JP2014185940A - Method to evaluate metal concentration of metal surface by epma - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電子線マイクロアナライザー(以下EPMAという)を使用して、金属表面の金属濃度の評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating a metal concentration on a metal surface using an electron beam microanalyzer (hereinafter referred to as EPMA).
図1に示すようにEPMAの原理は、加速された電子ビームを試料6に照射して、試料6から出てくる様々な信号を利用するものである。
このEPMAは、元素分析を基本機能として有しており、特性X線を利用して分析する装置である。
この特性X線の検出には、主に波長分散型X線分光器(以下、WDSという)が使われる。
図2に示すように、このWDS11は、ブラッグの回折条件を利用した分光器で、試料6、分光結晶9、そしてX線検出器10がローランド円と呼ばれる1つの円周上に位置している。
このような仕組みにより、着目箇所の構成成分の分析が行われる(非特許文献1)。
As shown in FIG. 1, the principle of EPMA is to irradiate a
This EPMA has an elemental analysis as a basic function, and is an apparatus that analyzes using characteristic X-rays.
For detecting characteristic X-rays, a wavelength dispersion X-ray spectrometer (hereinafter referred to as WDS) is mainly used.
As shown in FIG. 2, the WDS 11 is a spectroscope that uses Bragg diffraction conditions, and the
With such a mechanism, analysis of the constituent components at the point of interest is performed (Non-Patent Document 1).
このEPMAを用いた分析手法には、点分析、線分析、面分析などがあり、そのなかで、線分析の測定方法とは試料上に電子ビームを照射し、任意の線上(基本的には直線)方向に移動させ、放出してくる特性X線を検出することで構成元素の濃度分布を測定する方法である。 The analysis method using EPMA includes point analysis, line analysis, surface analysis, etc. Among them, the measurement method of line analysis is to irradiate a sample with an electron beam, and on an arbitrary line (basically, This is a method of measuring the concentration distribution of constituent elements by moving in the (linear) direction and detecting the emitted characteristic X-rays.
この線分析には2つの方法がある。
第1の手段は、図3に示すように通常使用する電子ビームを固定して試料台7を一定方向に移動させて行う方法である。
第2の手段は、図4に示すように電子ビームを走査させ試料台7を固定して行う方法である。
ところで、図5に示すように第1の手段、及び第2の手段を同時に行う場合、即ち電子ビームを走査させながら試料台7を一定方向に移動させて行うと面分析となる。
There are two methods for this line analysis.
As shown in FIG. 3, the first means is a method in which a normally used electron beam is fixed and the
The second means is a method in which an electron beam is scanned and the
By the way, as shown in FIG. 5, when the first means and the second means are simultaneously performed, that is, when the
通常、測定箇所の領域がビーム径より大きい場合、第1の手段で線分析を行うとビーム径以下の幅しか測定できない。一方、第2の手段で線分析を行うと電子ビームの走査方向で電子ビームが照射された領域は測定できるが、電子ビームの走査方向と平面状で直角となる方向については電子ビーム径を超えた領域の測定をすることはできない。 Usually, when the region of the measurement location is larger than the beam diameter, if the line analysis is performed by the first means, only the width less than the beam diameter can be measured. On the other hand, when line analysis is performed by the second means, the region irradiated with the electron beam in the scanning direction of the electron beam can be measured, but the direction perpendicular to the scanning direction of the electron beam is perpendicular to the electron beam diameter. It is not possible to measure the area.
さらに、面分析の手法により測定すると、電子ビームの照射により試料6から発生する特性X線のうち、分光結晶9に到達しないためにX線検出器10にも到達しない特性X線が現れることがある(図6参照)。この場合には、測定箇所を代表する測定結果が得られないということになり、例えば、全構成元素の濃度が低くなる、といった問題があった。
Further, when measured by a surface analysis method, among characteristic X-rays generated from the
本発明は、このような状況を鑑みて提案されたものであり、金属表面のEPMA分析において正確な濃度分布を測定する分析方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an analysis method for measuring an accurate concentration distribution in EPMA analysis of a metal surface.
