JP3151709B2 - Elemental analysis method and elemental analyzer - Google Patents

Elemental analysis method and elemental analyzer

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JP3151709B2 JP02429199A JP2429199A JP3151709B2 JP 3151709 B2 JP3151709 B2 JP 3151709B2 JP 02429199 A JP02429199 A JP 02429199A JP 2429199 A JP2429199 A JP 2429199A JP 3151709 B2 JP3151709 B2 JP 3151709B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、粒子ビームを分析
試料に照射し、この分析試料から放出される特性X線を
利用して、その分析試料の元素分析を行う元素分析方法
に関する。又、本発明は、この元素分析方法を達成する
元素分析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an elemental analysis method for irradiating an analysis sample with a particle beam and performing elemental analysis of the analysis sample using characteristic X-rays emitted from the analysis sample. Further, the present invention relates to an elemental analyzer for achieving the elemental analysis method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の元素分析装置には、図2
に示すような電子線マイクロアナライザ(EPMA:E
lectron Probe Micro Analy
zer)が広く用いられてきた。この電子線マイクロア
ナライザは、粒子ビームとして電子ビームを使用し、こ
の電子ビームを分析試料に照射し、分析試料に入射した
電子により分析試料中の原子の電子をたたき出させるこ
とによりこの分析試料中の当該原子を励起状態にして分
析試料から特性X線を放出させ、この分析試料から放出
される特性X線を検出して、その分析試料の元素を特定
するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, an elemental analyzer of this type has a structure shown in FIG.
Electron beam microanalyzer (EPMA: E)
Electron Probe Micro Analysis
zer) has been widely used. This electron beam microanalyzer uses an electron beam as a particle beam, irradiates the electron beam to an analysis sample, and strikes out electrons of atoms in the analysis sample by electrons incident on the analysis sample, thereby forming an electron beam in the analysis sample. The characteristic X-ray is emitted from the analysis sample by setting the atom to an excited state, and the characteristic X-ray emitted from the analysis sample is detected to specify the element of the analysis sample.

【0003】詳しくは、この電子線マイクロアナライザ
は、電子ビームを発生する電子ビーム発生装置10を有
する。レンズ12及び走査コイル13からなる照射機構
は、この電子ビームを分析試料11に照射させ、この分
析試料11に入射した電子を分析試料11中の原子の電
子をたたき出させることによりこの分析試料中の当該原
子を励起状態にして分析試料11から特性X線を放出さ
せる。X線検出器14は、特性X線を検出する。このX
線検出器14の検出結果が、分析試料11の元素分析に
使用される。なお、分析試料11は試料微動装置15上
に載せられ、試料微動装置15により真空室16内にお
ける分析試料11の位置を微調整される。真空室16は
真空ポンプ17により所定の真空度に保たれる。
More specifically, this electron beam micro analyzer has an electron beam generator 10 for generating an electron beam. The irradiation mechanism including the lens 12 and the scanning coil 13 irradiates the analysis sample 11 with the electron beam, and strikes the electrons incident on the analysis sample 11 to the electrons of the atoms in the analysis sample 11 to thereby analyze the analysis sample. Is set to an excited state to emit characteristic X-rays from the analysis sample 11. The X-ray detector 14 detects characteristic X-rays. This X
The detection result of the line detector 14 is used for elemental analysis of the analysis sample 11. The analysis sample 11 is placed on the sample fine movement device 15, and the position of the analysis sample 11 in the vacuum chamber 16 is finely adjusted by the sample fine movement device 15. The vacuum chamber 16 is maintained at a predetermined degree of vacuum by a vacuum pump 17.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の電子線
マイクロアナライザ(EPMA)では、その原理により
X線発生領域(すなわち元素分析領域)が深さ数[μ
m]程度までとかなり深いために、物質最表面層の元素
分析は不可能である(図3参照)。
However, in the above-mentioned electron beam microanalyzer (EPMA), the X-ray generation region (that is, the elemental analysis region) has a depth of several μm.
m], the elemental analysis of the outermost surface layer of the substance is impossible (see FIG. 3).

【0005】具体的に説明すると、加速電圧:V0 [k
V]の電子ビームを平均原子量:A、平均原子番号:
Z、平均密度:ρ[g/cm3 ]の物質に入射したとき
のX線発生領域(すなわち元素分析領域)は、臨界励起
電圧:Vk [kV](ただしV0 >Vk 、V0 がVk
り小さいときには特性X線は発生しない)とすると、深
さ0.033(V0 1.7 −Vk 1.7 )A/ρZ[μm]
(通常数[μm])までの広い範囲となる。この式によ
ると、例えば10[kV]の電子ビームをシリコンに打
ち込んだときのX線発生領域(すなわち元素分析領域)
は、深さ1.3[μm]程度までとなる。
More specifically, an acceleration voltage: V 0 [k
V], the average atomic weight: A, the average atomic number:
Z, the X-ray generation region (that is, the elemental analysis region) when incident on a substance having an average density: ρ [g / cm 3 ] has a critical excitation voltage: V k [kV] (where V 0 > V k , V 0 Is smaller than V k, no characteristic X-ray is generated), and a depth of 0.033 (V 0 1.7 −V k 1.7 ) A / ρZ [μm]
(Usually several [μm]). According to this equation, for example, an X-ray generation region (ie, an elemental analysis region) when an electron beam of 10 [kV] is injected into silicon.
Is about 1.3 [μm] deep.

