特許 7191902 試料分析装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-09

(45)【発行日】2022-12-19

(54)【発明の名称】試料分析装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/2252 20180101AFI20221212BHJP

   G01N 23/2209 20180101ALI20221212BHJP

【ＦＩ】

G01N23/2252

G01N23/2209

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020126571

(22)【出願日】2020-07-27

(65)【公開番号】P2022023557

(43)【公開日】2022-02-08

【審査請求日】2021-08-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】横山 隆臣

(72)【発明者】

【氏名】村野 孝訓

【審査官】赤木 貴則

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１５１０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－０３９８５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１３－１８６０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００４２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１９１１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８４０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００９２９２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１２－５００９７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２３／００－Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加速電位を変化させながら電子線を照射した試料から発生するＸ線を分光することで取得された複数の強度スペクトルを入力する入力手段と、
前記入力手段に入力された各強度スペクトルに含まれる基準ピークのトップの強度が所定の値になるように前記各強度スペクトルの強度を変えて前記複数の強度スペクトルを規格化する規格化手段と、
前記規格化手段により規格化された複数の強度スペクトルにおける基準となる強度スペクトルと前記規格化された複数の強度スペクトルにおける他の１又は複数の強度スペクトルとの間で１又は複数の差分スペクトルを演算する差分演算手段と、
既知の化合物についての既知の複数の状態に対応付けられた複数の差分スペクトルが登録されたデータベースと、
前記差分演算手段により演算された１又は複数の差分スペクトルを前記データベースに登録された複数の差分スペクトルと比較して前記試料を構成する化合物の状態を識別する分析手段と、
を備えることを特徴とする試料分析装置。

【請求項2】

請求項１に記載の試料分析装置において、
前記入力手段に入力された各強度スペクトルに対し、前記基準ピークが含まれるように関心領域を設定する関心領域設定手段を含み、
前記入力手段に入力された各強度スペクトルにおける前記関心領域内の部分が規格化される、
ことを特徴とする試料分析装置。

【請求項3】

請求項１に記載の試料分析装置において、
前記分析手段による化合物の状態の識別には、組成の識別、分子構造の識別、結晶構造の識別、又は、結晶方位の識別が含まれる、
ことを特徴とする試料分析装置。

【請求項4】

請求項１に記載の試料分析装置において、
前記分析手段は、
前記差分演算手段が演算した複数の差分スペクトルをグループ化し、
グループごとに当該グループに含まれる差分スペクトルを前記データベースに登録された複数の差分スペクトルと比較して前記試料を分析する、
ことを特徴とする試料分析装置。

【請求項5】

請求項１に記載の試料分析装置において、
前記電子線の加速電位が変化する場合おける、電子の侵入深さの変動率と、前記基準ピークのトップの強度の変動率と、の関係を示すプロットを表示する表示部を備える、ことを特徴とする試料分析装置。

【請求項6】

請求項１に記載の試料分析装置において、
前記電子線の加速電位が変化する場合おける、電子の侵入深さの変動率と、前記基準ピークのトップの強度の変動率と、の関係を示すプロットに基づいて、深さ方向の化合物状態の変化を識別する識別手段を備える、ことを特徴とする試料分析装置。

【請求項7】

請求項１に記載の試料分析装置において、
さらに、電子線を照射された試料から発生するＸ線を分光するＸ線分光器を備え、
前記入力手段は、前記Ｘ線分光器から前記強度スペクトルを入力する、ことを特徴とする試料分析装置。

