JP2019200126A - X線分析方法及びx線分析装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]試料に電子線を照射して発生したX線を分光分析するX線分析方法であって、
軟X線分光器で分光したX線を2次元検出器で測定し、X線強度像を取得するX線強度像取得工程と、
取得した前記X線強度像においてX線由来以外のノイズを除去するノイズ除去工程と、
ノイズ除去工程後のX線強度像をX線強度スペクトルに変換するデータ変換工程と、
前記データ変換工程で得られたX線強度スペクトルを多変量統計解析する解析工程と、
前記解析工程で得られた解析結果を出力する出力工程と、
を有するX線分析方法。
[2]前記ノイズ除去工程は、X線強度像において同一X線エネルギーを有する画素の強度データに対して、フィルター処理を行う[1]に記載のX線分析方法。
[3]試料に電子線を照射して発生したX線を分光分析するX線分析方法であって、
軟X線分光器で分光したX線を2次元検出器で測定し、X線強度像を取得するX線強度像取得工程と、
取得した前記X線強度像をX線強度スペクトルに変換するデータ変換工程と、
前記データ変換工程で得られたX線強度スペクトルにおいてX線由来以外のノイズを除去するノイズ除去工程と、
ノイズ除去工程後のX線強度スペクトルを多変量統計解析する解析工程と、
前記解析工程で得られた解析結果を出力する出力工程と、
を有するX線分析方法。
[4]前記ノイズ除去工程は、
測定領域全体のX線強度スペクトルの強度値および前記強度値の平均値と前記X線強度スペクトルの強度値の標準偏差とを求める工程と、
測定領域内における任意のX線強度スペクトルの強度値と前記X線強度スペクトルの強度値の平均値との差の二乗が、前記標準偏差に対して下記(1)式を満足するとき、前記任意のX線強度スペクトルの強度値がノイズであると判定するノイズ判定工程と、
ノイズと判定した強度値のみを、隣接する低エネルギー側の強度値、隣接する高エネルギー側の強度値、隣接する低エネルギー側および隣接する高エネルギー側の強度値の平均値、隣接する低エネルギー側および隣接する高エネルギー側の強度値の線形補間値、のいずれか1つで置き換える工程と、
を有する[3]に記載のX線分析方法。
{Si(Ej)−S(Ej)av}2>k×S(Ej)σ 2 (1)
ここで、
Si(Ej):i番目の測定点のX線強度スペクトルのエネルギーEjの強度値
S(Ej)av:Si(Ej)を測定領域全体で平均した強度値
S(Ej)σ:Si(Ej)の測定領域全体における標準偏差
k:5〜50の定数
である。
[5]前記解析工程における多変量統計解析は、主成分分析、独立成分分析、非負値行列因子分解のいずれか1つ以上である[1]〜[4]のいずれか1つに記載のX線分析方法。
[6]試料の任意の位置に電子線を照射または走査する機能を有する電子顕微鏡部と、
電子線の照射または走査により試料から発生するX線を分光する軟X線分光器と、分光したX線をX線強度像として検出する2次元X線検出器とを有するX線検出部と、
前記X線強度像または、前記X線強度像をX線強度スペクトルに変換し、電子線照射位置の情報とともに前記X線強度像または前記X線強度スペクトルを記憶するスペクトル収集・記憶装置と、
前記X線強度像または前記X線強度スペクトルからノイズを除去し多変量統計解析を行うためのスペクトル解析装置と、
前記スペクトル解析装置で得られる解析結果を出力する表示装置と、
を備えるX線分析装置。
[7]前記電子顕微鏡部は、走査電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザ、透過電子顕微鏡、走査透過電子顕微鏡のいずれか1つである[6]に記載のX線分析装置。
図2(a)に一例として、EPMAに取り付けた軟X線測定装置で、試料に電子線を照射せず30秒バックグラウンドのみを測定したときの2次元検出器のX線強度像を示す。紙面横方向がX線のエネルギー分散方向で、約55〜210eVのエネルギー範囲に対応している。また、図2(a)における輝度が信号強度(特性X線強度)に対応し、輝度が高い箇所(紙面上で色の薄い箇所)は強度が大きいことを意味する。なお、検出器のチャンネル数は2048×2048で、X線強度像の画素数もこれに対応している。また、図2(a)のX線エネルギー分散方向と垂直な方向(紙面縦方向)については、8個の画素をビニングし、実質2048×256の画像としてバックグラウンドを測定した。