【0006】このように、入射粒子として電子を利用し
た電子線マイクロアナライザ(EPMA)においては、
特性X線を発生させるために、励起電圧:Vk [kV]
(通常数[kV])以上の高いエネルギーをもった電子
を打ち込まなければならず、深さ数[μm]程度までと
いった深い領域の元素分析しかできないという問題点が
あった。
As described above, in an electron beam microanalyzer (EPMA) using electrons as incident particles,
Excitation voltage: V k [kV] to generate characteristic X-rays
There is a problem that electrons having high energy (usually several [kV]) or more must be injected, and only element analysis in a deep region such as a depth of several [μm] can be performed.

【0007】また、電子線マイクロアナライザ(EPM
A)よりも浅い領域の元素分析法としてオージェ電子分
光法(AES:Auger Electron Spe
ctroscopy)があるが、この手法をもってして
も、元素分析領域は深さ数[nm]程度までであり、や
はり物質最表面層の元素分析は不可能であった(図3参
照)。
An electron beam microanalyzer (EPM)
A) Auger electron spectroscopy (AES: Auger Electron Speech) as an elemental analysis method in a shallower region than A)
However, even with this method, the elemental analysis region is only up to several nm in depth, and elemental analysis of the outermost surface layer of the substance was impossible (see FIG. 3).

【0008】更に、物質最表面層元素分析の従来法とし
て、二次イオン質量分析法(SIMS:Seconda
ry Ion Mass Spectroscpoy)
があるが、この手法は原理的に破壊分析であり、試料を
非破壊で元素分析することができないという問題点があ
った(図3参照)。
Further, as a conventional method for elemental analysis of the outermost surface layer of a substance, secondary ion mass spectrometry (SIMS: Seconda) has been proposed.
ry Ion Mass Spectroscoopy)
However, this method is a destructive analysis in principle, and there is a problem that a sample cannot be analyzed in a nondestructive manner (see FIG. 3).

【0009】本発明の課題は、それ故、分析試料の物質
最表面層の非破壊元素分析が可能な元素分析方法を提供
することにある。
It is therefore an object of the present invention to provide an element analysis method capable of performing non-destructive element analysis of the outermost surface layer of a substance of an analysis sample.

【0010】本発明の別の課題は、分析試料の物質最表
面層の非破壊元素分析が可能な元素分析装置を提供する
ことにある。
Another object of the present invention is to provide an elemental analyzer capable of performing nondestructive elemental analysis of the outermost surface layer of a substance of an analysis sample.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、粒子ビ
ームを分析試料に照射し、この分析試料から放出される
特性X線を利用して、その分析試料の元素分析を行う元
素分析方法において、前記粒子ビームとして陽電子ビー
ムを使用し、前記陽電子ビームの前記分析試料への入射
エネルギーを1Vから100kVの範囲で制御して前記
陽電子ビームを前記分析試料に照射し、前記分析試料の
物質最表面層から数μm程度までの範囲にある深さにお
ける元素分析を行うことを特徴とする元素分析方法が得
られる。
According to the present invention, there is provided an element analysis method for irradiating a particle beam to an analysis sample and performing elemental analysis of the analysis sample using characteristic X-rays emitted from the analysis sample. The positron beam is used as the particle beam, the incident energy of the positron beam to the analysis sample is controlled in the range of 1 V to 100 kV, and the positron beam is irradiated on the analysis sample, and the material of the analysis sample is analyzed. An elemental analysis method characterized by performing elemental analysis at a depth ranging from the surface layer to about several μm is obtained.

【0012】更に本発明によれば、陽電子ビームを発生
する陽電子ビーム発生装置と、前記陽電子ビームを分析
試料に照射させ、該分析試料から特性X線を放出させる
照射手段と、前記特性X線を検出するX線検出器とを備
え、前記陽電子ビームの前記分析試料への入射エネルギ
ーが1Vから100kVまでの範囲にある前記陽電子ビ
ームを前記分析試料に照射し、前記分析試料の物質最表
面層から数μm程度までの範囲にある深さにおける元素
分析を行うことを特徴とする元素分析装置が得られる。
Further, according to the present invention, a positron beam generator for generating a positron beam, irradiation means for irradiating the analysis sample with the positron beam and emitting characteristic X-rays from the analysis sample, X-ray detector for detecting, the incident energy of the positron beam to the analysis sample is irradiated with the positron beam in the range of 1 V to 100 kV to the analysis sample, from the material outermost layer of the analysis sample An elemental analysis apparatus characterized by performing elemental analysis at a depth in a range up to about several μm is obtained.

