JPS60114753A - Quantitative analysis method of constituent and device thereof - Google Patents

Quantitative analysis method of constituent and device thereof

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JPS60114753A
JPS60114753A JP58221934A JP22193483A JPS60114753A JP S60114753 A JPS60114753 A JP S60114753A JP 58221934 A JP58221934 A JP 58221934A JP 22193483 A JP22193483 A JP 22193483A JP S60114753 A JPS60114753 A JP S60114753A
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JP
Japan
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constituent elements
sample
ions
quantitative analysis
cloud
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Pending
Application number
JP58221934A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ジー・サムエル ハースト
ジエームス イー・パークス
ハロルド ダブリユ・シユミツト
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HARORUDO W SHIYUMITSUTO
Original Assignee
HARORUDO W SHIYUMITSUTO
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は全般的に高感度分析技術に係υ、特に、サンプ
ル中の特定の構成元素の濃度の定量分析に関する。これ
は相料の特定の構成元素の原子1個を郭定できる程の十
分な感度である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates generally to sensitive analytical techniques, and more particularly to the quantitative analysis of the concentration of specific constituent elements in a sample. This is sufficient sensitivity to isolate a single atom of a specific constituent element of the phase material.

ザンフ0ル中の特定元素の濃度を比較的高感度で郭定す
るだめの幾つかの方法が、当業界において知られている
。そのような方法の内の1つは、共鳴イオン化分光とし
て知られておシ、普通はR工Sと略称される。この方法
は、例えば、1976年10月19日付の、デー・ニス
・ノ1−ストとマルビン・デー・ペインと、イー・ピー
・ワグナ−による米国特許第3.987.302に記載
烙れており、ここでも参考にしている。このRIS法と
、その改良法とはまた幾つかの出版物に記載されている
が、その内の1つには1980年9月の雑誌「現代物理
」における「原子の計測」と題する論文が含まれる。こ
の論文もまたここで参考&(している。
Several methods are known in the art for determining the concentration of specific elements in Zanfur with relatively high sensitivity. One such method is known as resonance ionization spectroscopy, commonly abbreviated as RS. This method is described, for example, in U.S. Pat. It is also used as a reference here. The RIS method and its improvements have also been described in several publications, including an article titled ``Atomic Measurement'' in the September 1980 magazine ``Modern Physics.'' included. This paper is also referenced here.

周期表の殆ど全ての原子は1(iSを用いて分析するこ
とができるが、この分析法においてはサンプルは気体状
にしておかなければならない。このRIS法は、サンプ
ル中の選択された構成元素の原子1個を郭定する能力を
有する。
Almost all atoms in the periodic table can be analyzed using 1(iS), but the sample must be in a gaseous state. It has the ability to define one atom.

他の感度の高い、選別的な分析法としては2次イオン質
量分析法、通常SIMSと略称される方法が知られてい
る。この方法は、例えば、1975年10月に米国の商
務省によって出版された、国家標準局の特別出版物第4
27号に記載されている。これは前記S工MBとイオン
マイクロプローブ質量分析装置とに関する作業を印刷し
た会報であシ、ケー・エフ・ジエー・/・インリヒとデ
ー・イー・ニューバリーによって編集されたものである
。一般的にいうと、前記SIMEI法は、サンプルを比
較的エネルギーの高いイオンで衝撃し、次にそのサンプ
ルから放出される2次イオンを測定するものである。選
別性を高めるために、これらの2次イオンはSlil分
量されて、望みの原子に対応した特定の質量のイオンが
郭定される。そのような方法は質量選別性はあるが、元
素の選別性、例えば、同重核は区別することができない
As another highly sensitive and selective analysis method, secondary ion mass spectrometry, usually abbreviated as SIMS, is known. This method is described, for example, in Special Publication No. 4 of the National Bureau of Standards, published by the US Department of Commerce in October 1975.
It is described in No. 27. This is a newsletter that prints the work related to the S-Engineering MB and the ion microprobe mass spectrometer, and was edited by K.F.G./.Inrich and D.E. Newbury. Generally speaking, the SIMEI method bombards a sample with relatively high energy ions and then measures the secondary ions emitted from the sample. To increase selectivity, these secondary ions are subjected to Slil fractionation to define ions of a specific mass corresponding to the desired atom. Although such methods are mass selective, they are not elementally selective, eg, isobaric nuclei cannot be distinguished.

前記61MS法の他の認識されている問題点は、ザンフ
0ルを衝撃している間に生成される2次イオンの基が比
較的少ないということである。従って、望みの核種の極
めて少量の原子を郭定することが比較的困難である。さ
らに、611MS法では、定量分析が困難であり、また
2次イオン場に大きく影響する化学的、物理的なマトリ
ックス効果のために信頼性が低いことがある。さらに、
2次・イオンの生成を助けるためには各種の気体雰囲気
がしばしば用いられるので、前記61MS法はこれまた
付加的な雰囲気を有する原子を測定する場合に適用する
ことができない。
Another recognized problem with the 61MS method is that relatively few groups of secondary ions are generated during bombardment with Zanfur. Therefore, it is relatively difficult to define extremely small numbers of atoms of the desired nuclide. Furthermore, the 611MS method is difficult to perform quantitative analysis and may be unreliable due to chemical and physical matrix effects that greatly affect the secondary ion field. moreover,
Since various gaseous atmospheres are often used to assist in the generation of secondary ions, the 61MS method is also not applicable when measuring atoms with additional atmospheres.

従って、感度が高く、かつ選別性があや、またこれらの
先行技術の方法よシ多数のサンプルに適した分析法を提
供することが望ましい。
Therefore, it would be desirable to provide an analytical method that is both sensitive and selective, and that is suitable for a larger number of samples than these prior art methods.

従って、本発明の目的は、サンプルの表面から材料を散
乱させ、その後で、結果として得られた散乱された材料
から関心のある特定の構成元素をRIBによってイオン
化し、サンプル中の選択された構成元素の濃度を測定す
ることにょシこれらのイオンを検出する方法を提供する
ことにある。
Therefore, it is an object of the present invention to scatter material from the surface of a sample and then ionize specific constituent elements of interest from the resulting scattered material by RIB to detect selected constituent elements in the sample. The object of the present invention is to provide a method for detecting these ions in order to measure the concentration of the element.

本発明の他の目的は、サンプルの表面から月料を散乱さ
せている間に生成される2次イオンによる干渉を防ぎ、
中性粒子のみのRIBによるイオン化によって生成され
るイオンを検出することにある。
Another object of the invention is to prevent interference by secondary ions generated during scattering of lunar particles from the surface of the sample;
The objective is to detect ions generated by ionization of only neutral particles by RIB.

また、本発明の目的は、イオンビームによって同体サン
プルから材料を散乱させ、組成および幾何学的諸元の両
方をうまく郭定し、その後で、RIBを用いて分析上の
関心のおる構成元素の結果的に得られた中性粒子を独特
的にイオン化し、その構成元素の濃度を測定するために
これらのイオンを検出することにある。
It is also an object of the present invention to scatter material from a homogeneous sample by means of an ion beam, to successfully define both compositional and geometrical dimensions, and then use RIB to determine the constituent elements of analytical interest. The aim is to uniquely ionize the resulting neutral particles and to detect these ions in order to determine the concentration of their constituent elements.

本発明の他の目的は、上述した目的の方法を実行するた
めの装置を提供することにおる。
Another object of the invention is to provide a device for carrying out the above-mentioned method.

さらに、本発明の目的はRIBによって生成されたイオ
ンを直接検出し。あるいはこれらのイオンを(エネルギ
ーフィルターを用いたシあるいは用いないで)飛行時間
型分析、四重極フィルター質量分析、質量分析、および
(あるいは)他の磁気質量分析あるいは分光写真分析の
後で、これらのイオンを検出するための装置を提供する
ことにある。
Furthermore, it is an object of the present invention to directly detect the ions produced by the RIB. Alternatively, these ions may be subjected to time-of-flight analysis (with or without an energy filter), quadrupole filter mass spectrometry, mass spectrometry, and/or other magnetic mass spectrometry or spectrophotographic analysis. An object of the present invention is to provide a device for detecting ions of.

