X線分析装置
【課題】 小型かつ簡易な構造であっても、複雑な形状等を有する測定試料の元素分布マップを精度良く作成することができるX線分析装置を提供する。
【解決手段】 測定試料に電子線を照射して、当該測定試料から発生する特性X線の強度を測定するための検出手段を備えたX線分析装置であって、測定試料及び検出手段の相対位置を変更するための回転手段と、測定試料の特性X線の強度を複数位置で測定するための検出手段と、特性X線強度の加算値を求めるとともに、当該加算値に基づいて、測定試料の元素分布マップを作成する作成手段と、を備えている。
【解決手段】 測定試料に電子線を照射して、当該測定試料から発生する特性X線の強度を測定するための検出手段を備えたX線分析装置であって、測定試料及び検出手段の相対位置を変更するための回転手段と、測定試料の特性X線の強度を複数位置で測定するための検出手段と、特性X線強度の加算値を求めるとともに、当該加算値に基づいて、測定試料の元素分布マップを作成する作成手段と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、X線分析装置に関し、特に、小型かつ簡易な構造であっても、複雑な形状等を有する測定試料の元素分布マップを精度良く作成することができるX線分析装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電子プローブマイクロアナライザ(EPMAと略称されている)やX線分光器を装備した走査顕微鏡(分析SEMと略称されている)などの電子励起によるX線分析装置は、測定試料の表面に存在する元素の二次元的分布を検知することにより、測定試料における元素分布マップを得るための測定装置として知られている。
このようなX線分析装置においては、X線分光器として、波長分散形X線分光器(WDSと略称されている)やエネルギー分散形X線分光器(EDSと略称されている)等が用いられている。
そして、X線検出器で測定される元素の特性X線強度は、その元素の濃度、共存元素(注目元素と共存している元素)の組成、特性X線の質量吸収係数といった物質固有の物理定数の他、特性X線の取り出し角度、すなわち測定試料における測定面の傾きに依存することが知られている。
【0003】
そのため、測定面の傾きによるX線強度の変化を補正するため、図13に示すように、試料ステージ107に載置した試料106に電子線を照射し、試料表面から発生する特性X線を検出して試料の元素分布分析を行うようにした電子励起によるX線分析装置200において、試料106を照射する電子線に関して対向する位置に2基のX線分光器109aおよび109bを配置し、該X線分光器で同時に測定された特性X線強度の加算値と各特性X線強度の強度比を求める手段と、特性X線強度の強度比に基づいて加算値を補正し、補正した加算値に基づいて元素分布マップを作成する手段と、を備えた電子励起によるX線分析装置が提案されている(特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2002−310957号(特許請求の範囲)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載されたX線分析装置は、高価かつ精密なX線分光器を、2基配置しなければならず、X線分析装置が大型化したり、構造が複雑化したりするという問題が見られた。
また、特許文献1に記載されたX線分析装置においては、2基のX線分光器を、測定試料に対して、対向配置した場合であっても、測定試料に方向性があるような形状の場合には、精度良く元素分布マップを作成することが困難であるという問題が見られた。
さらに、特許文献1に記載されたX線分析装置においては、2基のX線分光器を同時使用して検知するため、測定試料の種類や形状によっては、特性X線が相互干渉して、精度良く元素分布マップを作成することが困難であるという問題も見られた。
【0005】
そこで、本発明者らは、測定試料及び検出手段の相対位置を変更するための回転手段により、測定試料に対する電子線の照射方向を変えて、特性X線の強度をそれぞれ測定することにより、検出手段が一つであっても、測定試料の形状や種類にかかわらず、精度良く元素分布マップを作成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の目的は、小型かつ簡易な構造であっても、複雑な形状等を有する測定試料の元素分布マップを精度良く作成することができるX線分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によれば、測定試料に電子線を照射して、当該測定試料から発生する特性X線の強度を測定するための検出手段を備えたX線分析装置であって、測定試料及び検出手段の相対位置を変更するための回転手段と、測定試料の特性X線の強度を複数位置で測定するための検出手段と、特性X線強度の加算値を求めるとともに、当該加算値に基づいて、測定試料の元素分布マップを作成する作成手段と、を備えたX線分析装置が提供され、上述した問題点を解決することができる。
すなわち、特性X線の強度を回転させた複数位置で測定することにより、X線分光器等の検出手段が一つであっても、測定試料の形状や種類にかかわらず、精度良く元素分布マップを作成することができる。
なお、本発明のX線分析装置のように、特性X線の強度を複数位置で測定した場合、単一箇所で測定した場合と比較して、測定時間が長くなるという懸念が生じる。しかしながら、測定試料の形状の影響を考慮して、実際的には数回測定することなど考慮すれば、単一箇所で測定した場合と比較して、平均的にはむしろ短時間となることが判明している。
