において、位置決めセンサ12の半
導体レーザ31の出射光32が被測定試料4表面で反射して
再び半導体レーザー31に戻ると、戻り光33の位相により
レーザーの出力が変化する。この強度変調された出射光
34を光電変換素子35に入射させて光出力を測定する。
The embodiment shown in FIG. 8 is an example in which a non-contact type sensor using a semiconductor laser is used as the positioning sensor 12. This sensor utilizes the optical feedback effect of intensity-modulating the output light by changing the phase of the light returning to the semiconductor laser. In the figure, when the emitted light 32 of the semiconductor laser 31 of the positioning sensor 12 is reflected on the surface of the sample 4 to be measured and returns to the semiconductor laser 31, the output of the laser changes depending on the phase of the returned light 33. This intensity-modulated outgoing light
The light output is measured by making 34 incident on the photoelectric conversion element 35.

第9図は、位置決めセンサ12と被測定試料4表面との距
離Lと出力光パワーとの関係を示したもので、同図にお
いて、(カ)及び(ク)の領域を使用すれば距離Lと光
出力は直線関係で求めることができる。なお、第8図に
おいて、光電変換素子35からの出力をリニアライザー
(図示せず)を用いて線形化した後、その信号をコンピ
ユータ11に送るようにすると、第9図に示すものより広
範囲な領域で距離Lと光出力は直線関係で求めることが
できる。従つて、あらかじめ位置決めセンサ12と光フア
イバー2及び5先端とのZ方向の距離を明確にしておけ
ば、光フアイバー2及び5先端と被測定試料4表面との
距離がわかる。かくして、位置決めセンサ12からの信号
をコンピユータ11で処理し、モータ(図示せず)を駆動
させることにより、光フアイバー2及び5のZ方向の位
置を被測定試料4表面から一定の距離な保つことができ
る。そして、各走査点でラマンスペクトルを測定し、コ
ンピユータ12より処理を行い、成分・濃度を求めるもの
である。
FIG. 9 shows the relationship between the distance L between the positioning sensor 12 and the surface of the sample 4 to be measured and the output light power. In FIG. 9, if the regions (f) and (h) are used, the distance L And the light output can be obtained in a linear relationship. In FIG. 8, if the output from the photoelectric conversion element 35 is linearized using a linearizer (not shown) and then the signal is sent to the computer 11, a wider range than that shown in FIG. 9 is obtained. In the area, the distance L and the light output can be obtained in a linear relationship. Therefore, if the distance in the Z direction between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 is defined in advance, the distance between the tips of the optical fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 to be measured can be known. Thus, the signal from the positioning sensor 12 is processed by the computer 11 and the motor (not shown) is driven to keep the positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction at a constant distance from the surface of the sample 4 to be measured. You can Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point and processed by the computer 12 to obtain the component / concentration.

第10図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、超音
波を用いた非接触方式センサを使用した場合の例であ
る。同図において、位置決めセンサ12の超音波発振器36
で発生させたパルス状の電気エネルギを超音波器37に加
え、これが電歪効果により超音波エネルギに変換されて
鉛直方向に発射される。この超音波パルス38は、空気中
を鉛直方向に伝搬して被測定試料4表面に当ると反射さ
れて返つて来る。これを受波器39で受け再び電気エネル
ギに変換されて受信器40で増幅され出力される。空気中
での音速を調べておけば、このときの超音波の往復に要
する時間から位置決めセンサ12と被測定試料4表面との
距離がわかる。従つて、あらかじめ位置決めセンサ12と
光フアイバー2及び5先端とのZ方向の距離を明確にし
ておけば、光フアイバー2及び5先端と被測定試料4表
面との距離がわかる。かくして、位置決めセンサ12から
信号をコンピユータ11で処理し、モータ(図示せず)を
駆動させることにより、光フアイバー2及び5のZ方向
の位置を被測定試料4表面から一定の距離に保つことが
できる。そして、各走査点でラマンスペクトルを測定
し、コンぴユータ11により処理を行い、成分・濃度を求
めるものである。
The embodiment shown in FIG. 10 is an example in which a non-contact type sensor using ultrasonic waves is used as the positioning sensor 12. In the figure, the ultrasonic oscillator 36 of the positioning sensor 12 is
The pulsed electric energy generated in step 3 is applied to the ultrasonic wave device 37, which is converted into ultrasonic wave energy by the electrostrictive effect and emitted in the vertical direction. This ultrasonic pulse 38 propagates in the vertical direction in the air, and when it hits the surface of the sample 4 to be measured, it is reflected and returned. This is received by the wave receiver 39, converted into electric energy again, amplified by the receiver 40, and output. If the speed of sound in air is checked, the distance between the positioning sensor 12 and the surface of the sample 4 to be measured can be known from the time required for the ultrasonic waves to reciprocate at this time. Therefore, if the distance in the Z direction between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 is defined in advance, the distance between the tips of the optical fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 to be measured can be known. Thus, the signal from the positioning sensor 12 is processed by the computer 11 and the motor (not shown) is driven to keep the positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction at a constant distance from the surface of the sample 4 to be measured. it can. Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point and processed by the computer 11 to obtain the component / concentration.

