CN107004556B - 微量碳定量分析装置和微量碳定量分析方法 - Google Patents

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Abstract

能够没有污染影响地对试样中的微量碳进行分析。在电子束显微分析仪中，并用液氮阱(6)和等离子体或氧自由基发生装置作为污染的抑制机构，并且设置2个以上的检测试样(7)中的碳的特性X射线(8)的碳检测部(9，10)。

Description

微量碳定量分析装置和微量碳定量分析方法
技术领域
本发明涉及微量碳定量分析装置和微量碳定量分析方法。
背景技术
钢是铁和碳的合金，通过控制碳含量和加工热处理方法而能够分别制造具有各种特性的材料。因此，钢铁材料中的碳的定量分析是对控制材料特性极其重要的技术。
从这样的观点考虑，例如在开发用于分析钢片和钢水中的碳量的技术，对以质量％计为0.1％以下的碳的定量分析变得可能。例如在专利文献1中记载了能够以10ppm以下的精度推定钢水中的碳浓度的方法。这些技术可对材料中作为平均组成的碳含量进行高精度分析。
另一方面，即便是相同的碳含量，也能够通过加工热处理方法而大幅改变钢铁材料的机械性质。决定该机械性质的是钢铁材料的金属组织。在金属组织的控制中，碳的μm级以下的分布和存在形态起到重要作用。因此，金属组织的微量碳的分析是极其重要的。
在金属组织的分析中经常使用光学显微镜和电子显微镜。特别是使用电子显微镜时，能够观察小于1μm的大小的金属组织。而且，可以在电子显微镜中安装对因入射电子束而从试样产生的特性X射线进行检测的机器。如果使用该机器，则能够实现以碳为代表的、构成以小于1μm的大小分布的金属组织的元素的定性、定量分析。
近年来，钢铁材料的组织控制不断高度化，在同一材料内具有多个金属组织的多相钢的使用也不稀奇。因此，除了材料的平均化学组成以外，还对与金属组织相应的局部的化学组成信息，尤其是对碳的分布进行分析变得越来越重要。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-281750号公报
专利文献2：日本专利第4499125号公报
发明内容
为了以ppm级的高精度对钢铁材料中的碳进行定量，广泛使用例如在专利文献1中公开的湿式化学分析法。但是化学分析法是用于调查平均组成的，无法测定与金属组织对应的局部的碳浓度。
如果使用在电子显微镜中安装有特定的机器的分析电子显微镜，则能够观察金属组织的同时进行局部区域的元素分析。作为该机器，可举出使用了半导体检测器的能量分散型X射线分光器(EDS：Energy Dispersive X-ray Spectrometer)或使用了分光晶体和X射线检测器的波长色散型X射线分光器(WDS：Wavelength Dispersive X-raySpectrometer)。特别是作为碳等轻元素的分析，通常利用灵敏度高的WDS进行点分析或者进行边扫描电子束边分析的面分析。
然而，为了控制钢铁组织而含有的元素在很多情况下为0.01～1质量％以下的微量，因此后述的试样污染(contamination)的影响成为问题。特别是碳为左右钢铁材料的特性的最重要的元素，污染的影响是极其重大的问题。
污染是指因电子束照射而微量存在于装置真空中的有机物系的残留气体成分分解，属于残留气体构成成分的碳和氢选择性附着于试样的电子束照射区域的现象，有时也表示附着物本身。
污染通过电子束照射而迅速形成并覆盖试样表面，因此除了观察和分析变得困难以外，还因为污染的主成分为碳，所以在进行碳分析时，无法判定是试样自身的碳还是分析了污染的碳。
因此，在使用电子显微镜的碳分析中，通常使用吸附试样室内的残留气体而使成为污染源的残留气体量降低的液氮阱。
然而，液氮阱的效果也不充分，在微量碳的面分析中，污染随着分析时间而增加，因而存在分析结束位置的碳分布的测定值比实际高的问题。
