JPH08201317A - 試料中の元素分布測定と組成分析方法およびその装置 - Google Patents

試料中の元素分布測定と組成分析方法およびその装置

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JPH08201317A
JPH08201317A JP7014573A JP1457395A JPH08201317A JP H08201317 A JPH08201317 A JP H08201317A JP 7014573 A JP7014573 A JP 7014573A JP 1457395 A JP1457395 A JP 1457395A JP H08201317 A JPH08201317 A JP H08201317A
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JP
Japan
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electron
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backscattered
intensity
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JP7014573A
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Minoru Sakai
稔 酒井
Junichi Shimomura
順一 下村
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料中の元素分布測定と組成分析方法および
その装置を提供する。 【構成】 低加速度電子線を試料表面に照射し、二次電
子像を観察しながら同時に試料表面に生じる後方散乱電
子を検出してその輝度分布を測定し、あらかじめ求めた
組成既知試料による後方散乱電子強度を用いて校正する
ことにより、試料中元素の分布測定および組成を分析す
ることにより、自動的に試料中元素の同定および分布解
析、定量分析を行うことを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、試料中の元素分布測定
と組成分析方法およびその装置に係り、詳しくは走査型
電子顕微鏡における後方散乱電子を検出し、その輝度分
布を解析することにより、元素分布を測定し、さらに組
成を分析する方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】走査型電子顕微鏡(以下、SEMと略称
する)を用いた試料中微小部分の元素分布測定と組成分
析としては、たとえば鉄鋼中のニッケル(Ni) やクロム
(Cr)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo) 、炭素(C)
などを測定する場合は、たとえば特開平3−165440号公
報に開示されているエネルギー分散形X線分析装置があ
る。
【0003】その内容は、電子顕微鏡あるいは類似装置
と組み合わせて使用されるエネルギー分散形X線分析装
置において、電子顕微鏡あるいは類似装置の試料照射電
子線の照射電子線エネルギーをモニタし、かつX線分析
処理にこれを使う機能を有することを特徴とするもので
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特開平3−165440号の装置を用いて元素分布測定を行
うには、測定所要時間が非常に長いため1日に測定でき
る試料数が制限されて測定コストがかかるなどの不都合
があり、また特性X線の発生する領域は入射電子線のス
ポットサイズに比して約1μm と大きいため、測定倍率
や空間分解能も要求精度に対して不十分であるなどの問
題がある。なお、SEMに後方散乱電子検出器を備え
て、元素のおおよその分布を測定する方法もあるが、そ
の方法では元素の同定や分析をすることが不可能であ
る。
【0005】本発明は、上記した従来技術の有する課題
を解決すべくなされたものであって、試料中微小部分を
観察しつつ迅速かつ高精度に元素分布測定および組成分
析を行うことの可能な方法および装置を提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、低加速度電子線を試料表面に照射し、二
次電子像を観察しながら同時に試料表面に生じる後方散
乱電子を検出してその輝度分布を測定し、あらかじめ求
めた組成既知試料による後方散乱電子強度を用いて校正
することにより、試料中元素の分布測定および組成を分
析することを特徴とする試料中の元素分布測定と組成分
析方法である。
【0007】また、本発明は、低加速度電子線を照射す
る走査型電子顕微鏡と、この走査型電子顕微鏡の鏡筒部
に取り付けられる二次電子検出器と後方散乱電子検出器
と照射電流測定装置と、前記後方散乱電子検出器で検出
された後方散乱電子強度信号を入力して一定の輝度分布
を得るためにゲインを調整する後方散乱電子強度増幅器
と、あらかじめ記憶されている組成既知試料の後方散乱
電子強度によって前記後方散乱電子強度増幅器から入力
される後方散乱電子強度信号を校正して試料の組成を求