【0013】また本発明によれば、前記陽電子ビーム発
生装置は、前記陽電子ビームの前記分析試料への入射エ
ネルギーを1Vから100kVまでの範囲で可変であ
り、前記分析試料の元素分析領域を前記分析試料の物質
最表面層から数μm程度までの範囲で可変としたことを
特徴とする元素分析装置が得られる。
Further, according to the present invention, the positron beam generator can change an incident energy of the positron beam to the analysis sample in a range of 1 V to 100 kV, and can analyze an elemental analysis region of the analysis sample by the analysis. An elemental analyzer characterized by being variable in the range from the outermost surface layer of the sample to about several μm is obtained.

【0014】[0014]

【作用】このように本発明では、粒子ビームとして陽電
子ビームを使用し、この陽電子ビームを分析試料に照射
し、分析試料に入射した陽電子を分析試料中の原子の電
子と対消滅させることによりこの分析試料中の当該原子
を励起状態にして特性X線を発生させることによって、
電子線マイクロアナライザ(EPMA)やオージェ電子
分光法(AES)や二次イオン質量分析法(SIMS)
などでは不可能であった物質最表面層の非破壊元素分析
が可能となった。
As described above, in the present invention, a positron beam is used as a particle beam, and the positron beam is irradiated on the analysis sample, and the positrons incident on the analysis sample are annihilated with the electrons of the atoms in the analysis sample. By causing the atom in the analysis sample to be in an excited state to generate a characteristic X-ray,
Electron beam micro analyzer (EPMA), Auger electron spectroscopy (AES), secondary ion mass spectrometry (SIMS)
Nondestructive elemental analysis of the outermost surface layer of a substance, which was not possible with such methods, has become possible.

【0015】「特性X線」とは、物質に通常電子ビーム
などを当て、原子の内殻電子をたたき出し、原子を励起
状態に変え、その状態から元の基定状態に戻る際に放出
される、各元素に固有な線スペクトル状X線をいう。
「陽電子による特性X線発生」では、物質に電子ビーム
ではなく、陽電子ビームを当て、「原子の内殻電子をた
たき出」す代わりに、「原子の内殻電子を入射陽電子と
対消滅させる」ことにより、原子を励起状態に変え、特
性X線を発生させる。この手法により、物質最表面層の
非破壊元素分析やバックグラウンドノイズの小さな元素
分析、電子ビームでは不可能であった物質の元素分析な
どが可能になる。
"Characteristic X-rays" are emitted when a substance is normally irradiated with an electron beam or the like to strike out the inner shell electrons of the atoms, change the atoms to an excited state, and return to the original base state from that state. , A line spectrum-like X-ray unique to each element.
In "characteristic X-ray generation by positrons", instead of hitting a substance with a positron beam instead of an electron beam and "striking out the inner core electrons of an atom", "annihilating the inner core electrons of an atom with an incident positron" As a result, the atoms are changed to an excited state, and characteristic X-rays are generated. This method enables non-destructive elemental analysis of the outermost surface layer of the substance, elemental analysis with small background noise, elemental analysis of a substance that was impossible with an electron beam, and the like.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】次に本発明の実施例について図面
を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0017】図1を参照すると、本発明の一実施例によ
る元素分析方法を達成する元素分析装置は、図2と同様
の参照符号で示される同様の部分を含む。この元素分析
装置は、粒子ビームとして陽電子ビームを発生する陽電
子ビーム発生装置20を有するものであり、以下、陽電
子線マイクロアナライザ(PPMA:Positron
Probe Micro Analyzer)と呼
ぶ。この陽電子線マイクロアナライザ(PPMA)にお
いては、レンズ12及び走査コイル13からなる照射機
構は、この陽電子ビームを分析試料11に照射させ、こ
の分析試料11に入射した陽電子を分析試料11中の原
子の電子と対消滅させることによりこの分析試料11中
の当該原子を励起状態にして分析試料11から特性X線
を放出させる。X線検出器14は、当該特性X線を検出
する。このX線検出器14の検出結果が、分析試料11
の元素分析に使用される。
Referring to FIG. 1, an elemental analysis apparatus for achieving the elemental analysis method according to one embodiment of the present invention includes the same parts indicated by the same reference numerals as those in FIG. This elemental analyzer has a positron beam generator 20 for generating a positron beam as a particle beam. Hereinafter, a positron beam microanalyzer (PPMA: Positron) will be described.
Probe Micro Analyzer). In the positron beam microanalyzer (PPMA), an irradiation mechanism including a lens 12 and a scanning coil 13 irradiates the positron beam to the analysis sample 11, and converts the positrons incident on the analysis sample 11 into atoms of the analysis sample 11. The characteristic X-rays are emitted from the analysis sample 11 by extinguishing the electrons with the electrons to make the corresponding atoms in the analysis sample 11 into an excited state. The X-ray detector 14 detects the characteristic X-ray. The detection result of this X-ray detector 14 is
Used for elemental analysis of

【0018】陽電子ビーム発生装置20は、陽電子ビー
ムの分析試料11への入射エネルギーが1V〜100k
Vの範囲にある陽電子ビームを発生する。
The positron beam generator 20 has a positron beam incident energy on the analysis sample 11 of 1 V to 100 k.
A positron beam in the range of V is generated.

【0019】電子検出器21は、分析試料11への陽電
子ビーム入射により分析試料11から放出される2次電
子又は反射電子を検出し、分析試料11の表面の顕微鏡
像を得る。
The electron detector 21 detects secondary electrons or reflected electrons emitted from the analysis sample 11 when the positron beam is incident on the analysis sample 11, and obtains a microscope image of the surface of the analysis sample 11.