さらに言えば、二つのX線分光器を用いて特性X線を同時測定した場合と比較して、本発明の測定装置では、測定時間が長くなるという懸念もあるが、一連の動作として実施することができるため、実際的な測定時間が問題となることは特にないことが判明している。
【0007】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、検出手段により、各特性X線強度の加算値を求めるとともに、強度比を求め、作成手段により、特性X線強度の加算値を強度比に基づいて補正しつつ、補正した加算値に基づいて元素分布マップを作成することが好ましい。
このように構成することにより、測定試料の形状や種類にかかわらず、さらに精度良く元素分布マップを作成することができる。
【0008】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、測定試料及び検出手段の相対位置を、測定試料を回転中心として、120〜240°の範囲で対向するように変更することが好ましい。
このように構成することにより、測定試料の形状や種類にかかわらず、さらに精度良く元素分布マップを作成することができる。
【0009】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、測定試料及び検出手段の相対位置を、連続的あるいは段階的に変更することが好ましい。
このように構成することにより、測定試料の形状や種類にかかわらず、さらに精度良く元素分布マップを作成することができる。
【0010】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、回転手段として、測定試料を載置するための試料ステージが設けてあり、当該試料ステージを回転させることにより、測定試料及び検出手段の相対位置を変更することが好ましい。
このように構成することにより、より小型かつ簡易構造のX線分析装置を提供することができる。
【0011】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、測定試料の回転中心を決定し、それに対応させて電子線の照射位置を調整するための移動手段が試料ステージに設けてあることが好ましい。
このように構成することにより、測定試料の形状や種類にかかわらず、さらに精度良く元素分布マップを作成することができる。
【0012】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、検出手段により、複数位置において特性X線強度を測定する際に、電子線の照射強度を変えることが好ましい。
このように構成することにより、測定試料への電子線による損傷を抑制しつつ、より短時間で元素分布マップを作成することができる。
【0013】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、検出手段により、複数位置において特性X線強度を測定する際に、電子線の照射時間を変えることが好ましい。
このように構成することにより、測定試料への電子線による損傷を抑制しつつ、より短時間で元素分布マップを作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明のX線分析装置に関する実施の形態を、適宜図面を参照しながら、具体的に説明する。
【0015】
1.基本構造
図1は、本発明に係る電子励起によるX線分析装置をEPMAに適用した構成例を示すブロック図である。
すなわち、図1に示すように、電子線101を出射するEPMAの電子銃1と、集束レンズ2と、対物レンズ3と、スキャンコイル4と、光学顕微鏡5と、回転装置を含む試料ステージ13と、スキャンコイル4を駆動するための電子線走査装置8と、測定試料6に照射される電子銃1からの電子線に関して対向して配置されたWDSの分光結晶9と、分光結晶9で分光された特性X線を検出するX線検出器10と、WDSの波長走査のための分光結晶駆動装置11と、X線検出器10で検出されたX線信号の信号処理装置12と、から構成することができる。
【0016】
(1)回転手段
また、X線分析装置における回転手段50は、複数位置で測定試料に電子線を照射するために、測定試料及び検出手段の相対位置を回転変更するための装置である。
具体的には、図2に示すように、X方向への移動機構32と、Y方向への移動機構31と、回転機構23を有する試料ステージ13と、から構成することができる。
また、X方向への移動機構32には、試料ステージ13をX方向へ移動させるための駆動装置28と、移動距離を測定するためのXエンコーダ29と、X移動軸30が設けてあり、正確なX方向への移動距離の測定が可能となる。
また、Y方向への移動機構31には、試料ステージ13をY方向へ移動させるための駆動装置25と、移動距離を測定するためのYエンコーダ26と、Y移動軸27が設けてあり、正確なY方向への移動距離の測定が可能となる。
また、回転機構23には、試料ステージ13をθ方向へ回転させるための駆動装置22と、回転角度を測定するためのロータリーエンコーダ21と、が設けてあり、正確な回転角度の測定が可能となる。
【0017】
(2)検出手段
また、X線分析装置における検出手段は、複数位置で測定試料に電子線を照射して、当該測定試料から発生する特性X線の強度を測定するための装置である。
具体的には、図1に示すように、測定試料6に照射される電子銃1からの電子線に関して対向して配置されたWDSの分光結晶9と、分光結晶9で分光された特性X線を検出するX線検出器10と、WDSの波長走査のための分光結晶駆動装置11と、から構成することができる。
【0018】
(3)作成手段
また、作成手段は、測定された特性X線強度の加算値を求めるとともに、当該加算値に基づいて、測定試料の元素分布マップを作成するための装置である。