本発明に関していうと、サンプル中の特定の構成元素に
関する感度の高い、選別的な分析のための装置とその装
置の操作方法が提供される。前記サンプルはイオンのよ
うなエネルギー粒子の衝撃を受け、それによってサンプ
ル内の構成元素の中性粒子と2次イオンとを含む雲を生
成する。前記2次イオンは中性粒子から分離することが
でき、残シの中性粒子は、望みの元素の核種の中性粒子
を選別的にイオン化するための適当な波長を有するレー
ず一装置からの光子を受ける。あるいは、全ての散乱さ
れた材料はRISによってイオン化される。選択された
核種から生まれたイオンは、サンプル中の構成元素の濃
度を測定するために幾つかの方法で処理することができ
る。これらの処理方法には、直接測定、飛行時間型質量
分析、r−f四重極質量分析、磁気質量分析が含まれる
In terms of the present invention, an apparatus and method of operating the apparatus are provided for sensitive and selective analysis of specific constituent elements in a sample. The sample is bombarded with energetic particles, such as ions, thereby creating a cloud containing neutral particles and secondary ions of the constituent elements within the sample. The secondary ions can be separated from the neutral particles, and the remaining neutral particles are ionized from a laser device with an appropriate wavelength to selectively ionize the neutral particles of the desired elemental nuclide. receive photons. Alternatively, all scattered material is ionized by RIS. Ions produced from selected nuclides can be processed in several ways to determine the concentration of constituent elements in a sample. These processing methods include direct measurements, time-of-flight mass spectrometry, rf quadrupole mass spectrometry, and magnetic mass spectrometry.

もし望みならば、最終的な分析に関して、後の6つの処
理方法によって構成元素の同位体核種さえも選別するこ
とができる。
If desired, even the isotopic species of the constituent elements can be sorted out by the following six processing methods for final analysis.

第1図を参照すると、元素の周期表が示されている。各
々の区画の中には元素記号と、1次励起状態のエネルギ
ーと、2次励起状態のエネルギー(もしそれが使用され
るならば)と、その元素に関するイオン化ポテンシャル
とが示されている。
Referring to FIG. 1, a periodic table of elements is shown. Within each compartment are shown the element symbol, the first excited state energy, the second excited state energy (if used), and the ionization potential for that element.

さらに、各区画の中央にはその元素をイオン化するのに
用いられる特定の共鳴イオン化分光スキームが示されて
いる。
Additionally, in the center of each compartment is shown the specific resonance ionization spectroscopy scheme used to ionize that element.

周期表の上にはこれらの特定の共鳴イオン化分光スキー
ム(以下、R工Sスキームと称す)が示されている。ス
キーム1においては、カリウムを例にすると、選択され
た波長の光子が原子中の電子を基底状態から1次励起状
態にまで励起するために用いられる。同じ波長の2次光
子がその原子をイオン化する。スキーム3についても同
様に、1次波長の光子が原子をその基底状態から1次励
起状態へ励起する。2次波長の光子がさらに前記原子を
2次励起状態に励起し、別の波長を有する別の光子がイ
オン化プロセスを完了させる。このスキーム3は、例え
ば、ジルコニウムのイオンを生成するために用いられる
。ヘリウムとネオンを除いて、周期表の全ての元素は、
市販のレーず−を用いることによって、5つのR工Sス
キームの内の1つによって分析することができる。
These specific resonance ionization spectroscopy schemes (hereinafter referred to as R-S schemes) are shown above the periodic table. In Scheme 1, using potassium as an example, photons of selected wavelengths are used to excite electrons in the atom from the ground state to the first excited state. A secondary photon of the same wavelength ionizes the atom. Similarly for Scheme 3, a photon of the first wavelength excites the atom from its ground state to the first excited state. A photon of the secondary wavelength further excites the atom to a secondary excited state, and another photon of another wavelength completes the ionization process. This scheme 3 is used, for example, to generate zirconium ions. All elements on the periodic table except helium and neon are
By using commercially available lasers, it can be analyzed by one of five RS schemes.

第2図には、本発明の基本原理が示されている。FIG. 2 shows the basic principle of the invention.

本発明によると、固体あるいは液体のいずれであっても
よいが、サンプルがエネルギー粒子によって衝撃される
。このエネルギー粒子は、例えば、イオン(電子を含む
)あるいは中性粒子であってもよい。もしその粒子が相
当なエネルギーを有しておれば、散乱された材料の雲が
サンプルの表面近くで形成されるであろう。この雲はサ
ンプルのほぼ全ての構成元素の、荷電粒子および中性粒
子を含んでいるであろう。次にこの雲には1あるいはそ
れ以上のレーず一ビームが通され、このレーザービーム
は雲の特定の構成元素をRIBイオン化させるのに必要
な波長に対応した光の波長をつくシ出すように調整され
ている。このようにして分析しようとしているサンプル
内の414成元素に対応したR工Sイオンが生成され、
これ(のイオンの量はサンプル中の構成元素の濃度に関
係する。
According to the invention, a sample, whether solid or liquid, is bombarded with energetic particles. The energetic particles may be, for example, ions (including electrons) or neutral particles. If the particles have significant energy, a cloud of scattered material will form near the surface of the sample. This cloud will contain charged and neutral particles of nearly all constituent elements of the sample. The cloud is then passed through one or more laser beams, which emit wavelengths of light corresponding to those required to RIB ionize specific constituent elements of the cloud. It has been adjusted. In this way, R-S ions corresponding to the 414 elements in the sample to be analyzed are generated,
The amount of this ion is related to the concentration of the constituent elements in the sample.

第3図を参照すると、本発明を実施するために必要な基
本的な構成要素と原理とが示されている。
Referring to FIG. 3, the basic components and principles necessary to practice the present invention are illustrated.

調査しようとしている材料のサンプル10が真空容器1
2の中で適当に取付けられている。本発明を実施するの
に必要な特定の圧力(真空度)については後で詳述する
。サンプル10は、この例においては、イオン源16か
ら発せられたイオンビーム14によって衝撃される。イ
オン源はビーム14のために望ましい材料以外の他の材
料のイオンも生成するので、この余分なイオンを除去す
るために、ビーム調整装置18の一要素として磁気マス
フィルターを用いることができる。前記イオンビーム1
4はサンプル10を衝撃すると、例えばサンプルからの
2次イオンと中性原子とからなる雲を解放させる。この
図には示されていないが、2次イオンを抑制して中性粒
子を残すための装置が設けられておシ、この抑制操作が
望ましい場合にはこれに続く分析段階において前記装置
が用いられる。これらの2次イオンを抑制した後、R工
Sレーず一源22から発せられたレーず−ビーム20が
前記中性粒子の中を通され、ここでRI8光子波長に対
応した材料がイオン化される。これらのR工S生成され
たイオンは、図面ではイオンビーム24で示されておシ
、これが適当なイオンカウンター26にあたシ導線28
上に電気信号を与える。また、ここでは示されていない
が(第4図から7図にも示されていないが)、R工S生
成されたイオンを検出器に向けて加速および(あるいは
)収斂させるための装置か設けられている。
Sample 10 of the material to be investigated is in vacuum container 1
It is installed properly in 2. The specific pressure (degree of vacuum) required to carry out the present invention will be detailed later. Sample 10 is bombarded with an ion beam 14 emitted from ion source 16 in this example. Since the ion source also produces ions of other materials than those desired for beam 14, a magnetic mass filter can be used as an element of beam conditioning device 18 to remove these extra ions. The ion beam 1
4 bombards the sample 10, causing the release of a cloud of secondary ions and neutral atoms from the sample, for example. Although not shown in this figure, a device is provided to suppress the secondary ions and leave behind neutral particles, which can be used in the subsequent analysis step if this suppression is desired. It will be done. After suppressing these secondary ions, a laser beam 20 emitted from an R/S laser source 22 is passed through the neutral particles, where material corresponding to the RI8 photon wavelength is ionized. Ru. These R-S generated ions are shown in the drawing as an ion beam 24, which is applied to a suitable ion counter 26 and connected to a conductor 28.
Give an electrical signal to the top. Also, although not shown here (and not shown in Figures 4 to 7), a device may be provided to accelerate and/or converge the ions produced by the RS toward the detector. It is being

R工Sはレーザー波長を選択することによって特定の元
素あるいは分子の原子をイオン化させるが、ある種の特
別な適用例においては、異った質量を有する別のイオン
が生成されることがある。
Although RS ionizes atoms of a particular element or molecule by selecting the laser wavelength, in certain special applications, different ions with different masses may be produced.