第11図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、静電
容量型非接触方式センサを使用した場合の例である。同
図において、位置決めセンサ12の先端の測定電極41と被
測定試料4表面との間に電位を与えると電荷が蓄積さ
れ、静電容量Cは次式で表わされる。
The embodiment shown in FIG. 11 is an example in which a capacitance type non-contact type sensor is used as the positioning sensor 12. In the figure, when a potential is applied between the measurement electrode 41 at the tip of the positioning sensor 12 and the surface of the sample 4 to be measured, electric charge is accumulated, and the capacitance C is expressed by the following equation.

C=(ε・ε・S)/L ……(1) ここで、εO:真空の誘電率,εS:誘電体の比誘電率,S:
測定電極41の面積,L:測定電極41と被測定試料4表面と
の距離。
C = (ε O · ε S · S) / L (1) where ε O is the vacuum permittivity, ε S is the relative permittivity of the dielectric, S:
Area of the measurement electrode 41, L: distance between the measurement electrode 41 and the surface of the sample 4 to be measured.

比誘電率ε及び面積Sが一定であれば、第(1)式か
ら、静電容量Cは距離Lによつて決まる。即ち、位置決
めセンサ12と被測定試料4表面との距離Lは、静電容量
Cを測定することにより求められる。なお、本実施例で
は、同図のように測定電極41と被測定試料4表面との間
の静電力線42が均一になるようにガードリング(電極の
一種)を測定電極37の周囲に設け、該測定電極41と同電
位を与える。このガードリング43を用いることにより第
(1)式が正確に成り立つようにする。以上のことか
ら、あらかじめ位置決めセンサ12と光フアイバー2及び
5先端とのZ方向の距離を明確にしておけば、光フアイ
バー2及び5先端と被測定試料4表面との距離がわか
る。かくして、位置決めセンサ12からの信号をコンピユ
ータ11で処理し、モータ(図示せず)を駆動させること
により、光フアイバー2及び5のZ方向の位置を被測定
試料4表面から一定の距離に保つことができる。そし
て、各走査点でラマンスペクトルを測定し、コンピユー
タ11により処理を行い、成分・濃度を求めるものであ
る。
If the relative permittivity ε S and the area S are constant, the capacitance C is determined by the distance L from the equation (1). That is, the distance L between the positioning sensor 12 and the surface of the measured sample 4 is obtained by measuring the electrostatic capacitance C. In this embodiment, a guard ring (a type of electrode) is provided around the measurement electrode 37 so that the electrostatic force lines 42 between the measurement electrode 41 and the surface of the sample 4 to be measured are uniform as shown in FIG. The same potential as that of the measuring electrode 41 is applied. By using this guard ring 43, the equation (1) is accurately established. From the above, if the distance in the Z direction between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 is defined in advance, the distance between the tips of the optical fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 to be measured can be known. Thus, the signal from the positioning sensor 12 is processed by the computer 11 and the motor (not shown) is driven to keep the positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction at a constant distance from the surface of the sample 4 to be measured. You can Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point and processed by the computer 11 to obtain the component / concentration.

