(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
元素標準および鉱物標準に向かって電子ビームを導き、
元素標準のスペクトルを得、
欠落した元素スペクトルを鉱物標準から生成し、
元素標準の前記スペクトルからスペクトル・ライブラリを作成すること
によって、ライブラリ・スペクトルを作成すること、
元素標準試料を走査し、
前記元素標準試料のスペクトルを生成し、
前記元素標準試料の前記スペクトルを前記スペクトル・ライブラリの元素標準と比較し、
前記元素標準試料の前記スペクトルと前記スペクトル・ライブラリの前記元素標準との前記比較に基づいて変換を決定し、前記変換を決定することが、平滑化関数の係数を決定することを含み、
前記スペクトル・ライブラリに前記変換を適用して、較正されたスペクトル・ライブラリを生成すること
によって、較正スペクトルを作成すること、
未知の鉱物試料の試料スペクトルを生成し、
前記未知の鉱物試料の生成されたスペクトルを前記較正されたスペクトル・ライブラリと比較すること
によって、前記試料中の元素を決定すること
を含む鉱物同定方法。
【請求項２】
前記変換を適用することが、平滑化関数を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記平滑化関数を適用することが、ガウスの平滑化関数を適用することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ライブラリ・スペクトルをデータベースに記憶することをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記スペクトル・ライブラリに前記変換を適用することが、前記スペクトル・ライブラリにガウスのブラーを適用することを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記未知の鉱物試料の前記生成されたスペクトルと前記較正された試料ライブラリとの前記比較に基づく元素分解によって、前記未知の試料の元素組成を決定することをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
元素標準のスペクトルを得ることが、高分解能機器で元素標準のスペクトルを得ることを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
元素標準試料を走査することが、元素標準の前記スペクトルを得るための前記高分解能機器よりも低分解能の機器を用いて元素標準試料を走査することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
元素標準のスペクトルを得ることと、元素標準試料を走査することが、異なる鉱物分析機器で実行される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
元素標準のスペクトルを得ることが、鉱物分析における７２種類の全ての元素のスペクトルを得ることを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
元素標準を走査することが、銅を走査することを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
元素標準を走査することが、試料ホルダを走査することを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記未知の鉱物試料を同定することをさらに含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
鉱物分析用の機器を較正する方法であって、
元素標準試料を走査すること、
前記元素標準試料のスペクトルを生成すること、
前記元素標準試料の生成されたスペクトルを元素標準スペクトルのライブラリのライブラリ値と比較すること、
前記元素標準試料の生成されたスペクトルと前記ライブラリ値との前記比較から平滑化関数の較正係数を生成すること、および
元素標準スペクトルの前記ライブラリに前記較正係数を適用して、元素標準スペクトルの較正されたライブラリを生成すること
を含む方法。
【請求項１５】
元素標準スペクトルの前記ライブラリに前記較正係数を適用することが、前記元素標準スペクトルにガウスのブラーを適用することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
元素標準スペクトルの前記ライブラリが、較正されている前記機器とは異なる機器上で得られたものである、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
元素標準スペクトルの前記ライブラリが、鉱物分析用の７２種類の鉱物のスペクトルを含む、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
未知の鉱物試料を前記機器内に装墳すること、
未知の試料のスペクトルを生成すること、
生成された未知の試料のスペクトルを元素標準スペクトルの前記較正されたライブラリと比較すること、および
前記未知の試料の元素組成を決定すること
をさらに含む、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
未知の試料の組成を決定するシステムであって、
電子源と、
電子ビームを前記電子源から試料上へ焦束させる集束光学部品と、
前記電子ビームが衝突したときに前記試料から放出されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
コンピュータ可読記憶装置と