【請求項8】

加速電位を変化させながら電子線を照射した試料から発生する特性Ｘ線を分光し、これにより複数の強度スペクトルを取得する取得工程と、
前記取得工程において取得された各強度スペクトルに含まれる基準ピークのトップの強度が所定の値になるように前記各強度スペクトルの強度を変えて前記複数の強度スペクトルを規格化する規格化工程と、
前記規格化工程において規格化された複数の強度スペクトルにおける基準となる強度スペクトルと前記規格化された複数の強度スペクトルにおける他の１又は複数の強度スペクトルとの間で１又は複数の差分スペクトルを演算する差分演算工程と、
既知の化合物についての既知の複数の状態に対応付けられた複数の差分スペクトルが登録されたデータベースを用いて試料を分析する工程であって、前記差分演算工程において演算された１又は複数の差分スペクトルを前記データベースに登録された複数の差分スペクトルと比較して前記試料を構成する化合物の状態を識別する分析工程と、
を備えることを特徴とする試料分析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料分析装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

試料に電子線を照射し、試料から発生する特性Ｘ線を分光することで、その試料の組成や状態を反映した強度スペクトルを得ることができる。例えば、軟Ｘ線領域の特性Ｘ線は、測定対象となる試料の分析に有用である。軟Ｘ線領域では、試料の結合状態を反映する価電子帯から、内殻準位への電子遷移に伴うＸ線の発光を観測することが可能である。強度スペクトルには、価電子帯の各電子軌道の状態変化が現れる。

【0003】

価電子帯の電子構造は、結晶構造または分子構造によって大きくことなるため、試料の違いによって、単純なピークのシフトだけでなく、特徴的な強度スペクトルの形状変化を観測することができる。従来、状態の同定は、予め測定した標準試料の強度スペクトル形状をデータベース化し、測定した強度スペクトルと比較するフィンガープリント法によって行われてきた。

【0004】

また、試料の深さ方向の状態を把握するために、エネルギの異なる電子線を照射し、励起される特性Ｘ線の吸収効果を評価する手法が知られている。

【0005】

下記特許文献１には、加速電位が異なる電子線により得られた２つの強度スペクトルの差分による吸収の情報を求める旨が記載されている。

【0006】

下記特許文献２には、電子線を照射して得られる試料の深さ方向のエネルギスペクトルのピーク位置を検出して、試料の元素の化学状態を分析するとの記載がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】実公昭６３－３９８５５号公報

【文献】特開２００２－１１６１６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

電子線の加速電位が異なるスペクトルの差分を精緻に計測すると、電子線の侵入深さに対する吸収強度の情報が得られるため、試料の深さ方向における状態（化学結合情報など）を得ることが可能となる。

【0009】

しかしながら、特性Ｘ線の近傍に吸収端をもつような系では、強度スペクトルのシフトが、化学状態の変化に起因するものか、自己吸収の変化に起因するものかを一意に区別することは困難である。例えば、遷移金属Ｌ線では、Ｌα、Ｌβ線の間にＬ３吸収端があるため、強度スペクトルのシフトの原因を特定することは難しい。例えば、上記特許文献１、２に記載された技術では、この問題を解決することはできない。

【0010】

本発明の目的は、特性Ｘ線の近傍に吸収端をもつ化合物にも適用可能となる化合物状態についての分析装置を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明にかかる試料分析装置は、電子線を照射された試料から発生するＸ線を分光することで取得された強度スペクトルを入力する入力手段と、加速電位が異なる電子線に対応した各前記強度スペクトルについて、関心領域におけるピークトップを基準とする規格化を行い、規格化された各前記強度スペクトル間の差分スペクトルを取得する取得手段と、を備える。

【0012】

本発明の一態様においては、前記関心領域の付近における前記差分スペクトルの分布を、既知の化合物についてのデータベースと比較して、前記試料の化合物状態を推定する推定手段をさらに備える。

【0013】

本発明の一態様においては、前記推定手段は、加速電位が異なる電子線に対して取得された前記差分スペクトルが類似する場合には、その加速電位に対応する深さ範囲について前記データベースとの比較を行い、当該深さ範囲における化合物状態を推定する。

【0014】

本発明の一態様においては、前記推定手段は、加速電位が異なる電子線に対して取得された前記差分スペクトルが非類似の場合には、非類似となる加速電位に対応する深さ範囲については別々に前記データベースとの比較を行う。

