JPS6315815Y2

JPS6315815Y2 -

Info

Publication number: JPS6315815Y2
Application number: JP16669282U
Authority: JP
Priority date: 1982-11-02
Filing date: 1982-11-02
Publication date: 1988-05-06
Also published as: JPS5971157U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は光励起ルミネツセンス（無熱光又は
冷光）による分光分析装置において試料の一平面
内の物質の分布、偏析などを測定するために試料
平面をスキヤニングする装置に関する。

従来、半導体に用いられるシリコン材料等は高
純度を要求されるが、その試験研究その他におい
て僅かに含まれた不純物を検出するために、光励
起ルミネツセンスによる分光分析装置が用いられ
ている。その装置は極低温に保たれた試料にレー
ザ光線を照射し、そこに発する光励起ルミネツセ
ンスによる発光特性を光分析法によつて分析する
ことにより、不純物の質や量を検出するようにな
つている。従来の最も一般的な光励起ルミネツセ
ンスによる分光分析装置としては、第１図に示す
ような原理のものがある。同図において、１はレ
ーザ光線、２は測定する試料、３は集光レンズ、
４は分光器、５は検知器であり、光源１から出る
レーザ光線１ａは資料２に当てられ、そのレーザ
光線により励起されたルミネツセンス３０を集光
レンズ３により分光器４に導き、検知器５で検知
するようになつている。このほかに第２図及び第
３図に示すような構成のものもある。同図におい
て、３′は集光レンズ、６はハーフミラー、７は
レーザ光線の通過する細孔７ａを穿設した反射鏡
であり、第１図と同等部分は同一図面符号で示し
てある。これら第２図及び第３図のものは、第１
図の装置を改良した最近のものである。すなわ
ち、極低温測定のため、試料２は液体窒素又は液
体ヘリウムによる低温環境に保持されるために、
冷却液体の保冷、蒸発防止のため一般に真空容器
内に保持し、入射発光光線共に複数の透明ガラス
を通過することになる。従つて、第１図の装置で
は入射レーザ光線は通過するガラス表面における
反射損失、試料に対する投入角による損失が多
く、発光特性が減殺されるが、これをある程度改
良したのが第２図及び第３図に示す装置である。
第３図のものは第２図のものよりもハーフミラー
６の透過損失が改良されている点でより秀れてい
る。

しかしながら、このような従来の装置を、同一
試料の一平面内の物質の分布偏析を測定する面内
分布測定に適用しようとすると、かなり問題があ
る。そのような装置としては、試料２と、光源
１、集光レンズ３、分光器４、検知器５などのグ
ループとの相対位置を試料面に沿つて移動させる
構成となる。光源１その他の部分を夫々の関係位
置を保つたまま微動させることは困難であり、大
掛りな設備となる。また、試料２のみを移動させ
る構成とするならば、試料２が大気と遮断された
低温雰囲気内にあるため、これも容易なことでは
ない。低温槽と共に試料２を移動させる構成とす
るのが比較的容易なようであるが、低温槽は真空
ポンプとのパイプ連絡があつたり、槽内での試料
保持の不安定性等の難題がある。これは液体ヘリ
ウム又は液体窒素で冷却するには液体の蒸発損失
を少くするために冷却物体の熱容量を極力小さく
することが望まれるため試料の保持装置は極力簡
単にする必要があるからである。

このようなことから、この考案は試料もしくは
試料保持部又はその他の装置全体を動かすことな
く、試料面を微細にスキヤニングすることができ
る分光分析装置におけるスキヤニング装置を提供
しようとするものである。

以下この考案を第３図に示す実施例に基いて説
明する。同図において、１は光源としてのレーザ
光線発射装置、２は測定すべき試料、３及び３′
は試料に当てられたレーザ光線により励起された
ルミネツセンスを分光器に導く集光レンズ、４は
分光器、５は検知器である。これらの各部は第
１，２，３図におけるものと同等である。７はレ
ーザ光線の通過する細孔７ａを穿設した平面反射
鏡で第３図のものと同等である。従来の装置と異
る主な点は、上記に付加して、スキヤニング装置
を構成する第１の平面反射鏡８と第２の平面反射
鏡９とを設けた点及びその設け方にある。

第１の平面反射鏡８は、光源１から水平に発射
されるレーザ光線の光路２０を屈折させ垂直上方
へ向う光路２１とするように設けてある。

第２の平面反射鏡９は、光路２１をさらに水平
かつ上記光路２０に直角な方向に沿う方向に屈折
させて光路２２とするように設けてある。以下の
説明のために、第１の平面反射鏡８の表面中央部
を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ軸に対応させて光路２
０，２１，２２を説明すると、光路２０をＸ軸に
一致させた場合、光路２１がＺ軸に、光路２２が
Ｙ軸に平行なY₂軸に、対応する。

同図において、１０はレンズ３及び第２の平面
反射鏡９を取付けられ垂直にすなわちＺ軸方向に
上下移動する台、１１は台１０を上下移動させる
送りねじ１１ａの駆動装置、１２は台１０、駆動
装置１１及び第１の平面反射鏡８を取付けられ水
平方向すなわちＸ軸方向に移動する台、１３は台
１２を水平に移動させる送りねじ１３ａの駆動装
置、１４は台１２のガイドレール、１５はロング
パスフイルタ、Y₁はＹ軸に平行な軸で図示のよ
うにY₁軸上にレンズ３′、フイルタ１５、分光器
４、検知器５が設けられている。なお、試料２の
保持装置は図示していないが、試料２の被測定平
面がレンズ３からその焦点距離だけ離れた位置に
ありレンズ３側に向いかつY₂軸に直交するよう
な位置関係で保持する構成とする。

