(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ステージに載置した試料に電子線を照射し、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線分析装置において、試料を照射する電子線に関して対向する位置に該電子線の照射軸に対して垂直な試料面からのＸ線取り出し角度が同じである２基のＸ線分光器を配置し、電子線又は試料ステージを二次元的に走査して該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Ｘ線分光器で測定された試料の分析部位の面傾斜に応じた各特性Ｘ線強度の違いを表す強度比を求める手段と、前記特性Ｘ線強度の強度比に基づいて前記加算値を補正し、該補正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ていることを特徴とする電子励起によるＸ線分析装置。
【請求項２】
前記加算値を補正するための補正係数は、前記強度比と前記元素分布マップ中の前記加算値の最大値で前記特性Ｘ線の加算値を除した値との相関関係に基づいて求められることを特徴とする請求項１に係る電子励起によるＸ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、凹凸のある被験試料の元素分布分析を高精度で行えるようにした電子励起によるＸ線分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、試料表面に存在する元素の二次元的分布を知ることにより、その試料に関する様々な知見を得るようにするものである。
【０００３】
かかる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が、次のような手法で試料表面の元素分布を測定するようにしている。
【０００４】
すなわち、試料の分析領域をＸ，Ｙ方向の画素に分割し、各画素毎に一定時間Ｘ線を計測し記憶させる。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。そして、各画素のＸ線強度をレベル分析し、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、カラーマップはその元素の濃度分布を表すことができるようになっている。
【０００５】
ところで、図８の（Ａ）に示すように試料101 に照射された電子線102 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８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８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。
【０００６】
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。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 は次式で表される。
ＩX ＝∫φ（ρｚ）・exp(−χ・ρｚ）ｄ（ρｚ）
ここで、χ＝（μ／ρ） cosecθであり、μ／ρは質量吸収係数である。
【０００７】
すなわち、実際にＸ線検出器で測定される元素の特性Ｘ線強度ＩX 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、Ｘ線取り出し角度θすなわち分析する試料面の傾きに依存する。
【０００８】
このようにＸ線検出器で測定されるＸ線強度が、試料面の傾きによって変わるため、試料面の傾きによるＸ線強度の変化を補正する必要がある。従来、この試料面の傾きによるＸ線強度の変化を補正するため、図９の（Ａ），（Ｂ）に示すように２基以上のＸ線分光器201a，201bを、試料101 に照射する電子線102 に関して対向するように配置し、これらの複数のＸ線分光器で得られる検出データを加算して補正値を算出する手法が知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように複数のＸ線分光器を対向配置して得られた検出値を単に加算して補正する手法では、例えば図９の（Ｂ）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必ずしも補完できず、正しい元素分布が得られないという問題点がある。この問題点の説明を単純化するため、図10の断面図に示すように、組成が一様な上端面が球状の円筒部301 と円板状の基板部302 とからなる試料303 に対して、試料基板部302 の基板面に平行で中心線に対して対向する位置に、２つの分光器201a，201bを配置されている場合を例にして説明する。
【００１０】
なお、図10における分光器201a，201bの配置位置は模式的に示しており、上記のような形状の試料303 の直径方向の各領域について、次のように各分光器201a，201bで、Ｘ線強度が得られるように配置されるものとする。すなわち、ａ〜ｂの領域からの特性Ｘ線は、分光器201a，201bのいずれにおいても分光検出できる。ｂ〜ｃの領域からの特性Ｘ線は、分光器201aでは分光検出できるが、分光器201bでは試料303 の円筒部301 の側面で特性Ｘ線が蹴られ、分光検出不能領域となっている。ｃ〜ｄの領域では、分光器201a，201bのいずれの分光器でも分光検出できるが、分光器201aによるＸ線強度が分光器201bによるＸ線強度より大きい領域となっている。ｄ〜ｅの領域では、分光器201a，201bのいずれの分光器でも分光検出できるが、分光器201bによるＸ線強度が分光器201aによるＸ線強度より大きい領域になっている。領域ｅ〜ｆからの特性Ｘ線は、分光器201bでは分光検出できるが、分光器201aでは試料303 の円筒部301 の側で特性Ｘ線が蹴られ、分光検出不能領域となっている。ｆ〜ｇの領域からの特性Ｘ線は、分光器201a，201bのいずれにおいても分光検出できるようになっているものとする。また、試料の形状によっては、２つのいずれの分光器によっても分光検出されない領域が生じる場合があるが、本発明においては、そのような領域のある試料は対象外としているため、そのような領域は図10に示す試料においては存在させていない。
