化学結合状態分析を行うＸ線分析装置
【課題】高次回折の特性Ｘ線を用いる状態分析において、高次線の測定を行う条件を自動的に設定し、得られたスペクトルを１次線の値に換算して表示できるようにする。
【解決手段】 入力装置１２から状態分析を行う元素の元素名、特性Ｘ線種及び回折次数を入力する。測定制御装置１１は指定された元素の特性Ｘ線種に従って記憶装置１４から１次線の波長データを読出し、回折次数に基づいて実際の分光波長位置と測定波長範囲を求める。さらに、指定された回折次数のＸ線信号のみが選別されるように、ＷＤＳ測定系８内のＰＨＡの条件を設定する。
測定された高次回折線のスペクトルを１次線の値に換算し、表示装置１３に表示する。
【解決手段】 入力装置１２から状態分析を行う元素の元素名、特性Ｘ線種及び回折次数を入力する。測定制御装置１１は指定された元素の特性Ｘ線種に従って記憶装置１４から１次線の波長データを読出し、回折次数に基づいて実際の分光波長位置と測定波長範囲を求める。さらに、指定された回折次数のＸ線信号のみが選別されるように、ＷＤＳ測定系８内のＰＨＡの条件を設定する。
測定された高次回折線のスペクトルを１次線の値に換算し、表示装置１３に表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に電子線又はＸ線を照射し、試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器（以下、「ＷＤＳ」と略称する）により分光・検出して、試料の分析を行うＸ線分析装置に係わり、特に特性Ｘ線スペクトルの変化を利用して化学結合状態の分析を行うＸ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子プローブマイクロアナライザ（以下、「ＥＰＭＡ」と略称する）は、試料に電子線を照射し、試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器により分光・検出して、試料の分析を行うＸ線分析装置装置である。図１０は、ＥＰＭＡに装備されているＷＤＳの原理を説明するための模式図である。
【０００３】
図１０のＸ線分光器は、分光結晶５の回折面中心Ｃが、Ｘ線発生点Ｓから水平面に対してＸ線取り出し角αだけ傾斜した直線ＳＣ上を移動するようになっている。このとき、Ｘ線発生点Ｓ、分光結晶５の回折面中心Ｃ、Ｘ線検出器６のスリットの中心Ｆは常に一定の半径Ｒを持つローランド円ＲＣの円周上に在り、線分ＳＣと線分ＣＦの長さが常に等しくなるようにＸ線検出器６のスリット中心位置Ｆ及びローランド円の中心Ｑが移動する。このとき、結晶格子面が点Ｄを中心として曲率２Ｒに湾曲された分光結晶３の回折面は常にローランド円の中心Ｑを向くようになっている。線分ＳＣの長さは分光位置Ｌであり、回折面中心ＣへのＸ線入射角（回折面中心Ｃを通りローランド円６に外接する直線Ｃ１と直線ＳＣのなす角）をθとすると、
Ｌ＝２Ｒ×ｓｉｎθ …（１）
である。一方、分光結晶の回折条件は、Ｘ線の波長をλ、分光結晶の面間隔をｄとするとブラッグの条件から、
２ｄ×ｓｉｎθ＝ｎ×λ …（２）
が成り立つ。但し、ｎは回折次数で正の整数である。ｎが２以上の回折線は一般に高次回折線（以下、「高次線」と略称することがある）と称される。
式（１）、（２）から、
Ｌ＝（２Ｒ／２ｄ）×ｎ×λ …（３）
が導かれる。分光位置Ｌを測ることにより、回折された特性Ｘ線の波長λを知ることができる。特性Ｘ線は元素固有の波長を有するので、波長λから試料に含まれる元素の同定が行える。また、測定された特性Ｘ線の強度から試料に含まれる元素の濃度を知ることができる。
【０００４】
なお、実際のＷＤＳには、ＬＢ膜（Langmuir- Brodgett 膜）、人工多層膜（又は「人工超格子」とも称される）のように、厳密には結晶ではないものも使用されているが、本発明の説明においてはこれらも便宜的に分光結晶と称する。また、分光素子とは、ブラッグの条件に基づいてＸ線の分光を行う分光結晶、回折格子等の素子全般を指すものとする。
【０００５】
図３は、図１０に示す波長分散形Ｘ線分光器によって収集される特性Ｘ線スペクトル（以下「スペクトル」と略称することがある）を表示する方法を説明するための図である。図３では、タングステンの特性Ｘ線Ｗ-Ｍβのスペクトルを、複数の異なる単位で表示する例を示している。縦軸はＸ線強度であるが、横軸のとり方には表示目的に応じていくつかの方法がある。波長（ｎｍ又はÅ）若しくはエネルギー（ＫｅＶ又はｅＶ）は、分光結晶の種類とＸ線分光器の大きさに無関係な表示方法である。回折角度θ（通常、θの２倍の２θで表示する）若しくはｓｉｎθは、式（２）から分かるように、Ｘ線分光器の大きさには無関係であるが、分光結晶の種類（即ち、面間隔ｄ）に依存して定まる。分光位置Ｌは、式（３）から分かるように、分光結晶の種類とＸ線分光器の大きさの両方に依存して定まる。なお、以下の説明でスペクトルの横軸を、表示単位に関わり無く、便宜的に「波長軸」と称すことがある。
【０００６】
試料を構成する元素から放出される特性Ｘ線種には、元素毎にＫα線、Ｋβ線、Ｌα線、Ｌβ線、Ｍα線、Ｍβ線等多くの種類がある。さらに、ＷＤＳで分光されたスペクトルには、多数の高次線が存在する。こうした複雑なスペクトルを解析して元素同定を行い易いようにする技術が、例えば特許文献１の特公平６−９７２１３号公報に開示されている。特公平６−９７２１３号公報においては、指定されて元素の特性Ｘ線について、１次回折線（以下、「１次線」と略称することがある）のみならず、高次線の表れる分光位置にマーカーを表示するようにしている。
【０００７】
元素分析における高次線は、分析に使用する1次線にとっての邪魔者であり除去の対象として扱われる。例えば、特許文献２の特開２００２−３５７５７１号公報には、波長分散形の蛍光Ｘ線分析装置において、多重波高分析器を用いて高次線等に起因するバックグランドを除去する技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献３の特開２００６−５８０１５号公報には、エネルギー分散形Ｘ線分光器（以下、「ＥＤＳ」と略称する）が装備するマルチチャンネルアナライザ（以下、「ＭＣＡ」と略称する）を利用して、高次線を除去する技術が開示されている。
【０００９】
ところで、物質を構成する元素の化学結合状態を分析するために、試料から放出される特性Ｘ線のスペクトルを用いる方法が知られている。特性Ｘ線スペクトルを用いて目的元素の化学結合状態分析（以下、「状態分析」と略称することがある）を行う場合、化学結合状態の違いによりスペクトルの波長（エネルギーに同じ）、スペクトル波形の形状、複数の特性Ｘ線種間の強度等が変化することを利用して分析を行う。例えば、特許文献４の特開２００３−７５３７６号公報には、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Microanalyzer）により測定したタングステンの特性Ｘ線のＷ-Ｍα線とＭβ線の強度に基づいて、タングステンの化学結合状態を分析する技術が開示されている。
【００１０】
特性Ｘ線スペクトルの変化を用いる状態分析では、スペクトルの波長又はエネルギー分解能がなるべく良い測定条件を選ぶ方が有利である。そのため、なるべく波長分解能の高い分光結晶や、測定する特性Ｘ線の回折角ができるだけ大きくなるような面間隔を持つ分光結晶を選ぶ等の方法がある。こうした測定技術のひとつに高次回折線を用いる方法がある。例えば、特許文献５の特許第２７５９９２２号公報には、蛍光Ｘ線分析によるＥＸＡＦＳ測定において、分光結晶の高次反射を利用する技術が開示されている。ＥＸＡＦＳはＸ線吸収端近傍における吸収スペクトルの構造解析を行う手法であるが、高次回折を利用する目的のひとつは、状態分析に波長分解能を向上させる目的で高次回折の特性Ｘ線を用いるのと同じ理由である。
【００１１】