これらは検出しようとしている元素よシも多月4に存在
する他の元素の少量のイオンである。与えられた元素の
同位元素を弁別するために工業用レーザーを使用するこ
とができるが、これはある神の特別なケースに限られる
。他方、各種の実際に生成されたイオンから特定の質量
を有したイオンを選ぶととかしばしば望まれる。従って
、本発明には各種の質量分析計を用いることも含まれて
いる。
These are small amounts of ions of the element we are trying to detect, as well as other elements that are present in the gas. Industrial lasers can be used to discriminate isotopes of a given element, but only in certain special cases. On the other hand, it is often desired to select ions with a particular mass from among various actually produced ions. Therefore, the present invention includes the use of various mass spectrometers.

イオンの質量についての情報を得るだめの最も簡単な方
法のひとつは、飛行時間型TI量分析計を用いることに
よるものでおる。これが第4図に示されている。第6図
におけると同様、サンプル10から生成された中性粒子
についてR工Sを用いることによって、単一元素のイオ
ンを主として含むイオンビーム24がつくシ出される。
One of the simplest ways to obtain information about the mass of an ion is by using a time-of-flight TI mass spectrometer. This is shown in FIG. As in FIG. 6, an ion beam 24 containing mainly ions of a single element is produced by using the R process on the neutral particles generated from the sample 10.

次にこれらのイオンは検出器26にあたる前に、飛行時
間型質量分析計(TOF)30に通される。イオンの生
成時とそれが検出器に到達する時間との間の時間を郭定
すれば、導線28に信号を与えるイオン(単数あるいは
複数)の比重が決まシ、これによってRISプロセスl
cおける異質のイオン化による影響を減少させることが
できる。さらに、原子の2(原子番号)を選ぶのにRI
Bを用い、原子のA(原子質量)を選ぶのに質量分析計
を用いることicよって、同一原子について2とAとを
選ぶことができる。例えは、この方法によって、Aが等
しくzの異なる同重核を分離することができる。
These ions are then passed through a time-of-flight mass spectrometer (TOF) 30 before hitting a detector 26. Determining the time between the creation of the ion and the time it reaches the detector determines the specific gravity of the ion(s) providing the signal on conductor 28, which in turn determines the RIS process l
The influence of foreign ionization at c can be reduced. Furthermore, to select 2 (atomic number) of the atom, RI
By using B and using a mass spectrometer to select A (atomic mass) of the atom, it is possible to select 2 and A for the same atom. For example, by this method it is possible to separate isobaric nuclei with the same A and different z.

散乱された原子のRIBを介して生成されたイオンは相
当中の広いエネルギー範囲を有していることがある。従
って、全ての質量分析に関して、質量分析計、この場合
にはTOF3Qの前にエネルギーフィルター32をイオ
ンビーム24の中へ挿入する。そのようなエネルギーフ
ィルターはまた第5図、第6図、第7図に示したように
可能性のある各種の場合に利用される。
Ions generated via RIB of scattered atoms can have a fairly wide energy range. Therefore, for all mass analysis, an energy filter 32 is inserted into the ion beam 24 before the mass spectrometer, in this case TOF3Q. Such an energy filter may also be utilized in a variety of possible cases, as shown in FIGS. 5, 6 and 7.

イオンの質量に関するような情報を得るための他の方法
としては、第5図に示したようにr−f四重極質量分析
計34を用いることがある。イオンエネルギーを低く保
つことが望ましく、質量選択をよりよく行うことが必要
な時には、この四重極質量分析計の方がTOFよシもあ
る種の利点を有する。
Another method for obtaining information such as regarding the mass of an ion is to use an r-f quadrupole mass spectrometer 34, as shown in FIG. This quadrupole mass spectrometer has certain advantages over TOF when it is desirable to keep the ion energy low and better mass selection is required.

第6図には検出器26の前でイオンビームの中に挿入さ
れた扇形磁気質量分析計36を用いた他の質量分析装置
が示されている。磁気分析計は非常に効率が高く(処理
量が大きい)、かつ同位体検出感度が106あるいはI
 L17程度と高いとbう利点を有している。このよう
にして、付属的な質量弁別を行うことができる。
FIG. 6 shows another mass spectrometer using a fan-shaped magnetic mass spectrometer 36 inserted into the ion beam in front of the detector 26. Magnetic analyzers are very efficient (high throughput) and have isotope detection sensitivities of 106 or I
There are advantages to having a high value of about L17. In this way, additional mass discrimination can be performed.

第7図には第6図に示した質量分析装置の修正例が示さ
れている。同位体検出感度をかなシ増大させるための原
理が示されている。扇形磁石36を通過したイオンは、
ターゲット38の中へ打込まれる。イオンをターゲット
の中へ打込むためには、付加的なイオン加速を行わなけ
ればならない。
FIG. 7 shows a modified example of the mass spectrometer shown in FIG. A principle for significantly increasing isotope detection sensitivity is presented. The ions that have passed through the sector magnet 36 are
It is driven into the target 38. Additional ion acceleration must be performed to drive the ions into the target.

これは加速グリッド40によって行われ、前記グリッド
には電圧源42から導線44を通して適当な電圧(単数
あるいは複数)が供給される。この打込みの間に、検出
器26がターゲットから放出される電子を測定する。
This is accomplished by an accelerating grid 40, which is supplied with suitable voltage(s) through conductors 44 from a voltage source 42. During this implant, a detector 26 measures the electrons emitted from the target.

サンプル中における関心のある構成元素の内のかなシの
部分が除去され、イオン化され、ターデッド内へ打込ま
れると、このターゲットはサンプル位置へ戻すことがで
きる。この関心のある核種は再びイオン化され、イオン
が再び磁気質量分析計を通過する。もし質量分析計の同
位体抜出感度が、106であるとすると、2回通すこと
によって隣接質量数(例えば同位元素)の弁別度は10
12になり、分析計をn回通すと隣接質量間の弁別度は
i o’nになるであろう。
Once a fraction of the constituent elements of interest in the sample have been removed, ionized, and implanted into the target, the target can be returned to the sample location. This nuclide of interest is re-ionized and the ions are passed through the magnetic mass spectrometer again. If the isotope extraction sensitivity of a mass spectrometer is 106, the degree of discrimination between adjacent mass numbers (e.g. isotopes) is 10 by passing twice.
12, and after n passes through the spectrometer, the degree of discrimination between adjacent masses will be i o'n.

今まで本発明の基本原理を説明してきたが、第8図には
本発明を実施するだめの例示的な装置が示されている。
Having thus far described the basic principles of the invention, FIG. 8 depicts an exemplary apparatus for carrying out the invention.