应予说明，在专利文献2中公开了预先测定相对于分析测量时间的污染的碳的增加量并在定量时进行校正的方法。但是，污染的产生量有因测定条件所致的变动和日间变动，因此当测定时需要预先测定污染的增加量，不仅繁琐，而且有时精度也不够。
本发明是鉴于以上方面进行的，目的在于提供能够没有污染影响地分析试样中的微量碳的微量碳定量分析装置和微量碳定量分析方法。
本发明人等为了达成上述目的而进行了深入研究，结果发现通过并用液氮阱和等离子体或氧自由基发生装置作为污染的抑制手段，并且设置2个以上的检测碳的特性X射线的碳检测部，从而能够排除污染的影响的同时对试样中的微量碳进行定量，进而完成了本发明。
即，本发明提供以下的(1)～(9)。
(1)一种微量碳定量分析装置，具备：被抽真空的试样室；通过液氮冷却来捕获所述试样室内的残留气体的液氮阱；对所述试样室内的试样表面和所述试样室内吹送等离子体或氧自由基的等离子体或氧自由基发生装置；产生电子束的电子源；使所述产生的电子束会聚的透镜部；在所述试样室内的试样上扫描所述会聚了的电子束或者在固定所述会聚了的电子束的状态下驱动所述试样室内的试样的扫描驱动部；和检测由照射了电子束的试样发射的碳的特性X射线的碳检测部；并且，设置2台以上的所述碳检测部，由所设置的2台以上的所述碳检测部检测到的碳的特性X射线来对所述试样室内的试样中的微量碳进行定量。
(2)根据所述(1)所述的微量碳定量分析装置，其中，进一步具备在电子束照射中将所述试样室内的试样加热保持在50℃以上的试样加热部。
(3)根据所述(1)或(2)所述的微量碳定量分析装置，其中，进一步具备对所述试样室内的试样表面进行溅射的溅射部。
(4)根据所述(1)～(3)中任一项所述的微量碳定量分析装置，其中，进一步具备从外部环境放置试样并被抽真空的试样准备室和对所述试样准备室内的试样表面吹付等离子体或氧自由基的第2等离子体或氧自由基发生装置。
(5)根据所述(1)～(4)中任一项所述的微量碳定量分析装置，其中，所述碳检测部为具备分光晶体和X射线检测器的波长色散型X射线分光器。
(6)一种微量碳定量分析方法，使用了所述(1)所述的微量碳定量分析装置，利用所述液氮阱来捕获所述试样室内的残留气体，在电子束照射前利用所述等离子体或氧自由基发生装置对所述试样室内的试样表面和所述试样室内吹送等离子体或氧自由基，由设有设置的2台以上的所述碳检测部检测到的碳的特性X射线来对所述试样室内的试样中的微量碳进行定量。
(7)根据所述(6)所述的微量碳定量分析方法，其中，在电子束照射中将所述试样室内的试样加热保持在50℃以上。
(8)根据所述(6)或(7)所述的微量碳定量分析方法，其中，在电子束照射前对所述试样室内的试样表面进行溅射。
(9)根据所述(6)～(8)中任一项所述的微量碳定量分析方法，其中，在对所述试样室内的试样进行面分析时，将比试样的分析对象区域更向外侧宽的区域作为照射电子束的电子束照射区域，仅对电子束照射所述分析对象区域的期间进行面分析。
根据本发明，能够提供可不受污染的影响地分析试样中的微量碳的微量碳定量分析装置和微量碳定量分析方法。
附图说明
图1是表示微量碳定量分析装置的一部分的结构示意图。
图2是表示微量碳定量分析装置的结构示意图。
图3是表示并用液氮阱和等离子体发生装置时与未并用两者时的电子束照射时间与C-K特性X射线强度的关系的图。
图4是钢中碳的面分析结果。
图5是钢中碳的线分析结果。
图6是表示使用通常的试样台时和使用加热台时的电子束照射时间与C-K特性X射线强度的关系的图。
图7是表示面分析方法的一个例子的示意图。
具体实施方式
首先，对完成本发明的经过进行说明。
作为在电子显微镜中的污染抑制的手段，众所周知有液氮阱。本发明人等确认了在电子显微镜中搭载液氮阱则对污染的抑制有效。通过液氮冷却实现了试样中的碳浓度的浓淡的定性分析。但是，即便使用液氮阱，也无法避免分析中的污染的附着，因此停留于定性分析。
另外，本发明人等确认了通过使用对试样和电子显微镜的试样室内吹送等离子体或氧自由基的装置同样能够进行碳的定性分析。但是，依然无法避免污染的附着。