図４は、通常の分析に用いる１次線と２次回折線（以下、「２次線」と略称することがある）との関係を説明するための模式図である。横軸は波長又はエネルギー、縦軸はＸ線強度を表す。１次回折の特性Ｘ線Ａ１とＢ１の波長をそれぞれλａ、λｂ、半値幅をそれぞれΔλａ、Δλｂ、エネルギーをそれぞれＥａ、Ｅｂとする。１次線Ａ１、Ｂ１の２次線Ａ２、Ｂ２は、分光器の波長がλａ、λｂの２倍の分光位置２λａ、２λｂにおいて検出される。このとき、２次線Ａ２、Ｂ２の半値幅は１次線の半値幅Δλａ、Δλｂとほぼ同じである。
一般に高次線は１次線に比較してＸ線強度が低下する問題はある。しかし、図４から明らかなように、１次回折に比べて高次回折は、次数分だけ分散が大きくなるので、高次線を使用すればピークの半値幅Δλａ、Δλｂが同じ大きさでも相対的に高いスペクトル分解能で分析を行うことができる。このとき、２次線Ａ２，Ｂ２のエネルギーは１次線Ａ１，Ｂ１のエネルギーと同じであるが、２次線Ａ２，Ｂ２のスペクトル近傍に表れる他の元素の１次線が持つエネルギーは、Ｅａ、Ｅｂのほぼ半分の大きさであることに注意しなければならない。
【００１２】
なお、ＥＰＭＡに装備される波長分散形Ｘ線分光器は、図１０に示すように、回折面を分散方向に湾曲させた分光結晶が用いられている。そのため、回折面の加工の不完全性や湾曲面の不完全性等に起因する幾何学的集光の不完全性により、回折角度が小さい分光領域においてＸ線スペクトルに歪みを生じる場合がある。しかし、高次線は1次線より回折角度が高いので、高次線を用いれば、スペクトルの歪みを緩和し、より精度の高い状態分析が行えるという効果も期待できる。
【００１３】
高次線を用いて状態分析を行う例として、マグネシウムが挙げられる。図５は、マグネシウムの化学結合状態の分析を行うときに、Ｍｇ−Ｋα線（波長：０．９８８９ｎｍ）の２次線を使用する例を説明するための模式図である。横軸は波長、縦軸はＸ線強度を表す。特許文献４の特開２００３−７５３７６号公報においてＷ−Ｍα線、Ｍβ線の測定に使用されている分光結晶ＰＥＴ（Pentaerythritol）の分光範囲の上限波長λｐは０．８１２ｎｍ程度（装置により若干異なる）であるため、Ｍｇ−Ｋα線を分光検出することができない。一方、ＥＰＭＡで汎用的に使われている分光結晶のなかでＰＥＴよりも面間隔の大きい分光結晶ＴＡＰ（Thallium acid phthalate）の場合、分光範囲の上限波長λｔは２．３９２ｎｍ程度（装置により若干異なる）である。そのため、Ｍｇ−Ｋα線の１次線及び２次線の両方がＴＡＰで分光可能である。なお、ＴＡＰの分光範囲の下限波長も存在するが図示は省略している。上述したように、波長分解能を重視する分析を行う場合は、ＴＡＰによるＭｇ−Ｋα線の２次線を使用することになる。
【００１４】
【特許文献１】特公平６−９７２１３号公報
【特許文献２】特開２００２−３５７５７１号公報
【特許文献３】特開２００６−５８０１５号公報
【特許文献４】特開２００３−７５３７６公報
【特許文献５】特許第２７５９９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ＥＰＭＡや蛍光Ｘ線分析装置等のＸ線分析装置においては、元素同定（定性分析）や定量分析という元素分析が第１の使用目的とされる。状態分析とりわけ高次回折線を用いる方法は装置の使用法のひとつではあるが、元素分析に比べればその重要度は低い。そのため、これらＸ線分析装置はハード及びソフトの両面で元素分析を効率的に行えるような工夫が優先されている。例えば、コンピュータ制御による自動化の進んだ装置では、分析目的元素名と分析に使用する特性Ｘ線種を指定すると、自動的に１次線の波長位置に分光結晶が設定されるように分析条件が決められるようになっている装置が多い。また、スペクトルを収集する波長範囲（分光結晶の走査範囲）は高次線の回折次数に応じて広くしなければならない。それ故、状態分析を行うために、例えば２次線を使用する場合であれば、１次線の２倍の波長と分光結晶の走査範囲を手計算などで求める必要がある。
【００１６】
また、元素分析の自動化が進んだ装置では、分光波長位置に対応する１次線のエネルギー値に基づいて、高次線を除去する条件にＷＤＳが装備する波高分析器（以下、「ＰＨＡ」と略称する）を自動的に設定する機能を備えていることがある。高次線を分析に使用する場合は、元素分析の場合とは逆にその波長位置で回折される１次線を除去するようにＰＨＡを設定しなければならない。図６、図７及び図８は、ＰＨＡを用いてＸ線信号のエネルギー選別を行う操作を説明するための図である。例えば、図６に示すように、λａの２倍の波長を持つ２次線Ａ２を状態分析に使用するが、その近傍にλｃの波長を持つ１次線Ｃ１が存在する場合を考える。このとき、Ａ２の波長２λａとＣ１の波長λｃとが近接しているため、Ａ２のエネルギーＥａは、Ｃ１のエネルギーＥｃのほぼ２倍である。
【００１７】
図７と図８は、ＰＨＡに構成されるシングルチャンネルアナライザ（以下、「ＳＣＡ」と略称する）におけるＸ線信号の選別方法を説明するための模式図である。図中の横軸はＸ線検出器で検出されるＸ線量子のエネルギーに比例した電気パルスの大きさ（Ｘ線信号波高値）を表している。選別すべき電気パルスの波高値が、０〜１０ボルト（Ｖ）の範囲に収まるように増幅される。縦軸は、電気パルスの波高値に対応してＸ線検出器から取り出されるＸ線量子の計数値である。元素分析を行う場合は、ＳＣＡにおいて１次線のエネルギーＥｃを中心とした信号のみが選別されるようにウィンドウ（図７中にWindowと図示）を設定する。しかし、２次線を分析に使用する場合は図８に示すように、２次線のエネルギーＥａを中心とした信号が選別されるように電気パルスの増幅率とウィンドウ（図８中にWindowと図示）を設定しなければならない。
【００１８】
なお、図６に示した例のように状態分析に使用する２次線に他の元素の１次線が近接する場合は必ずしも多くはないが、一般に高次線は１次線に比べて強度が低いため、１次線のバックグランドを除去するために、常にＰＨＡによるＸ線信号の選別を行うことが好ましい。
【００１９】
上記したように、高次線を分析目的に使用するためには、元素分析と異なる分析条件に設定するように種々の操作を手動で行わなければならない。こうした操作は操作者にとって面倒であるばかりでなく、設定ミスを犯す可能性がある。
【００２０】
また、当然ながら高次線のスペクトルを表示する場合は、例えば２次線であれば２倍の波長を持つスペクトルとして表示される。しかし、状態分析に高次線を用いるのはあくまでもスペクトルの波長分解能若しくはエネルギー分解能を向上させたいからであって、高次線の分光位置の絶対波長やその波長の１次線に対応するエネルギーは意味を持たない。いずれにせよ測定されたスペクトルから化学結合状態に関する知見を得るためには、高次線の波長若しくはエネルギーを、もとの１次線の波長若しくはエネルギーに換算して表示する必要がある。しかしながら、こうした機能は元来元素分析には不要なため、自動的に換算して表示する機能を備えてはいなかった。高次線の次数に応じてスペクトルの波長を１次線の波長に換算し直して表示することは操作者にとって煩わしく間違えを犯しやすい。
【００２１】
本発明は上記した問題を解決するためになされたものであって、その目的は、
波長分散形Ｘ線分光器により高次線のスペクトルを収集して状態分析を行うとき、一般の元素分析とは異なる分析条件にＸ線分光器が自動的に設定されて効率よく高次線の測定が行えるようにすることである。また本発明のもうひとつの目的は、状態分析のために高波長分解で収集された高次線のスペクトルの波長軸を自動的に元の１次線の値に換算して表示することによって、化学結合状態の解析を素早く行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の問題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、試料に電子線を照射し、該試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器により分光・検出し、該試料の化学結合状態分析を行うＸ線分析装置であって、