具体的には、図1に示すように、X線検出器10で検出されたX線信号の信号処理装置12と、X線強度データの記憶装置13と、電子線走査装置8や分光結晶駆動装置11のインタフェース14と、EPMAの装置制御並びに収集データの各種処理を行う演算装置15と、各種データを記憶するためのデータベース16と、ディスプレイ装置17と、マウス、キーボードなどの入力装置18と、から構成することができる。
【0019】
2.測定方法
(1)第1の測定方法
次いで、本発明のX線分析装置を用いた特性X線強度の第1の測定方法について、図11に示すフロー図に従い、詳細に説明する。
まず、測定試料の分析領域をX,Y方向の画素に分割し(S1)、全ての画素に座標(X、Y)を割り当てる。次に、電子線を一定時間照射し、各画素毎に特性X線を計測(S2)することにより、分析領域内における元素2次元分布を求める(S3)。
このときWDSでは測定元素のピーク位置に分光位置を固定し、EDSでは測定元素のピークを含むエネルギー範囲に対応するマルチチャンネルアナライザからの積算値を計数する。
次に、電子線又は試料ステージ13を相対的に走査しながら(S4)、試料表面から放出され、分光結晶9で分光された特性X線をX線検出器10で検出する。
そして、各画素のX線強度をレベル分析(S5)し、各々のレベルに適当な色を対応させて画面上にカラーマップとして表示させる。このとき、適当な標準試料を用いて特性X線強度を濃度に変換すれば、カラーマップとして、その元素の濃度分布を対応させることができる(S6)。
【0020】
また、図3の(a)に示すように試料6に照射された電子線101は、試料の物質の原子により散乱されてエネルギーを失う過程において、元素固有の波長をもつ特性X線103を発生させる。なお、図3の(a)において、IX は測定される特性X線強度である。
また、図3の(b)において実線で示すように、試料表面から電子がエネルギーを失う深さまでの深さ方向(z)に対するX線発生強度分布は、通常発生関数と呼ばれ、φ(ρz)と表される。ここで、ρは物質の密度であり、したがって、ρzは質量深さである。
【0021】
また、試料内部で発生した特性X線は、試料外(真空中)に出るまでに吸収を受ける。
したがって、試料面に対し、取り出し角度θで分光器に入るとすると、測定されるX線強度IX は、下式(1)で表される。なお、下式(1)中、χ=(μ/ρ)cosecθであり、μ/ρは質量吸収係数である。
IX =∫φ(ρz)・exp(−χ・ρz)d(ρz) (1)
【0022】
そして、第1の測定方法によれば、試料ステージ13に載置された試料6に電子銃1からの電子線を照射し、電子線又は試料ステージ13を相対的に走査しながら、試料表面から放出され、分光結晶9で分光された特性X線をX線検出器10で検出する。
したがって、特性X線の強度を回転させた複数位置で測定することにより、X線分光器等の検出手段が一つであっても、測定試料の形状や種類にかかわらず、精度良く元素分布マップを作成することができる。
【0023】
(2)第2の測定方法
次いで、本発明のX線分析装置を用いた特性X線強度の第2の測定方法について、図12に示すフロー図に従い詳細に説明する。
まず、測定試料の分析領域をX,Y方向の画素に分割し(S1´)、全ての画素に座標(X、Y)を割り当てる。次に、電子線を一定時間照射し、各画素毎に特性X線を計測(S2´)することにより、分析領域内における元素2次元分布を求める(S3´)。
このときWDSでは測定元素のピーク位置に分光位置を固定し、EDSでは測定元素のピークを含むエネルギー範囲に対応するマルチチャンネルアナライザからの積算値を計数する。
しかしながら、複数箇所で得られた検出値を単に加算して補正する第1の測定方法であっても、例えば、図4において、取り出し角度(接線に対する角度)がΔθ小さくなった分光器201aによる検出X線強度の低減分を、取り出し角度がΔθ大きくなった分光器201bによる検出X線強度の増加分では補完することが困難な場合がある。
そこで、第2の測定方法によれば、測定試料を対向する位置になるように回転させて、複数回特性X線強度を測定し(S4´)、次いで、それぞれ測定された特性X線強度の加算値と、各特性X線強度の強度比を求め(S5´)、さらに特性X線強度の強度比に基づいて加算値を補正し(S6´)、該補正加算値に基づいて元素分布マップを作成するものである(S7´)。
より具体的には、図6の各位置において、2つの特性X線強度の比Rを、同様に演算装置で算出する。この際、X線強度曲線A,Bにおいて、A>Bの領域では、R=B/Aとして、A<Bの領域では、R=A/Bとして特性X線強度比Rを求める。その算出結果を図8に示す。この特性X線強度比Rの値は、χ=(μ/ρ) cosecθの値により僅かに異なる。また実際のデータは、図8においてドットで示すように、X線強度の統計変動によりばらつくので、実際の曲線は多項式の最小自乗法で求めることになる。
【0024】
そして、図8に示す特性X線強度比Rのグラフから、R=1のときは、2つのX線強度曲線A,Bの加算データ(A+B)は、補正する必要がなく、R=0(b〜c,及びe/fの領域)のときは、加算データ(A+B)の値(実際にはA又はBのいずれかの値)の2倍にすればよいことが分かる。また、c〜d〜eの領域においては、図7に示した加算データ(A+B)曲線と、図8に示したX線強度比Rを表す曲線との間には相関関係があり、図8に示したX線強度比R曲線が上に凸の度合いが増すほど、図7に示す加算データ(A+B)曲線も上に凸の度合いが増すようになっている。この関係は、EPMAの定量補正理論を利用して、予め求めておくことが好ましい。
【0025】