これは分析容器46の頂部断面図で、これには、例えば
、複数個のフランジ孔48〜58が設けられておシ、こ
のフランジ孔の目的については後述する。前記孔50.
58にはフラ/シロ0.62が取付けられ、各々がレー
デ−ビームの貫通可能な窓64.66を有していて、こ
れによってレーデ−ビーム68は源7oから容器46の
中を通過することができる。前記レーザー源TOは、も
し望みならば、レーず−ビームをパルスとして発生させ
るための装置を含んでいてもよい。前記孔52の上には
フランジ72あるいは他の適当な支持装置が取付けられ
ておシ、これは容器46の中へ導く接地コリメート′〜
″74のためのものである。また孔52にはフランシフ
6あるいは他の適当なコネクタが取付けられており、こ
れは荷電粒子源8oから出てくる輸送管78のためのも
のである。この粒子源8oは荷電粒子ビーム82を輸送
管78およびコリメート管T4の中を通過させる。前記
輸送管γ8および(あるいは〕源80には荷電粒子ビー
ム82を収斂および(あるいは)パルス状にするだめの
装置(図示せず)が設けられていてもよい。
This is a top cross-sectional view of analysis vessel 46, which is provided with, for example, a plurality of flange holes 48-58, the purpose of which will be described below. Said hole 50.
58 are fitted with full/shiro 0.62, each having a radar beam penetrable window 64,66, which allows the radar beam 68 to pass from the source 7o into the vessel 46. I can do it. The laser source TO may, if desired, include a device for generating the laser beam in pulses. Mounted above the hole 52 is a flange 72 or other suitable support device, which provides a ground collimator leading into the container 46.
Hole 52 is also fitted with a franchise 6 or other suitable connector for a transport tube 78 emerging from charged particle source 8o. Source 8o passes charged particle beam 82 through transport tube 78 and collimating tube T4. Said transport tube γ8 and/or source 80 includes devices for converging and/or pulsing charged particle beam 82. (not shown) may be provided.

サンプル84はあらゆる適当な機構によって、レーザー
ビーム68の軌道に近いところへ位置づけることができ
る。この図においては、サンプル84はサンプル支持体
86の端部にあシ、前記支持体は例えは適当な締具90
を用いて、ロッド88から取付けられている。前記ロッ
ド88は孔48に取付けられたフランジ94内の絶縁体
92を貫通しておシ、前記ロッド88の端子96には、
もし望みならば、電圧(E4)をかけることができるよ
うになっている。
Sample 84 may be positioned close to the trajectory of laser beam 68 by any suitable mechanism. In this figure, a sample 84 is mounted on the end of a sample support 86, which may be attached to a suitable fastener 90.
It is attached from the rod 88 using. The rod 88 passes through an insulator 92 in a flange 94 attached to the hole 48, and the terminal 96 of the rod 88 has a
If desired, a voltage (E4) can be applied.

また第9図に示されているように、サンプル84を分析
位置に位置させる場合、これは7アラデー遮蔽98の底
部内にあシ、前記ファラデー遮蔽ハレーず−ビーム68
が通過するための対向的な開口100 、102を有し
ている。前記7アラデー辿蔽98は絶縁体104から支
持することができる。さらに前記絶縁体は一群の電極1
06〜114の端部上に支持され、これらは適当な絶縁
体によって互いに他と分離されている。電極106には
その開口118の中にグリッド116が設けられておシ
、この電極によってつくシ出される電場をうまく封じ込
める。同じ目的のために、電極108.110にも同様
なグリッドが位置されている。電極106〜110には
それぞれ導線120〜124を介して適当な電圧J 、
 Fi2゜E3がかけられ、前記導線は孔56に取付け
られた適当なフランジ126を貫通している。図示した
実施例においては、電極112と114とは電極110
と同じ電圧E3で操作される。
Also shown in FIG. 9, when the sample 84 is placed in the analysis position, it is placed in the bottom of the 7 Alladay shield 98 and the Faraday shield Halley beam 68.
It has opposing openings 100, 102 for passage of the material. The seven Alladay traces 98 can be supported from an insulator 104. Furthermore, the insulator is a group of electrodes 1
06-114, which are separated from each other by suitable insulators. The electrode 106 is provided with a grid 116 within its opening 118 to better contain the electric field generated by the electrode. A similar grid is placed on the electrodes 108, 110 for the same purpose. Electrodes 106-110 are each connected to a suitable voltage J via conductors 120-124.
Fi2°E3 is applied and the conductor passes through a suitable flange 126 attached to hole 56. In the illustrated embodiment, electrodes 112 and 114 are
It is operated with the same voltage E3 as .

前記電極114は零電界ドリフト管128の内端に取付
けられている。この管128は、フランジ132あるい
は他の適当な装置とともに孔56に取付けられた、接地
された支持スリーブ130内に位置している。前記ドリ
フト管128の外端は、例えば、フランジ136から取
付けることのできる導管134の中を貫通している。こ
のドリフト管はf4臓分析計および(あるいは)検出器
のような適当なイオン取扱い装置および(あるいは)認
識装M138に導かれている。
The electrode 114 is attached to the inner end of a zero field drift tube 128. The tube 128 is located within a grounded support sleeve 130 that is attached to the bore 56 with a flange 132 or other suitable device. The outer end of the drift tube 128 passes through a conduit 134 that can be attached from a flange 136, for example. This drift tube is directed to a suitable ion handling device and/or recognition device M138, such as an F4 organ analyzer and/or detector.

第8図に示された装置の通常操作においては、電子や、
陽イオン等のようなエネルギー粒子のビームが源80に
おいて生成され、サンプル84を衝撃するためにコリメ
ータ74の中を通される。
In normal operation of the apparatus shown in FIG.
A beam of energetic particles, such as positive ions, is generated at source 80 and passed through collimator 74 to bombard sample 84 .

このビームはサンプルの表面近くにおいて、散乱された
材料の雲を生成し、これにはイオンと中性粒子との両方
が含まれている。上述したように、この雲の中を適当な
レーず−ビーム(単数あるいは複数)68が通過すると
、レーデ−ビームの波長がRISiC関して選択された
元素(単数あるいは複数)に対応して選択されたイオン
が生成される。このR工Sイオンは電極106〜114
Kかけられた適当な電圧を用いてドリフト管128の中
へ引込まれる。もし散乱中に生成されたイオンが分析で
きないものであれば、電極106とサンプル84(およ
び遮蔽98)との間には反撥電場か生まれ、この場合、
雲の中をレーザーと一ムが通過するまでは、電極106
サンプルよ)もプラスの電圧を有することになる。
This beam produces a cloud of scattered material near the surface of the sample, containing both ions and neutral particles. As described above, as the appropriate laser beam(s) 68 pass through this cloud, the wavelength of the laser beam is selected corresponding to the element(s) selected for the RISiC. ions are generated. This R engineering S ion is applied to electrodes 106 to 114.
K is drawn into the drift tube 128 using an appropriate voltage applied thereto. If the ions produced during scattering are not analyzable, a repulsive electric field is created between electrode 106 and sample 84 (and shield 98); in this case,
Until the laser beam passes through the cloud, the electrode 106
sample) will also have a positive voltage.

第8図の装置は主としてパルス操作を目的としておシ、
この方法の各種操作ステップは時間シーケンス通りに行
われる。例えば、この方法の代表的な時間グラフが第1
0図に示されている。時間toからt2のような初期時
間周期の間では、ターゲット84を衝撃する。エネルギ
ー粒子の流れは存在しない。次に時間t2からt3の間
では、エネルギー粒子のビーム82はサンプルを衝撃し
てそこから材料を散乱させることができる。これとほぼ
同じ時間間隔、あるいはそれより少し長い時間間隔、例
えば、tlからt4の間において、プラスの電圧E1.
 E2がそれぞれ電極106,108VCかけられる。
The device shown in Figure 8 is designed primarily for pulse operation.
The various operating steps of the method are performed in a time sequence. For example, a typical time graph of this method is
It is shown in Figure 0. During an initial period of time, such as from time to to t2, target 84 is impacted. There is no flow of energetic particles. Then, between times t2 and t3, the beam of energetic particles 82 can impact the sample and scatter material therefrom. During approximately the same time interval or a slightly longer time interval, for example between tl and t4, the positive voltage E1.
E2 is applied to electrodes 106 and 108VC, respectively.

もし望みならば、サンプル84と遮蔽98にはまたマイ
ナスの電圧I!84をかけてもよい。これらの電圧が電
極106お−よびサンプル84に存在する場合には、散
乱中に生じたイオン全てサンプルおよび遮蔽に向かって
反撥されることになる。
If desired, sample 84 and shield 98 also have a negative voltage I! You may also multiply by 84. If these voltages are present at electrode 106 and sample 84, any ions generated during scattering will be repelled towards the sample and the shield.

