(57)【要約】【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。【選択図】  図１
2006177752.tif 000002
【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。
【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
【図１】
2006177752.tif 000003
【図２】
2006177752.tif 000004
【図３】
2006177752.tif 000005
【図４】
2006177752.tif 000006
【図５】
2006177752.tif 000007
【図６】
2006177752.tif 000008
【図７】
2006177752.tif 000009
【図８】
2006177752.tif 000010
【図９】
2006177752.tif 000011
【図１０】
2006177752.tif 000012
【図１１】
2006177752.tif 000013
【図１２】
2006177752.tif 000014
【図１３】
2006177752.tif 000015