この関係を利用して、実際の試料から得られたX線強度比Rの値に基づいて加算データ(A+B)の値を補正すべき係数を求めることができる。実際に、図9に示すように、表面に不規則な凹凸をもっている試料6の場合であっても、例えば異なる向きの傾斜面を考えた場合、このような各傾斜面は、図5に示した単純な形態の試料304におけるいずれかの部分に対応しているものとして考えることができるので、凹凸による影響の補正については、単純な形態の試料と同等に扱うことができる。
【0026】
また、X線強度比Rを横軸に、単純加算データ(A+B)を、その最大値(A+B)max で正規化した値(A+B)/(A+B)max >0.5を縦軸にとり、各画素のデータをプロットすると、図10(a)に示すような曲線が得られる。この曲線の逆数を求めると、図10(b)に示すような前記X線強度比Rに対する補正係数曲線が得られる。この補正係数曲線で示される補正係数を単純加算データ(A+B)に乗じることにより、図7において2点鎖線で示すように、補正された加算データが得られ、単純加算データの試料凹凸形状による影響を正確に補正したX線強度分布、すなわち試料表面の元素分布結果が得られる。これに基づいて元素分布マップを作成し、ディスプレイ装置に表示させることができる。
【産業上の利用可能性】
【0027】
以上詳述したように、本発明によれば、単一の検出手段であっても、複数箇所で測定された特性X線強度の加算値を使用することにより、試料の凹凸による影響を排除し、高精度の元素分布分析を行うことが可能となった。
さらに、複数箇所で測定された特性X線強度の加算値の強度比を用いて補正するように構成すると、試料の凹凸による影響を更に排除することができ、高精度の元素分布分析を行うことが可能となった。
なお、実施の形態では、X線分光器としてWDSを用いたものを示したが、本発明はEDSをX線分光器として用いたものに勿論適用することができるものであり、またEPMAのみならず分析SEMなどの電子励起によるX線分析装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】X線分析装置を説明するために供する概略図である。
【図2】試料ステージの回転手段を説明するために供する図である。
【図3】(a)〜(b)は、電子線照射深度と特性X線強度との関係を説明するために供する図である。
【図4】試料形状と特性X線検出器との位置関係を説明するために供する図である。
【図5】試料形状と特性X線散乱方向との位置関係を説明するために供する図である。
【図6】X線検出器による検出値と測定位置との関係を説明するために供する図である。
【図7】X線検出器による加算X線強度と測定位置との関係を説明するために供する図である。
【図8】X線強度比Rと測定位置との関係を説明するために供する図である。
【図9】試料表面形状とX線分光器との位置関係を説明するために供する図である。
【図10】(a)〜(b)は、X線強度比Rと補正係数との関係を示すグラフである。
【図11】第1の測定方法を説明するためのフロー図である。
【図12】第2の測定方法を説明するためのフロー図である。
【図13】従来のX線分析装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【0029】
1:電子銃、2:集光レンズ、3:対物レンズ、4:スキャンコイル、5:光学顕微鏡、6:試料、8:電子線走査装置、9:X線分光器、10:X線検出器、13:試料ステージ、23:回転機構、31:Y方向への駆動機構、32:X方向への駆動機構、50:回転手段、100:X線分析装置
【技術分野】
【0001】
本発明は、X線分析装置に関し、特に、小型かつ簡易な構造であっても、複雑な形状等を有する測定試料の元素分布マップを精度良く作成することができるX線分析装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電子プローブマイクロアナライザ(EPMAと略称されている)やX線分光器を装備した走査顕微鏡(分析SEMと略称されている)などの電子励起によるX線分析装置は、測定試料の表面に存在する元素の二次元的分布を検知することにより、測定試料における元素分布マップを得るための測定装置として知られている。
このようなX線分析装置においては、X線分光器として、波長分散形X線分光器(WDSと略称されている)やエネルギー分散形X線分光器(EDSと略称されている)等が用いられている。
そして、X線検出器で測定される元素の特性X線強度は、その元素の濃度、共存元素(注目元素と共存している元素)の組成、特性X線の質量吸収係数といった物質固有の物理定数の他、特性X線の取り出し角度、すなわち測定試料における測定面の傾きに依存することが知られている。
【0003】
そのため、測定面の傾きによるX線強度の変化を補正するため、図13に示すように、試料ステージ107に載置した試料106に電子線を照射し、試料表面から発生する特性X線を検出して試料の元素分布分析を行うようにした電子励起によるX線分析装置200において、試料106を照射する電子線に関して対向する位置に2基のX線分光器109aおよび109bを配置し、該X線分光器で同時に測定された特性X線強度の加算値と各特性X線強度の強度比を求める手段と、特性X線強度の強度比に基づいて加算値を補正し、補正した加算値に基づいて元素分布マップを作成する手段と、を備えた電子励起によるX線分析装置が提案されている(特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2002−310957号(特許請求の範囲)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載されたX線分析装置は、高価かつ精密なX線分光器を、2基配置しなければならず、X線分析装置が大型化したり、構造が複雑化したりするという問題が見られた。