【0015】

本発明の一態様においては、前記電子線の加速電位が変化する場合おける、電子の侵入深さの変動率と、強度スペクトルのピークトップの強度の変動率の変化傾向を表示する表示部を備える。

【0016】

本発明の一態様においては、前記電子線の加速電位が変化する場合おける、電子の侵入深さの変動率と、強度スペクトルのピークトップの強度の変動率の変化傾向に基づいて、深さ方向の化合物状態の類否を識別する識別手段を備える。

【0017】

本発明の一態様においては、さらに、電子線を照射された試料から発生するＸ線を分光するＸ線分光器を備え、前記入力手段は、前記Ｘ線分光器から前記強度スペクトルを入力する。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、特性Ｘ線の自己吸収の影響を考慮して、化合物の状態を評価することが可能となる。このため、例えば、特性Ｘ線の近傍に吸収端をもつ化合物の分析も高精度化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態にかかる波長分散型Ｘ線分光器１０の概略構成を示す図である。

【図2】制御分析装置の機能構成を示すブロック図である。

【図3】第１実施形態の処理の流れを示すフローチャートである。

【図4】規格化された強度スペクトルの例を示す図である。

【図5】差分スペクトルの例を示す図である。

【図6】第２実施形態の処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】データベースの例を示す図である。

【図8】第３実施形態の処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】電子の侵入深さの変動率と強度スペクトルピークの変動率を示す図である。

【図10】浅い領域における差分スペクトルの例である。

【図11】深い領域における差分スペクトルの例である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、図面を参照しながら、実施形態について説明する。説明においては、理解を容易にするため、具体的な態様について示すが、これらは実施形態を例示するものであり、他にも様々な実施形態をとることが可能である。

【0021】

図１は、本実施形態にかかる波長分散型Ｘ線分光器１０の全体構成を示す図である。

【0022】

波長分散型Ｘ線分光器１０は、試料の分析を行う試料分析装置の一例であり、また、電子顕微鏡の一種である。波長分散型Ｘ線分光器１０には、電子光学系２０、試料ステージ３０、不等間隔溝回折格子４０、検出装置５０、及び制御分析装置６０が含まれる。

【0023】

電子光学系２０は、電子プローブを生成するためのシステムである。電子光学系２０には、電子銃などの電子線源２２が含まれており、電子線２４を生成する。電子線源２２では、電子を加速する加速電位を変化させて、設定したエネルギをもつ電子を発生させることが可能である。電子光学系２０には、図示を省略したが、さらに、スリット、集束レンズ、走査コイル、対物レンズなどが含まれており、電子線２４の絞り込み、走査などが行われる。

【0024】

試料ステージ３０は、試料５００を設置するための部品である。電子線２４が試料に照射された場合、試料５００からは特性Ｘ線３２が発生する。特性Ｘ線は、試料５００を構成する原子中の内殻軌道（深い軌道）の電子が電子線によって弾き飛ばされた場合に、外殻軌道（より浅い軌道）の電子が内殻軌道に遷移する過程で発生するＸ線である。特に、軟Ｘ線領域のＸ線は、試料の組成、結合状態、結晶構造などを分析する上で有用である。試料５００から発生した特性Ｘ線３２は、図示を省略したＸ線集光ミラーによって集められ、不等間隔溝回折格子４０に向かう。

【0025】

不等間隔溝回折格子４０は、特性Ｘ線３２を波長に応じた角度に分散させる光学素子（あるいは分光素子）である。すなわち、回折現象によって、入射角αに対する出射角βが波長依存性をもっており、特性Ｘ線３２は波長に応じた角度で回折する。これにより、特性Ｘ線３２は、波長毎に、そして波長に対応するエネルギ毎に分光される。