を備え、前記コンピュータ可読記憶装置が、
多数の元素に対応するライブラリＸ線スペクトルと、
コンピュータ命令と
を記憶しており、前記コンピュータ命令が、
既知の元素から取得されたスペクトルを前記既知の元素のライブラリ・スペクトルと比較し、
前記既知の元素から取得された前記スペクトルと前記既知の元素の前記ライブラリ・スペクトルとの間の関係を決定し、前記関係を決定することが、平滑化関数の係数を決定することを含み、
前記ライブラリＸ線スペクトルに前記関係を適用して、較正スペクトルを決定し、
未知の物質の前記スペクトルを前記較正スペクトルと比較して、前記未知の物質の組成を決定する
ためのものである
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、荷電粒子ビーム・システムとエネルギー分散型分光システム（ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｓｙｓｔｅｍ）とを使用して鉱物を同定する方法および構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱床中に価値のある鉱物が存在するかどうかを判定するために、本発明の譲受人であるＦＥＩ  ＣｏｍｐａｎｙのＱＥＭＳＣＡＮ（登録商標）（Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ  ｂｙ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（走査電子顕微鏡法による鉱物の定量的評価））およびＭＬＡ（Ｍｉｎｅｒａｌ  Ｌｉｂｅｒａｔｉｏｎ  Ａｎａｌｙｚｅｒ（鉱物単体分離分析器））などの鉱物分析システムが長年にわたって使用されている。このようなシステムは、試料に向かって電子ビームを導き、その電子ビームに反応した物質から来たＸ線のエネルギーを測定する。そのような１つのプロセスは、「エネルギー分散型Ｘ線分析（ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ｘ−ｒａｙ  ａｎａｌｙｓｉｓ）」または「ＥＤＳ」と呼ばれており、このプロセスを、試料の元素分析または化学的特性評価に使用することができる。鉱物試料中に存在する元素の決定は「元素分解（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）」と呼ばれる。
【０００３】
ＥＤＳシステムは、試料からのＸ線の放出に依拠して元素分析を実行する。元素はそれぞれ固有の原子構造を有し、そのため、元素の原子構造に特有のＸ線はその元素に固有である。試料からのＸ線の放出を刺激するため、荷電粒子のビームを試料上に焦束させる。これによって内殻の電子が追い出される。外殻の電子がこの電子の空隙（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｖｏｉｄ）を埋めようとし、このより高エネルギーの殻とより低エネルギーの殻のエネルギーの差がＸ線として放出される。そのＸ線をＥＤＳ検出器によって検出することができる。
【０００４】
試験体から放出されたＸ線の数およびエネルギーをエネルギー分散型分光計を使用して測定し、測定したスペクトルを、既知の組成物の基準スペクトルのライブラリと比較することによって、試験体の未知の元素組成を決定することができる。ＥＤＳ分析は、特に後方散乱電子（ｂａｃｋ−ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＢＳＥ）分析と結合されたときに、鉱物存在度（ｍｉｎｅｒａｌ  ａｂｕｎｄａｎｃｅ）、結晶粒度（ｇｒａｉｎ  ｓｉｚｅ）、単体分離などの広範囲にわたる鉱物特性を定量化する目的に使用することができる。単体分離は、すなわち、所望の鉱物を背景物質から分離することがどれくらい容易であるのかを示す。既存のＥＤＳ分析システムは、本発明の譲受人であるＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ，ｉｎｃ．に譲渡されたＱＥＭ＊ＳＥＭ技術を含む。
【０００５】
鉱物分類システムは、測定された未知のそれぞれのスペクトルを既知の鉱物スペクトルのライブラリと比較し、次いで、既知のどの鉱物が測定されたスペクトルに最も似ているのかに基づいて選択を行うことができなければならない。一般に、最も似ているスペクトルを見つけ出すためには、測定されたデータと既知の物質との間の類似度を表す測定基準（ｍｅｔｒｉｃ）を使用する必要がある。
【０００６】
このタイプの鉱物分析システムは石油／ガス産業でも使用されている。ドリル掘り屑（ドリル・ビットによって生じた岩屑）およびダイヤモンド試錐コアを分析して、地質技術者が、掘削中に遭遇する物質の正確な性質を決定することを可能にすることができ、それによってドリルの前方の物質に関するより正確な予測が可能になり、それによって探査および産出における危険を低減させることができる。掘削中には、ドリルを潤滑にし、坑井から掘り屑を取り出すために、「マッド（ｍｕｄ）」と呼ばれる液体が坑井に注入される。ドリルからの掘り屑を含むマッドから、試料を採取することができる。掘削時および掘削後に掘り屑およびコアをできるだけ正確に文書化することは、掘削プロセスを分析する重要な一側面である。掘り屑試料およびコア掘り試料から得られる情報は、調査井および生産井において決定的に重要な要件である孔の下方へのリザーバ・シーケンスの岩石学的変動を特徴づけることを可能にし、鉱物学的および岩石記載学的研究は、リザーバおよびシール特性の基本的理解を下支えする。従来の光学的方法、走査電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）法、電子プローブ微量分析（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ：ＥＰＭＡ）法およびＸ線回折（Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）分析法は十分に確立されており、これらの方法はこの業界において広範に使用されている。