【0020】分析試料11に入射した陽電子が分析試料
11中の電子と対消滅するときに発生する消滅γ線を検
出するγ線検出器(図示せず)を設けて、X線検出と同
時計数をとるようにしても良い。
A gamma ray detector (not shown) for detecting an annihilation gamma ray generated when a positron incident on the analysis sample 11 is annihilated with an electron in the analysis sample 11 is provided, and X-ray detection and simultaneous counting are performed. May be taken.

【0021】分析試料11への陽電子ビーム入射により
分析試料11で散乱される陽電子を検出する陽電子検出
器(図示せず)を設けて、陽電子像を得るようにしても
良い。
A positron detector (not shown) for detecting a positron scattered by the analysis sample 11 due to the positron beam incident on the analysis sample 11 may be provided to obtain a positron image.

【0022】更に、図2に示した電子ビーム発生装置1
0を併用するようにしても良い。この場合、この電子ビ
ーム発生装置10が陽電子ビーム発生装置20の代りに
起動された時には、レンズ12及び走査コイル13から
なる照射機構は、電子ビームを分析試料11に照射さ
せ、分析試料11に入射した電子により分析試料11中
の原子の電子をたたき出させることによりこの分析試料
11中の当該原子を励起状態にして分析試料11から特
性X線を放出させる。又、X線検出器14は、当該特性
X線を検出して、このX線検出器14の検出結果が、分
析試料11の元素分析に使用される。
Further, the electron beam generator 1 shown in FIG.
0 may be used together. In this case, when the electron beam generator 10 is started up instead of the positron beam generator 20, the irradiation mechanism including the lens 12 and the scanning coil 13 irradiates the analysis sample 11 with the electron beam, and impinges on the analysis sample 11. By hitting the electrons of the atoms in the analysis sample 11 with the generated electrons, the atoms in the analysis sample 11 are excited to emit characteristic X-rays from the analysis sample 11. Further, the X-ray detector 14 detects the characteristic X-ray, and the detection result of the X-ray detector 14 is used for elemental analysis of the analysis sample 11.

【0023】次にこの陽電子線マイクロアナライザ(P
PMA)の各部について説明する。
Next, the positron beam microanalyzer (P
(PMA) will be described.

【0024】陽電子ビームは、サイクロトロンや電子線
形加速器などの加速器やβ+ 崩壊性同位元素などを利用
して得られるものを使用する。陽電子は所定のエネルギ
ーに加速された後、レンズ(収束レンズや対物レンズ)
12で絞られ、分析試料11上に照射される。分析試料
11上に結像される陽電子ビームを真円にするために非
点収差補正コイル(図示せず)を用いることもある。
As the positron beam, a beam obtained by using an accelerator such as a cyclotron or an electron linear accelerator, or a β + decaying isotope is used. Positrons are accelerated to a predetermined energy and then converted into a lens (convergent lens or objective lens)
The aperture is squeezed at 12 and irradiated onto the analysis sample 11. An astigmatism correction coil (not shown) may be used to make the positron beam formed on the analysis sample 11 a perfect circle.

【0025】走査コイル(陽電子ビーム偏向コイル)1
3は、入射陽電子ビームを分析試料11面上で任意に走
査するためのコイルで、このコイル13と同期してブラ
ウン管(図示せず)を走査することによって、あらゆる
信号の変化をブラウン管上に表示することができる。
Scanning coil (positron beam deflection coil) 1
Reference numeral 3 denotes a coil for arbitrarily scanning an incident positron beam on the surface of the analysis sample 11, and by scanning a cathode ray tube (not shown) in synchronization with the coil 13, displays any signal change on the cathode ray tube. can do.

【0026】試料微動装置15は、分析試料11のX、
Y(水平方向)、Z(上下方向)移動、回転、傾斜など
を行うものである。
The sample fine movement device 15 is provided with X,
It performs Y (horizontal direction), Z (vertical direction) movement, rotation, inclination, and the like.

【0027】X線検出器14は通常波長分散型X線分光
器(WDS)を使用するが、エネルギー分散型X線分光
器(EDS)を併設することもある。前者の特長は、そ
の優れた波長分解能にあり、後者の特長は多元素同時分
析が可能であることである。
The X-ray detector 14 normally uses a wavelength-dispersive X-ray spectrometer (WDS), but may include an energy-dispersive X-ray spectrometer (EDS). The former feature lies in its excellent wavelength resolution, and the latter feature is that multi-element simultaneous analysis is possible.

【0028】電子検出器21は、例えばシンチレータと
光電子増倍管よりなっており、2次電子や反射電子を検
出する。また、半導体検出器によって反射電子を検出す
ることもできる。
The electron detector 21 comprises, for example, a scintillator and a photomultiplier tube, and detects secondary electrons and reflected electrons. Further, reflected electrons can be detected by a semiconductor detector.

【0029】真空ポンプ17は、ロータリポンプやディ
フェージョンポンプ、ターボ分子ポンプ、イオンポンプ
などを使用する。
As the vacuum pump 17, a rotary pump, a diffusion pump, a turbo molecular pump, an ion pump or the like is used.