この荷゛屯粒子のパルスが完了した直後に、レーデ−パ
ルスが時間t5において生成される。この時間において
、あるいはその時間の近くにおいて、電圧El 11!
: E2は逆転し、レーデ−ビーム6Bによって生成さ
れたR工Sイオンを抽出することになる。これらの電圧
は、例えば、時間t6まで持続し、R工Sイオンを確実
にドリフト管128の中へ引込む。電極110(および
電極112.114)はR工Sイオンの抽出を補助する
ために、一定の電圧E3に保持される。
Immediately after this load particle pulse is completed, a radar pulse is generated at time t5. At or near this time, the voltage El 11!
: E2 will be reversed and will extract the R-S ions produced by the radar beam 6B. These voltages may last until time t6, for example, to ensure that the RS ions are drawn into the drift tube 128. Electrode 110 (and electrodes 112, 114) are held at a constant voltage E3 to aid in the extraction of R-S ions.

あるいは、反撥電極106と抽出電極108との間をレ
ーザービームが通過できるようにするために、電極の形
状を変えることもできる。この場合、サンフ0ル近くに
おける反撥電極の再位置づけおよび(あるいは)成形が
必要となるであろう。
Alternatively, the shape of the electrodes can be changed to allow the laser beam to pass between the repulsion electrode 106 and the extraction electrode 108. In this case, repositioning and/or shaping of the repulsion electrode near the sunhole may be necessary.

また当業界においてわかるように、時間シーケンスも変
える必要があるであろう。
The time sequence may also need to change, as is understood in the art.

イオン検出器、代表的には電子増倍管検出器は、多くの
偽の信号を発する。従って、これらの信号と、関心のあ
るイオンから出る信号とを弁別することが必要である。
Ion detectors, typically electron multiplier detectors, produce many spurious signals. It is therefore necessary to discriminate between these signals and the signals emanating from the ions of interest.

これを行う1つの方法は、レーデ−パルスよりも少し遅
れてパルスにデートをかける検出器を用いることである
。このパルスにケゞ−トをかけている間隔の間に、望み
の出力信号が干渉を最少状態にして生じることになる。
One way to do this is to use a detector that dates the pulses a little later than the radar pulses. During this pulse-keying interval, the desired output signal will occur with minimal interference.

前記信号はある元素のイオンあるいはその元素の同位元
素のいずれかを表わすことができる。第11図を参照す
ると、例えば、特定の元素の同位体の確認の様子が示さ
れている。特定の原子番号、および一定のレーず一波長
(単数あるいは複数)に関して示されているように、質
量の関数としてのレーザービームあたシの計数率のグラ
フが、その元素の原子質量(即ち同位元素)、例えば(
A)。
The signal can represent either ions of an element or isotopes of that element. Referring to FIG. 11, for example, confirmation of the isotope of a specific element is shown. A graph of the count rate of a laser beam as a function of mass, as shown for a particular atomic number and a constant laser wavelength(s), is based on the atomic mass (i.e., the isotope) of the element. element), for example (
A).

(A+1 ) 、 (A+2 )を示している。(A+1) and (A+2) are shown.

あるいは、同重核を弁別するために、一定の(A)に関
して、レーず−ビームの波長(単数あるいは複数)を変
えることができる。この場合、各神波長におけるレーず
−パルスあたりの計数率は同重核の場合でも特定の元素
、例えば(211A1 ) 。
Alternatively, the wavelength(s) of the laser beam can be varied with respect to constant (A) to discriminate between isobaric nuclei. In this case, the counting rate per laser pulse at each wavelength is a specific element, for example (211A1), even in the case of isobaric nuclei.

(Z2 + A1)を確認することになる。このことは
第12図における各相の(Z)と(A)との組合わせに
関する棒グラフに示されている。前記グラフはまたよシ
代表的な場合を示しておυ、この場合、ある核種(Z3
 r A3 )の存在比と他の核種(Z4 + A4 
)の存在比とを比較するために、波長((2)を郭定す
る)と磁場((A)を郭定するンとが一緒にプログラム
されている。
(Z2 + A1) will be confirmed. This is shown in the bar graph for the combination of (Z) and (A) for each phase in FIG. The above graph also shows a typical case, in which a certain nuclide (Z3
r A3 ) abundance ratio and other nuclides (Z4 + A4
), the wavelength (which defines (2)) and the magnetic field (which defines (A)) are programmed together.

本発明をさらに説明するために、特定のサンプルの構成
元素の分析について以下の例で示す。
To further illustrate the invention, the following examples provide analysis of the constituent elements of specific samples.

シリコン中のアルミニウムの不純度は、本発明を用いて
行うことのできる1つの分析対象である。
Aluminum impurity in silicon is one analysis that can be performed using the present invention.

寸法が約0゜5 X 6 X ’6 mmの小さなシリ
コンチップが支持体86の上に取イ」けられ、それは抽
出電極106から約1.5cIn離され、また容器46
は約5 X I Ll ” Torr (6,80X 
10−” kg/cm2)まで真空されている。次にサ
ンプルが約250℃の温度にまで焼かれ、サンプル中か
ら残留ガス原子や、以前の大気環境から吸収された分子
を追い出す。その後で、真空度は約i Q’−9Tor
r (1゜66×10−”’kg/cIn” )にまで
上昇される。
A small silicon chip with dimensions of approximately 0°5 x 6 x 6' mm is placed on the support 86, which is spaced approximately 1.5 cIn from the extraction electrode 106 and is also spaced from the container 46.
is approximately 5 X I Ll” Torr (6,80X
The sample is then baked to a temperature of approximately 250°C to drive out any residual gas atoms or absorbed molecules from the previous atmospheric environment from the sample. Thereafter, The degree of vacuum is approximately iQ'-9 Torr
r (1°66×10-”kg/cIn”).

プラスのアルゴンイオンビームが、約20KVの加速電
圧の下で約1 mAの電流を生じるように調整される。
A positive argon ion beam is adjusted to produce a current of about 1 mA under an accelerating voltage of about 20 KV.

このイオンビームは10H2の周波数で、かつ2×10
−6秒の間に1個のイオンパルスかターケ゛ットを衝撃
する割合でパルス状に発生される。このパルス発生の間
、約1・3xIU”個のアルゴンイオンがサンプル上の
1〜2朋直径の点に収斂される。
This ion beam has a frequency of 10H2 and 2×10
It is generated in pulses at a rate of one ion pulse hitting the target in -6 seconds. During this pulse generation, approximately 1.3 x IU'' of argon ions are focused to a 1-2 mm diameter point on the sample.

アルミニウムとシリコンの散乱による発生は共に、1個
のイオン衝撃にあたシ約2個の中性原子であシ、従って
サンプルの表面からは約2.5×1010個のシリコン
の中性原子と、2〜6個のアルミニウム原子が散乱され
る。原子はコザイン分布によって示されるように各方向
へ放出される。
Both aluminum and silicon scattering generate approximately 2 neutral atoms per ion bombardment, and therefore approximately 2.5 x 1010 silicon neutral atoms and , 2-6 aluminum atoms are scattered. Atoms are ejected in each direction as indicated by the cosine distribution.

また原子は約10 eVの平均エネルギーを伴って放出
される。この散乱されたイオン(シリコンとアルミニウ
ム)は、ターゲットと電極106との間の約−600■
というバイアス電圧によってり・−ゲットへ引き戻され
る。散乱されたシリコンとアルミニウムの中性原子は、
サンプル表面の11i上に中心を有する1u直径のレー
ザ−ビームと交錯する。
The atoms are also ejected with an average energy of about 10 eV. This scattered ion (silicon and aluminum) is located between the target and the electrode 106 at a distance of about -600 mm.
It is pulled back to the target by the bias voltage. The scattered neutral atoms of silicon and aluminum are
It is intersected by a 1u diameter laser beam centered 11i above the sample surface.