【０００７】
鉱物分析は、電子ビームが導かれた点に存在する鉱物を同定し、その点におけるそれらの鉱物の相対的な割合を特定することを試みる。分析機器は一般に、Ｘ線信号を測定し、どの元素が存在するのかを決定し、次いで、その元素リストを、鉱物定義のデータベースを使用して鉱物の同定に変換する。
【０００８】
特定の鉱物は、Ｘ線スペクトルのあるエネルギーのところに常にピークを有する。どのピークがどの鉱物に対応するのかを正確に決定するためには、利用している機器を較正して、機器が未知の鉱物を同定することができるようにする必要がある。そのため、機器較正技法は、意味のある分析のために特に重要である。
【０００９】
ＥＤＳ機器は一般に、標準（ｓｔａｎｄａｒｄ）ベースの較正または標準なしの較正を使用して較正される。標準ベースの較正では、「標準」と呼ばれる既知の物質を分析し、その結果を使用して、スペクトル・ライブラリを確立する。次いで、未知の試料をこの較正データベースと比較して、どの元素が存在するのかを決定する。較正標準のスペクトルは、未知の物質のスペクトルを得るのに使用する条件と全く同じ条件下で得たものでなければならない。測定機器の条件はいくつかの因子に左右されるため、従来の標準ベースの較正では、機械を使用するそれぞれの日に、完全な一組の標準を測定する必要がある。例えば、前述のＱｅｍＳｃａｎ機器は現在、鉱物試料中に見られる最大７２種類の異なる元素を同定する。従来の標準ベースの較正では、分解のための完全な一組のＸ線スペクトルを生成するために、それぞれの機器が、７２種類の元素／鉱物標準からなる一組の標準を有する必要があることになる。このタイプの較正は、完全な一組の元素標準および鉱物標準を含む標準ブロックを供給する費用と、必要となるオペレータ時間および低下する機器スループットの両方に関して、ひどく費用がかかる。加えて、鉱物中にしか存在しないいくつかの元素があり、それらの元素を個別に測定することはできないため、それらの元素に対してこの較正を実行することは不可能である。
【００１０】
従来の標準ベースの分解では、全ての元素標準のＸ線スペクトルを、分析されている鉱物のＸ線スペクトルと同じ機械でかつ同じ条件下で取得する必要があるため、先行技術の方法を使用した工場較正は実際的でない。標準ベースの元素分析は、元素Ｘ線スペクトルを同じ機械上で測定する必要があること、および元素Ｘ線スペクトルを別の機械からとることはできないことを要求することを、先行技術は示唆している。これは、例えば特定の試料幾何形状、高さなどを含め、ユーザが特定の機器を使えるように準備する方式の変動が、Ｘ線スペクトルの特性を変化させ、較正に影響を及ぼすためである。
【００１１】
標準なしのＥＤＳ分析を使用する場合、特定の鉱物試料の分析が、既知の標準との比較なしで実施される。ピーク、あるエネルギーにおける放出など集められたスペクトルの特徴に基づいて元素リストを絞り込み、最終的に１つの元素を選択する。標準なしの分析は、標準ベースの分析よりもはるかに複雑であり、生じる誤りもより大きいが、可能な全ての元素に対してあるパラメータを使用して機器を較正する必要がないため、ユーザにとっては準備が容易である。
【００１２】
したがって、費用がより安く、より単純で、より容易に実装でき、試料をはるかに迅速に測定することができる、効率的な較正方法および較正装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００９９８０５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１４０，６４３号明細書
【特許文献３】米国特許第４，５８７，４２４号明細書
【特許文献４】特開２００５−２７４３５２号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７／０１８１７９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、未知の試料の組成を決定する方法およびシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、未知の試料の組成を決定する方法を含み、分析する未知の試料を測定するのに使用する動作条件下で可能な全ての元素を測定する必要がない方式でＸ線分光計を較正することを含む。本発明の好ましい一実施形態によれば、動作条件下の特定の機器上で、元素標準のＸ線スペクトルを得る。そのスペクトルの測定値を、以前に得た同じ物質の高品質ライブラリ・スペクトルと比較する。ライブラリ・スペクトルとフィールド・スペクトル（ｆｉｅｌｄ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）の関係を決定する。次いで、この関係を、以前に得た他の高品質ライブラリ・スペクトルに適用して、原ライブラリ内の他の元素に対応する較正されたスペクトルを含む較正されたスペクトル・ライブラリを生み出す。次いで、未知の試料を測定し、較正されたスペクトル・ライブラリと比較して、未知の試料中に存在する元素を決定する。ライブラリと較正されたライブラリとの関係は、単一の元素標準または２種類以上の元素標準を測定することによって得ることができる。