【0030】観察光学系(図示せず)は、試料微動装置
15と併用して、分析試料11の分析位置を探索確認し
たり、分析位置をX線分光器の焦点を合わせたりするの
に利用する。
An observation optical system (not shown) is used together with the sample fine movement device 15 to search and confirm the analysis position of the analysis sample 11 and to focus the analysis position on the X-ray spectroscope. I do.

【0031】また、必要に応じて、上述の陽電子検出器
(図示せず)を用いて陽電子の検出・分析などを行った
り、上述のγ線検出器(図示せず)を用いて消滅γ線の
検出・分析などを行うことも有効である。
If necessary, detection and analysis of positrons are performed using the above-described positron detector (not shown), and annihilation γ-rays are generated using the above-mentioned γ-ray detector (not shown). It is also effective to perform detection / analysis of the data.

【0032】さらに、陽電子ビームの誘導に、陽電子ビ
ーム誘導用コイル(図示せず)による磁場を利用するこ
ともある。
Furthermore, a magnetic field generated by a positron beam guiding coil (not shown) may be used to guide the positron beam.

【0033】ここで、入射粒子として電子ではなく陽電
子を利用すると、どのようなメリットがあるかを電子線
マイクロアナライザ(EPMA)と比較して説明する。
Here, the merits of using positrons instead of electrons as incident particles will be described in comparison with an electron beam micro analyzer (EPMA).

【0034】前記のように、電子を利用した電子線マイ
クロアナライザ(EPMA)の場合には、特性X線を発
生させるために、励起電圧:Vk [kV](通常数[k
V])以上の高いエネルギーをもった電子を打ち込まな
ければならず、深さ数[μm]程度までといった深い領
域の元素分析しかできなかった。このため、電子を利用
した電子線マイクロアナライザ(EPMA)では、物質
最表面層の元素分析が不可能であった。
As described above, in the case of an electron beam microanalyzer (EPMA) using electrons, an excitation voltage: V k [kV] (usually several [k
V]), an electron having a higher energy than that must be injected, and only elemental analysis in a deep region such as a depth of about several μm was possible. For this reason, elemental analysis of the outermost surface layer of a substance was impossible with an electron beam microanalyzer (EPMA) using electrons.

【0035】これに対して、入射粒子として陽電子を使
用する陽電子線マイクロアナライザ(PPMA)では、
陽電子が分析試料中の電子と対消滅するときのエネルギ
ー収支により、励起電圧:Vk は0となる。すなわち、
どんな低エネルギーの陽電子でもX線を発生せることが
でき、そのような低エネルギー(数〜数十[V])の陽
電子を利用することにより、物質最表面層の元素分析が
非破壊で可能となる(図3参照)。
On the other hand, in a positron microanalyzer (PPMA) using positrons as incident particles,
The excitation voltage: V k becomes 0 due to the energy balance when the positron annihilates with the electron in the analysis sample. That is,
X-rays can be generated from any low-energy positron, and by using such low-energy (several to several tens of volts) positrons, elemental analysis of the outermost surface layer of a material is possible without destruction. (See FIG. 3).

【0036】具体的に説明すると、加速電圧:V0 [k
V]の陽電子ビームを平均原子量:A、平均原子番号:
Z、平均密度:ρ[g/cm3 ]の物質に入射したとき
のX線発生領域(すなわち元素分析領域)は、深さ0.
033V0 1.7 A/ρZ[μm](サブ[オングストロ
ーム]〜数[μm])までとなり、電子ビームを使用す
るときに存在した「加速電圧:V0 の下限値(すなわ
ち、励起電圧:Vk )」がなくなる(0になる)。した
がって、十分低エネルギー(数〜数+[V])の陽電子
でもX線を発生させることが可能であり、そのような十
分低エネルギー(数〜数十[V])の陽電子を試料に入
射すれば、物質最表面層の元素分析が非破壊で可能とな
る。また、陽電子のエネルギーを次第に上げていくこと
により、物質最表面層から物質表面近傍、さらにより深
い領域へと深さ方向非破壊元素分析が可能になる。
More specifically, the acceleration voltage: V 0 [k
V] of the positron beam, average atomic weight: A, average atomic number:
Z, an X-ray generation region (that is, an elemental analysis region) when incident on a substance having an average density of ρ [g / cm 3 ] has a depth of 0.
033 V 0 1.7 A / ρZ [μm] (sub [angstrom] to several [μm]), which is the lower limit of acceleration voltage: V 0 (that is, excitation voltage: V k ) that was present when using an electron beam. Disappears (becomes 0). Therefore, it is possible to generate X-rays even with a positron having sufficiently low energy (several to several + [V]), and such a positron having sufficiently low energy (several to several tens [V]) is incident on the sample. If this is the case, elemental analysis of the outermost layer of the substance becomes possible in a non-destructive manner. Also, by gradually increasing the energy of the positron, nondestructive elemental analysis in the depth direction from the outermost surface layer of the substance to the vicinity of the substance surface and further deeper becomes possible.