接下来，本发明人等通过并用液氮阱和等离子体或氧自由基发生装置(以下，也简称为“等离子体发生装置”)来尝试抑制污染。通过上述并用而进一步抑制了污染，但污染仍然附着，难以实现排除污染影响的碳分析。
然而，本发明人等对相对于分析时间的特性X射线的强度进行调查的结果发现随着分析时间增加而污染堆积得较厚，碳的特性X射线的强度经时地增加。即，如果以短时间结束分析，则能够实质上忽略污染的影响而进行碳分析。
可是在短时间的分析中分析的信号量不足，因此特别是在微量成分的分析中检测本身变得困难。为了增加特性X射线的信号量而增加照射电流量是有效的。但是，与此相伴，来自基体的主成分的信号量也会变多。
在电子显微镜中通用地用于元素分析的EDS能够同时检测所有元素的信号，但每单位时间能够检测和处理的信号量存在上限。因此使用EDS时来自基体的信号量变得过量，所以为了分析微量成分而增加照射电流量也是有极限的。
因此，本发明人等着眼于属于检测特性X射线的另一手段的WDS。WDS无法同时检测多种元素，但能够排除来自基体的过量信号，仅分析目标元素，因此在微量成分分析时能够增加电流量。
本发明人等使用搭载有WDS的电子束显微分析仪(EPMA：Electron Probe MicroAnalyzer)，并用液氮阱和等离子体发生装置。其结果可知如果是点分析和线分析的话，通过使用碳浓度已知的试样的标准曲线法，能够以1质量％以下的精度对未知试样的局部的碳浓度进行定量。
然而，1个点上的分析时间短的面分析中，虽然能够捕捉定性碳浓度的浓淡，但因信号量少而无法进行定量分析。如果延长分析时间，则受污染的影响而无法进行正确的分析，因此本发明人等考虑提高X射线检测器的灵敏度。
因为搭载于EPMA的WDS一次仅测定一个元素，所以从便利性的观点考虑，一般在EPMA中搭载多个WDS。另外，可以想象到利用EPMA来分析多种多样的试样和元素，所以WDS的分光晶体以能够在一次分析中从轻元素到重元素进行测定的方式进行组合。而且，根据分析目的，需要区分使用波长分辨率高的分光晶体和能够测定许多X射线强度的分光晶体而进行分析，因此在搭载于EPMA的WDS中，一般尽可能组合不同类型的分光晶体。
这样，以往为了对应多种多样的试样和分析目的而使搭载于EPMA的分光晶体的组合具有通用性。
与此相对，本发明人等尝试将搭载于EPMA的多个WDS的分光晶体中的至少2个以上置换成可检测碳的特性X射线的分光晶体。其结果发现碳分析的灵敏度意想不到地提高，即便是1个点上的分析时间短的面分析，也能够对其强度进行定量。
在具有复杂结构的金属组织的分析中，与点分析和线分析相比，在面分析上得知试样整体的元素浓度分布是极其重要的。然而，到目前为止并未发现利用面分析对碳进行定量分析的手段。
与此相对，本发明人等发现通过设为在EPMA中将可检测碳的特性X射线的分光晶体和X射线检测器各自设有至少2个以上的构成，能够实现碳的定量面分析。还发现进一步通过并用液氮阱和等离子体发生装置，其定量值成为不受污染影响的可靠性充分的值。用面分析进行微量碳的定量分析在以往的EPMA中没有，是全新的功能。另外，用面分析进行微量碳的定量分析对于以钢铁为代表的材料开发而言是极其重要且划时代的技术。
接下来，基于图1和图2，对本发明的微量碳定量分析装置(以下，也简称为“装置”)的一个实施方式进行说明。
图1是表示微量碳定量分析装置的一部分的结构示意图。图2是表示微量碳定量分析装置的结构示意图。
由电子源1产生的电子束2因作为透镜部的会聚透镜3和物镜4会聚。会聚的电子束2因作为扫描驱动部的扫描线圈a(参照图7)对配置于试样台11的试样7上进行扫描。或者，在会聚的电子束2固定的原样下由作为扫描驱动部的试样台11来驱动试样7。这样，对试样7照射电子束2。因电子束2的照射而从试样7产生的(发射的)特性X射线8由分光晶体9导入到X射线检测器10中，记录来自试样7的特性X射线的强度。应予说明，关于装置构成参照图7。