このように構成された分光分析装置では次のよ
うに分光分析が行われる。光源１より発射された
例えば直径1.5mmのレーザ光線はＸ軸に沿つて平
面反射鏡７の細孔７ａを通過し、第１の平面反射
鏡８によりＺ軸方向に直角に屈折反射され、第２
の平面反射鏡９によりさらにY₂軸方向に屈折反
射され、レンズ３で集光されて試料２の面をシヤ
ープに照射する。試料面におけるレーザ光線の直
径は100μ程度である。レーザ光線の照射により
励起発光したルミネツセンスのイメージは、レン
ズ３により捕捉され、平行光線となつてY₂軸に
沿つて進み、第２の平面反射鏡９によりＺ軸方向
に屈折され、第１の平面反射鏡８によりＸ軸方向
に屈折され、さらに平面反射鏡７によりY₁軸方
向に屈折され、集光レンズ３′により集光され、
フイルタ１５によつて試料２の表面で反射された
レーザ光線及び周辺より侵入する可視光線を除去
されて分光器４に投入される。分光器に投入され
た光は光の波長別に分光されて夫々の波長の光量
を検知器により測定されることにより照射された
試料表面の各種原子特有の発光情報を提供する。

次にスキヤニング装置の作用を説明する。駆動
装置１１により台１０を上下に移動させると、
Y₂軸が上下に移動し、レーザ光線は試料面を上
下にスキヤニングする。また、駆動装置１３によ
り台１２を水平方向に移動させると、第１、第２
の平面反射鏡８，９及びレンズ３が各々の位置関
係を保つたまま移動するので、Y₂軸が水平に移
動し、レーザ光線は試料２を横方向にスキヤニン
グする。

このように駆動装置１１，１３を適宜操作する
ことによりこのスキヤニング装置は試料２の表面
をレーザ光線によつてくまなくスキヤニングする
ことできると共に、そのレーザ光線による光励起
ルミネツセンスを分光器４へ導くことができる。

従つて、このスキヤニング装置によれば、試料
もしくは試料保持部又はその他の装置全体を動か
すことなく、試料面上をスキヤニングすることが
できる。なお、このスキヤニング装置では、平面
反射鏡７と第１の平面反射鏡８との間の距離及び
第１の平面反射鏡８と第２の平面反射鏡９との間
の距離が増減するが、その間の入射光、反射光共
平行光線であるから、光量は理論上増減しない。
又反射鏡間の空間が増減するため、光の通過空間
の媒体（空気）の増減による光量損失の増減は今
日要求されている試料の大きさ程度の移動量に対
しては測定精度に影響しない。

上記実施例は第３図に示した従来の装置にスキ
ヤニング装置を設けたものであるが、場合によつ
ては、すなわち測定の範囲精度が許せば、細孔付
平面反射鏡７をハーフミラーに変更してもよい。
その場合は第２図に示した従来の装置にスキヤニ
ング装置を設けた構成となる。

上記実施例において、駆動装置１１，１３を手
動式のものとして図示したが、実用上はパルスモ
ータを使用し、コンピユータ制御すれば、微細に
精度よくスキヤニングすることができる。

上記実施例では試料２を水平方向に照射する構
成を示したが、冷却槽の構造により試料面が水平
になる場合は、台１２，１１等をそのままＸ軸の
周りに90度回転させた構成とすればよい。

以上のように、この考案によれば、２枚の平面
反射鏡を設けて、その各々を移動させる簡単な構
成によつて、試料もしくは試料保持部又はこの他
の装置全体を動かすことなく、試料平面をスキヤ
ニングすることができる装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は各々異る従来の光励
起ルミネツセンスによる分光分析装置の原理的説
明図、第４図はこの考案の実施例の概略の構成を
示す斜視図である。１……レーザ光源、２……試料、３，３′……
集光レンズ、４……分光器、５……検知器、７…
…細孔付平面反射鏡、８……第１の平面反射鏡、
９……第２の平面反射鏡、１０……台、１１，１
３……駆動装置、１２……台、１４……ガイドレ
ール。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

レーザ光線を試料に照射し、発生する光励起ル
ミネツセンスを分光器に導く構成の分光分析装置
において、上記レーザ光線の光路の所定区間をＸ
軸に対応させてその光路をＸ軸に直角なＺ軸に沿
う方向に屈折させる第１の平面反射鏡をＸ軸に沿
う方向に移動操作可能な台に設け、第１の平面反
射鏡から反射するレーザ光線の光路をＸ軸及びＺ
軸に直角なＹ軸に沿う方向に屈折させる第２の平
面反射鏡をＺ軸に沿う方向に移動操作可能に上記
台に設け、第２の平面反射鏡から反射するレーザ
光線が上記試料の平面を直角に照射する位置関係
に試料支持部を設けたことを特徴とするスキヤニ
ング装置。