【００１１】
以上のような態様で、２つの分光器により特性Ｘ線が得られるものとすると、試料全体としては、これらの分光器201a，201bで得られるＸ線強度ＩX の変化は、図11に示すようになる。図11において、Ｘ線分光器201aによって得られるＸ線強度は実線Ａで示し、Ｘ線分光器201bによって得られるＸ線強度は点線Ｂで示している。Ｘ線強度ＩX がＩ0 となるのは、試料面が水平な領域において、分光器201a，201bで得られるＸ線強度であり、Ｉm は分光器201a又は201bにおける特性Ｘ線取り角度が90°になる部分でのＸ線強度、すなわち最大のＸ線強度である。なお、図11においては、２つのＸ線分光器201a，201bの感度が等しいものとして示しているが、２つのＸ線分光器の感度が異なる場合は、あらかじめ同一の標準試料を用いて水平状態でＸ線強度を正確に測定し、補正定数を求めておけば、感度が等しい場合に容易に変換できる。
【００１２】
従来の手法に基づいて２つのＸ線分光器により得られるＸ線強度を加算して補正しようとして、図11に示した２つのＸ線分光器201a，201bにより得られたＸ線強度を加算すると、図12に示すようなＸ線強度特性が得られる。図10に示した試料は、組成が一様のものとしているので、２つのＸ線分光器201a，201bにより得られるＸ線強度の加算値は、本来はいずれの領域においても２Ｉ0 となるべきである。しかしながら、図12から明らかなように、２つのＸ線分光器201a，201bで得られたＸ線強度を単純に加算しても、正しい元素分布は得られないことが分かる。
【００１３】
図10に示した円筒状試料のように、規則的且つ単純な形状の試料であって、曲率が分かっている場合は、各部分の取り出し角度を何らかの方法で求め、計算によりＸ線強度の加算値を補正することは可能である。しかし、そのような形態の試料は極めてまれであり、実際の試料では不規則な凹凸をもつのが一般である。このような不規則な凹凸をもつような試料では、たとえ加算して補正結果を得たとしても、Ｘ線強度の変化が凹凸形状による影響なのか、あるいは組成の変化によるものなのかを正確に判断することができない。
【００１４】
本発明は、従来の加算補正方式によるＸ線分析装置における元素分布分析手法の上記問題点を解決するためになされたもので、凹凸のある試料の元素分布分析を高精度で行えるようにした電子励起によるＸ線分析装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に係る発明は、試料ステージに載置した試料に電子線を照射し、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線分析装置において、試料を照射する電子線に関して対向する位置に該電子線の照射軸に対して垂直な試料面からのＸ線取り出し角度が同じである２基のＸ線分光器を配置し、電子線又は試料ステージを二次元的に走査して該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Ｘ線分光器で測定された試料の分析部位の面傾斜に応じた各特性Ｘ線強度の違いを表す強度比を求める手段と、前記特性Ｘ線強度の強度比に基づいて前記加算値を補正し、該補正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ていることを特徴とするものである。
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る電子励起によるＸ線分析装置において、前記加算値を補正するための補正係数は、前記強度比と前記元素分布マップ中の前記加算値の最大値で前記特性Ｘ線の加算値を除した値との相関関係に基づいて求められることを特徴とするものである。
【００１６】
このように、２基の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Ｘ線分光器で測定された試料の分析部位の面傾斜に応じた各特性Ｘ線強度の違いを表す強度比を求め、その強度比に基づいて加算値を補正するようにしているので、Ｘ線強度比と加算値との間の一定の関係により、加算値は正確に補正され、単純加算によっては避けられない凹凸による影響を排除し、高精度の元素分布分析結果を得ることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、実施の形態について説明する。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。図１において、１はＥＰＭＡの電子銃、２は集束レンズ、３は対物レンズ、４はスキャンコイル、５は光学顕微鏡、６は面分析のための被験試料、７は駆動装置を含む試料ステージ、８はスキャンコイル４を駆動する電子線走査装置、９ａ，９ｂは試料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、10ａ，10ｂは分光結晶９ａ，９ｂで分光された特性Ｘ線を検出するＸ線検出器、11はＷＤＳの波長走査のための分光結晶駆動装置、12はＸ線検出器10ａ，10ｂで検出されたＸ線信号の信号処理装置、13はＸ線強度データの記憶装置、14は電子線走査装置８や分光結晶駆動装置11のインタフェース、15は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、16は各種データを記憶するためのデータベース、17はディスプレイ装置、18はマウス、キーボードなどの入力装置である。なお、電子線通路、試料、Ｘ線通路は、1.3 ×10-3Pa程度の真空中に置かれている。
【００１８】