化学結合状態分析を行う元素と、該元素の該分析に用いる特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定された前記特性Ｘ線のスペクトルを測定するための測定条件を設定する設定手段と、
前記特性Ｘ線のスペクトルを測定する前記測定条件を設定するために必要なパラメータが予め記憶されている記憶手段とを備え、
前記設定手段は、前記指定手段によって指定された前記特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数に基づいて、前記記憶手段に記憶されているパラメータを読出し、前記特性Ｘ線のスペクトルを測定するための測定条件を設定することを特徴とする。
【００２３】
また請求項２に記載の発明は、前記記憶手段は、少なくとも、
前記指定手段により指定された前記特性Ｘ線のエネルギー及び／又は波長と、
前記指定手段により指定された特性Ｘ線のスペクトル測定が可能なＸ線分光素子の種類及び該Ｘ線分光素子の面間隔とが記憶されていることを特徴とする。
【００２４】
また請求項３に記載の発明は、前記設定手段は、前記指定手段により指定された特性Ｘ線が２次以上の回折線であるとき、前記特性Ｘ線を検出するＸ線検出系の波高分析器を、前記指定手段により指定された２次以上の回折線のみを検出するように設定する手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
また請求項４に記載の発明は、前記測定条件により測定された特性Ｘ線スペクトルの波長を１次回折線のスペクトルの波長に換算する換算手段と、
１次回折線の波長に換算された特性Ｘ線スペクトルを表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【００２６】
また請求項５に記載の発明は、試料に電子線を照射し、該試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器により分光検出し、該試料の化学結合状態分析を行うＸ線分析装置であって、
化学結合状態分析を行う元素と、該元素の該分析に用いる特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定された特性Ｘ線種と回折次数に基づいて測定された特性Ｘ線スペクトルの波長を１次回折線のスペクトルの波長に換算する換算手段と、
前記換算手段により換算された前記特性Ｘ線スペクトルを表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の発明によれば、高次回折線を用いて元素の化学結合状態分析を行うときに、通常の元素分析に用いられる１次回折線のスペクトル測定に適した測定条件とは異なる高次回折線のスペクトル測定に適した測定条件を簡単に設定できるので、高次回折線を用いた高波長分解能のスペクトルの測定を効率的に行うことができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、測定条件を求めるのに必要なパラメータを記憶手段から呼び出して、高次回折線のスペクトル測定に適した測定条件を簡単に設定できるので、高次回折線を用いた高波長分解能のスペクトルの測定を効率的に行うことができる。
【００２９】
請求項３に記載の発明によれば、通常の元素分析に用いられる１次回折線のスペクトル測定に適した波高分析器の設定条件とは異なる高次回折線のスペクトル測定に適した波高分析器の設定条件に設定できるので、高次回折線を用いた高波長分解能のスペクトルの測定を効率的に行うことができる。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、高次回折によって得られる高波長分解能のスペクトルを元の１次回折線の波長又はエネルギー軸に簡単に換算して表示することができるので、化学結合状態の解析を素早く行える。
【００３１】
請求項５に記載の発明によれば、高次回折によって得られる高波長分解能のスペクトルを元の１次回折線の波長又はエネルギー軸に簡単に換算して表示することができるので、化学結合状態の解析を素早く行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。但し、この例示によって本発明の技術範囲が制限されるものでは無い。各図において、同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付し、詳しい説明の重複を避ける。
【００３３】
図１は、ＥＰＭＡを例にとった、本発明を実施する概略構成例を示すブロック図である。図１において、ＥＰＭＡ１００の中に配置されている電子銃１から放出された電子線ＥＢは集束レンズ１７、対物レンズ１９により細く絞られて試料２に照射される。走査コイル１８は、電子線を二次元的に走査、電子線の照射位置変更が可能である。試料２から発生した特性Ｘ線３は、ＷＤＳ４により分光・検出される。ＷＤＳ４は分光結晶５、検出器６、ＷＤＳ駆動系７を含む構成で、ＷＤＳ測定系８を介して制御と信号取り込みが行われる。ＷＤＳを複数基装着するためには、ＷＤＳ４と同じ構成が複数組必要である。
【００３４】
試料ステージ９に載置された試料２上の電子線ＥＢの照射位置（即ち分析点）は、試料ステージ駆動機構１０によりＸ、Ｙ（水平方向）とＺ（高さ方向）に移動可能である。ＷＤＳ測定系８、試料ステージ駆動機構１０は測定制御装置１１に接続されており、測定制御装置１１は測定のために必要な制御と信号取り込みを行う。なお、前述のＰＨＡはＷＤＳ測定系８の中に設けられている。測定制御装置１１にはキーボード・マウス等の入力装置１２、液晶モニタ等の表示装置１３、記憶装置１４が接続されている。記憶装置１４には、各元素の特性Ｘ線波長及び又はエネルギー値、ＰＨＡ設定条件、分光結晶面間隔等の分析とスペクトル表示に必要なパラメータが格納されている。
【００３５】
なお、実際の装置では、鏡体内部を１０−３Ｐａ程度の高真空に保持するための真空排気系、二次電子・反射電子信号検出器、電源、ＤＡ・ＡＤ変換器等が構成されているが本発明を理解する上で直接関係しないので図示及び説明を省略する。
【００３６】
次に、図１の構成を持つＥＰＭＡにおいて、本発明を実施するための手順を、図１１のフロー図を参照して説明する。但し、図１１はＥＰＭＡにおいて本発明を実施する手順の一例である。
【００３７】
ステップＳ１において、操作者は入力装置１２を用いて、状態分析を行う元素の元素名と、分析に用いる特性Ｘ線の特性Ｘ線種及び回折次数を入力する。ステップＳ２において、測定制御装置１１は指定された元素の特性Ｘ線種に従って記憶装置１４から１次線の波長データを読出し、回折次数に応じた実際の分光波長位置と測定波長範囲を求める。さらに、１次線の波長からエネルギーを求め、指定された回折次数のＸ線信号のみが選別されるように、ＷＤＳ測定系８内のＰＨＡの条件を設定する。
【００３８】
ステップＳ３において、測定制御装置１１はＷＤＳ駆動系を制御して分光結晶５を測定波長範囲で走査し、Ｘ線スペクトルを測定する。ステップＳ４において操作者は、測定されたスペクトルの表示方法を選択する。表示方法の選択肢としては、例えば横軸の種類（波長、エネルギー等とその単位）、１次線の値に換算するか否か等がある。ステップＳ５において、１次線の値に換算する方法が選択されていればステップＳ６に進み、回折次数に従って横軸を１次線の値に換算する。１次線の値に換算しない場合は、そのままステップＳ７に進む。
【００３９】
ステップＳ７において、測定制御装置１１は選択されている表示方法に従って、測定されたスペクトルを表示装置１３に表示する。ステップ８において、操作者はスペクトルの表示方法を変更するか否かを判断し、変更する場合はステップＳ４に戻る。変更しない場合は処理を終了する。