前記レーず一光は代表的にはクオンターレイモデル、D
OR−IA na:yAGとモデルPDL−1ダイレー
ず−によってつくシ出される。前記レーず−によってつ
くられたレーデ−光の波長は6096大(オング ヌト
ローム)にmuit)アルミニウムの中性原子を基底状
態力・ら励起状態にまで励起させる。この励起さオした
アルミニウム原子は、波長が3093.;の2次光子の
吸収によって光イオン化される(第1図のスキーム1参
I1.)。
The laser Ikkou is typically the Quanta Ray model, D
OR-IA na:yAG and model PDL-1 die-cast. The wavelength of the laser light produced by the laser beam is 6096 angstroms (6096 angstroms), and excites the neutral atoms of aluminum from the ground state force to the excited state. This excited aluminum atom has a wavelength of 3093. is photoionized by absorption of secondary photons (see Scheme 1 in Figure 1, I1.).

代表的には、クオンターレイ モデル DOR−IAN
(1: YAGや、エキサイトン化学社より供給された
DOMダイを用いたモデルpDb−1ダイレース−・や
、クオンターレイによって供給される58゜)(DjP
周波数のダブリング結晶が、)、07レヌあたpのエネ
ルギーが10ミリジユールの3093Aの光をつ〈シ出
す。この光エネルギー〃;1−直径のビームの中に果申
されると1、これは2X1’08−ムの入射後よυ約2
.5 x 10 ’秒遅れてノ(’Jl/ヌとなる。こ
の時間の間に高速および低速の中性アルミニウム原子の
両方をレーず−ビームの中へ移動させることができる。
Typically, the Quantarey model DOR-IAN
(1: YAG, model pDb-1 die race using DOM die supplied by Exciton Chemical Co., and 58° supplied by Quantarey) (DjP
A frequency doubling crystal emits 3093 A of light with an energy of 10 millijoules per p per ), 07 renu. This light energy is expressed in a beam of 1-diameter, which is about υ2 after the incidence of 2×1'08-m.
.. After a delay of 5 x 10' seconds, Jl/nu is reached. During this time both fast and slow neutral aluminum atoms can be moved into the laser beam.

アルミニウムの場合、レーず−は選択自りなR工Sプロ
セスにおいて原子の約1係をイオン化させるであろう0
全てのイオンが系統内を送られ、6000レーず−パル
スを用いるとすると、1010個のシリコン原子中の1
個のアルミニウム原子が70ラスマイナス10%の誤差
で測定することができる。
In the case of aluminum, the laser beam will ionize about 1 percent of the atoms in the selected R&S process.
If all ions are sent through the system and 6000 laser pulses are used, then 1 in 1010 silicon atoms
Aluminum atoms can be measured with an error of 70 las minus 10%.

付加的な感度および(あるいは)鞘塵を望む場合には、
レーず−パルスの数を増加させることができる。
If additional sensitivity and/or dust is desired,
The number of laser pulses can be increased.

上述したように、第8図の装置に関して述べた方法ハパ
ルスモード法である。21ni 914の7マルス、即
チ、サンプルを衝撃するイオンビームの/クルレスと、
レーず−ビームのパルスとが用いられる。ある種の分析
においては、サンプルの表面において特定元素の組成を
郭定し、その後でサンプル中の各種法式のところでの組
成を郭定することか雉ましいことかある。このことは、
ここで述べた装置を用いて、先ずイオンビームをパルス
にして、さらにパルス状し−ず−ビームを用いるととに
よって実行することができ、表面における組成の分析を
行う。その後、イオンビームがサンプル上を、よシ長い
時間間隔で、および(あるいは)より高い周波数で衝撃
し、これによって表面の一部分を散乱させることができ
る。このことによって特定の構成元素の分析が表面より
下の深さのところで繰返すことができ、この技術はデゾ
スゾロファイリング法と呼ばれる。
As mentioned above, the method described with respect to the apparatus of FIG. 8 is a Hapars mode method. 21ni 914's 7 mars, i.e., the ion beam bombarding the sample/clueless,
Laser beam pulses are used. In some types of analysis, it may be difficult to determine the composition of specific elements at the surface of a sample, and then to determine the composition at various locations within the sample. This means that
Using the apparatus described herein, analysis of the composition at a surface can be performed by first pulsing the ion beam and then using a pulsed plasma beam. The ion beam then bombards the sample over a longer time interval and/or at a higher frequency, which can scatter a portion of the surface. This allows the analysis of specific constituent elements to be repeated at depths below the surface, a technique called desozorofiling.

ここでは本発明の好ましい実施例と考えられるものにつ
いて、その装置と操作方法について説ツJしてきた。当
業界においては本発明から逸脱しない限りにおいて各種
の変更、修正が可能でおることがわかるであろう。従っ
て、本発明の範囲は添イ]シた特許請求の範囲とその等
価なものtこよってのみ郭定されることになる。
The apparatus and method of operation of what is considered to be the preferred embodiment of the invention has been described herein. It will be appreciated by those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the invention. Accordingly, the scope of the invention is to be determined solely by the appended claims and their equivalents.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は周期表元素と、これらの元素の選択白タイオン
化のために適した各種の可能性のある共11βイオン化
分光ヌキームを示す図表、第2図は本発明の原理を示す
概略図、第6図は本発明の原理、即ち、共鳴イオン化分
光(RIB)によって生成されたイオンを直接検出する
ことによる散乱によって始まるRIEI、を示す概略図
、第4図はイオンを検出する前に飛行時間型質量分析計
を用いた、本発明の原理を示す概略図、第5図0=ir
−f四重極質量分析計を用いた本発明の原理を示す概略
図、第6図は扇形磁気質量分析計を用いた、散乱によっ
て始まるRIBの原理を示す概略図、第7図は第6図に
示した本発明の原理と、感度を増大さぜるためにサンプ
ル中の選択された構成元素、あるいはその同位元素を濃
縮する原理とを示す概略図、第8図は本発明を実施する
だめの代表的な装置の概略図、第9図は第8図の装置の
一部拡大図、第10図は本発明に含まれる時間シーケン
スの各ヌテツプにおける代表的なグラフ、第11図は本
発明による扇形磁気質量分析計の磁場を変化させること
による、サンプル中の元素の同位体核種の検出法を示す
グラフ、第12図はレーサ゛−パルスの波長を変化させ
、同時に本発明による磁気質量分析計の磁場を変化させ
ることによる、サンプル中の特定の元素の検出法を示す
グラフである。 図において、 10.84・・・サンプル 14.82・・・エネルギー粒子ビーム16.80・・
・イオン源 20.68・・・レーず−ビーム 22.70・・・レーず−ビーム源 26・・・検出器 30・・・飛行時間型質量分析計 34・・・四重極質量分析計 36・・・扇形磁気質量分析計 38・・・ターゲット 106・・・第1電極 108・・・第2電極 代理人 浅 村 皓 ζn L c力 匡 υnへ −LI LIJ 一− lろ+611”;年−711斜芝 γ11ン1:、に−”1/循鵜+t 第1頁の続き @発明者 ジェームス イー・パ ア ークス ■発明者ノ釦ルド ダブリュ・ ア シュミット イ メリカ合衆国テネシー州オウク リッジ、ニューワーク
レーン 103 メリカ合衆国テネシー州オウク リッジ、カンタ−ベリ
ロード 121 手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 昭和58 年特許願第 221934 号3、補正をす
る者 jI(I’lとの関係 特、:′1出願人住 所 4、代理人 5、補正命令の日刊 j1ζ(和58年 2月28日 6、補正により増加する発明の数 7、補正の対象 委任状、及び?の訳文各1通
FIG. 1 is a diagram showing the elements of the periodic table and various possible co-11β ionization spectroscopic schemes suitable for selective white ionization of these elements; FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the principle of the invention; FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the principle of the invention, namely RIEI starting by scattering by direct detection of ions produced by resonance ionization spectroscopy (RIB); FIG. Schematic diagram illustrating the principle of the present invention using a type mass spectrometer, FIG.
-f A schematic diagram showing the principle of the present invention using a quadrupole mass spectrometer, FIG. 6 is a schematic diagram showing the principle of RIB initiated by scattering using a sector magnetic mass spectrometer, and FIG. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the principles of the invention and the principle of enriching selected constituent elements, or isotopes thereof, in a sample to increase sensitivity; FIG. FIG. 9 is a partially enlarged view of the device shown in FIG. FIG. 12 is a graph showing a method for detecting isotopic nuclides of elements in a sample by changing the magnetic field of a sector-shaped magnetic mass spectrometer according to the invention; FIG. 1 is a graph showing a method for detecting a specific element in a sample by changing the magnetic field of the meter. In the figure, 10.84...Sample 14.82...Energy particle beam 16.80...
・Ion source 20.68...Laser-beam 22.70...Laser-beam source 26...Detector 30...Time-of-flight mass spectrometer 34...Quadrupole mass spectrometer 36... Fan-shaped magnetic mass spectrometer 38... Target 106... First electrode 108... Second electrode representative Year-711 Oblique Grass γ11 N1:,ni-”1/Circulation+t Continuation of page 1 @Inventor James E.P.Arks ■Inventor's Button Lud W. Ashmit Oak Ridge, Tennessee, United States of America, Oak Ridge, New Work Lane 103 Canterbury Road, Oak Ridge, Tennessee, United States of America 121 Procedural amendment (method) % formula % 1. Indication of the case Patent Application No. 221934 of 1983 3. Person making the amendment jI (Relationship with I'l) ,:'1 Applicant address 4, Agent 5, Daily j1ζ of amendment order (February 28, 2016 6, Number of inventions increased by amendment 7, Power of attorney subject to amendment, and 1 translation of ?) General