【0026】

検出装置５０には、ＣＣＤ検出部５２と、ＣＣＤ制御部５４が含まれる。ＣＣＤ検出部５２は、Ｘ線を受光して電気信号に変換する受光素子が多数形成された装置である。実施形態にかかる波長分散型Ｘ線分光器１０では、空間的な広がりをもつＣＣＤ検出部５２を備えることで、波長の長さ（あるいはエネルギの大きさ）が設定された範囲にある特性Ｘ線を一時に受光することができる。また、ＣＣＤ制御部５４は、ＣＣＤ検出部５２を動作させるとともに、ＣＣＤ検出部５２から出力される電気信号を受光素子毎にカウントする。設定された時間（例えば１秒、５秒、１０秒など）におけるカウント数を総計することで、特性Ｘ線３２の強度スペクトルが得られる。

【0027】

制御分析装置６０は、ＣＰＵ（中央演算装置）、メモリなどを備えたコンピュータハードウエアを、ＯＳ（オペレーティングシステム）、アプリケーションプログラムなどのソフトウエアで制御して動作する装置である。コンピュータハードウエアは、専用のものを使用してもよいし、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの汎用的なものを使用してもよい。また、コンピュータハードウエアは、単体の装置により形成されてもよいし、複数の装置によって形成されてもよい。

【0028】

制御分析装置６０には、制御装置６２と分析装置６４が構築されている。制御装置６２は、電子光学系２０及び検出装置５０を制御する。また、分析装置６４は、ＣＣＤ制御部５４から出力される強度スペクトルの分析を行う装置である。

【0029】

図２は、制御分析装置６０の構成の機能構成を示すブロック図である。制御分析装置６０は、上述の通り、制御装置６２と分析装置６４を備える他、ユーザインタフェース（ＵＩ）８０を備える。

【0030】

制御装置６２には、加速電位変更部７０と電子光学系修正部７２が設けられている。加速電位変更部７０は、電子線源２２において加速電位を変化させる処理を行う。ユーザはＵＩ８０を通じて、加速電位の変化幅と変化ステップ数を設定し、加速電位変更部７０は、その設定に従って加速電位を変更する。

【0031】

電子光学系修正部７２は、加速電位の変更に応じて、電子光学系２０の装置を調整する処理を行う。例えば、電子光学系２０に流す電流の再設定、集束レンズや対物レンズの調整、プローブトラッキングによる電子プローブの位置調整などを行う。

【0032】

ＵＩ８０は、例えば、タッチパネルディスプレイ、キーボード、マウスなどを用いて構築されている。ユーザは、ＵＩ８０に表示される画面に従って、ＵＩ８０を操作し、制御装置６２及び分析装置６４の制御を行う他、制御あるいは分析の結果などを確認する。

【0033】

分析装置６４には、強度スペクトル取得部９０、関心領域設定部９２、規格化・差分演算部９４、一様状態比較処理部９６、非一様状態比較処理部９８、及びデータベース１００を備える。

【0034】

強度スペクトル取得部９０は、ＣＣＤ制御部５４から強度スペクトルを取得する。関心領域設定部９２は、ＵＩ８０を通じて行われるユーザ指示に基づいて、強度スペクトルのうち特に注目する部分を関心領域として設定する。関心領域としては、例えば、強度スペクトルのピークを含む部分が選ばれる。特に、試料が強度スペクトルのピーク付近に吸収端をもつような場合には、このピークを含む部分を関心領域として設定することで、スペクトルシフトの原因を分析することが可能となる。

【0035】

規格化・差分演算部９４は、強度スペクトルごとに、関心領域に含まれる基準となるピークのトップの強度が所定の値となるように、強度スペクトルの規格化を行う。そして、規格化された強度スペクトルと、基準となる規格化された強度スペクトルとの差分を演算することで、差分スペクトルを得る。後述するように、基準となる規格化された強度スペクトルは、解析手法に応じて選択されることになる。

【0036】

一様状態比較処理部９６は、求めた差分スペクトルにおける深さ方向によらない成分を抽出し、データベース１００と比較する。これにより、深さ方向に依存しない試料の化合物の状態を求めることが可能となる。