分光晶体9和X射线检测器10在装置中各自安装有至少2个以上。而且，所安装的多个分光晶体9中的至少2个以上为可分光碳的特性X射线的元件。作为这样的元件，例如可举出人工多层膜LDE(Layered Dispersion Element)。
由作为可分光碳的特性X射线的元件的分光晶体9和X射线检测器10构成的、检测碳的特性X射线的碳检测部至少为2个以上，更优选3个以上。上限没有特别限定，根据试样室14的空间制约而适当地设定。
仅进行碳分析时，可以使全部的分光晶体9和X射线检测器10为可分光碳的构成。在需要分析碳以外的元素时，可以使分光晶体9中的几个设为可分析这些元素的构成。
液氮阱6被由液氮罐5补充的液氮冷却，吸附试样室14的残留气体，抑制污染的产生。
如上所述，试样7在试样室14内由试样台11驱动。应予说明，作为试样台11，可以使用后述的加热台。
在试样室14中设置等离子体或氧自由基发生装置12，使其在对试样7照射电子束2之前或之后运转。等离子体或氧自由基不仅使试样7的表面清洁，还有抑制由试样室14产生的污染的效果，因此优选等离子体或氧自由基发生装置12设置在试样室14。
另外，除了试样室14以外，也可以隔着开关自如的隔壁(未图示)与试样室14邻接配置的试样准备室15中设置等离子体或氧自由基发生装置12(第2等离子体或氧自由基发生装置)。
此时，首先，以关闭隔壁的状态从外部环境向试样准备室15中放置试样7，一边用真空泵16抽真空，一边使用试样准备室15的等离子体或氧自由基发生装置12对试样准备室15内的试样7的表面吹送等离子体或氧自由基。接下来，打开隔壁而使试样7移动到试样室14之后，使用试样室14的等离子体或氧自由基发生装置12，对试样室14内的试样7的表面和试样室14内吹送等离子体或氧自由基。
应予说明，在没有试样准备室15地以抽出方式将试样7直接放置到试样室14中的装置中，仅在试样室14中设置等离子体或氧自由基发生装置12。
因试样7的前调整和电子束2的照射而厚厚地堆积在试样7的表面的污染有时利用等离子体或氧自由基发生装置12也难以除去。为了在装置内将其除去，可以搭载用于对试样7的表面进行溅射的溅射部的离子枪13。应予说明，有时因Ar溅射等的离子溅射而使周围污染，因此优选离子枪13不在试样室14中，而设置在试样准备室15中。另外，离子溅射不仅具有除去试样7的表面的污染而露出清洁的试样7的表面从而进行准确的碳分析的效果，还有除去试样7的表面的研磨应变相，在金属材料时在试样表面形成与微细组织对应的微细凹凸的效果。由此使用装置的显微镜功能来寻找感兴趣的测定对象变得容易。
试样室14和试样准备室15分别由真空泵17和真空泵16来抽真空。
然而，装置内的污染源除了附着于试样的污染以外，还有由装置自身产生的污染，例如有时也由作为装置的必需构成的真空泵带入污染源。该污染源是由真空泵内部的油引起的，因此优选使用不用油的真空泵。应予说明，在对向大气开放的试样准备室进行粗抽时经常使用的旋转泵中，有时从其逆流内部的油成分。
因此，作为试样准备室15的真空泵16和试样室14的粗抽用真空泵(未图示)，例如优选使用干泵。另外，作为用于设成更高真空的试样室14的真空泵17，例如优选使用涡轮分子泵，而并非油扩散泵。
接下来，基于图3，对并用液氮阱和等离子体或氧自由基发生装置的技术性意义进行说明。
本发明人等将并用液氮阱和等离子体发生装置时的污染的附着状态与未并用它们的情况进行了对比。更详细而言，使用日本电子公司制的EPMA(JXA-8530F)测定了对EPMA用铁-碳标准试样(C量：0.089质量％，剩余部分：铁)照射电子束时产生的C-K特性X射线强度。对在试样的相同位置照射电子束时的累积的电子束照射时间与测定的X射线强度的关系进行了调查。
图3是表示并用液氮阱和等离子体发生装置时与未并用两者时的电子束照射时间与C-K特性X射线强度的关系的图。
如图3的坐标图所示，在比较例(不使用液氮阱和等离子体发生装置)中，随着电子束照射时间增加，C-K特性X射线强度也上升，由此可知在试样表面以C为主成分的污染在缓慢堆积。