次に、このように構成されている実施の形態の動作について説明する。試料ステージ７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７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９ａ，９ｂでそれぞれ分光された特性Ｘ線をＸ線検出器10ａ，10ｂで、同時に、又は同時にとったとみなせる同一条件で、検出する。この際、試料６の形状が図10に示したものと同様な場合には、図２に示すように、図11に示したと同様なＸ線強度曲線Ａ，Ｂが得られる。なお、図２において、実線で示すＸ線強度曲線ＡはＸ線検出器10ａで得られるものであり、点線で示すＸ線強度曲線ＢはＸ線検出器10ｂで得られたものを示している。また、特性Ｘ線強度曲線Ａ，Ｂの単純加算データ（Ａ＋Ｂ）を演算装置15で求めると、図３において実線で示すように、図12に示したと同様な加算曲線が得られる。
【００１９】
次に、図２における各位置において、２つのＸ線検出器10ａ，10ｂで得られた特性Ｘ線強度の比Ｒを、同様に演算装置15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４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４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。
【００２０】
図４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線検出器で得られた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３に示した加算データ（Ａ＋Ｂ）曲線と図４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４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３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できる。
【００２１】
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５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▲１▼，▲２▼，▲３▼を考えた場合、このような各傾斜面▲１▼，▲２▼，▲３▼は、図10に示した単純な形態の試料303 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。
【００２２】
前記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６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７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３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。
【００２３】
なお、上記実施の形態では、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。
【００２４】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、本発明によれば、対向して配置した２基のＸ線分光器で同時に測定された特性Ｘ線強度の比を用いて、同時測定で得られた特性Ｘ線強度の加算値を補正するよう構成しているので、２基のＸ線分光器で測定された特性Ｘ線強度の単純加算では避けられない試料の凹凸による影響を補正し、高精度の元素分布分析を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】２つのＸ線検出器で検出されたＸ線強度曲線を示す図である。
【図３】２つのＸ線検出器で検出されたＸ線強度の加算曲線を示す図である。
【図４】２つのＸ線検出器で検出されたＸ線強度の強度比を示す曲線図である。
【図５】不規則凹凸面をもつ試料の一例を示す断面図である。
【図６】単純加算データをその最大値で正規化した値とＸ線強度比との関係を示す曲線図である。
【図７】Ｘ線強度比に対する補正係数を示す曲線図である。
【図８】電子線の照射された試料より放出される特性Ｘ線の態様を示す模式図である。
【図９】従来の試料面の傾きによるＸ線強度の変化を補正する手法の説明図である。
【図１０】試料面の傾きによるＸ線強度の変化を説明するために用いる、単純形状の試料を示す断面図である。
【図１１】２つの分光器により得られるＸ線強度曲線を示す図である。
【図１２】２つの分光器により得られるＸ線強度の加算曲線を示す図である。
【符号の説明】
１  電子銃
２  集束レンズ
３  対物レンズ
４  スキャンコイル
５  光学顕微鏡
６  試料
７  試料ステージ
８  電子線走査装置
９ａ，９ｂ  分光結晶
10ａ，10ｂ  Ｘ線検出器
11  分光結晶駆動装置
12  信号処理回路
13  記憶装置
14  インタフェース
15  演算装置
16  データベース
17  ディスプレイ装置
18  入力装置
【図１】
0003950642.tif 000002
【図２】
0003950642.tif 000003
【図３】
0003950642.tif 000004
【図４】
0003950642.tif 000005
【図５】
0003950642.tif 000006
【図６】
0003950642.tif 000007
【図７】
0003950642.tif 000008
【図８】
0003950642.tif 000009
【図９】
0003950642.tif 000010
【図１０】
0003950642.tif 000011
【図１１】
0003950642.tif 000012
【図１２】
0003950642.tif 000013