【００１６】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり大まかに概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の目的と同じ目的を達成するために他の構造体を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造体は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【００１７】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】標準のスペクトルのグラフである。
【図１Ｂ】較正されたスペクトルが測定されたスペクトルと密接に一致していることを示す、図１Ａの拡大された画像である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に基づく標準ベースの較正方法の諸ステップの流れ図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に従って標準を分析するのに適したＸ線検出器を備える走査電子ビームを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
添付図面を一定の比率で描くことは意図されていない。これらの図面では、さまざまな図に示されている同一の構成要素またはほぼ同一の各構成要素が、同様の符号によって表されている。見やすくするため、全ての図面の全ての構成要素に符号が付けられているわけではない。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態は、単一の元素標準のＸ線スペクトルからローカル（ｌｏｃａｌ）ＥＤＳ機器を較正する方法を提供する。ローカルＥＤＳ機器は、分析されている全ての元素の高品質スペクトルを含む記憶されたライブラリを有することが好ましい。ローカル機器上での単一の元素の分析をその元素のライブラリ・スペクトルと比較することができ、その比較を使用して、原ライブラリの中のスペクトルごとに対応する較正されたスペクトルを含む較正されたスペクトル・ライブラリを作成するのに使用する変換を定義することができる。その結果、較正ライブラリ・スペクトルは、同じローカル機器上で同じ機器設定を使用して較正標準が分析された場合に生み出されることになるスペクトルにはるかに近くなる。次いで、ローカルＥＤＳ機器によって生成されたスペクトルを、調整されたライブラリ・スペクトルと比較して、未知の鉱物中の元素を決定することができる。好ましい実施形態では、これが、元素同定の正確さを大幅に増大させるのに役立つ。他の実施形態では、ローカルＥＤＳ機器を較正するのに多数の元素を使用することができるが、それによって較正を確立するのに必要な時間が短縮されるため、１つの元素だけを使用する方が好ましい。
【００２１】
図１Ａは、銀の高分解能スペクトル、現場で使用されている機械による典型的な銀のスペクトル、および較正されたスペクトルと呼ぶ修正されたライブラリ・スペクトルを示す。線１０１は、例えば製造業者によって測定されユーザに供給された銀の高分解能標準スペクトルを表す。線１０２は、ユーザの機器上で測定された銀スペクトルを表す。線１０３は、測定されたスペクトル１０２のエネルギー分解能と一致するようにスペクトル１０１から修正された「較正された」銀標準スペクトルである。ピークは非常に密接に一致しており、背景制動放射（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ｂｒｅｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ）も一致している。図１Ａの目盛では、線１０２と線１０３の見分けがつかない。
【００２２】
図１Ｂは、線１０１によって表された高分解能スペクトルは、ユーザの機器上で測定された線１０２のより低分解能のスペクトルとは異なっているが、ユーザの機器上で測定された線１０２のより低分解能のスペクトルは、線１０３の較正されたスペクトルに非常によく似ていることを示す拡大図である。
【００２３】
先行技術のＱｅｍＳｃａｎ用途では、高速Ｘ線パルス処理を用いてＸ線スペクトルを非常に速く取得する特注のハードウェアを使用して、鉱物分析における７２種類の元素のＸ線スペクトルが集められる。その結果として、それらのＸ線スペクトルのエネルギー分解能はよくない。例えば、ＱｅｍＳｃａｎ取得中のマンガン（Ｍｎ）の典型的な半値全幅値は約１７０ｅＶであり、それに比べて高分解能用途に対するそれは約１２３ｅＶである。
【００２４】
本発明の好ましい一実施形態では、先行技術のＱｅｍＳｃａｎなどの現場機器または顧客機器で一般的に使用されているものよりも高品質の分析を使用するＥＤＳ機器（ソースＥＤＳ（ｓｏｕｒｃｅ  ＥＤＳ）と呼ぶ）を使用して、記憶されたライブラリ・スペクトルを生成することができる。高品質較正スペクトルは例えば１００万回のＸ線カウントを含むことがある。この記憶されたライブラリ・スペクトルは、現場機器が分析する全ての元素を含むことが好ましい。
【００２５】
低分解能現場分析スペクトルからのＸ線スペクトルと一般に元素標準データベースのために使用される高分解能スペクトルとのどの種類の意味のある比較をも実行することは非常に困難である。しかしながら、本出願の出願人は、１つの元素スペクトルの現場分析を、その同じ元素のライブラリ・データベース・スペクトルと比較することによって、高品質のライブラリ・スペクトルを、未知の試料との比較で使用する調整されたより大まかな現場較正ライブラリに変換することができる「ブラーリング（ｂｌｕｒｒｉｎｇ）」アルゴリズムまたは「平滑化（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）」アルゴリズムを決定することが可能であることを見出した。その平滑化アルゴリズムは、実際の動作条件下で得たスペクトルに基づくため、調整されたライブラリ・スペクトルは、実際の動作条件に対してライブラリ・スペクトルを補正し、調整されたライブラリ・スペクトルを使用して、それらの同じ条件下で測定した未知のスペクトルと突き合わせることができる。