第12図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、うず
電流を用いた非接触方式センサを使用した場合の例であ
る。同図において、位置決めセンサ12のアクテイブコイ
ル44に高周波(約1MHz)電流を流して磁界41を発生させ
る。この状態で位置決めセンサ12を被測定試料4表面に
近づけると、被測定試料表面に同心円状にうず電流が流
れアクテイブコイル44のインピーダンスが変化する。こ
こで位置決めセンサ12と被測定試料4表面との距離が小
さくなれば、これに比例してコイルインピーダンスは小
さくなるので、ホイートストンブリツジを構成してコイ
ルのインピーダンスを測定すれば位置決めセンサ12と被
測定試料4表面との距離がわかる。従つて、あらかじめ
位置決めセンサ12と光フアイバー2及び5先端とのZ方
向の距離を明確にしておけば、光フアイバー2及び5先
端と被測定試料4表面との距離がわかる。かくして、位
置決めセンサ12からの信号をコンピユータ11で処理し、
モータ(図示せず)を駆動させることにより、光フアイ
バー2及び5のZ方向の位置を被測定試料4表面から一
定の距離に保つことができる。そして、各走査点でラマ
ンスペクトルを測定し、コンピユータ11により処理を行
い、成分・濃度を求めるものである。なお、同図におい
て、45はインアクテイブコイルである。
The embodiment shown in FIG. 12 is an example in which a non-contact type sensor using an eddy current is used as the positioning sensor 12. In the figure, a high frequency (about 1 MHz) current is passed through the active coil 44 of the positioning sensor 12 to generate a magnetic field 41. When the positioning sensor 12 is brought close to the surface of the sample to be measured 4 in this state, eddy currents flow concentrically on the surface of the sample to be measured and the impedance of the active coil 44 changes. If the distance between the positioning sensor 12 and the surface of the sample to be measured 4 decreases, the coil impedance decreases in proportion to this. Therefore, if the Wheatstone bridge is formed and the impedance of the coil is measured, The distance from the surface of the measurement sample 4 is known. Therefore, if the distance in the Z direction between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 is defined in advance, the distance between the tips of the optical fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 to be measured can be known. Thus, the signal from the positioning sensor 12 is processed by the computer 11,
By driving a motor (not shown), the positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction can be kept at a constant distance from the surface of the measured sample 4. Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point and processed by the computer 11 to obtain the component / concentration. In the figure, 45 is an inactive coil.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上述のとおり、本発明によれば、光フアイバーもしくは
試料を水平走査し、ラマン散乱光をラマン分光計へ導く
ものであるから、従来不可能であつた成分・濃度が一様
でなく分布が存在する試料に関してもその成分・濃度の
分布を把握する効果がある。
As described above, according to the present invention, since the optical fiber or the sample is horizontally scanned and the Raman scattered light is guided to the Raman spectrometer, the component / concentration which is conventionally impossible is not uniform and the distribution exists. It is also effective for grasping the distribution of the components and concentrations of the samples.

また、本発明によれば、濃度分布の勾配がゆるければ走
査ステップ幅及びサンプリング間隔が広くとれ、データ
数も少なくて済むことになり、また一方で、濃度分布の
勾配が急であれば走査ステップ幅及びサンプリング間隔
を狭くして精度向上が図れるという効果がある。
Further, according to the present invention, if the gradient of the density distribution is gentle, the scanning step width and the sampling interval can be wide, and the number of data can be small. On the other hand, if the gradient of the density distribution is steep, the scanning can be performed. There is an effect that the accuracy can be improved by narrowing the step width and the sampling interval.

