JP3649926B2 - Qualitative analysis method using surface analyzer - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スペクトルデータのエネルギー軸のずれを補正した後、エネルギー検索幅を狭くして精密な定性分析を行うようにした表面分析機器による定性分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)、オージェ電子分光装置(AES)、X線光電子分光装置(ESCA)などの表面分析機器を用いて試料表面の元素分布の分析を行う場合、全分析対象元素の遷移線、EPMAではKα線,Kβ線,Lα線,Lβ線,Mα線,Mβ線等、AESではKLL線,LMM線,LVV線,MVV線等、ESCAでは1s,2s,2p,3s,3p,3d等の遷移線を予めエネルギー順(EPMAの場合は波長順のこともある)に並べて一覧表で示した遷移線エネルギーテーブルを用い、ある元素を指定して、これらの遷移線のマーカーを測定スペクトル上に重ねて表示して、スペクトルの未知ピークに合致するかどうかを確かめることによって、未知のピークの同定が行われている。また一方、スペクトル中のピークを検出し、検出されたピークのエネルギー位置をこれらの遷移線のエネルギーと比較し、測定されたスペクトルから判定される試料中の含有元素を同定する分析である、いわゆる定性分析が行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように遷移線マーカーと測定スペクトルとを重ねて表示し、含有元素の定性分析を行う場合、遷移線のエネルギー位置は、測定に用いられる分光器の調整不良又は試料の化学結合の状態、更には試料の帯電状態等により、しばしば測定されたスペクトルのピーク位置からずれて表示されてしまい、たとえ遷移線のマーカーを表示しても、ピーク同定には役立たない場合があり、また遷移線マーカーは単に観察するだけで、その表示結果を同定結果に反映させることはできず、高精度の定性分析ができないという問題点があった。
【0004】
本発明は、従来の表面分析機器による定性分析における上記問題点を解消するためになされたもので、測定スペクトルのピーク位置に対して遷移線のエネルギー位置のずれが発生している場合でも、高精度の定性分析ができるようにした表面分析機器による定性分析方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明は、表面分析機器を用いて試料表面を定性分析する方法において、試料分析点から得られたスペクトルデータに対してエネルギー検索幅を広くとって、該スペクトルデータのスペクトルピークのエネルギー位置と元素遷移線エネルギーテーブルとに基づいて候補元素を仮選出するステップと、前記スペクトルデータに対して仮選出された候補元素の遷移線マーカーを重ね合わせて表示し、注目するスペクトルピークに対応する最も該当可能性の高い候補元素を選出するステップと、スペクトルデータの注目するピークと最も該当可能性の高い候補元素の遷移線マーカーのいずれかをずらして移動させて両者を合致させるステップと、前記注目ピークと合致させた遷移線マーカーのエネルギー位置をエネルギー基準として、該エネルギー基準に合うようにスペクトルデータ全体又は一部をシフトさせるステップと、エネルギー検索幅を十分狭くとって、精密な定性分析を行うステップとからなることを特徴とするものである。
【0006】
このように、最初にエネルギー検索幅を広くとって定性分析を行い、候補となる元素を選出し、次いで選出された候補元素の遷移線マーカーを表示し、そのマーカー位置を該当するスペクトルのピーク位置に、又はピーク位置をマーカー位置にエネルギー軸に沿って移動させることによって、該当するスペクトルのピークのエネルギーシフトをなくすか最小限度に抑える。次いで、エネルギーシフトをなくすか最小限度にして、且つエネルギー検索幅を狭くして元素同定を行うことにより、選択すべき遷移線の数が減少し同定精度を上げることが可能となる。また微小なピークに対しても、遷移線を割り付けることが可能となる。
【0007】
【発明の実施の形態】
次に、実施の形態について説明する。図1は、本発明に係る表面分析機器による含有元素の定性分析方法を適用したX線光電子分光装置(ESCA)の概略構成を示す図である。図1において、X線源1から発生したX線2は、試料ステージ3上に載置された試料4の表面に照射され、試料4のX線2の照射点で発生した光電子5は、半球型アナライザ6で分光され、マルチチャンネル検出器7で検出される。そして、マルチチャンネルアナライザ8において、マルチチャンネル検出器7から出力された検出信号が収集され、信号処理系9によって種々の信号処理を行い、定性分析処理が行われるようになっている。なお、10は表示装置、11は遷移線エネルギーテーブル、12はピークシフト補正ツールである。
【0008】
次に、前記X線光電子分光装置の信号処理系等において行われる、本発明に係る含有元素の定性分析方法の実施の形態について、図2のフローチャートを参照しながら説明する。まず、マルチチャンネル検出器7で検出されたスペクトルデータのピーク検出を行ってピークのエネルギー位置を求める。そして、最初に測定スペクトルのエネルギーシフトの影響を受けないほどエネルギー検索幅を広くとって、エネルギーテーブルを検索して粗い定性分析を行い候補元素を仮選出する(ステップ21)。
【0009】
次いで、検出されたスペクトルデータを表示装置10に表示すると共に、仮選出された候補元素の遷移線のエネルギーテーブルを呼び出して、図3に示すようにスペクトルデータ上に遷移線のエネルギー位置を縦線(遷移線マーカー)で重ね合わせて表示する。エネルギーテーブルには、遷移線名、エネルギー値の他に、その遷移線によるピークの相対的強度のデータも入っており、その相対的な強度に従って遷移線マーカーの縦線を表示すると、あるピークが特定の元素によるものであるか判定が容易になる。すなわち、エネルギーシフトがない場合には、遷移線マーカー位置とピーク位置が完全に一致するため、元素の判定は容易であるが、スペクトルデータにエネルギーシフトがある場合でも、遷移線マーカー位置とピーク位置のずれが一定方向にずれていることなどの傾向から、対象とするピークがいかなる元素によるものかを推定することはさほど困難ではない。このようにして、最も該当可能性の高い候補元素を選び出す(ステップ22)。