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)サンプル中の構成元素に関し、11固の原子程の
小さいものを郭定するのに十分な感度を有した定量分析
法において、 イ)前記サンプルをエネルギー粒子で衝撃し、それによ
って前記サンプル中の構成元素の雲を生成することと。 口)前記構成元素に対応した前記雲における構成元素を
選択的にイオン化させる尼めに、前8己雲に対してレー
ず−による共鳴イオン化分光を行うことと。 ハ)前記サンプル中の前記構成元素の量を前i己感度で
測定するために、前記レーザーによる共鳴イオン化分光
の結果として生じる前i己イオンを、正確かつほぼそれ
と同時に検出することと。 を含むことを特徴とする構成元素の定量分析法。 (2、特許請求の範囲第1項記載の方法において、前記
雲はイオンと中性粒子とを含み、さらに前記方法は前記
レーザーによる共鳴イオン化分光段階より前に、前記雲
から前記イオンを除去することを含む構成元素の定量分
析法。 (3)特許請求の範囲第1項記載の方法において、前記
エネルギー粒子はエネルギーイオンのビームを含む構成
元素の定量分析法。 (4)特許請求の範囲第1項記載の方法において、さら
に、前記レーず−による共鳴イオン化分光によって生じ
た前記イオンを、前記検出段階よシ前に質量分析するこ
とを含む構成元素の定量分析法。 (5)特許請求の範囲第4項記載の方法において、前記
質量分析は前記イオンを飛行時間型質量分析計に通すこ
とを含む構成元素の定量分析法。 (6)特許請求の範囲第4項記載の方法において、前記
質量分析は前記イオンをr−f・ 四重極質量分析計に
通すことを含む構成元素定量分析法。 (7)%許請求の範囲第4項記載の方法において、前記
質量分析は前記イオンを扇形磁気質量分析針に通すこと
を含む構成元素の定量分析法。 (8)特許請求の範囲第7項記載の方法において、さら
に、前記質量分析段階の後で、前記検出段横巾に前記イ
オンをターゲットの中へ打込むことと、前記ターゲット
を、前記分析を繰返すために、前記サンプルへ再び戻す
こととを含む構成元素の定量分析法。 (9)特許請求の範囲第6項記載の方法において、前記
衝撃用のイオンビームはプラスのアルゴンイオンを含む
構成元素の定量分析法。 (11特許請求の範囲第1項記載の方法において、前記
衝撃用のエネルギー粒子は繰返しパルス状になったビー
ムを含む構成元素の定量分析法。 aη 特許請求の範囲第10項記載の方法において、共
鳴イオン化分光を行うための前記レーず−ビームは、前
記エネルギー粒子ビームの周波数との時間関係を選択さ
れた状態で繰返しパルス状にされる構成元素の定量分析
法。 Q4舶許請求の範囲第2項記載の方法において、前記イ
オンを前記雲から除去することは、前記サンプルにかか
るマイナスの電圧を、前記サンプルに隣接した第1電極
にかかる電圧よりも、よシマイナス側に大きな電圧に維
持することによって行われる構成元素の定量分析法。 (ロ)特許請求の範囲第4項記載の方法において、さら
に、前記レーザービームによる共鳴イオン化分光によっ
て生じたイオンを、前記イオンを前記質量分析にかける
前に、エネルギーフィルターに通すことを含む構成元素
の定量分析法。 α4 特許請求の範囲第12項記載の方法において、さ
らに、前記レーず−による共鳴イオン化分光によって生
じた前記イオンを加速するために、前記第1電極に隣接
した第2電極に対して電圧をかけて、前記第1電極から
よりも前記サンプルの方からよシ多く除去することを含
む構成元素の定量分析法。 0句 特許請求の範囲第14項記載の方法において、前
記レーデ−による共鳴イオン化分光によるイオン化段階
は、前記第1電極と前記サンプルとの間で実行される構
成元素の定量分析法。 αリ 特許請求の範囲第14項記載の方法において、前
記レーデ−による共鳴イオン化分光によるイオン化段階
は、前記第1電極と前記第2電極との間で実行される構
成元素の定量分析法。 αη 特許請求の範囲第1項記載の方法において、前記
特定の元素の前記イオンの検出は、電子増倍検出器によ
って行われる構成元素の定量分析法。 0呻 サンプル中の構成元素に関し、1個の原子種の小
さいものを郭定するのに十分な感度を有した定量分析装
置において、 イ)前記サンプルを取付けるための装置と。 口)前記サンプルから材料を散乱させて、前記サンプル
の散乱された構成元素の雲を形成するのに十分なエネル
ギーを有したエネルギー粒子の源と。 ハ)前記エネルギー粒子を前記サンプル上に向かわせて
、それによって、前記サンプル中の前記構成元素の散乱
雲をつくり出すための装置と。 二)前記雲内における選択された構成元素の共鳴イオン
化分光によって、イオンを生じさせることのできる選択
的な波長を有する光子ビームをつくシ出すように調整さ
れたレーず−ビーム源と。 ホ)前記レーザー源からの前記選択された光子を前記雲
と交錯されるように向かわせて、それによって前記選択
された構成元素を選択的にイオン化させるための装置と
。 へ)前記構成元素の量を前記感度で測定するために、前
記共鳴イオン化分光によって生じた前記イオンを、正確
かつほぼそれと同時に測定するための検出装置と。 を含むことを特徴とする構成元素の定量分析装置。 (6)特許請求の範囲第18項記載の装置において、前
記エネルギー粒子源はエネルギーイオンビームの源であ
る構成元素の定量分析装置。 翰 特許請求の範囲第18項記載の装置において、さら
に、前記エネルギー粒子によってつくられたイオンを前
記雲から分離するための装置を含む構成元素の定量分析
装置。 Qυ 特許請求の範囲第20項記載の装置において、イ
オンを分離するための前記装置は、前記サンプル取付装
置に隣接した第1を極を含み、前記第1電極の電圧は前
記サンプルに対して、前記イオンを前記サンプルへ向け
て反撥させるような電圧に維持されている構成元素の定
量分析装置。 翰 特許請求の範囲第21項記載の装置におい玉さらに
、前記第1電極に隣接した加速装置を含み、前記共鳴イ
オン化分光によって生じた前記イオンを前記検出装置に
向けて加速するために、前記第1電極からよシも前記サ
ンプル取付装置の方からよシ多く除去する構成元素の定
量分析装置。 (ハ)特許請求の範囲第22項記載の装置において前記
加速装置は前記加速のために十分な電圧に維持された第
2電極を含む構成元素の定量分析装置。 (ハ)特許請求の範囲第19項記載の装置において、前
記イオン源はプラスのアルゴンイオンのビームをつく9
出す構成元素の定量分析装置。 (ハ)特許請求の範囲第24項記載の装置において、さ
らに、前記イオン源からの前記イオンを前記サンプル上
に向かわせる前に、前記源からの前記イオンビームをパ
ルス状にするだめの装置を含む構成元素の定量分析装置
。 (ハ)特許請求の範囲第25項記載の装置において、さ
らに、前記光子のビームを、前記イオンビームの前記パ
ルスに対して時間関係を有した周波数のパルスにするた
めの装置を含む構成元素の定量分析装置。 ■ 特許請求の範囲第18項記載の装置において、前記
サンプル中における前記構成元素の前記イオンのための
前記検出装置は、電子増倍検出器を含む構成元素の定量
分析装置。 (ハ)特許請求の範囲第18項記載の装置において、前
記共鳴イオン化分光によって生成された前記イオンを受
留めて、前記共鳴イオン化分光の前記イオンをエネルギ
ー弁別するために、前記サンプル取付装置と前記検出装
置との間に挿入されたエネルギーフィルターを含む構成
元素の定量分析装置。 に)特許請求の範囲第28項記載の装置において、さら
に、前記共鳴イオン化分光によって生成された前記イオ
ンを質量弁別するために、前記エネルギーフィルターの
出力側に数句けられた質量分析計を含む構成元素の定量
分析装置。 (ト)特許請求の範囲第29項記載の装置において、前
記質量分析計は飛行時間型質量分析計である構成元素の
定量分析装置。 0め 特許請求の範囲第29項記載の装置において、前
記質量分析計はr−f・四重極質量分析計である構成元
素の定量分析装置。 0埠 特許請求の範囲第29項記載の装置において、前
記質量分析計は扇形磁気質量分析計である構成元素の定
量分析装置。
[Scope of Claims] (1) In a quantitative analysis method having sufficient sensitivity to determine constituent elements in a sample as small as 11 atoms, a) bombarding the sample with energetic particles; and thereby producing a cloud of constituent elements in said sample. (1) In order to selectively ionize the constituent elements in the cloud corresponding to the constituent elements, resonance ionization spectroscopy using a laser beam is performed on the first cloud. c) Accurately and substantially simultaneously detecting pre-self ions resulting from resonance ionization spectroscopy by the laser in order to measure the amount of the constituent elements in the sample with high self-sensitivity. A method for quantitative analysis of constituent elements, characterized by comprising: (2. The method of claim 1, wherein the cloud includes ions and neutral particles, and the method further includes removing the ions from the cloud prior to the resonant ionization spectroscopy step with the laser. (3) A method for quantitative analysis of constituent elements, wherein the method according to claim 1, wherein the energetic particles include a beam of energetic ions. (4) A method for quantitative analysis of constituent elements, comprising: The method according to claim 1, further comprising subjecting the ions produced by resonance ionization spectroscopy using the laser to mass spectrometry before the detection step. (5) Quantitative analysis of constituent elements. The method according to claim 4, wherein the mass spectrometry comprises passing the ions through a time-of-flight mass spectrometer. (6) The method according to claim 4, Mass spectrometry involves passing the ions through an r-f quadrupole mass spectrometer. A method for quantitative analysis of constituent elements, comprising passing the ions through a fan-shaped magnetic mass spectrometry needle. A method for quantitative analysis of constituent elements, comprising: implanting a target into a target; and returning the target to the sample for repeating the analysis. (9) The method according to claim 6. In this method, the