【0037】以上のように、電子線マイクロアナライザ
(EPMA)では深さ数[μm]程度までの深い領域の
元素分析しかできないのに対して、陽電子線マイクロア
ナライザ(PPMA)を使用すれば、物質最表面層から
物質表面近傍、さらにより深い領域へと、物質最表面層
〜深さ数[μm]程度までの深さ方向非破壊元素分析が
可能になる。特に、電子線マイクロアナライザ(EPM
A)では不可能であった物質最表面層の元素分析が陽電
子線マイクロアナライザ(PPMA)では非破壊で可能
となることが、最大の特長である。
As described above, an electron beam microanalyzer (EPMA) can only perform elemental analysis in a deep region up to a depth of about several μm, whereas a positron beam microanalyzer (PPMA) can From the outermost surface layer to the vicinity of the surface of the material and further deeper, nondestructive elemental analysis in the depth direction from the outermost surface layer of the material to several [μm] in depth becomes possible. In particular, electron beam microanalyzers (EPM
The greatest feature is that elemental analysis of the outermost surface layer of the material, which was not possible with A), can be performed nondestructively with a positron beam microanalyzer (PPMA).

【0038】また、十分低エネルギー(数〜数十
[V])の陽電子を入射した場合、そのとき発生するバ
ックグランドノイズはかなり小さくなるため、精度(S
/N)の良いデータが得られることも、陽電子線マイク
ロアナライザ(PPMA)の特長としてあげることがで
きる。
When a positron having sufficiently low energy (several to several tens of volts) is incident, the background noise generated at that time is considerably small, and the accuracy (S
/ N) can be obtained as a feature of the positron beam microanalyzer (PPMA).

【0039】さらに、入射した陽電子が分析試料中の電
子と対消滅するときに放出する消滅γ線を検出し、X線
検出と同時計数をとるようにして、より一層のバックグ
ラウンドノイズ除去による精度(S/N)の向上を図っ
てもよい。
Further, an annihilation gamma ray emitted when the incident positron annihilates with an electron in the analysis sample is detected, and coincidence with X-ray detection is performed, so that the accuracy by further background noise removal is improved. (S / N) may be improved.

【0040】このように、陽電子を利用すると、電子を
利用したときと比べて、精度(S/N)の良い分析が可
能になる。これはすなわち、陽電子を利用すると、電子
を利用したときに比べて、少ない電荷量での分析が可能
になること、つまり、試料に与える照射効果が小さくて
すむことを意味している。したがって、電子線マイクロ
アナライザ(EPMA)では不可能であった、帯電に敏
感な絶縁物質試料表面の分析や緩く表面に結合した吸着
原子の分析が、陽電子線マイクロアナライザ(PPM
A)では可能になることも、大きな特長である。
As described above, the use of the positron makes it possible to perform the analysis with higher accuracy (S / N) than the case where the electron is used. This means that the use of positrons enables analysis with a smaller amount of charge than the use of electrons, that is, the effect of irradiating the sample is small. Therefore, analysis of the surface of an insulating material sample that is sensitive to charging and analysis of adatoms loosely bonded to the surface, which were impossible with an electron beam microanalyzer (EPMA), have been performed by a positron beam microanalyzer (PPM).
What is possible in A) is a great feature.

【0041】次にこの陽電子線マイクロアナライザ(P
PMA)の作用を説明する。
Next, the positron beam microanalyzer (P
PMA) will be described.

【0042】1)サイクロトロンや電子線形加速器など
の加速器やβ+ 崩壊性同位元素などを利用して得られる
陽電子ビームを所定のエネルギーまで加速し、レンズ1
2で収束し、分析試料11に入射する。このとき、陽電
子ビームのエネルギーは1[V]〜100[kV]まで
可変であり、それに応じて元素分析領域も物質最表面層
〜数[μm]程度まで可変となる。特に、陽電子ビーム
のエネルギーが十分低い(数〜数十[V])ときには、
物質最表面層の非破壊元素分析が可能となる。また、陽
電子ビームの誘導に、上述の陽電子誘導用コイル(図示
せず)による磁場を利用することもある。
1) A positron beam obtained by using an accelerator such as a cyclotron or an electron linear accelerator or a β + decaying isotope is accelerated to a predetermined energy, and the lens 1
The light converges at 2 and enters the analysis sample 11. At this time, the energy of the positron beam is variable from 1 [V] to 100 [kV], and accordingly, the elemental analysis region is also variable from the outermost surface layer of the substance to about several [μm]. In particular, when the energy of the positron beam is sufficiently low (several to several tens [V]),
Non-destructive elemental analysis of the outermost surface layer of the substance becomes possible. The positron beam may be guided by a magnetic field generated by the positron guiding coil (not shown).

【0043】2)走査コイル13を用いて、入射陽電子
ビームを分析試料11表面上で走査する。このとき発生
する電子を電子検出器21で検出し、顕微鏡像を得るこ
とにより分析試料11表面の形態観察を行うことができ
る。
2) The incident positron beam is scanned on the surface of the analysis sample 11 using the scanning coil 13. The electrons generated at this time are detected by the electron detector 21 and a morphological observation of the surface of the analysis sample 11 can be performed by obtaining a microscope image.