与此相对，在仅使用液氮阱时(不使用等离子体发生装置)，相对于照射时间，X射线强度几乎恒定，可知抑制了新的污染的堆积。
接下来，在上述EPMA的试样室中安装ibss Group公司制的等离子体发生装置(GV10xDS)，产生等离子体5分钟，使试样表面和试样室清洁化。接着，使用液氮阱进行同样的测定的结果，与仅使用液氮阱的情况相比，C-K特性X射线强度进一步降低。由此可知因等离子体发生装置除去了试样表面的污染，能够测定与试样本来的C含量对应的X射线强度。另外，如果与仅使用液氮阱时相比，X射线强度存在差别，因此可知仅使用液氮阱时也测定了原本附着于表面的污染。试样表面的污染根据试样制备的正时而附着量改变，因此在仅使用液氮阱时无法进行具有反复的再现性的碳分析。通过并用利用液氮阱进行的新污染的堆积的抑制和利用等离子体发生装置进行的表面附着污染的除去，从而首次能够正确地测定了试样中原本含有的碳。
然而，从图3的坐标图可知，如果电子束照射时间超过50秒，则即便并用液氮阱和等离子体发生装置时，虽然是极少但确认到了随着电子束照射时间的增大而X射线强度上升。图3是对试样的相同位置进行分析的结果，因此如果向电子束未照射区域改变分析位置，则还能够实现没有污染影响的分析。
然而，在使用EPMA的线分析和面分析中，因为连续地扫描电子束而进行分析或者连续地驱动试样而进行分析，所以在之前的分析位置的污染的影响会累积。即便并用液氮阱和等离子体发生装置时，在分析时间超过30分钟的面分析(映射分析，mappinganalysis)中，分析结束之前C-K特性X射线强度上升，因污染而无法测定正确的碳分布。通过在点分析和线分析中并用液氮阱和等离子体发生装置，能够在出现污染的影响之前结束测定，但在测定时间长的面分析中，兼得足够的信号量的确保和污染的抑制的测定在以往的EPMA中难以实现。
接下来，基于图4，对设置2个以上的检测碳的特性X射线的碳检测部的技术性意义进行说明。
如上所述，通过并用液氮阱和等离子体或氧自由基发生装置来扫描电子束而进行面分析或者驱动试样而进行面分析时，从电子束照射开始到30分钟能够抑制污染影响地进行分析。将分析时间设为30分钟时，例如以256×256像素进行面分析则像素一个点上约成为25m秒的分析时间。在该分析时间下的碳的定量精度由X射线量的统计分布程度(statistical dispersion)估计约为0.5质量％(3σ)。在钢的分析中，该精度不够，仅能作为碳量大小的定性的差异。
此时，通过增加检测碳的特性X射线的碳检测部(分光晶体和X射线检测器)能够提高灵敏度。例如，通过同时使用3个碳检测部(分光晶体和X射线检测器)来测量C-K特性X射线量，能够将分析精度提高到0.3质量％。在钢的面分析中，该定量分析精度的差别极其大。
图4是钢中碳的面分析结果。试样是具有Fe-0.13C-1.4Si-2Mn的组成(数字为质量％)的铁素体-马氏体双相钢。比较例和发明例都对通过改变热处理温度而使铁素体分率变化的两钢种进行了分析。已知铁素体相中的碳量为0.02质量％以下，大多添加碳分布在作为铁素体相以外的第二相的马氏体相。因此，即便是相同的碳添加量，也因铁素体分率的差异而使马氏体相中的碳浓度不同。
应予说明，在图4中，碳浓度由浓淡(明暗)表示，例如，铁素体相相当于颜色深的(暗的)区域，马氏体相相当于颜色浅的(明亮的)区域。
图4的比较例是并用液氮阱和等离子体发生装置，使用日本电子公司制的EPMA(JXA-8530F)，仅使用1个检测C-K特性X射线的碳检测部(分光晶体和X射线检测器)而进行碳的面分析的例子。分光晶体为人工多层膜LDE6H。以分析像素数256×256且在每一点像素以20m秒进行面分析。如图4所示，在比较例中，能够确认铁素体相与马氏体相的碳浓度差，但信号量少，因此马氏体相中的浓淡(明暗)没有清晰地显现，无法确认在铁素体分率不同的两钢种间的马氏体相中的碳浓度的差别。
另一方面，图4的实施例是用3个碳检测部同时检测C-K特性X射线时的分析例。分光晶体为人工多层膜LDE6H。除了铁素体相与马氏体相的碳浓度差以外，马氏体相中的浓淡(明暗)也清晰地显现，能够确认在铁素体分率不同的两钢种间的马氏体相中的碳浓度的差异。