また、特許文献1に記載されたX線分析装置においては、2基のX線分光器を、測定試料に対して、対向配置した場合であっても、測定試料に方向性があるような形状の場合には、精度良く元素分布マップを作成することが困難であるという問題が見られた。
さらに、特許文献1に記載されたX線分析装置においては、2基のX線分光器を同時使用して検知するため、測定試料の種類や形状によっては、特性X線が相互干渉して、精度良く元素分布マップを作成することが困難であるという問題も見られた。
【0005】
そこで、本発明者らは、測定試料及び検出手段の相対位置を変更するための回転手段により、測定試料に対する電子線の照射方向を変えて、特性X線の強度をそれぞれ測定することにより、検出手段が一つであっても、測定試料の形状や種類にかかわらず、精度良く元素分布マップを作成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の目的は、小型かつ簡易な構造であっても、複雑な形状等を有する測定試料の元素分布マップを精度良く作成することができるX線分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によれば、測定試料に電子線を照射して、当該測定試料から発生する特性X線の強度を測定するための検出手段を備えたX線分析装置であって、測定試料及び検出手段の相対位置を変更するための回転手段と、測定試料の特性X線の強度を複数位置で測定するための検出手段と、特性X線強度の加算値を求めるとともに、当該加算値に基づいて、測定試料の元素分布マップを作成する作成手段と、を備えたX線分析装置が提供され、上述した問題点を解決することができる。
すなわち、特性X線の強度を回転させた複数位置で測定することにより、X線分光器等の検出手段が一つであっても、測定試料の形状や種類にかかわらず、精度良く元素分布マップを作成することができる。
なお、本発明のX線分析装置のように、特性X線の強度を複数位置で測定した場合、単一箇所で測定した場合と比較して、測定時間が長くなるという懸念が生じる。しかしながら、測定試料の形状の影響を考慮して、実際的には数回測定することなど考慮すれば、単一箇所で測定した場合と比較して、平均的にはむしろ短時間となることが判明している。
さらに言えば、二つのX線分光器を用いて特性X線を同時測定した場合と比較して、本発明の測定装置では、測定時間が長くなるという懸念もあるが、一連の動作として実施することができるため、実際的な測定時間が問題となることは特にないことが判明している。
【0007】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、検出手段により、各特性X線強度の加算値を求めるとともに、強度比を求め、作成手段により、特性X線強度の加算値を強度比に基づいて補正しつつ、補正した加算値に基づいて元素分布マップを作成することが好ましい。
このように構成することにより、測定試料の形状や種類にかかわらず、さらに精度良く元素分布マップを作成することができる。
【0008】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、測定試料及び検出手段の相対位置を、測定試料を回転中心として、120〜240°の範囲で対向するように変更することが好ましい。
このように構成することにより、測定試料の形状や種類にかかわらず、さらに精度良く元素分布マップを作成することができる。
【0009】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、測定試料及び検出手段の相対位置を、連続的あるいは段階的に変更することが好ましい。
このように構成することにより、測定試料の形状や種類にかかわらず、さらに精度良く元素分布マップを作成することができる。
【0010】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、回転手段として、測定試料を載置するための試料ステージが設けてあり、当該試料ステージを回転させることにより、測定試料及び検出手段の相対位置を変更することが好ましい。
このように構成することにより、より小型かつ簡易構造のX線分析装置を提供することができる。
【0011】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、測定試料の回転中心を決定し、それに対応させて電子線の照射位置を調整するための移動手段が試料ステージに設けてあることが好ましい。
このように構成することにより、測定試料の形状や種類にかかわらず、さらに精度良く元素分布マップを作成することができる。
【0012】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、検出手段により、複数位置において特性X線強度を測定する際に、電子線の照射強度を変えることが好ましい。
このように構成することにより、測定試料への電子線による損傷を抑制しつつ、より短時間で元素分布マップを作成することができる。
【0013】
また、本発明のX線分析装置を構成するにあたり、検出手段により、複数位置において特性X線強度を測定する際に、電子線の照射時間を変えることが好ましい。
このように構成することにより、測定試料への電子線による損傷を抑制しつつ、より短時間で元素分布マップを作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明のX線分析装置に関する実施の形態を、適宜図面を参照しながら、具体的に説明する。
【0015】
1.基本構造
図1は、本発明に係る電子励起によるX線分析装置をEPMAに適用した構成例を示すブロック図である。