【0037】

非一様状態比較処理部９８は、求めた差分スペクトルにおける深さ方向に依存する傾向を抽出し、データベース１００と比較する。これにより、試料の化合物の状態を深さ方向別に求めることが可能となる。また、非一様状態比較処理部９８では、電子線の侵入深さの変動率と、強度スペクトルの絶対強度の値の変動率との関係を示すプロットに基づいて、深さ方向の状態が同一か否かを判別することもできる。

【0038】

データベース１００は、予め化合物の状態がわかっている試料について試験を行い、試験結果をデータベース化したものである。データベース１００に格納されたデータと適合するデータが得られた場合、試料が、その化合物と同じ状態にあるだろうとの分析を行うことができる。データベース１００には、化合物の組成、化合物の分子構造、化合物の結晶構造、化合物の結晶方位など、各種の化合物の状態について測定されたデータが格納されている。

【0039】

（第１実施形態）
次に図３～図５を参照して第１実施形態について説明する。図３は、第１実施形態にかかるＸ線分光器の処理の流れを示すフローチャートである。

【0040】

第１実施形態の処理が開始された場合、まず、加速電位変更部７０によって、設定に従って電子線源２２の加速電位の変更が行われる（Ｓ１０）。これにより、加速電位に対応したエネルギをもつ電子線２４が試料５００に照射されることになる。次に、電子光学系修正部７２によって、加速電位の変更に対応した電子光学系２０の修正が行われる（Ｓ１２）。これにより、新たな加速電位の下で、試料の特性Ｘ線３２を検出することが可能となる。検出された特性Ｘ線３２は、ＣＣＤ制御部５４によってカウントされる。強度スペクトル取得部９０は、ＣＣＤ制御部５４からデータを入力することで、各時刻の強度スペクトルを取得する（Ｓ１４）。設定された全加速電位で強度スペクトルが得られるまで、ステップＳ１０～Ｓ１４の処理は繰り返される（Ｓ１６）。

【0041】

続いて、関心領域設定部９２による関心領域が設定される。そして、規格化・差分演算部９４によって、関心領域に含まれる強度スペクトルのピークトップを基準とした強度スペクトルの規格化が行われ、さらに基準となる規格化された強度スペクトルと他の規格化された強度スペクトルとの差分が演算される（Ｓ１８）。

【0042】

第１実施形態では、得られた差分スペクトルにおける加速電位によらない代表的な成分を抽出し（Ｓ２０）、データベースと比較する（Ｓ２２）。差分スペクトルが、データベースに格納されていたデータとほぼ同じ傾向を示す場合、試料が、データベースに登録された化合物と同様の状態にあると推定される。

【0043】

図４は、複数の加速電位について得られた複数の強度スペクトルのうち、関心領域として設定された範囲を表す図である。横軸は、特性Ｘ線のエネルギであり、縦軸は、規格化された強度を示している。強度スペクトル自体は、２～１５ｋＶまで１ｋＶ間隔で取得されているが、図４では２，５，７，１０，１５ｋＶについての強度スペクトルのみを表示している（図４には線種と加速電位の対応関係が示されている）。表示された強度スペクトルは、いずれも、２つのピークＰａ，Ｐｂを持っている。ここでは、ピークＰａを基準となるピークとして設定し、そのピークトップの値が１００となるように、規格化を行っている。基準となるピークの選び方には任意性があるが、一例としては、試料がＦｅであり、ピークがＬ線を構成するものである場合には、最も大きな値をもつＬαピーク強度で規格化する。以上のように、規格化に際しては、関心領域内において、各強度スペクトル中の基準となるピークのトップの高さが揃うように、各強度スペクトルそれ全体の強度が変更される。