【0010】
次に、最も該当可能性の高い元素の遷移線マーカー位置とスペクトルデータ上のピーク位置のずれを、遷移線マーカー又はスペクトルをエネルギー軸上でずらすことにより、スペクトルデータのエネルギーシフト量をなくすか、その絶対値を最小限度に減らす。このステップの動作を詳細に述べると、まず、上記のようにして最も該当可能性の高い候補元素が選出されたとして、その候補元素の遷移線マーカー位置のシフトを行うには、遷移線マーカーを目的のスペクトルデータのピーク位置に合わせるために、ピークシフト補正ツール12を使って遷移線のマーカー位置を徐々にずらして行き、ピーク位置とマーカー位置が最もよく合致した部分で補正ツール12のずらし操作を止める(ステップ23)。ずらし最小ステップは、測定データの最小間隔(又は必要によってはそれ以下)まで任意に設定できるようになっている。
【0011】
マーカー位置が決まった部分で、補正ツール12の操作によりその位置を指示して確定させ、図4に示すように、スペクトルデータを表示しているエネルギー軸も、マーカー位置のずらしに合わせてシフトさせる(ステップ24)。例えば、遷移線のエネルギー位置をE,符号を含めてのシフト量をsとすれば、エネルギー校正されたエネルギーE′は、次式(1)のように表される。
E′=E+s ・・・・・・・・・・(1)
【0012】
次に、このような手法によりスペクトルデータのエネルギーシフト量をなくすか、あるいは最小限度に抑えてエネルギーシフトの校正を行った後、改めて再度定性分析を行う。この場合、最小のエネルギーシフト量を覆うように同定エネルギー検索幅を最小限度に狭くして実行する(ステップ25)。これにより、一つのピークに複数の遷移線が重なる可能性は少なくなり、より精度の高い定性分析が実現できる。例えば、主要なピークの近くに存在する微小なピーク、サテライトピークなどについては、通常の定性分析ではピーク名が正しく割り当てられることは稀であるが、エネルギーシフトの校正を正しく行い、同定検索幅をできるだけ狭くとることによって、より精度の高い定性分析を実現することが可能となり、微小ピークについても遷移線の特定が可能となる。
【0013】
上記実施の形態においては、スペクトルピークのシフトをスペクトル全体に亘って行うようにしたものを示したが、本発明は、スペクトルピークのシフトをスペクトル全体に亘って行うようにする場合のみに限るわけではなく、ケミカルシフトの場合のように、スペクトル上の特定のピークのみについてピークシフトを起こす場合もあり、又は2つ又はそれ以上の個数のピークに対して、直線的(又は曲線的)にピークシフトを起こしている場合も考えられるから、このような場合には、ピークシフトを生じさせている特定領域に対応してずれ補正を行うようにする。
【0014】
【発明の効果】
以上、実施の形態に基づいて説明したように、本発明によれば、測定スペクトルに対してエネルギー検索幅を広くして粗い定性分析を行って候補元素を仮選出し、仮選出された候補元素の遷移線マーカーを表示して最も該当可能性の高い候補元素を選出し、該候補元素の遷移線マーカー位置とスペクトルピーク位置のいずれかをずらしエネルギーシフト量をなくすか最小限度にして再度定性分析を行うようにしているので、高精度の定性分析が可能となると共に、微小なピークに対しても正しい遷移線の特定ができる等の利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る表面分析機器による含有元素の定性分析方法を適用したX線光電子分光装置の概略構成を示す図である。
【図2】図1に示したX線光電子分光装置で行われる本発明に係る定性分析方法を説明するためのフローチャートである。
【図3】測定スペクトルに候補元素の遷移線マーカーを重ねて表示させた態様を示す図である。
【図4】測定スペクトルのピークと最も該当可能性の高い候補元素の遷移線マーカーのいずれかをシフトさせて、エネルギーシフト量を最小限度とした態様を示す図である。
【符号の説明】
1 X線源
2 X線
3 試料ステージ
4 試料
5 光電子
6 半球型アナライザ
7 マルチチャンネル検出器
8 マルチチャンネルアナライザ
9 信号処理系
10 表示装置
11 遷移線エネルギーテーブル
12 ピークシフト補正ツール
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a qualitative analysis method using a surface analysis instrument in which a precise qualitative analysis is performed by narrowing an energy search width after correcting an energy axis shift of spectrum data.
[0002]
[Prior art]
In general, when analyzing the element distribution on the surface of a sample using a surface analyzer such as an electron probe microanalyzer (EPMA), an Auger electron spectrometer (AES), or an X-ray photoelectron spectrometer (ESCA), Transition line, EPMA: Kα line, Kβ line, Lα line, Lβ line, Mα line, Mβ line, etc. AES: KLL line, LMM line, LVV line, MVV line, etc. ESCA: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p , 3d, etc. Transition lines are arranged in advance in energy order (may be in wavelength order in the case of EPMA) and the transition line energy table shown in the list is used to specify certain elements and to set