【００４０】
以上が実施手順の説明である。上記手順においてスペクトル測定後に、スペクトル表示方法を操作者が選択するようにしているが、例えば測定開始前に表示方法を選択するようにしても良いし、操作者の選択無しに自動的に１次線の値に換算して表示し、必要に応じて操作者が表示方法を変更できるようになっていても良い。また、例えばステップＳ２において設定された測定条件を記憶装置１４に記憶し、元素名の指定のみで直ちにその元素の状態分析が行えるようになっていても良い。
【００４１】
図９は、１次線Ａ１、Ｂ１の２次線Ａ２、Ｂ２のスペクトルを測定し、１次線の値に換算して表示した例を示す模式図である。スペクトルの波長分解能が向上する様子を理解しやすいように、１次線のスペクトルと比較表示している。実際の測定では、２次線Ａ２、Ｂ２のスペクトルは図９に表示されている値の２倍の波長範囲で測定されているが、１次線の値に換算して表示すると波長範囲は半分となる。それに従ってピークの半値幅Δλａ、Δλｂも半分の大きさとなり波長分解能が２倍向上することが分かる。
【００４２】
次に、図２を参照しながら、ＥＰＭＡを例にとって、本発明を実施するもうひとつの形態について説明する。ＥＰＭＡ２００においてＥＰＭＡ１００と同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付して、説明を省略する。
【００４３】
ＥＰＭＡ２００は、例えば回折格子等の分光素子２４と、多波長のＸ線を同時に検出可能なＣＣＤ等の検出器２６からなる波長分散形Ｘ線分光器（ＷＤＳ２４）を装備している。ＥＰＭＡ１００に装備されているＷＤＳ４は、分光結晶５を機械駆動してＸ線を単色化し、回折位置におけるＸ線強度を順次取得する方法でスペクトルを測定する。一方、ＥＰＭＡ２００に装備されているＷＤＳ２４は、多波長のＸ線を一度に分散し、同時検出してスペクトルを一度に取得することができるＸ線分光器である。分光素子２４が回折格子の場合、好ましくは分散範囲の異なる複数の回折格子を切り換えて使用できる機構を備えることで、より広い波長範囲のスペクトル測定が可能である。
【００４４】
ＥＰＭＡ２００において、スペクトルの測定範囲は一定としておいても良いし、ＥＰＭＡ１００の場合と同様に、状態分析を行う元素の元素名、特性Ｘ線種及び回折次数を指定すると、分析目的に応じた最適な分光素子や測定波長範囲が選択されるようになっていても良い。
【００４５】
ＷＤＳ２４によって取得されたスペクトルは、横軸を波長軸、縦軸をＸ線強度として表示装置１３に表示される。高次線を測定に用いた場合、ＥＰＭＡ１００の実施例で説明したのと同様に、測定したスペクトルの波長は自動的若しくは操作者の選択により１次線の値に換算されてスペクトル表示が行われる。
【００４６】
前述したように、波長分散方Ｘ線分光器によって測定したＸ線スペクトルを用いて状態分析を行うときに、高次回折線を利用する方法はこれまでもしばしば行われてきた。しかし、元素分析における測定の自動化が進んだＸ線分析装置ほど、高次回折線を利用した状態分析が面倒であるという問題が生じていた。
【００４７】
上述した本発明によれば、高次回折線を利用して状態分析を行うとき、一般の元素分析とは異なる分析条件にＸ線分光器が自動的に設定して効率よくスペクトルの測定が行える。また、高次線のスペクトルの波長を、自動的に元の１次線の波長に換算して表示できるので、化学結合状態の解析を素早く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ＥＰＭＡを例にとった、本発明を実施する概略構成例を示すブロック図。
【図２】ＥＰＭＡを例にとった、本発明を実施する他の概略構成例を示すブロック図。
【図３】波長分散形Ｘ線分光器によって収集されるスペクトルを表示する方法を説明するための図。
【図４】１次回折線と２次回折線との関係を説明するための模式図。
【図５】マグネシウムの状態分析に、Ｍｇ-Ｋα線の２次線を使用する例を説明するための模式図
【図６】1次と２次の回折線が近接している様子を示す模式図。
【図７】ＰＨＡに構成されているＳＣＡにおいて、１次線のみを選別する状態を示す図。
【図８】ＰＨＡに構成されているＳＣＡにおいて、２次線のみを選別する状態を示す図。
【図９】２次線のスペクトルの波長を１次線の値に換算して表示した例を示す模式図。
【図１０】ＥＰＭＡに装備されている波長分散形Ｘ線分光器の原理を説明するための模式図。
【図１１】ＥＰＭＡにおいて本発明を実施する手順の一例を説明するためのフロー図。
【符号の説明】
【００４９】
（同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。）
ＥＢ 電子線 ＲＣ ローランド円
１ 電子銃 ２ 試料
３ 特性Ｘ線 ４、２４ ＷＤＳ
５ 分光結晶 ６、２６ 検出器
７ ＷＤＳ駆動系 ８ ＷＤＳ測定系
９ 試料ステージ １０ 試料ステージ駆動機構
１１ 測定制御装置 １２ 入力装置
１３ 表示装置 １４ 記憶装置
２５ 分光素子
１００、２００ ＥＰＭＡ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に電子線又はＸ線を照射し、試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器（以下、「ＷＤＳ」と略称する）により分光・検出して、試料の分析を行うＸ線分析装置に係わり、特に特性Ｘ線スペクトルの変化を利用して化学結合状態の分析を行うＸ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子プローブマイクロアナライザ（以下、「ＥＰＭＡ」と略称する）は、試料に電子線を照射し、試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器により分光・検出して、試料の分析を行うＸ線分析装置装置である。図１０は、ＥＰＭＡに装備されているＷＤＳの原理を説明するための模式図である。
【０００３】
図１０のＸ線分光器は、分光結晶５の回折面中心Ｃが、Ｘ線発生点Ｓから水平面に対してＸ線取り出し角αだけ傾斜した直線ＳＣ上を移動するようになっている。このとき、Ｘ線発生点Ｓ、分光結晶５の回折面中心Ｃ、Ｘ線検出器６のスリットの中心Ｆは常に一定の半径Ｒを持つローランド円ＲＣの円周上に在り、線分ＳＣと線分ＣＦの長さが常に等しくなるようにＸ線検出器６のスリット中心位置Ｆ及びローランド円の中心Ｑが移動する。このとき、結晶格子面が点Ｄを中心として曲率２Ｒに湾曲された分光結晶３の回折面は常にローランド円の中心Ｑを向くようになっている。線分ＳＣの長さは分光位置Ｌであり、回折面中心ＣへのＸ線入射角（回折面中心Ｃを通りローランド円６に外接する直線Ｃ１と直線ＳＣのなす角）をθとすると、
Ｌ＝２Ｒ×ｓｉｎθ …（１）
である。一方、分光結晶の回折条件は、Ｘ線の波長をλ、分光結晶の面間隔をｄとするとブラッグの条件から、
２ｄ×ｓｉｎθ＝ｎ×λ …（２）
が成り立つ。但し、ｎは回折次数で正の整数である。ｎが２以上の回折線は一般に高次回折線（以下、「高次線」と略称することがある）と称される。
式（１）、（２）から、
Ｌ＝（２Ｒ／２ｄ）×ｎ×λ …（３）
が導かれる。分光位置Ｌを測ることにより、回折された特性Ｘ線の波長λを知ることができる。特性Ｘ線は元素固有の波長を有するので、波長λから試料に含まれる元素の同定が行える。また、測定された特性Ｘ線の強度から試料に含まれる元素の濃度を知ることができる。
【０００４】
なお、実際のＷＤＳには、ＬＢ膜（Langmuir- Brodgett 膜）、人工多層膜（又は「人工超格子」とも称される）のように、厳密には結晶ではないものも使用されているが、本発明の説明においてはこれらも便宜的に分光結晶と称する。また、分光素子とは、ブラッグの条件に基づいてＸ線の分光を行う分光結晶、回折格子等の素子全般を指すものとする。