【0044】3)試料微動装置15により、上記顕微鏡
像及び上述の観察光学系(図示せず)を利用して、分析
位置の調整・確認を行う。
3) The sample fine movement device 15 adjusts and confirms the analysis position using the above-mentioned microscope image and the above-mentioned observation optical system (not shown).

【0045】4)試料11から放出される特性X線をX
線検出器14で検出し、元素分析を行う。また、上述の
陽電子検出器(図示せず)や上述のγ線検出器(図示せ
ず)などを併用して、より詳細な分析を行うこともあ
る。
4) The characteristic X-ray emitted from the sample 11 is X
The light is detected by the line detector 14 and element analysis is performed. Further, a more detailed analysis may be performed by using the above-described positron detector (not shown) or the above-mentioned γ-ray detector (not shown) in combination.

【0046】本発明の主要原理である「陽電子による特
性X線発生」は、物質から特性X線を放出させ利用する
他の事例にも広く適用できる。すなわち、(1)「陽電
子による特性X線発生」を利用した「分析陽電子顕微
鏡」、(2)「陽電子による特性X線発生」を利用した
「軟X線出現電圧スペクトル法」、(3)「陽電子によ
る特性X線発生」を利用した「X線発生装置」、(4)
「陽電子による特性X線発生」を利用した「X線回折装
置」、(5)「陽電子による特性X線発生」を利用した
「蛍光X線分析装置」などの新装置を、本発明の主要原
理を応用して考案することができる。
The main principle of the present invention, "characteristic X-ray generation by positron", can be widely applied to other cases where characteristic X-rays are emitted from a substance and used. That is, (1) “analytical positron microscope” using “characteristic X-ray generation by positron”, (2) “soft X-ray appearance voltage spectrum method” using “characteristic X-ray generation by positron”, (3) “ "X-ray generator" using "characteristic X-ray generation by positron", (4)
The main principle of the present invention is a new apparatus such as an "X-ray diffraction apparatus" using "characteristic X-ray generation by positron" and (5) an "X-ray fluorescence analyzer" using "characteristic X-ray generation by positron". Can be devised by applying.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粒子ビームとして陽電子ビームを使用し、この陽電子ビ
ームを分析試料に照射し、分析試料に入射した陽電子を
分析試料中の原子の電子と対消滅させることによりこの
分析試料中の当該原子を励起状態にして特性X線を発生
させることによって、電子線マイクロアナライザ(EP
MA)やオージェ電子分光法(AES)や二次イオン質
量分析法(SIMS)などでは不可能であった物質最表
面層の非破壊元素分析が可能となった。また、入射する
陽電子ビームのエネルギーを変化させることにより、物
質最表面層から物質表面近傍、さらにより深い領域へ
と、物質最表面層〜深さ数[μm]程度までの深さ方向
非破壊元素分析が可能になる。更に、入射する陽電子ビ
ームのビーム径を十分に絞れば、深さ方向に面方向を加
えた3次元非破壊元素分析も可能である。
As described above, according to the present invention,
A positron beam is used as a particle beam, the positron beam is irradiated to the analysis sample, and the positrons incident on the analysis sample are annihilated with the electrons of the atoms in the analysis sample, thereby setting the atoms in the analysis sample to an excited state. By generating characteristic X-rays by electron beam microanalyzer (EP
MA), Auger electron spectroscopy (AES), secondary ion mass spectroscopy (SIMS), and the like, enabling nondestructive elemental analysis of the outermost surface layer of a substance. In addition, by changing the energy of the incident positron beam, the non-destructive element in the depth direction from the material outermost layer to a depth of about several μm from the material outermost layer to the vicinity of the material surface and further deeper. Analysis becomes possible. Furthermore, if the beam diameter of the incident positron beam is sufficiently reduced, three-dimensional non-destructive elemental analysis in which the plane direction is added in the depth direction is also possible.

【0048】また、本発明では、十分低エネルギー(数
〜数十[V])の陽電子を利用できるので、発生するバ
ックグラウンドノイズを小さくすることができ、精度
(S/N)の良いデータを得ることができる。更に入射
陽電子が分析試料中の電子と対消滅するときに放出する
消滅γ線を検出し、X線検出と同時計数をとれば、更に
高精度の分析が可能になる。
In the present invention, since positrons having sufficiently low energy (several to several tens of volts) can be used, the background noise generated can be reduced, and data with high accuracy (S / N) can be obtained. Obtainable. Further, if the annihilation γ-ray emitted when the incident positron annihilates with the electron in the analysis sample is detected and the coincidence counting is performed with the X-ray detection, the analysis can be performed with higher accuracy.