markers for these transition lines. An unknown peak is identified by overlaying it on the measured spectrum and checking whether it matches the unknown peak of the spectrum. On the other hand, it is an analysis for detecting a peak in a spectrum, comparing the energy position of the detected peak with the energy of these transition lines, and identifying the contained element in the sample determined from the measured spectrum. Qualitative analysis is being performed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the transition line marker and the measurement spectrum are superimposed and displayed as described above, and the qualitative analysis of the contained elements is performed, the energy position of the transition line is determined due to poor alignment of the spectroscope used for measurement or chemical bonding of the sample. Depending on the state of the sample and the charged state of the sample, it is often displayed deviated from the peak position of the measured spectrum. Even if the marker of the transition line is displayed, it may not be useful for peak identification. There is a problem that the line marker cannot be reflected in the identification result simply by observing the line marker, and qualitative analysis with high accuracy cannot be performed.
[0004]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in qualitative analysis using conventional surface analysis equipment, and even when there is a shift in the energy position of the transition line with respect to the peak position of the measured spectrum, It is an object of the present invention to provide a qualitative analysis method using a surface analysis instrument that enables qualitative analysis of accuracy.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a method for qualitative analysis of a sample surface using a surface analysis instrument, wherein the spectrum data obtained from the sample analysis point is broadened in energy search range. The candidate element is temporarily selected based on the energy position of the spectrum peak and the element transition line energy table, and the transition line marker of the candidate element temporarily selected is superimposed and displayed on the spectrum data for attention. Select the most likely candidate element corresponding to the spectrum peak, and move the peak of the spectrum data or the transition line marker of the most likely candidate element by shifting and matching them. And an energy position of the transition line marker matched with the peak of interest. As a reference, the steps of shifting the entire or part spectrum data to fit the energy reference, the energy search width taken sufficiently narrow, and is characterized in that comprising the step of performing a precise qualitative analysis.