すなわち、図1に示すように、電子線101を出射するEPMAの電子銃1と、集束レンズ2と、対物レンズ3と、スキャンコイル4と、光学顕微鏡5と、回転装置を含む試料ステージ13と、スキャンコイル4を駆動するための電子線走査装置8と、測定試料6に照射される電子銃1からの電子線に関して対向して配置されたWDSの分光結晶9と、分光結晶9で分光された特性X線を検出するX線検出器10と、WDSの波長走査のための分光結晶駆動装置11と、X線検出器10で検出されたX線信号の信号処理装置12と、から構成することができる。
【0016】
(1)回転手段
また、X線分析装置における回転手段50は、複数位置で測定試料に電子線を照射するために、測定試料及び検出手段の相対位置を回転変更するための装置である。
具体的には、図2に示すように、X方向への移動機構32と、Y方向への移動機構31と、回転機構23を有する試料ステージ13と、から構成することができる。
また、X方向への移動機構32には、試料ステージ13をX方向へ移動させるための駆動装置28と、移動距離を測定するためのXエンコーダ29と、X移動軸30が設けてあり、正確なX方向への移動距離の測定が可能となる。
また、Y方向への移動機構31には、試料ステージ13をY方向へ移動させるための駆動装置25と、移動距離を測定するためのYエンコーダ26と、Y移動軸27が設けてあり、正確なY方向への移動距離の測定が可能となる。
また、回転機構23には、試料ステージ13をθ方向へ回転させるための駆動装置22と、回転角度を測定するためのロータリーエンコーダ21と、が設けてあり、正確な回転角度の測定が可能となる。
【0017】
(2)検出手段
また、X線分析装置における検出手段は、複数位置で測定試料に電子線を照射して、当該測定試料から発生する特性X線の強度を測定するための装置である。
具体的には、図1に示すように、測定試料6に照射される電子銃1からの電子線に関して対向して配置されたWDSの分光結晶9と、分光結晶9で分光された特性X線を検出するX線検出器10と、WDSの波長走査のための分光結晶駆動装置11と、から構成することができる。
【0018】
(3)作成手段
また、作成手段は、測定された特性X線強度の加算値を求めるとともに、当該加算値に基づいて、測定試料の元素分布マップを作成するための装置である。
具体的には、図1に示すように、X線検出器10で検出されたX線信号の信号処理装置12と、X線強度データの記憶装置13と、電子線走査装置8や分光結晶駆動装置11のインタフェース14と、EPMAの装置制御並びに収集データの各種処理を行う演算装置15と、各種データを記憶するためのデータベース16と、ディスプレイ装置17と、マウス、キーボードなどの入力装置18と、から構成することができる。
【0019】
2.測定方法
(1)第1の測定方法
次いで、本発明のX線分析装置を用いた特性X線強度の第1の測定方法について、図11に示すフロー図に従い、詳細に説明する。
まず、測定試料の分析領域をX,Y方向の画素に分割し(S1)、全ての画素に座標(X、Y)を割り当てる。次に、電子線を一定時間照射し、各画素毎に特性X線を計測(S2)することにより、分析領域内における元素2次元分布を求める(S3)。
このときWDSでは測定元素のピーク位置に分光位置を固定し、EDSでは測定元素のピークを含むエネルギー範囲に対応するマルチチャンネルアナライザからの積算値を計数する。
次に、電子線又は試料ステージ13を相対的に走査しながら(S4)、試料表面から放出され、分光結晶9で分光された特性X線をX線検出器10で検出する。
そして、各画素のX線強度をレベル分析(S5)し、各々のレベルに適当な色を対応させて画面上にカラーマップとして表示させる。このとき、適当な標準試料を用いて特性X線強度を濃度に変換すれば、カラーマップとして、その元素の濃度分布を対応させることができる(S6)。
【0020】
また、図3の(a)に示すように試料6に照射された電子線101は、試料の物質の原子により散乱されてエネルギーを失う過程において、元素固有の波長をもつ特性X線103を発生させる。なお、図3の(a)において、IX は測定される特性X線強度である。
また、図3の(b)において実線で示すように、試料表面から電子がエネルギーを失う深さまでの深さ方向(z)に対するX線発生強度分布は、通常発生関数と呼ばれ、φ(ρz)と表される。ここで、ρは物質の密度であり、したがって、ρzは質量深さである。
【0021】
また、試料内部で発生した特性X線は、試料外(真空中)に出るまでに吸収を受ける。
したがって、試料面に対し、取り出し角度θで分光器に入るとすると、測定されるX線強度IX は、下式(1)で表される。なお、下式(1)中、χ=(μ/ρ)cosecθであり、μ/ρは質量吸収係数である。
IX =∫φ(ρz)・exp(−χ・ρz)d(ρz) (1)
【0022】
そして、第1の測定方法によれば、試料ステージ13に載置された試料6に電子銃1からの電子線を照射し、電子線又は試料ステージ13を相対的に走査しながら、試料表面から放出され、分光結晶9で分光された特性X線をX線検出器10で検出する。
したがって、特性X線の強度を回転させた複数位置で測定することにより、X線分光器等の検出手段が一つであっても、測定試料の形状や種類にかかわらず、精度良く元素分布マップを作成することができる。
【0023】
(2)第2の測定方法
次いで、本発明のX線分析装置を用いた特性X線強度の第2の測定方法について、図12に示すフロー図に従い詳細に説明する。
まず、測定試料の分析領域をX,Y方向の画素に分割し(S1´)、全ての画素に座標(X、Y)を割り当てる。次に、電子線を一定時間照射し、各画素毎に特性X線を計測(S2´)することにより、分析領域内における元素2次元分布を求める(S3´)。
このときWDSでは測定元素のピーク位置に分光位置を固定し、EDSでは測定元素のピークを含むエネルギー範囲に対応するマルチチャンネルアナライザからの積算値を計数する。