【００２６】
使用することができる１つの平滑化アルゴリズムは、「ガウスのブラー（Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｂｌｕｒ）」としても知られる「ガウスの平滑化」であり、このアルゴリズムでは、エネルギー特定のガウス核（Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｋｅｒｎｅｌ）が高分解能スペクトルで畳み込まれて、より低分解能のスペクトルを生み出す。ガウスの平滑化では、ガウス関数の値を使用して、原スペクトルに適用する畳み込み行列を決定する。この核は、エネルギー・チャンネルごとに再計算される。核の標準偏差は、そのチャンネルが表すエネルギーとともに単調に増大するためである。それぞれのエネルギー値におけるスペクトルの高さは、そのスペクトル上の近くの複数の点の高さの重み付けされた平均にセットされる。そのスペクトル点の元の値は、最も重い重み（最も高いガウス値を有する重み）を受け取り、隣接する画素は、元のエネルギー値までの距離が大きくなるにつれてより小さな重みを受け取る。原ライブラリ・スペクトルに適用されたときに、動作条件下で標準の現場測定値に対する最も近い近似を与えるガウス関数を決定する。次いで、このブラーリングに対して使用する係数を、他の高分解能ライブラリ元素スペクトルに適用する。これによって、ライブラリ・データベース内の高分解能スペクトルを、現場機器によって生み出されたより低分解能のＸ線スペクトルとより正確に一致させることができるより低分解能のスペクトルに変換することができる。したがって、このプロセスは、完全な一組の較正標準が現場機器によって取得された場合に取得されたであろうスペクトルをシミュレートするスペクトル・データベースを提供する。移動平均、低域フィルタ、指数平滑化、および異なる実施形態で使用することができる他のタイプの平滑化関数など、多くのタイプの平滑化関数が存在する。
【００２７】
図２は、本発明の好ましい一実施形態の諸ステップを示す流れ図である。ステップ２００で、Ｘ線検出器を備える電子ビーム・システムが、元素標準の高分解能スペクトル、例えば７２種類の元素標準の高分解能スペクトルを得る。この元素標準のスペクトルは一般に、高分解能機器分光計および１スペクトル当たり１００万回のＸ線カウントを使用して取得する。ステップ２０２で、ステップ２００で作成したスペクトルからスペクトル・ライブラリを作成する。このスペクトル・ライブラリを例えばデータベースに記憶することができる。ステップ２０４で、Ｘ線検出器を備える現場電子ビーム・システムが、元素標準試料、例えば純銅の試料を走査する。銅は、幅広い範囲の電子エネルギーにわたって適度に良好な応答を有するかなり顕著な２つのＸ線ピークを有し、一般にＥＤＳ機器の試料ホルダ中に存在するため、ローカル較正標準として特に優良な選択肢である。したがって、別個の較正標準を機器に装墳することを必要とせず、試料ホルダ自体に電子ビームを導くことができる。一般に、現場電子ビーム・システムのスペクトルの分解能は、一般により細かい分解能を有するエネルギー検出器およびより多くのＸ線カウントを用いて工場環境で生成される元素標準のライブラリ・スペクトルの分解能よりも粗い。
【００２８】
ステップ２０６で、元素標準試料のスペクトルを生成する。ステップ２０８で、生成されたスペクトルを、スペクトル・ライブラリの同じ元素のライブラリ値と比較する。例えば、ローカル較正標準として銅を使用する場合には、銅較正からのスペクトルを、銅のライブラリ値と比較することになる。ステップ２１０で、ライブラリ・スペクトルに適用する平滑化関数の中で使用されたときに、生成されたスペクトルを生み出す較正係数を決定する。較正係数は例えば、ガウスのブラーリング関数の係数とすることができる。ステップ２１２で、ステップ２１０で決定した係数を含む平滑化アルゴリズムをライブラリ・スペクトルに適用して、較正されたスペクトル・ライブラリを生成する。ステップ２１４で、未知の試料をＥＤＳ顧客機械に装墳する。ステップ２１６で、未知の組成を有する試料に電子ビームを導いてスペクトルを生成する。ステップ２１８で、未知の試料のスペクトルを、較正されたデータベース・スペクトルと比較して、未知の試料の元素組成を元素分解によって決定する。未知の試料は例えば、未知のスペクトルのスペクトルと修正されたライブラリ・スペクトルのそれぞれの元素との間の類似性測定基準を計算し、次いで最も近い組合せを選択することによって決定することができる。例えば、類似性測定基準は、それぞれのエネルギー範囲におけるこれらの２つのスペクトルの差の平方を合計することができる。未知の元素は、その修正されたライブラリ・スペクトルが未知の試料のスペクトルに最も密接に一致する元素であると推定される。
【００２９】
図３は、本発明に従って調製された試料を分析するのに適したＸ線検出器３４０を備える走査電子ビーム・システム３００の例を示す。走査電子顕微鏡３４１と電源および制御ユニット３４５はシステム３００に備わっている。陰極３５３と陽極３５４の間に電圧を印加することによって、陰極３５３から電子ビーム３３２が放出される。電子ビーム３３２は、集光レンズ３５６および対物レンズ３５８によって微細なスポットに集束する。電子ビーム３３２は、偏向コイル３６０によって試験体上で２次元的に走査される。集光レンズ３５６、対物レンズ３５８および偏向コイル３６０の動作は電源および制御ユニット３４５によって制御される。