【０００５】
図３は、図１０に示す波長分散形Ｘ線分光器によって収集される特性Ｘ線スペクトル（以下「スペクトル」と略称することがある）を表示する方法を説明するための図である。図３では、タングステンの特性Ｘ線Ｗ-Ｍβのスペクトルを、複数の異なる単位で表示する例を示している。縦軸はＸ線強度であるが、横軸のとり方には表示目的に応じていくつかの方法がある。波長（ｎｍ又はÅ）若しくはエネルギー（ＫｅＶ又はｅＶ）は、分光結晶の種類とＸ線分光器の大きさに無関係な表示方法である。回折角度θ（通常、θの２倍の２θで表示する）若しくはｓｉｎθは、式（２）から分かるように、Ｘ線分光器の大きさには無関係であるが、分光結晶の種類（即ち、面間隔ｄ）に依存して定まる。分光位置Ｌは、式（３）から分かるように、分光結晶の種類とＸ線分光器の大きさの両方に依存して定まる。なお、以下の説明でスペクトルの横軸を、表示単位に関わり無く、便宜的に「波長軸」と称すことがある。
【０００６】
試料を構成する元素から放出される特性Ｘ線種には、元素毎にＫα線、Ｋβ線、Ｌα線、Ｌβ線、Ｍα線、Ｍβ線等多くの種類がある。さらに、ＷＤＳで分光されたスペクトルには、多数の高次線が存在する。こうした複雑なスペクトルを解析して元素同定を行い易いようにする技術が、例えば特許文献１の特公平６−９７２１３号公報に開示されている。特公平６−９７２１３号公報においては、指定されて元素の特性Ｘ線について、１次回折線（以下、「１次線」と略称することがある）のみならず、高次線の表れる分光位置にマーカーを表示するようにしている。
【０００７】
元素分析における高次線は、分析に使用する1次線にとっての邪魔者であり除去の対象として扱われる。例えば、特許文献２の特開２００２−３５７５７１号公報には、波長分散形の蛍光Ｘ線分析装置において、多重波高分析器を用いて高次線等に起因するバックグランドを除去する技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献３の特開２００６−５８０１５号公報には、エネルギー分散形Ｘ線分光器（以下、「ＥＤＳ」と略称する）が装備するマルチチャンネルアナライザ（以下、「ＭＣＡ」と略称する）を利用して、高次線を除去する技術が開示されている。
【０００９】
ところで、物質を構成する元素の化学結合状態を分析するために、試料から放出される特性Ｘ線のスペクトルを用いる方法が知られている。特性Ｘ線スペクトルを用いて目的元素の化学結合状態分析（以下、「状態分析」と略称することがある）を行う場合、化学結合状態の違いによりスペクトルの波長（エネルギーに同じ）、スペクトル波形の形状、複数の特性Ｘ線種間の強度等が変化することを利用して分析を行う。例えば、特許文献４の特開２００３−７５３７６号公報には、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Microanalyzer）により測定したタングステンの特性Ｘ線のＷ-Ｍα線とＭβ線の強度に基づいて、タングステンの化学結合状態を分析する技術が開示されている。
【００１０】
特性Ｘ線スペクトルの変化を用いる状態分析では、スペクトルの波長又はエネルギー分解能がなるべく良い測定条件を選ぶ方が有利である。そのため、なるべく波長分解能の高い分光結晶や、測定する特性Ｘ線の回折角ができるだけ大きくなるような面間隔を持つ分光結晶を選ぶ等の方法がある。こうした測定技術のひとつに高次回折線を用いる方法がある。例えば、特許文献５の特許第２７５９９２２号公報には、蛍光Ｘ線分析によるＥＸＡＦＳ測定において、分光結晶の高次反射を利用する技術が開示されている。ＥＸＡＦＳはＸ線吸収端近傍における吸収スペクトルの構造解析を行う手法であるが、高次回折を利用する目的のひとつは、状態分析に波長分解能を向上させる目的で高次回折の特性Ｘ線を用いるのと同じ理由である。
【００１１】
図４は、通常の分析に用いる１次線と２次回折線（以下、「２次線」と略称することがある）との関係を説明するための模式図である。横軸は波長又はエネルギー、縦軸はＸ線強度を表す。１次回折の特性Ｘ線Ａ１とＢ１の波長をそれぞれλａ、λｂ、半値幅をそれぞれΔλａ、Δλｂ、エネルギーをそれぞれＥａ、Ｅｂとする。１次線Ａ１、Ｂ１の２次線Ａ２、Ｂ２は、分光器の波長がλａ、λｂの２倍の分光位置２λａ、２λｂにおいて検出される。このとき、２次線Ａ２、Ｂ２の半値幅は１次線の半値幅Δλａ、Δλｂとほぼ同じである。
一般に高次線は１次線に比較してＸ線強度が低下する問題はある。しかし、図４から明らかなように、１次回折に比べて高次回折は、次数分だけ分散が大きくなるので、高次線を使用すればピークの半値幅Δλａ、Δλｂが同じ大きさでも相対的に高いスペクトル分解能で分析を行うことができる。このとき、２次線Ａ２，Ｂ２のエネルギーは１次線Ａ１，Ｂ１のエネルギーと同じであるが、２次線Ａ２，Ｂ２のスペクトル近傍に表れる他の元素の１次線が持つエネルギーは、Ｅａ、Ｅｂのほぼ半分の大きさであることに注意しなければならない。
【００１２】
なお、ＥＰＭＡに装備される波長分散形Ｘ線分光器は、図１０に示すように、回折面を分散方向に湾曲させた分光結晶が用いられている。そのため、回折面の加工の不完全性や湾曲面の不完全性等に起因する幾何学的集光の不完全性により、回折角度が小さい分光領域においてＸ線スペクトルに歪みを生じる場合がある。しかし、高次線は1次線より回折角度が高いので、高次線を用いれば、スペクトルの歪みを緩和し、より精度の高い状態分析が行えるという効果も期待できる。
【００１３】
高次線を用いて状態分析を行う例として、マグネシウムが挙げられる。図５は、マグネシウムの化学結合状態の分析を行うときに、Ｍｇ−Ｋα線（波長：０．９８８９ｎｍ）の２次線を使用する例を説明するための模式図である。横軸は波長、縦軸はＸ線強度を表す。特許文献４の特開２００３−７５３７６号公報においてＷ−Ｍα線、Ｍβ線の測定に使用されている分光結晶ＰＥＴ（Pentaerythritol）の分光範囲の上限波長λｐは０．８１２ｎｍ程度（装置により若干異なる）であるため、Ｍｇ−Ｋα線を分光検出することができない。一方、ＥＰＭＡで汎用的に使われている分光結晶のなかでＰＥＴよりも面間隔の大きい分光結晶ＴＡＰ（Thallium acid phthalate）の場合、分光範囲の上限波長λｔは２．３９２ｎｍ程度（装置により若干異なる）である。そのため、Ｍｇ−Ｋα線の１次線及び２次線の両方がＴＡＰで分光可能である。なお、ＴＡＰの分光範囲の下限波長も存在するが図示は省略している。上述したように、波長分解能を重視する分析を行う場合は、ＴＡＰによるＭｇ−Ｋα線の２次線を使用することになる。
【００１４】
【特許文献１】特公平６−９７２１３号公報
【特許文献２】特開２００２−３５７５７１号公報
【特許文献３】特開２００６−５８０１５号公報
【特許文献４】特開２００３−７５３７６公報
【特許文献５】特許第２７５９９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ＥＰＭＡや蛍光Ｘ線分析装置等のＸ線分析装置においては、元素同定（定性分析）や定量分析という元素分析が第１の使用目的とされる。状態分析とりわけ高次回折線を用いる方法は装置の使用法のひとつではあるが、元素分析に比べればその重要度は低い。そのため、これらＸ線分析装置はハード及びソフトの両面で元素分析を効率的に行えるような工夫が優先されている。例えば、コンピュータ制御による自動化の進んだ装置では、分析目的元素名と分析に使用する特性Ｘ線種を指定すると、自動的に１次線の波長位置に分光結晶が設定されるように分析条件が決められるようになっている装置が多い。また、スペクトルを収集する波長範囲（分光結晶の走査範囲）は高次線の回折次数に応じて広くしなければならない。それ故、状態分析を行うために、例えば２次線を使用する場合であれば、１次線の２倍の波長と分光結晶の走査範囲を手計算などで求める必要がある。