[0006]
In this way, first, qualitative analysis is performed with a wide energy search range, candidate elements are selected, then transition line markers of the selected candidate elements are displayed, and the marker positions are indicated as peak positions of the corresponding spectrum. Or by moving the peak position to the marker position along the energy axis, the energy shift of the peak of the corresponding spectrum is eliminated or minimized. Next, by eliminating or minimizing the energy shift and narrowing the energy search width to perform element identification, the number of transition lines to be selected can be reduced and the identification accuracy can be increased. Also, a transition line can be assigned to a minute peak.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments will be described. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an X-ray photoelectron spectrometer (ESCA) to which a qualitative analysis method for contained elements using a surface analysis instrument according to the present invention is applied. In FIG. 1, X-rays 2 generated from an X-ray source 1 are irradiated on the surface of a sample 4 placed on a sample stage 3, and photoelectrons 5 generated at the irradiation point of the X-ray 2 of the sample 4 are hemispheres. The light is dispersed by the type analyzer 6 and detected by the multichannel detector 7. In the multichannel analyzer 8, the detection signals output from the multichannel detector 7 are collected, and various signal processing is performed by the signal processing system 9 to perform qualitative analysis processing. In addition, 10 is a display device, 11 is a transition line energy table, and 12 is a peak shift correction tool.
[0008]
Next, an embodiment of a qualitative analysis method for contained elements according to the present invention performed in a signal processing system of the X-ray photoelectron spectrometer will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the peak position of the spectrum data detected by the multichannel detector 7 is detected to obtain the peak energy position. First, the energy search range is widened so as not to be affected by the energy shift of the measured spectrum, the energy table is searched, a rough qualitative analysis is performed, and candidate elements are temporarily selected (step 21).
[0009]
Next, the detected spectrum data is displayed on the display device 10 and the transition table energy table of the tentatively selected candidate elements is called, and the energy position of the transition line is displayed on the spectrum data as shown in FIG. Overlay and display with (transition line marker). In addition to the transition line name and energy value, the energy table also contains data on the relative intensity of the peak due to the transition line. When the vertical line of the transition line marker is displayed according to the relative intensity, a certain peak appears. It is easy to determine whether it is due to a specific element. In other words, when there is no energy shift, the transition line marker position and the peak position are completely coincident with each other, so it is easy to determine the element, but even if there is an energy shift in the spectrum data, the transition line marker position and the peak position are It is not so difficult to estimate what element the target peak is due to the tendency that the deviation of the deviation is in a certain direction. In this way, candidate elements having the highest possibility of being selected are selected (step 22).
[0010]
Next, by shifting the transition line marker position of the most likely element and the peak position on the spectrum data, shifting the transition line marker or spectrum on the energy axis, the amount of energy shift of the spectrum data is eliminated, Reduce its absolute value to a minimum. The operation of this step will be described in detail. First, assuming that the candidate element having the highest possibility is selected as described above, the transition line marker is shifted in order to shift the transition line marker position of the candidate element. In order to match the peak position of the target spectral data, the marker position of the transition line is gradually shifted using the peak shift correction tool 12, and the shift operation of the correction tool 12 is performed at the portion where the peak position and the marker position are the best match. (Step 23). The minimum shift step can be arbitrarily set up to the minimum interval of measurement data (or less if necessary).
[0011]
At the portion where the marker position is determined, the position is instructed and determined by operating the correction tool 12, and as shown in FIG. 4, the energy axis displaying the spectrum data is also shifted in accordance with the shift of the marker position. (Step 24). For example, assuming that the energy position of the transition line is E and the shift amount including the sign is s, the energy E ′ whose energy is calibrated is expressed by the following equation (1).