【００３０】
システム・コントローラ３３３が、走査電子ビーム・システム３００のさまざまな部分の動作を制御する。真空室３１０は、真空コントローラ３３４の制御の下、イオン・ポンプ３６８および機械式ポンピング・システム３６９によって排気される。
【００３１】
電子ビーム３３２を、下真空室３１０内の可動式Ｘ−Ｙステージ３０４上にある試料３０２上に焦束させることができる。電子ビーム中の電子が試料３０２に当たると試料はＸ線を放出する。このＸ線のエネルギーと試料中の元素との間には相関関係がある。電子ビームの入射領域の近くで、試料の元素組成に固有のエネルギーを有するＸ線が生み出される。放出されたＸ線は、Ｘ線検出器３４０、好ましくはケイ素ドリフト検出器型のエネルギー分散型検出器によって集められるが、検出されたＸ線のエネルギーに比例した振幅を有する信号を生成する他のタイプの検出器を使用することもできる。
【００３２】
検出器３４０からの出力は、プロセッサ３２０によって増幅され、分類される。プロセッサ３２０は、指定された時間中に検出されたＸ線の総数を数え、選択されたエネルギーおよびエネルギー分解能、ならびに典型的には１チャンネルにつき２．５から２０ｅＶの間のチャンネル幅（エネルギー範囲）で分類する。プロセッサ３２０は、コンピュータ・プロセッサ、オペレータ・インタフェース手段（キーボード、コンピュータ・マウスなど）、データおよび実行可能命令を記憶するプログラム記憶装置３２２、データの入出力用のインタフェース手段、実行可能なコンピュータ・プログラム・コードとして具体化された実行可能なソフトウェア命令、ならびに多変量スペクトル解析の結果をビデオ回路３４２を経由して表示する表示装置３４４を備えることができる。
【００３３】
プロセッサ３２０は、標準的な研究室パーソナル・コンピュータの一部とすることができ、一般に、少なくともいくつかの形態のコンピュータ可読媒体に接続される。揮発性と不揮発性および取外し可能と取外し不能の両方の媒体を含むコンピュータ可読媒体は、プロセッサ３２０がアクセスすることができる使用可能な任意の媒体とすることができる。例として、コンピュータ可読媒体は、限定はされないが、コンピュータ記憶媒体および通信媒体を含む。コンピュータ記憶媒体には、コンピュータ可読の命令、データ構造、プログラム・モジュールまたは他のデータなどの情報を記憶する任意の方法または技術で実装された揮発性および不揮発性ならびに取外し可能および取外し不能の媒体が含まれる。コンピュータ記憶媒体には例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリもしくは他の記憶装置技術、ＣＤ−ＲＯＭ、ディジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）もしくは他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または所望の情報を記憶する目的に使用することができ、プロセッサ３２０がアクセスすることができる任意の他の媒体が含まれる。
【００３４】
プログラム記憶装置３２２は、取外し可能および／または取外し不能で揮発性および／または不揮発性の記憶装置の形態のコンピュータ記憶媒体を含むことができ、コンピュータ可読の命令、データ構造、プログラム・モジュールおよび他のデータの記憶を提供することができる。一般に、プロセッサ３２０は、コンピュータのさまざまなコンピュータ可読記憶媒体に異なる時点で記憶された命令によってプログラムされる。プログラムおよびオペレーティング・システムは一般に、例えばフロッピー（登録商標）・ディスクまたはＣＤ−ＲＯＭに格納されて配布される。プログラムおよびオペレーティング・システムは、それらの媒体から、コンピュータの補助記憶装置にインストールまたはロードされる。実行時に、それらのプログラムおよびオペレーティング・システムは、コンピュータの電子的な主記憶装置に少なくとも部分的にロードされる。本明細書に記載された発明は、これらのタイプのコンピュータ可読記憶媒体およびその他のさまざまなタイプのコンピュータ可読記憶媒体を含み、そのとき、そのような媒体は、マイクロプロセッサまたは他のデータ・プロセッサと連携して後述する諸ステップを実施する命令またはプログラムを含む。本発明はさらに、本明細書に記載された方法および技法に従ってプログラムされたとき、コンピュータ自体を含む。
【００３５】
上記のようにして得たＸ線スペクトルを、測定スペクトル記憶部３２３などの記憶装置３２２の一部分に記憶することができる。元素標準も、測定スペクトル記憶装置３２３に記憶される。
【００３６】
示された実施形態は走査電子顕微鏡を含むが、関連実施形態は、試料からＸ線を生じさせるのに、透過型電子顕微鏡または透過型走査電子顕微鏡を使用することができる。Ｘ線蛍光システムを使用して試料からＸ線を生じさせることもできる。他の実施形態は、試料からの他の特性放射、例えばガンマ線を検出することができる。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、鉱物同定方法は、元素標準および鉱物標準に向かって電子ビームを導き、元素標準のスペクトルを得、欠落した元素スペクトルを鉱物標準から生成し、元素標準のスペクトルからスペクトル・ライブラリを作成することによって、ライブラリ・スペクトルを作成すること；元素標準試料を走査し、元素標準試料のスペクトルを生成し、元素標準試料のスペクトルをスペクトル・ライブラリの元素標準と比較し、元素標準試料のスペクトルとスペクトル・ライブラリの元素標準との比較に基づいて変換を決定し、スペクトル・ライブラリにこの変換を適用して、較正されたスペクトル・ライブラリを生成することによって、較正スペクトルを作成すること；ならびに未知の鉱物試料の試料スペクトルを生成し、未知の鉱物試料の生成されたスペクトルを較正されたスペクトル・ライブラリと比較することによって、試料中の元素を決定することを含む。