本发明通过基于并用液氮阱和等离子体或氧自由基发生装置而产生的污染的大幅减少以及基于同时使用2个以上的碳检测部而产生的对微量碳的灵敏度的提高，从而使碳的定量分析值的可靠性大幅提高。
因此，与现有技术相比，不仅在如基于图4所说明的面分析中，在点分析和线分析中都具有优越性。
图5是钢中碳的线分析结果。试样为具有Fe-0.15C-2.0Si-1.5Mn的组成(数字为质量％)的铁素体马氏体多相钢。
在图5的比较例中，进行基于液氮阱的污染的减少的同时仅用1个碳检测部进行线分析，但随着分析位置变大而铁素体相的碳定量值(图5中，由虚线的箭头表示)上升。这并非反映实际的浓度变化，而是在分析中堆积的污染使定量值上升的结果，碳浓度0.05质量％以下的定量值无法信赖。
另一方面，在图5的发明例中，并用液氮阱和等离子体发生装置，并且用3个碳检测部进行线分析，即便分析位置变大，也没有看到碳定量值(图5中，由粗线的箭头表示)的上升，能够没有污染影响地对仅试样中本来含有的碳进行正确的定量。
关于碳浓度比铁素体相高的马氏体相的碳定量值，在图5的发明例与比较例之间也能看到差别。试样的马氏体相中的碳浓度在基于扩散控制型相变计算软件的理论计算中为0.32质量％。另一方面，图5的发明例中平均为0.33质量％，图5的比较例中为0.38质量％。即，在发明例中，能够相对于理论上的预测值以0.01质量％的误差进行分析，但在比较例中，污染的分析误差为0.05质量％以上，而且，在分析的起点和终点无法避免因污染所致的定量值的变动。
接下来，基于图6，对使用加热台(试样加热部)作为装置的试样台(图2中，由符号11表示)的情况进行说明。通过使用能够将试样加热保持在50℃以上的加热台，能够延长从开始电子束照射到污染在试样表面堆积为止的时间，进一步减少污染的影响。
本发明人等对使用正温度系数(PTC：Positive Temperature Coefficient)热敏电阻，将试样加热保持在110℃而进行点分析时的电子束照射时间与C-K特性X射线强度的关系进行了调查。更详细而言，以电子束照射时间为10秒时的X射线强度为基准，调查了相对于电子束照射时间的从该基准强度的差。使用日本电子公司制的EPMA(JXA-8530F)，设有3个检测碳的特性X射线的碳检测部。并用液氮阱和等离子体发生装置，在开始照射电子束进行分析之前用试样准备室的离子枪对试样表面进行Ar溅射。将结果示于图6。
图6是表示使用通常的试样台时和使用加热台时的电子束照射时间与C-K特性X射线强度的关系的图。
如图6的图所示，使用通常的试样台时，如果电子束照射时间超过50秒，则X射线强度显著上升，即便并用液氮阱和等离子体发生装置，也看到了污染的影响。另一方面，使用加热台而进行试样的加热保持时，即便电子束照射时间超过100秒，X射线强度也不上升，能够进一步减少污染的影响。
因此，在面分析中也能够延长直到污染附着于试样的时间，能够实现定量精度更高的分析。
应予说明，加热温度小于50℃时，防止污染的附着的效果小。另一方面，如果加热温度过高，则有时发生试样的变质，另外，也无法抑制因热所致的试样漂移，因此加热温度优选150℃以下。
另外，本发明人等对附着于试样表面的污染进行了调查。其结果发现污染并没有均匀地堆积在试样表面的电子束照射区域，而是尤其集中堆积在电子束照射区域的边缘。即，污染附着在电子束照射区域的边缘而无法实现正确的碳量的定量，但电子束照射区域的中央部能够实现碳的定量分析。因此，在对试样进行面分析时，如果使试样中的比目标分析对象的区域(分析对象区域)更向外侧宽的区域作为照射电子束的区域(电子束照射区域)，仅在电子束照射该分析对象区域的期间进行面分析，则能够去除电子束照射区域的边缘，能够实现减少污染影响的分析。