【００１６】
また、元素分析の自動化が進んだ装置では、分光波長位置に対応する１次線のエネルギー値に基づいて、高次線を除去する条件にＷＤＳが装備する波高分析器（以下、「ＰＨＡ」と略称する）を自動的に設定する機能を備えていることがある。高次線を分析に使用する場合は、元素分析の場合とは逆にその波長位置で回折される１次線を除去するようにＰＨＡを設定しなければならない。図６、図７及び図８は、ＰＨＡを用いてＸ線信号のエネルギー選別を行う操作を説明するための図である。例えば、図６に示すように、λａの２倍の波長を持つ２次線Ａ２を状態分析に使用するが、その近傍にλｃの波長を持つ１次線Ｃ１が存在する場合を考える。このとき、Ａ２の波長２λａとＣ１の波長λｃとが近接しているため、Ａ２のエネルギーＥａは、Ｃ１のエネルギーＥｃのほぼ２倍である。
【００１７】
図７と図８は、ＰＨＡに構成されるシングルチャンネルアナライザ（以下、「ＳＣＡ」と略称する）におけるＸ線信号の選別方法を説明するための模式図である。図中の横軸はＸ線検出器で検出されるＸ線量子のエネルギーに比例した電気パルスの大きさ（Ｘ線信号波高値）を表している。選別すべき電気パルスの波高値が、０〜１０ボルト（Ｖ）の範囲に収まるように増幅される。縦軸は、電気パルスの波高値に対応してＸ線検出器から取り出されるＸ線量子の計数値である。元素分析を行う場合は、ＳＣＡにおいて１次線のエネルギーＥｃを中心とした信号のみが選別されるようにウィンドウ（図７中にWindowと図示）を設定する。しかし、２次線を分析に使用する場合は図８に示すように、２次線のエネルギーＥａを中心とした信号が選別されるように電気パルスの増幅率とウィンドウ（図８中にWindowと図示）を設定しなければならない。
【００１８】
なお、図６に示した例のように状態分析に使用する２次線に他の元素の１次線が近接する場合は必ずしも多くはないが、一般に高次線は１次線に比べて強度が低いため、１次線のバックグランドを除去するために、常にＰＨＡによるＸ線信号の選別を行うことが好ましい。
【００１９】
上記したように、高次線を分析目的に使用するためには、元素分析と異なる分析条件に設定するように種々の操作を手動で行わなければならない。こうした操作は操作者にとって面倒であるばかりでなく、設定ミスを犯す可能性がある。
【００２０】
また、当然ながら高次線のスペクトルを表示する場合は、例えば２次線であれば２倍の波長を持つスペクトルとして表示される。しかし、状態分析に高次線を用いるのはあくまでもスペクトルの波長分解能若しくはエネルギー分解能を向上させたいからであって、高次線の分光位置の絶対波長やその波長の１次線に対応するエネルギーは意味を持たない。いずれにせよ測定されたスペクトルから化学結合状態に関する知見を得るためには、高次線の波長若しくはエネルギーを、もとの１次線の波長若しくはエネルギーに換算して表示する必要がある。しかしながら、こうした機能は元来元素分析には不要なため、自動的に換算して表示する機能を備えてはいなかった。高次線の次数に応じてスペクトルの波長を１次線の波長に換算し直して表示することは操作者にとって煩わしく間違えを犯しやすい。
【００２１】
本発明は上記した問題を解決するためになされたものであって、その目的は、
波長分散形Ｘ線分光器により高次線のスペクトルを収集して状態分析を行うとき、一般の元素分析とは異なる分析条件にＸ線分光器が自動的に設定されて効率よく高次線の測定が行えるようにすることである。また本発明のもうひとつの目的は、状態分析のために高波長分解で収集された高次線のスペクトルの波長軸を自動的に元の１次線の値に換算して表示することによって、化学結合状態の解析を素早く行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の問題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、試料に電子線を照射し、該試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器により分光・検出し、該試料の化学結合状態分析を行うＸ線分析装置であって、
化学結合状態分析を行う元素と、該元素の該分析に用いる特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定された前記特性Ｘ線のスペクトルを測定するための測定条件を設定する設定手段と、
前記特性Ｘ線のスペクトルを測定する前記測定条件を設定するために必要なパラメータが予め記憶されている記憶手段とを備え、
前記設定手段は、前記指定手段によって指定された前記特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数に基づいて、前記記憶手段に記憶されているパラメータを読出し、前記特性Ｘ線のスペクトルを測定するための測定条件を設定することを特徴とする。
【００２３】
また請求項２に記載の発明は、前記記憶手段は、少なくとも、
前記指定手段により指定された前記特性Ｘ線のエネルギー及び／又は波長と、
前記指定手段により指定された特性Ｘ線のスペクトル測定が可能なＸ線分光素子の種類及び該Ｘ線分光素子の面間隔とが記憶されていることを特徴とする。
【００２４】
また請求項３に記載の発明は、前記設定手段は、前記指定手段により指定された特性Ｘ線が２次以上の回折線であるとき、前記特性Ｘ線を検出するＸ線検出系の波高分析器を、前記指定手段により指定された２次以上の回折線のみを検出するように設定する手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
また請求項４に記載の発明は、前記測定条件により測定された特性Ｘ線スペクトルの波長を１次回折線のスペクトルの波長に換算する換算手段と、
１次回折線の波長に換算された特性Ｘ線スペクトルを表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【００２６】
また請求項５に記載の発明は、試料に電子線を照射し、該試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器により分光検出し、該試料の化学結合状態分析を行うＸ線分析装置であって、
化学結合状態分析を行う元素と、該元素の該分析に用いる特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定された特性Ｘ線種と回折次数に基づいて測定された特性Ｘ線スペクトルの波長を１次回折線のスペクトルの波長に換算する換算手段と、
前記換算手段により換算された前記特性Ｘ線スペクトルを表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の発明によれば、高次回折線を用いて元素の化学結合状態分析を行うときに、通常の元素分析に用いられる１次回折線のスペクトル測定に適した測定条件とは異なる高次回折線のスペクトル測定に適した測定条件を簡単に設定できるので、高次回折線を用いた高波長分解能のスペクトルの測定を効率的に行うことができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、測定条件を求めるのに必要なパラメータを記憶手段から呼び出して、高次回折線のスペクトル測定に適した測定条件を簡単に設定できるので、高次回折線を用いた高波長分解能のスペクトルの測定を効率的に行うことができる。
【００２９】
請求項３に記載の発明によれば、通常の元素分析に用いられる１次回折線のスペクトル測定に適した波高分析器の設定条件とは異なる高次回折線のスペクトル測定に適した波高分析器の設定条件に設定できるので、高次回折線を用いた高波長分解能のスペクトルの測定を効率的に行うことができる。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、高次回折によって得られる高波長分解能のスペクトルを元の１次回折線の波長又はエネルギー軸に簡単に換算して表示することができるので、化学結合状態の解析を素早く行える。