このような状況に鑑み、本発明の第1の発明は、EPMAによる金属表面の金属濃度の評価方法であって、(1)前記金属表面の被分析面に基準点を設け、その基準点から電子ビームを走査せずにEPMAの試料台を、直交座標系のX軸方向に、被分析面のX軸方向終端まで移動させて線分析測定Xを行う、(2)前記試料台を、前記X軸方向と直角方向のY軸方向に、前記基準点から電子ビーム径分の距離を移動する、(3)Y軸方向への移動後、前記線分析測定Xを行う、(4)前記(2)、(3)を、被分析面のY軸方向終端まで行い、被分析面全体の線分析測定を行う、(5)測定した前記線分析測定Xを統計処理して、被分析面の金属元素濃度を算出する、以上の(1)〜(5)の手順に沿って分析することを特徴とする。 In view of such a situation, the first invention of the present invention is a method for evaluating the metal concentration of a metal surface by EPMA, and (1) a reference point is provided on the surface to be analyzed of the metal surface, and from the reference point The EPMA sample stage is moved in the X-axis direction of the Cartesian coordinate system to the end of the X-axis direction of the surface to be analyzed without scanning the electron beam, and line analysis measurement X is performed. (2) (3) The line analysis measurement X is performed after the movement in the Y-axis direction. (4) The ( 2), (3) is performed up to the end of the surface to be analyzed in the Y-axis direction, and the line analysis measurement of the entire surface to be analyzed is performed. (5) The measured line analysis measurement X is statistically processed, It analyzes according to the procedure of the above (1)-(5) which calculates metal element concentration, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の第2の発明は、第1の発明における金属が、純金属および2元素以上で構成された合金であることを特徴とするEPMAによる金属表面の金属濃度の評価方法である。 A second invention of the present invention is a method for evaluating a metal concentration on a metal surface by EPMA, wherein the metal in the first invention is a pure metal and an alloy composed of two or more elements.
本発明の第3の発明は、第1及び第2の発明における統計処理が、算術平均であることを特徴とするEPMAによる金属表面の金属濃度の評価方法である。 A third invention of the present invention is a method for evaluating a metal concentration on a metal surface by EPMA, wherein the statistical processing in the first and second inventions is an arithmetic average.
本発明では、線分析を測定領域に対して行うことで測定領域の全構成元素の濃度分布を正確に測定することができる。 In the present invention, the concentration distribution of all the constituent elements in the measurement region can be accurately measured by performing line analysis on the measurement region.
以下、本発明を適用したEPMAの分析の具体的な実施の一例について詳細に説明する。
<1.EPMAの構成例>
図7はEPMAの構成例を模式的に示す図である。
EPMA20は、試料が取り付けられた試料台7と、試料に照射される電子線照射部8と試料6から発生する特性X線の検出器10を備える。
また、EPMA20は試料台7の移動と試料台高さ位置を見る光学顕微鏡5を備える。
Hereinafter, an example of specific implementation of EPMA analysis to which the present invention is applied will be described in detail.
<1. Configuration example of EPMA>
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration example of EPMA.
The
Further, the
試料台7は例えば、縦および横の2次元方向に移動可能な水平移動機構、高さ方向に移動できる移動機構を備えている。試料台7は「試料台制御部」を通じて、例えばパーソナルコンピューターで構成される「システム制御部」により、2次元方向や高さ方向が制御される。
The
電子線照射部8は、電子銃1から電子ビームを発生する。
電子銃1から発生した電子ビームは、集束レンズ2および対物レンズ4によって試料表面上に細かく集束され、走査コイル3によって試料6上で走査される。
試料6の位置は、内蔵している光学顕微鏡5の焦点位置で合わせる。
波長分散型検出器11は、電子ビームによって、試料6からは特性X線が発生し、ブラッグの法則より該特性X線の波長から分光結晶9を使用して測定箇所の構成元素の波長を分光し、比例計数管とよばれる検出器10で強度および濃度を検出するものである。
The electron
The electron beam generated from the electron gun 1 is finely focused on the sample surface by the focusing
The position of the
The wavelength
<2.分析>
本発明は、線分析を測定範囲の全領域について行うことで面全体の測定データとし、得られた測定データを統計処理して金属濃度の評価を行うものである。
その測定の手順について、図を交えて説明する。
まず、試料上に基準点P0を設定し、次に測定領域を、基準点P0からの長さと幅を与えて設定する。さらにビーム径を設定する。
<2. Analysis>
In the present invention, line analysis is performed on the entire region of the measurement range to obtain measurement data for the entire surface, and the obtained measurement data is statistically processed to evaluate the metal concentration.