图7是表示面分析方法的一个例子的示意图。电子束2通过扫描线圈a对试样中的电子束照射区域c的内部进行扫描。在控制装置e中输入基于扫描线圈a的电子束2的位置信息和X射线强度信号。控制装置e仅在电子束2扫描分析对象区域b的期间向图像输出装置f输出X射线强度信号。基于X射线强度信号，通过与标准试样数据强度的比较，从而能够进行定量分析。
应予说明，在分析对象区域b和电子束照射区域c都为四方形的情况下，分析对象区域b的外框与电子束照射区域c的外框之间的距离d在分析对象区域b的一边的长度为10μm以下时优选为1μm～10μm，更优选2μm～7μm。另外，在分析对象区域b的一边的长度大于10μm时，距离d相对于分析对象区域b的一边的长度优选0.1～1.0倍，更优选0.2～0.7倍。
符号说明
1：电子源
2：电子束
3：会聚透镜(透镜部)
4：物镜(透镜部)
5：液氮罐
6：液氮阱
7：试样
8：特性X射线
9：分光晶体(碳检测部)
10：X射线检测器(碳检测部)
11：试样台(扫描驱动部，试样加热部)
12：等离子体或氧自由基发生装置
13：离子枪(溅射部)
14：试样室
15：试样准备室
16：真空泵
17：真空泵
a：扫描线圈(扫描驱动部)
b：分析对象区域
c：电子束照射区域
d：距离
e：控制装置
f：图像输出装置

Claims (10)

1.一种微量碳定量分析装置，具备：
被抽真空的试样室、
通过液氮冷却来捕获所述试样室内的残留气体的液氮阱、
对所述试样室内的试样表面和所述试样室内吹送等离子体或氧自由基的等离子体或氧自由基发生装置、
产生电子束的电子源、
使所述产生的电子束会聚的透镜部、
在所述试样室内的试样上扫描所述会聚了的电子束或者在固定所述会聚了的电子束的状态下驱动所述试样室内的试样的扫描驱动部、和
检测由照射了电子束的试样发射的碳的特性X射线的碳检测部，
并且，设置2台以上的所述碳检测部，
根据所设置的2台以上的所述碳检测部检测到的碳的特性X射线来对所述试样室内的试样中的微量碳进行定量,
所述碳检测部为具备分光晶体和X射线检测器的波长色散型X射线分光器。
2.根据权利要求1所述的微量碳定量分析装置，其中，进一步具备在电子束照射中将所述试样室内的试样加热保持在50℃以上的试样加热部。
3.根据权利要求1或2所述的微量碳定量分析装置，其中，进一步具备对所述试样室内的试样表面进行溅射的溅射部。
4.根据权利要求1或2所述的微量碳定量分析装置，其中，进一步具备：
从外部环境放置试样并被抽真空的试样准备室、和
对所述试样准备室内的试样表面吹送等离子体或氧自由基的第2等离子体或氧自由基发生装置。
5.根据权利要求3所述的微量碳定量分析装置，其中，进一步具备：
从外部环境放置试样并被抽真空的试样准备室、和
对所述试样准备室内的试样表面吹送等离子体或氧自由基的第2等离子体或氧自由基发生装置。
6.一种微量碳定量分析方法，所述微量碳定量分析方法使用了权利要求1所述的微量碳定量分析装置，
利用所述液氮阱来捕获所述试样室内的残留气体，
在电子束照射前使用所述等离子体或氧自由基发生装置对所述试样室内的试样表面和所述试样室内吹送等离子体或氧自由基，
根据所设置的2台以上的所述碳检测部检测出的碳的特性X射线来对所述试样室内的试样中的微量碳进行定量。
7.根据权利要求6所述的微量碳定量分析方法，其中，在电子束照射中将所述试样室内的试样加热保持在50℃以上。
8.根据权利要求6或7所述的微量碳定量分析方法，其中，在电子束照射前对所述试样室内的试样表面进行溅射。
9.根据权利要求6或7所述的微量碳定量分析方法，其中，在对所述试样室内的试样进行面分析时，将比试样的分析对象区域更向外侧宽的区域作为照射电子束的电子束照射区域，并且仅在电子束照射所述分析对象区域期间进行面分析。
10.根据权利要求8所述的微量碳定量分析方法，其中，在对所述试样室内的试样进行面分析时，将比试样的分析对象区域更向外侧宽的区域作为照射电子束的电子束照射区域，并且仅在电子束照射所述分析对象区域期间进行面分析。
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