【0044】

図５は、規格化された複数の強度スペクトル（図中、ｎは加速電位５，７，１０，１５ｋＶを示している）と、規格化された基準となる加速電位（前者よりも加速電位は低く、ここでは加速電子が２ｋＶに設定されている）の強度スペクトルとの対数差分（差分スペクトル）を示した図である。図５中には対数差分の演算式が示されている（図５における線種と加速電圧の対応関係は図４に示したものと同じである）。加速電位が高いほど電子線は試料内部に深く侵入し、特性Ｘ線の発生領域も深くなる。したがって、図５に示した差分スペクトルは試料内の深い位置で発生した特性Ｘ線が、試料内で受ける吸収のエネルギ位置と吸収強度を表す。ここでは、ピークＰａがある付近では、７０８ｅＶ付近に吸収のピークＰａ’があり、ピークＰｂの付近では、７２２ｅＶ付近に吸収のピークＰｂ’が存在する。ここで、各吸収ピークは加速電位の差によって強度が変化するが、吸収ピークのエネルギ位置は加速電位によらずほぼ一定である。すなわち、強度スペクトルは加速電位の変更にともなう自己吸収の影響でピークのエネルギ位置が変動するにもかかわらず、計算された差分スペクトルは、加速電位の影響を受けず、一定のエネルギ位置にピークを観測できること示している。したがって、差分スペクトルの吸収ピークのエネルギ位置によって、加速電位の影響を除去した化合物状態の識別を行うことが可能となる。図８に示す例では、既に説明したように、規格化された複数の強度スペクトルの中から、基準となる規格化された強度スペクトルが選択される。規格化された他の複数の強度スペクトルと基準となる規格化された強度スペクトルとの間で複数の差分スペクトルが演算される。

【0045】

そこで、組成、結合状態、結晶構造などが既知の化合物について、規格化した強度スペクトルの差分をとった差分スペクトルをデータベース化しておけば、化合物状態の識別が容易となる。特に、遷移元素のように吸収端を近傍にもつ特性Ｘ線に関して、化合物状態の識別を容易に行うことが可能となる。

【0046】

（第２実施形態）
次に図６と図７を参照して、第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態にかかる処理の流れを示すフローチャートである。図６におけるステップＳ１０～Ｓ１８までの処理は、基本的に、図３に示した第１実施形態の場合と同様である。

【0047】

ただし、第２実施形態では、ステップＳ１８における差分スペクトルの演算においては、様々な加速電位に対応した強度スペクトルとの差分をとる。そして、ステップＳ３０において、差分スペクトルが類似しているものをグループ化する。例えば、５ｋＶから２ｋＶまでの範囲の差分スペクトルが類似しており、１０ｋＶから５ｋＶまでの範囲の差分スペクトルが類似している場合には、５ｋＶ付近を境として、２種類の化合物状態が存在していることを示唆する。

【0048】

グループ化された部分は、深さ方向に化合物状態がほぼ同一の状態にあることを示している。そこで、グループ毎に、データベースから差分スペクトルと類似するものを見つけることで、深さ方向についての化合物状態を識別することができる（Ｓ３２）。また、既知の試料についてのデータを蓄積することで、比較対象となるデータベースが構築される。

【0049】

図７は、データベースに格納されたデータの例を示す図である。ここでは、５ｋＶと１０ｋＶの加速電位に対する２つの強度スペクトルから得た差分スペクトルについて、鉄（Fe_metal）と３種類の酸化鉄（FeO、Fe3O4、Fe2O3）の例を示している。いずれも、７１０ｅＶ付近に一つのピークが存在する点は類似しているが、ピークの詳細な位置及び幅は異なっており、さらに、高エネルギ側のスペクトルの形状も大きく異なっている。したがって、測定よって求められた差分スペクトルを、これらのデータベースと比較した場合には、容易に類似した化合物とのマッチングが可能となる。

【0050】

（第３実施形態）
図８～図１１を参照して、第３実施形態について説明する。図８は、第３実施形態にかかる処理の流れを示すフローチャートである。図８におけるステップＳ１０～Ｓ１８までの処理は、基本的に、図３に示した第１実施形態の場合と同様である。