【0049】また、上述のように、本発明では、電子線
マイクロアナライザ(EPMA)より高精度の分析が可
能になるので、電子線マイクロアナライザ(EPMA)
よりも少ない電荷量での分析が可能になり、分析試料に
与える照射効果を小さくすることができる。これによ
り、電子線マイクロアナライザ(EPMA)では不可能
であった、帯電に敏感な絶縁物質試料表面の分析や緩く
表面に結合した吸着原子の分析が、本発明では可能にな
る。
Further, as described above, in the present invention, the analysis can be performed with higher accuracy than the electron beam microanalyzer (EPMA).
The analysis can be performed with a smaller charge amount, and the irradiation effect on the analysis sample can be reduced. As a result, the present invention enables analysis of the surface of an insulating material sample that is sensitive to charging and analysis of adsorbed atoms loosely bonded to the surface, which were not possible with an electron beam microanalyzer (EPMA).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例による元素分析方法を達成す
る元素分析装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of an elemental analyzer for achieving an elemental analysis method according to one embodiment of the present invention.

【図2】従来の元素分析方法を達成する元素分析装置の
概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of an elemental analysis device that achieves a conventional elemental analysis method.

【図3】従来及び本発明の元素分析方法を説明するため
の図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining an element analysis method of the related art and the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 電子ビーム発生装置 11 分析試料 13 走査コイル 14 X線検出器 15 試料微動装置 16 真空室 17 真空ポンプ 20 陽電子ビーム発生装置 21 電子検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electron beam generator 11 Analytical sample 13 Scanning coil 14 X-ray detector 15 Sample fine movement device 16 Vacuum chamber 17 Vacuum pump 20 Positron beam generator 21 Electron detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−93644(JP,A) 特開 平6−347555(JP,A) 特許2917092(JP,B2) 特許2590417(JP,B2) VISHNEVSKY I.N.,e t.al.,”EXCITATION OF NUCLEI Rh,Ag,AN D Au INDUCED BY TH E POSITRON ANNIHIL ATION ON THE BOUND ELECTRONS OF AN A TOM”,Yad Fiz,(1983), Vol.38,No.2,pp.273−279 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 23/22 - 23/227 JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-93644 (JP, A) JP-A-6-347555 (JP, A) Patent 2917092 (JP, B2) Patent 2590417 (JP, B2) VISHNEVSKY I . N. , Et. al. , "EXCATION OF NUCLEI Rh, Ag, AND Au INDUCED BY THE POSITRON ANNIHILATION ON THE BOUND ELECTRONS OF AN ATOM", Yad Fiz, 1983. 38, No. 2, pp. 273-279 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 23/22-23/227 JICST file (JOIS) WPI (DIALOG)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 粒子ビームを分析試料に照射し、この分
析試料から放出される特性X線を利用して、その分析試
料の元素分析を行う元素分析方法において、 前記粒子ビームとして陽電子ビームを使用し、前記陽電
子ビームの前記分析試料への入射エネルギーを1Vから
100kVの範囲で制御して前記陽電子ビームを前記分
析試料に照射し、前記分析試料の物質最表面層から数μ
m程度までの範囲にある深さにおける元素分析を行うこ
とを特徴とする元素分析方法。
1. An elemental analysis method for irradiating an analysis sample with a particle beam and performing an elemental analysis of the analysis sample using characteristic X-rays emitted from the analysis sample, wherein a positron beam is used as the particle beam. Then, the incident energy of the positron beam to the analysis sample is controlled in the range of 1 V to 100 kV to irradiate the analysis sample with the positron beam, and several μm from the material outermost layer of the analysis sample.
An elemental analysis method comprising performing elemental analysis at a depth in a range up to about m.
【請求項2】 陽電子ビームを発生する陽電子ビーム発
生装置と、前記陽電子ビームを分析試料に照射させ、該
分析試料から特性X線を放出させる照射手段と、前記特
性X線を検出するX線検出器とを備え、 前記陽電子ビームの前記分析試料への入射エネルギーが
1Vから100kVまでの範囲にある前記陽電子ビーム
を前記分析試料に照射し、前記分析試料の物質最表面層
から数μm程度までの範囲にある深さにおける元素分析
を行うことを特徴とする元素分析装置。
2. A positron beam generator for generating a positron beam, irradiation means for irradiating an analysis sample with the positron beam and emitting characteristic X-rays from the analysis sample, and X-ray detection for detecting the characteristic X-ray And irradiating the analysis sample with the positron beam whose incident energy of the positron beam to the analysis sample is in the range of 1 V to 100 kV, and adjusting the positron beam to about several μm from the material outermost surface layer of the analysis sample. An element analyzer for performing elemental analysis at a depth within a range.
【請求項3】 請求項2に記載の元素分析装置におい
て、 前記陽電子ビーム発生装置は、前記陽電子ビームの前記
分析試料への入射エネルギーを1Vから100kVまで
の範囲で可変であり、 前記分析試料の元素分析領域を前記分析試料の物質最表
面層から数μm程度までの範囲で可変としたことを特徴
とする元素分析装置。
3. The elemental analyzer according to claim 2, wherein the positron beam generator varies an incident energy of the positron beam to the analysis sample in a range from 1 V to 100 kV. An elemental analysis apparatus characterized in that an elemental analysis area is variable in a range from the outermost surface layer of the analysis sample to about several μm.
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VISHNEVSKY I.N.,et.al.,"EXCITATION OF NUCLEI Rh,Ag,AND Au INDUCED BY THE POSITRON ANNIHILATION ON THE BOUND ELECTRONS OF AN ATOM",Yad Fiz,(1983),Vol.38,No.2,pp.273−279

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