The measurement procedure will be described with reference to the drawings.
First, the reference point P 0 is set on the sample, and then the measurement region is set by giving the length and width from the reference point P 0 . Furthermore, the beam diameter is set.
図8は、面全体の測定データを得るために線分析方法で電子ビームを固定して試料台を移動させて行う方法を繰り返して行う様子を模式的に示す図である。
測定は、図8に示すように試料台7を長さ方向に測定範囲の長さ分移動させ、この移動間を通じて線分析の測定を実施する。
次いで、試料台7を、測定開始時の位置(基準点P0)に戻し、次に試料台7を幅方向にビーム径と同じ長さ分移動させ、また線分析を行う。
この一連の操作を、測定範囲の全領域をカバーするまで行う(図8参照)。
測定後、複数回実施した線分析における金属元素の濃度を統計処理して、面全体にわたる濃度を求める。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a state in which a method of repeating the method of moving the sample stage while fixing the electron beam by the line analysis method in order to obtain measurement data of the entire surface is shown.
In the measurement, as shown in FIG. 8, the
Next, the
This series of operations is performed until the entire measurement range is covered (see FIG. 8).
After the measurement, the concentration of the metal element in the line analysis performed a plurality of times is statistically processed to obtain the concentration over the entire surface.
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
金属元素AおよびBからなる合金(A:67%、B:33%)をEPMAの試料台に固定し、EPMA(JXA−8100:日本電子株式会社製)の試料室に挿入して、所定箇所に配置する。ついで、X−Yステージを操作して測定領域の基準点に電子ビームの中心が当たるようにする。
なお、測定領域は、基準点から長さ3.5mm、幅1.0mmの四角形状である。ビーム径は50μmに設定した。
An alloy composed of metal elements A and B (A: 67%, B: 33%) is fixed to an EPMA sample stage and inserted into a sample chamber of EPMA (JXA-8100: manufactured by JEOL Ltd.), and a predetermined location. To place. Next, the XY stage is operated so that the center of the electron beam hits the reference point of the measurement area.
Note that the measurement region has a rectangular shape with a length of 3.5 mm and a width of 1.0 mm from the reference point. The beam diameter was set to 50 μm.
次に、試料台を長さ方向に測定領域となる3.5mm分移動させ、この移動間を通じて線分析の測定を実施した。
次いで、試料台を測定開始時の位置(基準点)に戻し、次に試料台を幅方向にビーム径と同じ50μm移動させた。
Next, the sample stage was moved 3.5 mm as a measurement region in the length direction, and measurement of line analysis was performed through this movement.
Next, the sample stage was returned to the position (reference point) at the start of measurement, and then the sample stage was moved in the width direction by 50 μm, which is the same as the beam diameter.
この一連の操作を20回行い、長さ3.5mm、幅1.0mmの測定領域について面全体としてのデータを取得した。
測定後、20回実施した線分析における金属元素AおよびBの濃度を平均化して、面全体を代表する濃度プロフィールとし、金属元素Aとして図9を、金属元素Bとして図10が得られた。
This series of operations was performed 20 times, and data for the entire surface was obtained for a measurement region having a length of 3.5 mm and a width of 1.0 mm.
After the measurement, the concentrations of the metal elements A and B in the line analysis performed 20 times were averaged to obtain a concentration profile representing the entire surface, and FIG. 9 as the metal element A and FIG. 10 as the metal element B were obtained.