【0051】

第３実施形態では、ステップＳ４０において、加速電位を変化させた場合における電子の侵入深さ平均値の変動率と、ピークトップの強度の変動率との関係を調べて、深さ方向の状態を決定する。これは、自己吸収の影響比を比べていることに相当する。変動率の傾向が変わった場合には、化合物の状態変化または密度変化があり、自己吸収の影響が変化したと判定することができる。

【0052】

ステップＳ４２では、ステップＳ４０で見いだされた変化を踏まえて、同じグループに含まれる差分スペクトルをデータベースと比較する。これにより、精度よく、深さ方向の化合物の状態を識別することが可能となる。あるいは、例えば教師信号付きの機械学習アルゴリズムを利用して、自動的に識別するようにしてもよい。

【0053】

図９は、ステップＳ４０の例を示す図である。ここでは、Ｆｅ－Ｌα線の強度スペクトルの分析を行うことを想定している。

【0054】

図９において、横軸は、加速電位を変化させた場合における電子侵入深さの平均値の変動率を表す。電子侵入深さは、例えば、シミュレーションに基づいて計算される。また、縦軸は、加速電位を変化させた場合におけるＦｅ－Ｌα線のピークトップの値の変動率を表す。ピークトップの信号強度の変動率は、強度スペクトルからただちに計算可能である。なお、図中において、３ｋＶと記した点は、加速電位を２ｋＶから３ｋＶに変化させた結果を示しており、４ｋＶと記した点は、加速電位を３ｋＶから４ｋＶに変化した結果を示している。

【0055】

図９に示した例では、３ｋＶ～６ｋＶまではほぼ直線に乗る傾向を示しており、６ｋＶ～１５ｋＶまでもほぼ直線に乗る傾向を示している。そして、６ｋＶの付近において、変化傾向に不連続性がみられる。このプロットによる比較は、深さ方向の変化を明瞭に示すことができるため、不慣れなユーザであっても、容易に分析を行うことが可能となる。なお、仮に４ｋＶの付近において化学状態の不連続があった場合には、図示したように、変化傾向に乱れが生じることになる。

【0056】

図１０と図１１は、図９での分析を踏まえて計算を行った規格化した強度スペクトルの差分スペクトルを示している。図１０は、３ｋＶと４ｋＶの強度スペクトルについての差分スペクトルであり、図１１は、６ｋＶと７ｋＶの強度スペクトルについての差分スペクトルである。

【0057】

図１０と図１１に示した差分スペクトルは、図６に示したデータベースの例を参照することで、どのような化合物状態を表しているか判定することができる。具体的には、図１０の場合は、FeOのデータとよく一致しており、図１１の場合は、Fe_metal のデータとよく一致している。

【0058】

以上の説明では、ＣＣＤ検出部５２を備える波長分散型Ｘ線分光器１０を例に挙げた。しかし、同様にして、ＣＣＤ検出部５２を備えず、検出部を移動させるタイプの波長分散型Ｘ線分光器でも本実施形態を適用することが可能である。また、エネルギ分散型Ｘ線分光器にも、本実施形態を適用することが可能である。さらに言えば、分光の手法によらず、特性Ｘ線を分光可能な装置であれば、本実施形態を適用可能である。 また、本実施形態は、特性Ｘ線を分光した強度スペクトルを取得できるのであれば、Ｘ線分光器を備えない装置であっても分析部分を実施することができる。

【符号の説明】

【0059】

１０ 波長分散型Ｘ線分光器、２０ 電子光学系、２２ 電子線源、２４ 電子線、３０ 試料ステージ、３２ 特性Ｘ線、４０ 不等間隔溝回折格子、５０ 検出装置、５２ ＣＣＤ検出部、５４ ＣＣＤ制御部、６０ 制御分析装置、６２ 制御装置、６４ 分析装置、７０ 加速電位変更部、７２ 電子光学系修正部、９０ 強度スペクトル取得部、９２ 関心領域設定部、９４ 規格化・差分演算部、９６ 一様状態比較処理部、９８ 非一様状態比較処理部、１００ データベース、５００ 試料。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】