【００３１】
請求項５に記載の発明によれば、高次回折によって得られる高波長分解能のスペクトルを元の１次回折線の波長又はエネルギー軸に簡単に換算して表示することができるので、化学結合状態の解析を素早く行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。但し、この例示によって本発明の技術範囲が制限されるものでは無い。各図において、同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付し、詳しい説明の重複を避ける。
【００３３】
図１は、ＥＰＭＡを例にとった、本発明を実施する概略構成例を示すブロック図である。図１において、ＥＰＭＡ１００の中に配置されている電子銃１から放出された電子線ＥＢは集束レンズ１７、対物レンズ１９により細く絞られて試料２に照射される。走査コイル１８は、電子線を二次元的に走査、電子線の照射位置変更が可能である。試料２から発生した特性Ｘ線３は、ＷＤＳ４により分光・検出される。ＷＤＳ４は分光結晶５、検出器６、ＷＤＳ駆動系７を含む構成で、ＷＤＳ測定系８を介して制御と信号取り込みが行われる。ＷＤＳを複数基装着するためには、ＷＤＳ４と同じ構成が複数組必要である。
【００３４】
試料ステージ９に載置された試料２上の電子線ＥＢの照射位置（即ち分析点）は、試料ステージ駆動機構１０によりＸ、Ｙ（水平方向）とＺ（高さ方向）に移動可能である。ＷＤＳ測定系８、試料ステージ駆動機構１０は測定制御装置１１に接続されており、測定制御装置１１は測定のために必要な制御と信号取り込みを行う。なお、前述のＰＨＡはＷＤＳ測定系８の中に設けられている。測定制御装置１１にはキーボード・マウス等の入力装置１２、液晶モニタ等の表示装置１３、記憶装置１４が接続されている。記憶装置１４には、各元素の特性Ｘ線波長及び又はエネルギー値、ＰＨＡ設定条件、分光結晶面間隔等の分析とスペクトル表示に必要なパラメータが格納されている。
【００３５】
なお、実際の装置では、鏡体内部を１０−３Ｐａ程度の高真空に保持するための真空排気系、二次電子・反射電子信号検出器、電源、ＤＡ・ＡＤ変換器等が構成されているが本発明を理解する上で直接関係しないので図示及び説明を省略する。
【００３６】
次に、図１の構成を持つＥＰＭＡにおいて、本発明を実施するための手順を、図１１のフロー図を参照して説明する。但し、図１１はＥＰＭＡにおいて本発明を実施する手順の一例である。
【００３７】
ステップＳ１において、操作者は入力装置１２を用いて、状態分析を行う元素の元素名と、分析に用いる特性Ｘ線の特性Ｘ線種及び回折次数を入力する。ステップＳ２において、測定制御装置１１は指定された元素の特性Ｘ線種に従って記憶装置１４から１次線の波長データを読出し、回折次数に応じた実際の分光波長位置と測定波長範囲を求める。さらに、１次線の波長からエネルギーを求め、指定された回折次数のＸ線信号のみが選別されるように、ＷＤＳ測定系８内のＰＨＡの条件を設定する。
【００３８】
ステップＳ３において、測定制御装置１１はＷＤＳ駆動系を制御して分光結晶５を測定波長範囲で走査し、Ｘ線スペクトルを測定する。ステップＳ４において操作者は、測定されたスペクトルの表示方法を選択する。表示方法の選択肢としては、例えば横軸の種類（波長、エネルギー等とその単位）、１次線の値に換算するか否か等がある。ステップＳ５において、１次線の値に換算する方法が選択されていればステップＳ６に進み、回折次数に従って横軸を１次線の値に換算する。１次線の値に換算しない場合は、そのままステップＳ７に進む。
【００３９】
ステップＳ７において、測定制御装置１１は選択されている表示方法に従って、測定されたスペクトルを表示装置１３に表示する。ステップ８において、操作者はスペクトルの表示方法を変更するか否かを判断し、変更する場合はステップＳ４に戻る。変更しない場合は処理を終了する。
【００４０】
以上が実施手順の説明である。上記手順においてスペクトル測定後に、スペクトル表示方法を操作者が選択するようにしているが、例えば測定開始前に表示方法を選択するようにしても良いし、操作者の選択無しに自動的に１次線の値に換算して表示し、必要に応じて操作者が表示方法を変更できるようになっていても良い。また、例えばステップＳ２において設定された測定条件を記憶装置１４に記憶し、元素名の指定のみで直ちにその元素の状態分析が行えるようになっていても良い。
【００４１】
図９は、１次線Ａ１、Ｂ１の２次線Ａ２、Ｂ２のスペクトルを測定し、１次線の値に換算して表示した例を示す模式図である。スペクトルの波長分解能が向上する様子を理解しやすいように、１次線のスペクトルと比較表示している。実際の測定では、２次線Ａ２、Ｂ２のスペクトルは図９に表示されている値の２倍の波長範囲で測定されているが、１次線の値に換算して表示すると波長範囲は半分となる。それに従ってピークの半値幅Δλａ、Δλｂも半分の大きさとなり波長分解能が２倍向上することが分かる。
【００４２】
次に、図２を参照しながら、ＥＰＭＡを例にとって、本発明を実施するもうひとつの形態について説明する。ＥＰＭＡ２００においてＥＰＭＡ１００と同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付して、説明を省略する。
【００４３】
ＥＰＭＡ２００は、例えば回折格子等の分光素子２４と、多波長のＸ線を同時に検出可能なＣＣＤ等の検出器２６からなる波長分散形Ｘ線分光器（ＷＤＳ２４）を装備している。ＥＰＭＡ１００に装備されているＷＤＳ４は、分光結晶５を機械駆動してＸ線を単色化し、回折位置におけるＸ線強度を順次取得する方法でスペクトルを測定する。一方、ＥＰＭＡ２００に装備されているＷＤＳ２４は、多波長のＸ線を一度に分散し、同時検出してスペクトルを一度に取得することができるＸ線分光器である。分光素子２４が回折格子の場合、好ましくは分散範囲の異なる複数の回折格子を切り換えて使用できる機構を備えることで、より広い波長範囲のスペクトル測定が可能である。
【００４４】
ＥＰＭＡ２００において、スペクトルの測定範囲は一定としておいても良いし、ＥＰＭＡ１００の場合と同様に、状態分析を行う元素の元素名、特性Ｘ線種及び回折次数を指定すると、分析目的に応じた最適な分光素子や測定波長範囲が選択されるようになっていても良い。
【００４５】
ＷＤＳ２４によって取得されたスペクトルは、横軸を波長軸、縦軸をＸ線強度として表示装置１３に表示される。高次線を測定に用いた場合、ＥＰＭＡ１００の実施例で説明したのと同様に、測定したスペクトルの波長は自動的若しくは操作者の選択により１次線の値に換算されてスペクトル表示が行われる。
【００４６】
前述したように、波長分散方Ｘ線分光器によって測定したＸ線スペクトルを用いて状態分析を行うときに、高次回折線を利用する方法はこれまでもしばしば行われてきた。しかし、元素分析における測定の自動化が進んだＸ線分析装置ほど、高次回折線を利用した状態分析が面倒であるという問題が生じていた。
【００４７】
上述した本発明によれば、高次回折線を利用して状態分析を行うとき、一般の元素分析とは異なる分析条件にＸ線分光器が自動的に設定して効率よくスペクトルの測定が行える。また、高次線のスペクトルの波長を、自動的に元の１次線の波長に換算して表示できるので、化学結合状態の解析を素早く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ＥＰＭＡを例にとった、本発明を実施する概略構成例を示すブロック図。
【図２】ＥＰＭＡを例にとった、本発明を実施する他の概略構成例を示すブロック図。
【図３】波長分散形Ｘ線分光器によって収集されるスペクトルを表示する方法を説明するための図。
【図４】１次回折線と２次回折線との関係を説明するための模式図。