次に二つ目のスパイクノイズの除去方法としては、X線強度像をX線強度スペクトルに変換した後、このX線強度スペクトルに出現するスパイクノイズ(スパイクピーク)を除去する方法である。スパイクノイズを除去する方法は、線分析や面分析のように複数点のX線強度スペクトルが存在する場合、同一X線エネルギーの強度値に対してメディアンフィルターなどのフィルター処理を行うことができる。
Si(Ej) (1≦i≦m, 1≦j≦n) に対し、
S(Ej)av={Σ(i=1, i=m)Si(Ej)}/m
S(Ej)σ 2={Σ(i=1, i=m){Si(Ej)-S(Ej)av}2}/m
次に、式(1)に示すように、測定領域内における任意のX線強度スペクトルのエネルギーEjの強度値Si (Ej)と平均値S(Ej)avとの差の二乗が、標準偏差S(Ej)σの二乗の定数倍より大きいことを満足する場合、そのX線強度データ(X線強度スペクトル)はスパイクノイズであると判定する。
{Si (Ej) −S(Ej)av}2 > k×S(Ej)σ 2 (1)
ここで、
Si(Ej):i番目の測定点のX線強度スペクトルのエネルギーEjの強度値
S(Ej)av:Si(Ej)を測定領域全体で平均した強度値
S(Ej)σ:Si(Ej)の測定領域全体における標準偏差
k:5〜50の定数
である。
電子顕微鏡:日本電子製EPMA(JXA−8530F)
加速電圧:7kV
照射電流量:50nA
測定領域:8μm×6μm
測定間隔:0.1μm
電子線照射時間:4sec/点
軟X線分光器:日本電子製SS−94000SXES分光システム
回折格子:JS200N
2次元検出器カメラ:2048チャンネル(約55〜210eV)
本発明例(発明例1)では、得られた4800個の軟X線強度像を横軸が2048点のエネルギーチャンネルのX線強度スペクトルに変換した後、すべてのX線強度スペクトルデータに対してスパイクノイズを(II)の方法によって除去した。ここで異常点を判定する(1)式のkを10とし、除去した異常点を隣接する正常点の平均値で置換した。次いで、ノイズ除去処理を行ったX線強度スペクトルに対し、多変量統計解析処理を行った。多変量統計解析は、全データ平均値を原点とするセンタリング処理を行い、ポアソンノイズによる統計変動の影響を小さくするweighting処理(M. R. Keen and P. G. Kotula、 Surface and Interface Analysis、 36(2004)、 203.)を行い、主成分分析を行った。
電子顕微鏡:日本電子製EPMA(JXA−8530F)
加速電圧:7kV
照射電流量:50nA
測定領域:12μm×9μm
測定間隔:0.3μm
電子線照射時間:6sec/点
軟X線分光器:日本電子製SS−94000SXES分光システム
回折格子:JS50N
2次元検出器カメラ:2048チャンネル(約50〜170eV)
本発明例(発明例2)では、得られた1200個の軟X線強度像を横軸が2048点のエネルギーチャンネルのX線強度スペクトルに変換した後、すべてのX線強度スペクトルデータに対してスパイクノイズを(II)の方法によって除去した。ここで異常点を判定する(1)式のkを10とし、除去した異常点を隣接する正常点の平均値で置換した。次いで、ノイズ除去処理を行ったX線強度スペクトルに対し、多変量統計解析処理を行った。多変量統計解析は、全データ平均値を原点とするセンタリング処理を行い、ポアソンノイズによる統計変動の影響を小さくするweighting処理を行い、主成分分析および非負値行列因子分解を行った。
2 集束レンズ
3 走査コイル
4 対物レンズ
5 電子線
6 測定試料
7 試料ステージ
8 顕微鏡制御部
9 X線
9−1 X線
9−2 X線
10 回折格子
11 2次元(X線)検出器
12 スペクトル収集・記憶装置
13 スペクトル解析装置