しかしながら、複数箇所で得られた検出値を単に加算して補正する第1の測定方法であっても、例えば、図4において、取り出し角度(接線に対する角度)がΔθ小さくなった分光器201aによる検出X線強度の低減分を、取り出し角度がΔθ大きくなった分光器201bによる検出X線強度の増加分では補完することが困難な場合がある。
そこで、第2の測定方法によれば、測定試料を対向する位置になるように回転させて、複数回特性X線強度を測定し(S4´)、次いで、それぞれ測定された特性X線強度の加算値と、各特性X線強度の強度比を求め(S5´)、さらに特性X線強度の強度比に基づいて加算値を補正し(S6´)、該補正加算値に基づいて元素分布マップを作成するものである(S7´)。
より具体的には、図6の各位置において、2つの特性X線強度の比Rを、同様に演算装置で算出する。この際、X線強度曲線A,Bにおいて、A>Bの領域では、R=B/Aとして、A<Bの領域では、R=A/Bとして特性X線強度比Rを求める。その算出結果を図8に示す。この特性X線強度比Rの値は、χ=(μ/ρ) cosecθの値により僅かに異なる。また実際のデータは、図8においてドットで示すように、X線強度の統計変動によりばらつくので、実際の曲線は多項式の最小自乗法で求めることになる。
【0024】
そして、図8に示す特性X線強度比Rのグラフから、R=1のときは、2つのX線強度曲線A,Bの加算データ(A+B)は、補正する必要がなく、R=0(b〜c,及びe/fの領域)のときは、加算データ(A+B)の値(実際にはA又はBのいずれかの値)の2倍にすればよいことが分かる。また、c〜d〜eの領域においては、図7に示した加算データ(A+B)曲線と、図8に示したX線強度比Rを表す曲線との間には相関関係があり、図8に示したX線強度比R曲線が上に凸の度合いが増すほど、図7に示す加算データ(A+B)曲線も上に凸の度合いが増すようになっている。この関係は、EPMAの定量補正理論を利用して、予め求めておくことが好ましい。
【0025】
この関係を利用して、実際の試料から得られたX線強度比Rの値に基づいて加算データ(A+B)の値を補正すべき係数を求めることができる。実際に、図9に示すように、表面に不規則な凹凸をもっている試料6の場合であっても、例えば異なる向きの傾斜面を考えた場合、このような各傾斜面は、図5に示した単純な形態の試料304におけるいずれかの部分に対応しているものとして考えることができるので、凹凸による影響の補正については、単純な形態の試料と同等に扱うことができる。
【0026】
また、X線強度比Rを横軸に、単純加算データ(A+B)を、その最大値(A+B)max で正規化した値(A+B)/(A+B)max >0.5を縦軸にとり、各画素のデータをプロットすると、図10(a)に示すような曲線が得られる。この曲線の逆数を求めると、図10(b)に示すような前記X線強度比Rに対する補正係数曲線が得られる。この補正係数曲線で示される補正係数を単純加算データ(A+B)に乗じることにより、図7において2点鎖線で示すように、補正された加算データが得られ、単純加算データの試料凹凸形状による影響を正確に補正したX線強度分布、すなわち試料表面の元素分布結果が得られる。これに基づいて元素分布マップを作成し、ディスプレイ装置に表示させることができる。
【産業上の利用可能性】
【0027】
以上詳述したように、本発明によれば、単一の検出手段であっても、複数箇所で測定された特性X線強度の加算値を使用することにより、試料の凹凸による影響を排除し、高精度の元素分布分析を行うことが可能となった。
さらに、複数箇所で測定された特性X線強度の加算値の強度比を用いて補正するように構成すると、試料の凹凸による影響を更に排除することができ、高精度の元素分布分析を行うことが可能となった。
なお、実施の形態では、X線分光器としてWDSを用いたものを示したが、本発明はEDSをX線分光器として用いたものに勿論適用することができるものであり、またEPMAのみならず分析SEMなどの電子励起によるX線分析装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】X線分析装置を説明するために供する概略図である。
【図2】試料ステージの回転手段を説明するために供する図である。
【図3】(a)〜(b)は、電子線照射深度と特性X線強度との関係を説明するために供する図である。
【図4】試料形状と特性X線検出器との位置関係を説明するために供する図である。
【図5】試料形状と特性X線散乱方向との位置関係を説明するために供する図である。
【図6】X線検出器による検出値と測定位置との関係を説明するために供する図である。
【図7】X線検出器による加算X線強度と測定位置との関係を説明するために供する図である。
【図8】X線強度比Rと測定位置との関係を説明するために供する図である。
【図9】試料表面形状とX線分光器との位置関係を説明するために供する図である。
【図10】(a)〜(b)は、X線強度比Rと補正係数との関係を示すグラフである。
【図11】第1の測定方法を説明するためのフロー図である。
【図12】第2の測定方法を説明するためのフロー図である。
【図13】従来のX線分析装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【0029】
1:電子銃、2:集光レンズ、3:対物レンズ、4:スキャンコイル、5:光学顕微鏡、6:試料、8:電子線走査装置、9:X線分光器、10:X線検出器、13:試料ステージ、23:回転機構、31:Y方向への駆動機構、32:X方向への駆動機構、50:回転手段、100:X線分析装置