【００３８】
いくつかの実施形態では、変換を決定することが、平滑化関数の係数を決定することを含む。いくつかの実施形態では、変換を適用することが、平滑化関数を適用することを含む。いくつかの実施形態では、平滑化関数を適用することが、ガウスの平滑化関数を適用することを含む。いくつかの実施形態では、この方法が、ライブラリ・スペクトルをデータベースに記憶することをさらに含む。いくつかの実施形態では、スペクトル・ライブラリに較正係数を適用することが、スペクトル・ライブラリにガウスのブラーを適用することを含む。
【００３９】
いくつかの実施形態では、この方法が、未知の鉱物試料の生成されたスペクトルと較正された試料ライブラリとの比較に基づく元素分解によって、未知の試料の元素組成を決定することをさらに含む。いくつかの実施形態では、元素標準のスペクトルを得ることが、高分解能機器で元素標準のスペクトルを得ることを含む。いくつかの実施形態では、元素標準試料を走査することが、元素標準のスペクトルを得るための高分解能機器よりも低分解能の機器を用いて元素標準試料を走査することを含む。
【００４０】
いくつかの実施形態では、元素標準のスペクトルを得ることと、元素標準試料を走査することが、異なる鉱物分析機器で実行される。いくつかの実施形態では、元素標準のスペクトルを得ることが、鉱物分析における７２種類の全ての元素のスペクトルを得ることを含む。いくつかの実施形態では、元素標準を走査することが、銅を走査することを含む。いくつかの実施形態では、元素標準を走査することが、試料ホルダを走査することを含む。いくつかの実施形態では、この方法が、未知の鉱物試料を同定することをさらに含む。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、鉱物分析用の機器を較正する方法は、元素標準試料を走査すること、元素標準スペクトルのスペクトルを生成すること、元素標準スペクトルの生成されたスペクトルを元素標準スペクトルのライブラリのライブラリ値と比較すること、元素標準スペクトルの生成されたスペクトルとライブラリ値との比較から較正係数を生成すること、および元素標準スペクトルのライブラリにこの較正係数を適用して、元素標準スペクトルの較正されたライブラリを生成することを含む。
【００４２】
いくつかの実施形態では、元素標準スペクトルのライブラリに較正係数を適用することが、元素標準スペクトルにガウスのブラーを適用することを含む。いくつかの実施形態では、元素標準スペクトルのライブラリが、較正されている機器とは異なる機器上で得られたものである。いくつかの実施形態では、元素標準スペクトルのライブラリが、鉱物分析用の７２種類の鉱物のスペクトルを含む。
【００４３】
いくつかの実施形態では、この方法が、未知の鉱物試料を機器内に装墳すること、未知の試料のスペクトルを生成すること、生成された未知の試料のスペクトルを元素標準スペクトルの較正されたライブラリと比較すること、および未知の試料の元素組成を決定することをさらに含む。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、未知の試料の組成を決定するシステムは、電子源と、電子ビームを試料上へ焦束させる集束光学部品と、電子ビームが衝突したときに試料から放出されたＸ線を検出するＸ線検出器と、コンピュータ可読記憶装置とを備え、このコンピュータ可読記憶装置が、多数の元素に対応するライブラリＸ線スペクトルと、コンピュータ命令とを記憶しており、このコンピュータ命令は、既知の元素から取得されたスペクトルを既知の元素のライブラリ・スペクトルと比較し、既知の元素から取得されたスペクトルと既知の元素のライブラリ・スペクトルとの間の関係を決定し、ライブラリＸ線スペクトルにこの関係を適用して、較正スペクトルを決定し、未知の物質のスペクトルを較正スペクトルと比較して、未知の物質の組成を決定するためのものである。
【００４５】
本発明の好ましい方法または装置は多くの新規の態様を有する。本発明は、異なる目的を有する異なる方法または装置として実施することができるため、全ての実施形態に全ての態様が存在する必要はない。さらに、記載された実施形態の態様の多くは別々に特許を受けることができる。本発明は幅広い適用可能性を有し、上記の例において説明し示した多くの利点を提供することができる。本発明の実施形態は、具体的な用途によって大きく異なる。全ての実施形態が、これらの全ての利点を提供するわけではなく、全ての実施形態が、本発明によって達成可能な全ての目的を満たすわけでもない。
【００４６】
本発明の実施形態は、コンピュータ・ハードウェアもしくはハードウェアとソフトウェアの組合せによって、またはコンピュータ可読の非一時的記憶装置に記憶されたコンピュータ命令によって実装することができることを理解されたい。本発明の方法は、標準プログラミング技法を使用した、本明細書に記載された方法および図に従ってコンピュータ・プログラムとして実装することができる。ここで言うコンピュータ・プログラムには、コンピュータ・プログラムを含むように構成されたコンピュータ可読の非一時的記憶媒体が含まれ、そのように構成された記憶媒体は、コンピュータを、事前に決定された特定の方式で動作させる。コンピュータ・システムと通信するため、それぞれのプログラムは、高水準手続き型プログラミング言語またはオブジェクト指向プログラミング言語で実装することができる。しかしながら、所望ならば、それらのプログラムを、アセンブラ言語または機械語で実装することもできる。いずれにせよ、その言語は、コンパイルまたは解釈される言語とすることができる。さらに、そのプログラムは、そのプログラムを実行するようにプログラムされた専用集積回路上で実行することができる。