(比較例1)
実施例1と同じ試料を用い、同じ装置を使用し、測定領域(基準点、範囲の大きさ)も実施例1と同じとした。ビーム径は100μmとした。
試料台は長さ方向に測定領域となる3.5mm分移動させ、この移動間を通じて、ビームを幅方向に1.0mm分走査し、分析の測定を実施した。
測定後、金属元素Aとして図11、金属元素Bとして図12が得られた。
(Comparative Example 1)
The same sample as in Example 1 was used, the same apparatus was used, and the measurement area (reference point, range size) was also the same as in Example 1. The beam diameter was 100 μm.
The sample stage was moved 3.5 mm as a measurement region in the length direction, and the beam was scanned 1.0 mm in the width direction throughout this movement to perform analysis measurement.
After the measurement, FIG. 11 as the metal element A and FIG. 12 as the metal element B were obtained.
(評価)
合金組成は金属元素Aは67%、金属元素Bは33%に対して、実施例1では、図9において金属元素A濃度は60〜70%を示し、図10において金属元素B濃度は30〜40%を示した。
これに対して、比較例1では、図11において金属元素A濃度は30〜60%を示し、図12において金属元素B濃度は25〜30%を示しており、合金組成からのずれが顕著である。
(Evaluation)
In Example 1, the alloy composition is 67% for metal element A and 33% for metal element B. In Example 1, the metal element A concentration is 60 to 70% in FIG. 9, and the metal element B concentration is 30 to 30 in FIG. 40%.
On the other hand, in Comparative Example 1, the metal element A concentration is 30 to 60% in FIG. 11, and the metal element B concentration is 25 to 30% in FIG. 12, and the deviation from the alloy composition is remarkable. is there.
比較例1において、測定結果が合金組成からのずれが顕著な原因は、電子ビームの走査によって発生した特性X線のうち、分光結晶に到達しないX線があり、これらのX線はX線検出器に到達しないため、測定領域を代表する測定結果が得られなかったためと想定される。 In Comparative Example 1, the cause of the remarkable deviation from the alloy composition in the measurement result is X-rays that do not reach the spectroscopic crystal among the characteristic X-rays generated by scanning the electron beam. These X-rays are detected by X-rays. It is assumed that the measurement result representative of the measurement region was not obtained because it did not reach the vessel.
1 電子銃
2 集束レンズ
3 走査コイル
4 対物レンズ
5 光学顕微鏡
6 試料
7 試料台
8 電子線照射部
9 分光結晶
10 X線検出器
11 波長分散型検出器
20 電子線マイクロアナライザー(EPMA)
P0 基準点(分析を行う際の試料の開始位置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
P 0 reference point (sample start position when performing analysis)
Claims (3)
(1)前記金属表面の被分析面に基準点を設け、前記基準点から電子ビームを走査せずに前記EPMAの試料台を、直交座標系のX軸方向に、被分析面のX軸方向終端まで移動させて線分析測定Xを行う。
(2)前記試料台を、前記X軸方向と直角方向のY軸方向に、前記基準点から電子ビーム径分の距離を移動する。
(3)Y軸方向への移動後、前記線分析測定Xを行う。
(4)前記(2)、(3)を、被分析面のY軸方向終端まで行い、被分析面全体の線分析測定を行う。
(5)測定した前記線分析測定Xを統計処理して、被分析面の金属元素濃度を算出する。 A method for evaluating a metal concentration on a metal surface by EPMA, wherein the metal concentration is analyzed according to the following procedures (1) to (5).
(1) A reference point is provided on the surface to be analyzed of the metal surface, and the EPMA sample stage is moved in the X-axis direction of the orthogonal coordinate system without scanning an electron beam from the reference point, and the X-axis direction of the surface to be analyzed. Move to the end and perform line analysis measurement X.
(2) The sample stage is moved a distance corresponding to the electron beam diameter from the reference point in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction.
(3) After the movement in the Y-axis direction, the line analysis measurement X is performed.
(4) The above (2) and (3) are performed up to the end of the surface to be analyzed in the Y-axis direction, and the line analysis measurement of the entire surface to be analyzed is performed.
(5) The measured line analysis measurement X is statistically processed to calculate the metal element concentration on the surface to be analyzed.
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