impacting ion beam includes a positive argon ion. (In the method described in claim 1, the impacting energetic particles are a repeatedly pulsed beam. Quantitative analysis method for constituent elements comprising: aη In the method according to claim 10, the laser beam for performing resonant ionization spectroscopy has a temporal relationship selected with respect to the frequency of the energetic particle beam. Q4. In the method of claim 2, removing the ions from the cloud involves applying a negative voltage across the sample to the A method for quantitative analysis of constituent elements, which is carried out by maintaining a voltage higher on the negative side than the voltage applied to the first electrode adjacent to the sample. (b) The method according to claim 4, further comprising: A method for quantitative analysis of constituent elements, comprising passing ions generated by resonance ionization spectroscopy using the laser beam through an energy filter before subjecting the ions to the mass spectrometry. α4 In the method according to claim 12, a voltage is further applied to a second electrode adjacent to the first electrode in order to accelerate the ions generated by resonance ionization spectroscopy by the laser. and removing more from the sample than from the first electrode. 0 Clause The method according to claim 14, wherein the ionization step by resonance ionization spectroscopy using radar is carried out between the first electrode and the sample. 15. The method according to claim 14, wherein the ionization step by resonance ionization spectroscopy using radar is performed between the first electrode and the second electrode. αη The method according to claim 1, wherein the detection of the ions of the specific element is performed by an electron multiplier detector. 0. Regarding the constituent elements in a sample, in a quantitative analyzer having sufficient sensitivity to determine small atomic species, a) a device for mounting the sample; a) a source of energetic particles having sufficient energy to scatter material from the sample to form a cloud of scattered constituent elements of the sample; c) an apparatus for directing the energetic particles onto the sample, thereby creating a scattering cloud of the constituent elements in the sample; 2) a laser beam source tuned to emit a beam of photons having selective wavelengths capable of producing ions by resonant ionization spectroscopy of selected constituent elements within the cloud; e) an apparatus for directing the selected photons from the laser source to intersect with the cloud, thereby selectively ionizing the selected constituent elements; f) a detection device for accurately and substantially simultaneously measuring the ions generated by the resonance ionization spectroscopy in order to measure the amount of the constituent elements with the sensitivity; A quantitative analysis device for constituent elements, characterized by comprising: (6) The apparatus according to claim 18, wherein the energetic particle source is an energetic ion beam source.翰 The apparatus according to claim 18, further comprising a device for separating ions produced by the energetic particles from the cloud. Qυ The apparatus of claim 20, wherein the apparatus for separating ions includes a first pole adjacent to the sample attachment device, the voltage at the first electrode being relative to the sample; An apparatus for quantitative analysis of constituent elements maintained at a voltage such that the ions are repelled towards the sample. The apparatus according to claim 21 further includes an accelerator adjacent to the first electrode, for accelerating the ions produced by the resonance ionization spectroscopy toward the detection device. A quantitative analysis device for constituent elements that removes more from one electrode than from the sample mounting device. (c) The apparatus according to claim 22, wherein the accelerator includes a second electrode maintained at a voltage sufficient for the acceleration. (c) In the apparatus according to claim 19, the ion source produces a beam of positive argon ions.
Quantitative analysis device for constituent elements. (c) The apparatus according to claim 24, further comprising a device for pulsing the ion beam from the source before directing the ions from the ion source onto the sample. Quantitative analysis device for constituent elements. (c) The apparatus according to claim 25, further comprising a device for converting the photon beam into a pulse having a frequency having a time relationship with the pulse of the ion beam. Quantitative analysis device. (2) The apparatus according to claim 18, wherein the detection device for the ions of the constituent elements in the sample includes an electron multiplier detector. (c) In the apparatus according to claim 18, the sample mounting device and the A quantitative analysis device for constituent elements that includes an energy filter inserted between the detection device and the detection device. 28) The apparatus according to claim 28, further comprising a mass spectrometer disposed on the output side of the energy filter for mass-discriminating the ions generated by the resonance ionization spectroscopy. Quantitative analysis device for constituent elements. (g) The apparatus according to claim 29, wherein the mass spectrometer is a time-of-flight mass spectrometer. 0me The apparatus according to claim 29, wherein the mass spectrometer is an RF quadrupole mass spectrometer. 0埠 The apparatus according to claim 29, wherein the mass spectrometer is a fan-shaped magnetic mass spectrometer.
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