14 表示装置
A 電子顕微鏡部
B X線検出部
C スペクトル分析部
Claims (7)
- 試料に電子線を照射して発生したX線を分光分析するX線分析方法であって、
軟X線分光器で分光したX線を2次元検出器で測定し、X線強度像を取得するX線強度像取得工程と、
取得した前記X線強度像においてX線由来以外のノイズを除去するノイズ除去工程と、
ノイズ除去工程後のX線強度像をX線強度スペクトルに変換するデータ変換工程と、
前記データ変換工程で得られたX線強度スペクトルを多変量統計解析する解析工程と、
前記解析工程で得られた解析結果を出力する出力工程と、
を有するX線分析方法。 - 前記ノイズ除去工程は、X線強度像において同一X線エネルギーを有する画素の強度データに対して、フィルター処理を行う請求項1に記載のX線分析方法。
- 試料に電子線を照射して発生したX線を分光分析するX線分析方法であって、
軟X線分光器で分光したX線を2次元検出器で測定し、X線強度像を取得するX線強度像取得工程と、
取得した前記X線強度像をX線強度スペクトルに変換するデータ変換工程と、
前記データ変換工程で得られたX線強度スペクトルにおいてX線由来以外のノイズを除去するノイズ除去工程と、
ノイズ除去工程後のX線強度スペクトルを多変量統計解析する解析工程と、
前記解析工程で得られた解析結果を出力する出力工程と、
を有するX線分析方法。 - 前記ノイズ除去工程は、
測定領域全体のX線強度スペクトルの強度値および前記強度値の平均値と前記X線強度スペクトルの強度値の標準偏差とを求める工程と、
測定領域内における任意のX線強度スペクトルの強度値と前記X線強度スペクトルの強度値の平均値との差の二乗が、前記標準偏差に対して下記(1)式を満足するとき、前記任意のX線強度スペクトルの強度値がノイズであると判定するノイズ判定工程と、
ノイズと判定した強度値のみを、隣接する低エネルギー側の強度値、隣接する高エネルギー側の強度値、隣接する低エネルギー側および隣接する高エネルギー側の強度値の平均値、隣接する低エネルギー側および隣接する高エネルギー側の強度値の線形補間値、のいずれか1つで置き換える工程と、
を有する請求項3に記載のX線分析方法。
{Si(Ej)−S(Ej)av}2>k×S(Ej)σ 2 (1)
ここで、
Si(Ej):i番目の測定点のX線強度スペクトルのエネルギーEjの強度値
S(Ej)av:Si(Ej)を測定領域全体で平均した強度値
S(Ej)σ:Si(Ej)の測定領域全体における標準偏差
k:5〜50の定数
である。 - 前記解析工程における多変量統計解析は、主成分分析、独立成分分析、非負値行列因子分解のいずれか1つ以上である請求項1〜4のいずれか1つに記載のX線分析方法。
- 試料の任意の位置に電子線を照射または走査する機能を有する電子顕微鏡部と、
電子線の照射または走査により試料から発生するX線を分光する軟X線分光器と、分光したX線をX線強度像として検出する2次元X線検出器とを有するX線検出部と、
前記X線強度像または、前記X線強度像をX線強度スペクトルに変換し、電子線照射位置の情報とともに前記X線強度像または前記X線強度スペクトルを記憶するスペクトル収集・記憶装置と、
前記X線強度像または前記X線強度スペクトルからノイズを除去し多変量統計解析を行うためのスペクトル解析装置と、
前記スペクトル解析装置で得られる解析結果を出力する表示装置と、
を備えるX線分析装置。 - 前記電子顕微鏡部は、走査電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザ、透過電子顕微鏡、走査透過電子顕微鏡のいずれか1つである請求項6に記載のX線分析装置。
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JP2018094538A JP6795010B2 (ja) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | X線分析方法及びx線分析装置 |
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