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

第1図〜第3図は本発明に係る走査型表面皮膜解析装置
の説明図で、第1図は基本実施例の模式図、第2図は基
本実施例の他の模式図、第3図は基本実施例のさらに他
の模式図、第4図、第5図、第6図、第8図、第10図、
第11図、第12図は非接触式センサーの各実施例の模式
図、第7図は第6図の例における距離と受光量との関係
を示す特性図、第9図は第8図の例における距離と光出
力との関係を示す特性図である。 1,19……レーザー光源、2……レーザー光用光フアイバ
ー、3……レーザー集光レンズ、4……試料、5……ラ
マン光用光フアイバー、6……X−Y軸ステージ、6a…
…X−Y−Z軸ステージ、7,14,15,20……レーザー光、
8……ラマン散乱光、9……ラマン集光レンズ、10……
ラマン分光計、11……走査制御・データ処理用コンピユ
ータ、16,16a,27,27a……輝点、17,21,22,25……レン
ズ、18……イメージセンサ、18a,18b……結像点、23…
…ハーフミラー、24……対物レンズ、26,30……受光素
子、28……投光素子、29……反射光、31……半導体レー
ザー、32……出射光、33……戻り光、34……強度変調さ
れた出射光、35……光電変換素子、36……超音波発振
器、37……超音波送波器、38……超音波、39……超音波
受波器、40……超音波受信器、41……測定電極、42……
電気力線、43……ガードリング、44……アクテイブコイ
ル、45……インアクテイブコイル。
1 to 3 are explanatory views of a scanning type surface film analyzing apparatus according to the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram of a basic embodiment, FIG. 2 is another schematic diagram of the basic embodiment, and FIG. Is another schematic view of the basic embodiment, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 8, FIG.
FIG. 11 and FIG. 12 are schematic diagrams of each embodiment of the non-contact type sensor, FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the distance and the amount of received light in the example of FIG. 6, and FIG. 9 is that of FIG. It is a characteristic view which shows the relationship between the distance and the optical output in an example. 1, 19 ... Laser light source, 2 ... Laser light optical fiber, 3 ... Laser condenser lens, 4 ... Sample, 5 ... Raman light optical fiber, 6 ... XY axis stage, 6a ...
... X-Y-Z axis stage, 7,14,15,20 ... laser light,
8 ... Raman scattered light, 9 ... Raman condenser lens, 10 ...
Raman spectrometer, 11 …… Computer for scanning control / data processing, 16,16a, 27,27a …… Bright spot, 17,21,22,25 …… Lens, 18 …… Image sensor, 18a, 18b …… Conclusion Image point, 23 ...
… Half mirror, 24 …… Objective lens, 26,30 …… Light receiving element, 28 …… Projecting element, 29 …… Reflected light, 31 …… Semiconductor laser, 32 …… Emitted light, 33 …… Returned light, 34 ...... Intensity-modulated outgoing light, 35 …… Photoelectric conversion element, 36 …… Ultrasonic oscillator, 37 …… Ultrasonic wave transmitter, 38 …… Ultrasonic wave, 39 …… Ultrasonic wave receiver, 40 …… Ultrasonic receiver, 41 …… Measurement electrode, 42 ……
Electric lines of force, 43 ... Guard ring, 44 ... Active coil, 45 ... Inactive coil.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザー光を被測定試料まで光ファイバー
で導き、試料に照射して該試料から発生したラマン散乱
光を光ファイバーでラマン分光計へ導き、成分及び濃度
を測定して解析する方法において、光ファイバーを水平
走査し、ラマン散乱光をラマン分光計へ導き、該水平走
査は濃度分布の勾配から走査ステップ幅及びデータサン
プリング間隔を決定しながら行うことを特徴とする走査
型表面皮膜解析方法。
1. A method of guiding laser light to a sample to be measured with an optical fiber, irradiating the sample to guide Raman scattered light generated from the sample to a Raman spectrometer with the optical fiber, and measuring and analyzing components and concentrations, A scanning surface film analysis method characterized in that an optical fiber is horizontally scanned, Raman scattered light is guided to a Raman spectrometer, and the horizontal scanning is performed while determining a scanning step width and a data sampling interval from a gradient of a concentration distribution.
【請求項2】試料と光ファイバーとの間隔を一定に保ち
ながら少なくとも光ファイバーを水平走査することを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の走査型表面皮膜解
析方法。
2. The scanning surface film analysis method according to claim 1, wherein at least the optical fiber is horizontally scanned while keeping the distance between the sample and the optical fiber constant.
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