【００４７】
さらに、方法論は、限定はされないが、荷電粒子ツールもしくは他の画像化装置とは別個の、荷電粒子ツールもしくは他の画像化装置と一体の、または荷電粒子ツールもしくは他の画像化装置と通信するパーソナル・コンピュータ、ミニコンピュータ、メインフレーム、ワークステーション、ネットワーク化されたコンピューティング環境または分散コンピューティング環境、コンピュータ・プラットホームなどを含む、任意のタイプのコンピューティング・プラットホームで実装することができる。本発明の諸態様は、取外し可能であるか、またはコンピューティング・プラットホームと一体であるかを問わない、ハードディスク、光学式読取りおよび／もしくは書込み記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの非一時的記憶媒体上または非一時的記憶装置上に記憶された機械可読コードであって、プログラム可能なコンピュータが、本明細書に記載された手順を実行するために、その記憶媒体または記憶装置を読んだときに、そのコンピュータを構成し、動作させるために、そのコンピュータが読むことができるように記憶された機械可読コードで実装することができる。さらに、機械可読コードまたは機械可読コードの一部を、有線または無線ネットワークを介して伝送することができる。本明細書に記載された発明は、これらのさまざまなタイプのコンピュータ可読の非一時的記憶媒体、およびその他のさまざまなタイプのコンピュータ可読の非一時的記憶媒体を含み、そのとき、そのような媒体は、マイクロプロセッサまたは他のデータ・プロセッサと連携して上述の諸ステップを実施する命令またはプログラムを含む。本発明はさらに、本明細書に記載された方法および技法に従ってプログラムされたとき、コンピュータ自体を含む。
【００４８】
入力データに対してコンピュータ・プログラムを適用して、本明細書に記載された機能を実行し、それによって入力データを変換して出力データを生成することができる。この出力情報は、表示モニタなどの１つまたは複数の出力装置に適用される。本発明の好ましい実施形態では、変換されたデータが物理的な実在する物体を表し、これには、その物理的な実在する物体の特定の視覚的描写を表示画面上に生成することが含まれる。
【００４９】
上に挙げた例は、本発明を使用してＥＤＳ分析用の試料を調製することを記述しているが、本発明を使用して、波長分散型分光法（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ｓｐｅｃｒｒｏｓｃｏｐｙ：ＷＤＳ）、Ｘ線回折（ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｒｔｉｏｎ：ＸＲＤ）、またはＸ線蛍光（ｘ−ｒａｙ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＸＦＲ）を含む他のタイプの分析用の試料を調製することもできる。また、上記の実施形態は、単一の較正標準を使用して変換を決定するが、他の実施形態は、多数の較正標準を使用して、より正確な変換を生み出す。
【００５０】
以上の説明の多くは、ドリル掘り屑からの鉱物試料を対象としているが、本発明は、適当な任意の物質の試料を調製する目的に使用することができる。特記しない限り、本出願では、用語「加工物」、「試料」、「基板」および「試験体」が相互に交換可能に使用されている。さらに、本明細書において、用語「自動」、「自動化された」または類似の用語が使用されるとき、これらの用語は、自動プロセスもしくは自動ステップまたは自動化されたプロセスもしくは自動化されたステップの手動による開始を含むものと理解されるであろう。
【００５１】
以下の議論および特許請求の範囲では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、オープン・エンド（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）型の用語として使用されており、したがって、これらの用語は、「．．．を含むが、それらだけに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ，ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ．．．）」ことを意味すると解釈すべきである。ある用語が本明細書で特に定義されていない場合、その用語は、その通常の一般的な意味で使用されることが意図されている。添付図面は、本発明の理解を助けることが意図されており、特記しない限り、原寸に比例して示されていない。本発明を実施するのに適した粒子ビーム・システムは例えば、本出願の譲受人であるＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。
【００５２】
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
【図１Ａ】
0006012126.tif 000002
【図１Ｂ】
0006012126.tif 000003
【図２】
0006012126.tif 000004
【図３】
0006012126.tif 000005