E ′ = E + s (1)
[0012]
Next, the energy shift amount of the spectrum data is eliminated by such a method, or the energy shift is corrected to the minimum, and then qualitative analysis is performed again. In this case, the identification energy search width is narrowed to the minimum to cover the minimum energy shift amount (step 25). Thereby, the possibility that a plurality of transition lines overlap one peak is reduced, and a more accurate qualitative analysis can be realized. For example, for minute peaks and satellite peaks near the main peak, the peak name is rarely assigned correctly in normal qualitative analysis. By making it as narrow as possible, it becomes possible to realize a qualitative analysis with higher accuracy, and it is possible to specify a transition line even for a minute peak.
[0013]
In the above embodiment, the spectral peak shift is performed over the entire spectrum. However, the present invention is limited to the case where the spectral peak shift is performed over the entire spectrum. Instead, as in the case of chemical shifts, there may be peak shifts for only certain peaks on the spectrum, or linear (or curvilinear) peaks for two or more peaks. Since there may be a case where a shift has occurred, in such a case, a shift correction is performed corresponding to a specific region causing a peak shift.
[0014]
【The invention's effect】
As described above based on the embodiment, according to the present invention, a candidate element is provisionally selected by performing a rough qualitative analysis with a wide energy search range for the measurement spectrum, and the candidate element temporarily selected. The transition line marker is displayed and the most likely candidate element is selected, and either the transition line marker position or the spectrum peak position of the candidate element is shifted to eliminate or minimize the energy shift amount and to perform qualitative analysis again. As a result, it is possible to perform qualitative analysis with high accuracy and to obtain an advantage that a correct transition line can be specified even for a minute peak.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an X-ray photoelectron spectrometer to which a qualitative analysis method for contained elements using a surface analysis instrument according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a flowchart for explaining a qualitative analysis method according to the present invention performed by the X-ray photoelectron spectrometer shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a mode in which transition line markers of candidate elements are displayed superimposed on a measurement spectrum.
FIG. 4 is a diagram showing an aspect in which the energy shift amount is minimized by shifting any of the peak of the measurement spectrum and the transition line marker of the most likely candidate element.
[Explanation of symbols]
1 X-ray source 2 X-ray 3 Sample stage 4 Sample 5 Photoelectron 6 Hemispherical analyzer 7 Multichannel detector 8 Multichannel analyzer 9 Signal processing system
10 Display device
11 Transition line energy table
12 Peak shift correction tool

Claims (1)

表面分析機器を用いて試料表面を定性分析する方法において、試料分析点から得られたスペクトルデータに対してエネルギー検索幅を広くとって、該スペクトルデータのスペクトルピークのエネルギー位置と元素遷移線エネルギーテーブルとに基づいて候補元素を仮選出するステップと、前記スペクトルデータに対して仮選出された候補元素の遷移線マーカーを重ね合わせて表示し、注目するスペクトルピークに対応する最も該当可能性の高い候補元素を選出するステップと、スペクトルデータの注目するピークと最も該当可能性の高い候補元素の遷移線マーカーのいずれかをずらして移動させて両者を合致させるステップと、前記注目ピークと合致させた遷移線マーカーのエネルギー位置をエネルギー基準として、該エネルギー基準に合うようにスペクトルデータ全体又は一部をシフトさせるステップと、エネルギー検索幅を十分狭くとって、精密な定性分析を行うステップとからなることを特徴とする表面分析機器による定性分析方法。In a method for qualitative analysis of a sample surface using a surface analysis instrument, an energy search range is widened for spectrum data obtained from a sample analysis point, and an energy position of a spectrum peak of the spectrum data and an element transition line energy table A candidate element based on the above and a transition line marker of the candidate element temporarily selected with respect to the spectrum data are displayed in a superimposed manner, and the candidate most likely to correspond to the spectral peak of interest A step of selecting an element, a step of shifting one of the peak of interest in the spectral data and a transition line marker of the most likely candidate element by shifting them, and a transition matching the peak of interest The energy position of the line marker is used as the energy reference, and the energy reference is met. Step a, the energy search width taken sufficiently narrow, qualitative analysis method according to surface analysis apparatus characterized by comprising the step of performing a precise qualitative analysis for sea urchin spectral data whole or shift part.
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