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定試料に電子線を照射して、当該測定試料から発生する特性X線の強度を測定するための検出手段を備えたX線分析装置であって、
前記測定試料及び検出手段の相対位置を変更するための回転手段と、
前記測定試料の特性X線の強度を複数位置で測定するための検出手段と、
前記特性X線強度の加算値を求めるとともに、当該加算値に基づいて、測定試料の元素分布マップを作成する作成手段と、
を備えることを特徴とするX線分析装置。
【請求項2】
前記検出手段により、各特性X線強度の加算値を求めるとともに、強度比を求め、前記作成手段により、特性X線強度の加算値を強度比に基づいて補正しつつ、補正した加算値に基づいて元素分布マップを作成することを特徴とする請求項1に記載のX線分析装置。
【請求項3】
前記測定試料及び検出手段の相対位置を、前記測定試料を回転中心として、120〜240°の範囲で対向するように変更することを特徴とする請求項1又は2に記載のX線分析装置。
【請求項4】
前記測定試料及び検出手段の相対位置を、連続的あるいは段階的に変更することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のX線分析装置。
【請求項5】
前記回転手段として、前記測定試料を載置するための試料ステージが設けてあり、当該試料ステージを回転させることにより、前記測定試料及び検出手段の相対位置を変更することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のX線分析装置。
【請求項6】
前記測定試料の回転中心を決定し、それに対応させて電子線の照射位置を調整するための移動手段が試料ステージに設けてあることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のX線分析装置。
【請求項7】
前記検出手段により、複数位置において特性X線強度を測定する際に、電子線の照射強度を変えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のX線分析装置。
【請求項8】
前記検出手段により、複数位置において特性X線強度を測定する際に、電子線の照射時間を変えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のX線分析装置。
【請求項1】
測定試料に電子線を照射して、当該測定試料から発生する特性X線の強度を測定するための検出手段を備えたX線分析装置であって、
前記測定試料及び検出手段の相対位置を変更するための回転手段と、
前記測定試料の特性X線の強度を複数位置で測定するための検出手段と、
前記特性X線強度の加算値を求めるとともに、当該加算値に基づいて、測定試料の元素分布マップを作成する作成手段と、
を備えることを特徴とするX線分析装置。
【請求項2】
前記検出手段により、各特性X線強度の加算値を求めるとともに、強度比を求め、前記作成手段により、特性X線強度の加算値を強度比に基づいて補正しつつ、補正した加算値に基づいて元素分布マップを作成することを特徴とする請求項1に記載のX線分析装置。
【請求項3】
前記測定試料及び検出手段の相対位置を、前記測定試料を回転中心として、120〜240°の範囲で対向するように変更することを特徴とする請求項1又は2に記載のX線分析装置。
【請求項4】
前記測定試料及び検出手段の相対位置を、連続的あるいは段階的に変更することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のX線分析装置。
【請求項5】
前記回転手段として、前記測定試料を載置するための試料ステージが設けてあり、当該試料ステージを回転させることにより、前記測定試料及び検出手段の相対位置を変更することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のX線分析装置。
【請求項6】
前記測定試料の回転中心を決定し、それに対応させて電子線の照射位置を調整するための移動手段が試料ステージに設けてあることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のX線分析装置。
【請求項7】
前記検出手段により、複数位置において特性X線強度を測定する際に、電子線の照射強度を変えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のX線分析装置。
【請求項8】
前記検出手段により、複数位置において特性X線強度を測定する際に、電子線の照射時間を変えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のX線分析装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2006−177752(P2006−177752A)
【公開日】平成18年7月6日(2006.7.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−370650(P2004−370650)
【出願日】平成16年12月22日(2004.12.22)
【出願人】(000006150)京セラミタ株式会社 (13,173)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年7月6日(2006.7.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年12月22日(2004.12.22)
【出願人】(000006150)京セラミタ株式会社 (13,173)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]