【図５】マグネシウムの状態分析に、Ｍｇ-Ｋα線の２次線を使用する例を説明するための模式図
【図６】1次と２次の回折線が近接している様子を示す模式図。
【図７】ＰＨＡに構成されているＳＣＡにおいて、１次線のみを選別する状態を示す図。
【図８】ＰＨＡに構成されているＳＣＡにおいて、２次線のみを選別する状態を示す図。
【図９】２次線のスペクトルの波長を１次線の値に換算して表示した例を示す模式図。
【図１０】ＥＰＭＡに装備されている波長分散形Ｘ線分光器の原理を説明するための模式図。
【図１１】ＥＰＭＡにおいて本発明を実施する手順の一例を説明するためのフロー図。
【符号の説明】
【００４９】
（同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。）
ＥＢ 電子線 ＲＣ ローランド円
１ 電子銃 ２ 試料
３ 特性Ｘ線 ４、２４ ＷＤＳ
５ 分光結晶 ６、２６ 検出器
７ ＷＤＳ駆動系 ８ ＷＤＳ測定系
９ 試料ステージ １０ 試料ステージ駆動機構
１１ 測定制御装置 １２ 入力装置
１３ 表示装置 １４ 記憶装置
２５ 分光素子
１００、２００ ＥＰＭＡ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子線を照射し、該試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器により分光・検出し、該試料の化学結合状態分析を行うＸ線分析装置であって、
化学結合状態分析を行う元素と、該元素の該分析に用いる特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定された前記特性Ｘ線のスペクトルを測定するための測定条件を設定する設定手段と、
前記特性Ｘ線のスペクトルを測定する前記測定条件を設定するために必要なパラメータが予め記憶されている記憶手段とを備え、
前記設定手段は、前記指定手段によって指定された前記特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数に基づいて、前記記憶手段に記憶されているパラメータを読出し、前記特性Ｘ線のスペクトルを測定するための測定条件を設定することを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、少なくとも、
前記指定手段により指定された前記特性Ｘ線のエネルギー及び／又は波長と、
前記指定手段により指定された特性Ｘ線のスペクトル測定が可能なＸ線分光素子の種類及び該Ｘ線分光素子の面間隔とが記憶されている、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】
前記設定手段は、前記指定手段により指定された特性Ｘ線が２次以上の回折線であるとき、前記特性Ｘ線を検出するＸ線検出系の波高分析器を、前記指定手段により指定された２次以上の回折線のみを検出するように設定する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載のＸ線分析装置。
【請求項４】
前記測定条件により測定された特性Ｘ線スペクトルの波長を１次回折線のスペクトルの波長に換算する換算手段と、
１次回折線の波長に換算された特性Ｘ線スペクトルを表示する表示手段を備え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５】
試料に電子線を照射し、該試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器により分光・検出し、該試料の化学結合状態分析を行うＸ線分析装置であって、
化学結合状態分析を行う元素と、該元素の該分析に用いる特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定された特性Ｘ線種と回折次数に基づいて測定された特性Ｘ線スペクトルの波長を１次回折線のスペクトルの波長に換算する換算手段と、
前記換算手段により換算された前記特性Ｘ線スペクトルを表示する表示手段を備えることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項１】
試料に電子線を照射し、該試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器により分光・検出し、該試料の化学結合状態分析を行うＸ線分析装置であって、
化学結合状態分析を行う元素と、該元素の該分析に用いる特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定された前記特性Ｘ線のスペクトルを測定するための測定条件を設定する設定手段と、
前記特性Ｘ線のスペクトルを測定する前記測定条件を設定するために必要なパラメータが予め記憶されている記憶手段とを備え、
前記設定手段は、前記指定手段によって指定された前記特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数に基づいて、前記記憶手段に記憶されているパラメータを読出し、前記特性Ｘ線のスペクトルを測定するための測定条件を設定することを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、少なくとも、
前記指定手段により指定された前記特性Ｘ線のエネルギー及び／又は波長と、
前記指定手段により指定された特性Ｘ線のスペクトル測定が可能なＸ線分光素子の種類及び該Ｘ線分光素子の面間隔とが記憶されている、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】
前記設定手段は、前記指定手段により指定された特性Ｘ線が２次以上の回折線であるとき、前記特性Ｘ線を検出するＸ線検出系の波高分析器を、前記指定手段により指定された２次以上の回折線のみを検出するように設定する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載のＸ線分析装置。
【請求項４】
前記測定条件により測定された特性Ｘ線スペクトルの波長を１次回折線のスペクトルの波長に換算する換算手段と、
１次回折線の波長に換算された特性Ｘ線スペクトルを表示する表示手段を備え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５】
試料に電子線を照射し、該試料から発生する特性Ｘ線を波長分散形Ｘ線分光器により分光・検出し、該試料の化学結合状態分析を行うＸ線分析装置であって、
化学結合状態分析を行う元素と、該元素の該分析に用いる特性Ｘ線の特性Ｘ線種とその回折次数を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定された特性Ｘ線種と回折次数に基づいて測定された特性Ｘ線スペクトルの波長を１次回折線のスペクトルの波長に換算する換算手段と、
前記換算手段により換算された前記特性Ｘ線スペクトルを表示する表示手段を備えることを特徴とする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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−４７５８６（Ｐ２００９−４７５８６Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１４７４０（Ｐ２００７−２１４７４０）
【出願日】平成１９年８月２１日（２００７．８．２１）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２１日（２００７．８．２１）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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