める演算処理手段とからなることを特徴とする試料中の
元素分布測定と組成分析装置である。
【0008】
【作 用】本発明者らは、電子線を照射した際に試料表
面に発生する後方散乱電子強度が原子番号に比例するこ
とに着目し、その後方散乱電子強度の分布を測定するこ
とにより元素分布測定が可能であることを見出した。な
お、この場合、後方散乱電子の発生領域、すなわち、元
素分布測定の分解能が電子線の加速電圧、照射電流、電
子線の径の影響を受けるのを避けるため、SEMの電子
銃に指向性のよい電界放射型を用い、低加速電圧、低照
射電流とした。また、電子線の照射電流も常に変動して
おり、さらにこの手法では直接的に元素の同定ができる
ものではないから、観察中に照射電流を測定し、後方散
乱電子検出器の増幅器のゲインを調整することにより、
常に一定の輝度分布が得られるようにした。
【0009】したがって、本発明によれば、電界放射型
の電子銃を用いて低加速電圧の電子線を試料表面に照射
し、二次電子像を観察しながら同時に、試料表面に生じ
る後方散乱電子を検出し、その輝度分布を解析するよう
にしたので、常に一定の輝度分布が得られ、自動的に試
料中元素の同定および分布解析さらには定量分析を行う
ことが可能である。
【0010】また、本発明によれば、特性X線の強度分
布を測定する代わりに後方散乱電子の強度分布を測定す
るようにしたので、元素分布測定と定量分析を迅速に行
うことができ、測定・分析に要する時間の短縮や省エネ
ルギーを図ることが可能である。たとえば、従来のED
Sの二次元マッピングにおいては、分析時間30分以上で
分解能が1μm 程度であったが、本発明の後方散乱電子
では約54秒であり、その分解能も10nm程度である。
【0011】
【実施例】以下に、本発明の実施例について、図面を参
照して詳しく説明する。図1は本発明に係る測定・分析
装置の一例を示す概要図である。この図において、1は
電子銃室や試料を収納する試料室、観察室等を備えたS
EMの鏡筒部、2は鏡筒部1の制御部、3は鏡筒部1に
取り付けられる後方散乱電子検出器、4は鏡筒部1に取
り付けられる二次電子検出器、5は後方散乱電子検出器
3で検出された試料表面の後方散乱電子強度信号を入力
して一定の輝度分布を得るためにゲインを調整する後方
散乱電子強度増幅器、6は鏡筒部1に取り付けられる照
射電流検出器、7は照射電流測定装置、8は観察用モニ
タ、9は組成既知試料の後方散乱電子強度を記憶し、後
方散乱電子検出器3からの後方散乱電子強度信号と比較
演算する測定・分析演算装置、10は測定・分析モニタで
ある。
【0012】SEMの鏡筒部1の試料室に試料をセット
し、検査者は観察用モニタ8を見ながら通常の電子顕微
鏡像が得られるように調整する。そこで、観察用モニタ
8で後方散乱電子像を映し、その後方散乱電子強度を後
方散乱電子強度増幅器5でゲインを調整して一定の輝度
分布にした後、測定・分析演算装置9に取り込んで、あ
らかじめ記憶されている組成既知試料の後方散乱電子強
度と比較演算して試料の組成を求めた後、測定・分析モ
ニタ10にその測定・分析結果を表示する。なお、測定中
に照射電流が変化した場合は、照射電流検出器6がその
照射電流の変化を検出して照射電流測定装置7を介して
制御部2および後方散乱電子強度増幅器5に信号を送
り、照射電流が設定値になるように制御する。
【0013】このように構成された本発明装置の性能を
確認すべく、Fe;37.31 wt%,Cu;50.75 wt%,C;1
1.94 wt%からなる三元系試料を用いて調査した。この
ときの加速電圧;5kV, プローブ電流;0.5nA とした。
図2は、倍率 500倍で測定した元素分布状態の顕微鏡写
真である。この図において、白色領域はCu、灰色領域は
Fe、黒色領域はCをそれぞれ示しているが、この図から
明らかなように、元素の分布が高感度に検出できるか
ら、良好な測定結果が得られることがわかる。
【0014】また、原子番号Zに対して後方散乱電子強
度が、図3に示すように量子化されているため、元素の
同定を行うことができ、その面積占有率(%)を計算す
ることにより、元素濃度(atomic%)が得られる。そこ
で、SEMの視野を30倍の低倍率に変えて元素濃度を測
定した結果を図4に示した。その結果、C;40.20 atom
ic%, Fe;27.51 atomic%,Cu;30.77 atomic%と測定
された。したがって、本発明における検出下限は0.01at
omic%である。
【0015】つぎに、Cr濃度の異なるCr鋼 (Cr含有率;
13〜60mass%、平均原子番号;24.8〜25.74)を試料と
し、加速電圧;15kV、プローブ電流;0.3nA として、平
均原子番号と後方散乱電子強度との関係について調べ
た。このとき、同一視野で後方散乱電子強度を3回測定
し、3視野で測定した。その結果を図5に示す。図中に
おいて、エラーバーは3視野測定のばらつきを、□印は
それらの平均値をそれぞれ示す。測定の結果は、視野ご
とのばらつきはあるものの、それらを平均することによ
り、平均原子番号と後方散乱電子強度との間に良好な相
関を有する検量線が得られた。
【0016】ここで、得られた検量線の精度を検討する
ために下記式で求められるσd を計算した。 σd =√{Σ(Xreal−Xcal )2 /(n−1)} ここで、σd :検量線の正確さ、Xreal:実線の原子番
号、Xcal :検量線から求めた原子番号、n:測定点で
ある。
【0017】その結果、σd は0.026 であった。したが
って、3σd をとれば0.09程度の精度で原子番号を推定
できることがわかった。それゆえ、この0.09は原子番号
分解能であるといえる。つぎに、観察試料に主な成分が
C;1.94mass%,Mo;2.33mass%,Cr;6.64mass%,
V;5.90mass%,W;3.80mass%,Ni;4.48mass%とさ
れるハイス系ロールを用い、標準試料として高純度Al,
Cu,Feを用いて、それぞれ同一のウッドメタルに埋め込
み、研磨した。次に、加速電圧;5kV、入射電流;0.5n
A として、観察試料と標準試料の像を取り込んだ。その
後方散乱電子像を図6に示した。さらに、標準試料の輝
度と原子番号との関係から検量線を作成したところ、図
7の検量線が得られた。
【0018】そこで、図6内に矢印で示す細長い粒状体
に着目して、その元素あるいは化合物の輝度を測定した
結果、その後方散乱電子強度は1.18であり、この値を用
いて図7の検量線から平均原子番号を求めたところ31.5
であった。なお、この観察試料のロール材はすでにSE
MおよびTEM(透過型電子顕微鏡の略称)によって観
察がなされており、種々の炭化物が含まれていてその炭
化物の種類は形状から識別できること、またEDS像の
解析結果からMoが検出されたことから、上記の粒状体は
炭化物の一種であるMo7C3 (平均原子番号;31.2) であ
ることがわかっている。したがって、本実験で測定され
た平均原子番号はMo7C3 のとほぼ一致することがわか
る。
【0019】なお、前出図7の結果から炭化物も検量線
に乗ることが確認されたので、後方散乱電子強度による
元素同定は非伝導物質にも適用できる可能性があること
がわかった。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電界放射型の電子銃を用いて低加速電圧の電子線を試料
表面に照射し、二次電子像を観察しながら同時に、試料
表面に生じる後方散乱電子を検出し、その輝度分布を解
析するようにしたので、高精度で試料中元素の元素分布
測定および組成分析を行うことができ、これによって試
料中微小部分の元素分布測定および組成分析の能率向上
に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る測定・分析装置の一例を示す概要
図である。
【図2】Fe;37.31 mass%,Cu;50.75 mass%,C;1
1.94 mass%からなる三元系試料の金属組織を示す顕微
鏡写真である。
【図3】原子番号と後方散乱電子強度との関係を示す特
性図である。
【図4】試料中元素とその含有率との関係を示す特性図
である。
【図5】Cr鋼の平均原子番号と後方散乱電子強度との関
係を示す特性図である。
【図6】ハイス系ロール鋼の金属組織を示す顕微鏡写真
である。
【図7】ハイス系ロール鋼の平均元素番号と後方散乱電
子強度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 SEM(走査型電子顕微鏡)の鏡筒部 2 制御部 3 後方散乱電子検出器 4 二次電子検出器 5 後方散乱電子強度増幅器 6 照射電流検出器 7 照射電流測定装置 8 観察用モニタ 9 測定・分析演算装置 10 測定・分析モニタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低加速度電子線を試料表面に照射し、
    二次電子像を観察しながら同時に試料表面に生じる後方
    散乱電子を検出してその輝度分布を測定し、あらかじめ
    求めた組成既知試料による後方散乱電子強度を用いて校
    正することにより、試料中元素の分布測定および組成を
    分析することを特徴とする試料中の元素分布測定と組成
    分析方法。
  2. 【請求項2】 低加速度電子線を照射する走査型電子
    顕微鏡と、この走査型電子顕微鏡の鏡筒部に取り付けら
    れる二次電子検出器と後方散乱電子検出器と照射電流測
    定装置と、前記後方散乱電子検出器で検出された後方散
    乱電子強度信号を入力して一定の輝度分布を得るために
    ゲインを調整する後方散乱電子強度増幅器と、あらかじ
    め記憶されている組成既知試料の後方散乱電子強度によ
    って前記後方散乱電子強度増幅器から入力される後方散
    乱電子強度信号を校正して試料の組成を求める演算処理
    手段とからなることを特徴とする試料中の元素分布測定
    と組成分析装置。
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Cited By (6)

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WO2021075170A1 (ja) * 2019-10-18 2021-04-22 株式会社日立ハイテク 検査システム、及び非一時的コンピュータ可読媒体

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Effective date: 20040304