JP6588362B2 - 相分析装置、相分析方法、および表面分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、相分析装置、相分析方法、および表面分析装置に関する。

電子プローブマイクロアナライザー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｓｅｒ、ＥＰＭＡ）等の表面分析装置により取得した元素マップデータを解析する手法として、相分析が知られている。相分析は、複数の元素の相関関係から化合物相を抽出し、相ごとの相関を調べる手法である。

例えば、特許文献１には、複数の元素マップデータに対して主成分分析を行うことで、自動で相マップを作成することができる相分析装置が開示されている。

特開２０１５−２１９２１７号公報

特許文献１に記載の相分析装置において、Ｘ線強度の分布を示すＸ線強度マップデータに対して主成分分析を行って相マップを作成した場合、Ｘ線強度の大きい元素が主成分分析の結果に大きな影響を与える。ここで、Ｘ線強度は、試料の性質だけでなくＸ線検出器の感度の影響も受ける。そのため、Ｘ線強度マップデータに対して主成分分析を行って相マップを作成した場合、主成分分析の結果に試料の性質だけでなくＸ線検出器の特性も含まれてしまい、良好な分析結果が得られない。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、良好な分析結果を得ることができる相分析装置、および相分析方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記相分析装置を含む表面分析装置を提供することにある。

（１）本発明に係る相分析装置は、
表面分析装置において試料からの信号を検出して得られた複数の信号強度マップデータを取得するマップデータ取得部と、
取得された複数の前記信号強度マップデータの各々に対して前記信号強度マップデータの各ピクセルの信号強度を質量濃度に変換する処理を行い、複数の質量濃度マップデータを作成する質量濃度マップデータ作成部と、
複数の前記質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する相マップ作成部と、
を含む。

このような相分析装置では、質量濃度マップデータ作成部が複数の信号強度マップデータから複数の質量濃度マップデータを作成し、相マップ作成部が複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する。そのため、このような相分析装置では、検出器の特性の影響が低減された良好な相マップを、容易に得ることができる。

（２）本発明に係る相分析装置において、
複数の前記質量濃度マップデータの各々に対して前記質量濃度マップデータの各ピクセルの質量濃度を信号強度に再変換する処理を行い、複数の再変換された信号強度マップデータを作成する信号強度マップデータ作成部と、
前記信号強度マップデータ作成部で作成された複数の前記再変換された信号強度マップデータから信号強度の散布図を作成する散布図作成部と、
を含んでいてもよい。

このような相分析装置では、ユーザーが信号強度マップデータを選択した場合に、相分析の結果として得られる散布図も信号強度の散布図となる。したがって、ユーザーは、相マップが質量濃度マップデータに対して主成分分析を行って作成されたことを意識することなく、直感的に相分析の結果を理解することができる。

（３）本発明に係る相分析装置において、
前記相マップ作成部は、
複数の前記質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、各前記質量濃度データのピクセルごとに主成分得点を求める処理と、
求めた前記主成分得点に基づいて、前記主成分得点の散布図を作成する処理と、
前記主成分得点の散布図からピーク位置を検出する処理と、
前記主成分得点の散布図上の各点と各前記ピーク位置との間の距離を求め、当該距離に基づいて前記主成分得点の散布図上の各点を複数のグループに分類し、前記相マップを作成する処理と、
を行ってもよい。

このような相分析装置では、ユーザーが多数の信号強度マップデータから適切な組み合わせを選択してその相関関係を見つけ出す必要がなく、容易に相マップを作成することができる。

（４）本発明に係る相分析装置において、
前記信号は、前記試料に電子線を照射することにより前記試料から発生したＸ線であってもよい。

（５）本発明に係る相分析装置において、
複数の前記信号強度マップデータを選択するための操作を受け付ける操作部を含み、
複数の前記信号強度マップデータが選択された場合に、前記マップデータ取得部は、選択された複数の前記信号強度マップデータを取得してもよい。

このような相分析装置では、ユーザーが信号強度マップデータを選択した場合であっても、質量濃度マップデータに対して主成分分析が行われ、相マップが作成される。したがって、このような相分析装置では、良好な相マップを、容易に得ることができる。

（６）本発明に係る相分析方法は、
表面分析装置において試料からの信号を検出して得られた複数の信号強度マップデータを取得するマップデータ取得工程と、
取得された複数の前記信号強度マップデータの各々に対して前記信号強度マップデータの各ピクセルの信号強度を質量濃度に変換する処理を行い、複数の質量濃度マップデータを作成する質量濃度マップデータ作成工程と、
複数の前記質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する相マップ作成工程と、
を含む。

このような相分析方法では、複数の信号強度マップデータから複数の質量濃度マップデータを作成する質量濃度マップデータ作成工程と、複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する相マップ作成工程とを含む。そのため、このような相分析方法では、検出器の特性の影響が低減された良好な相マップを、容易に得ることができる。

（７）本発明に係る相分析方法において、
複数の前記質量濃度マップデータの各々に対して前記質量濃度マップデータの各ピクセルの質量濃度を信号強度に再変換する処理を行い、複数の再変換された信号強度マップデータを作成する信号強度マップデータ作成工程と、
前記信号強度マップデータ作成工程で作成された複数の前記再変換された信号強度マップデータから信号強度の散布図を作成する散布図作成工程と、
を含んでいてもよい。

このような相分析方法では、ユーザーが信号強度マップデータを選択した場合に、相分析の結果として得られる散布図も信号強度の散布図となる。したがって、ユーザーは、相マップが質量濃度マップデータに対して主成分分析を行って作成されたことを意識することなく、直感的に相分析の結果を理解することができる。

（８）本発明に係る表面分析装置は、
本発明に係る相分析装置を含む。

このような表面分析装置では、本発明に係る相分析装置を含むため、良好な相マップを得ることができる。

本実施形態に係る相分析装置を模式的に示す図。 ユーザーがＸ線強度マップデータを選択した場合の相分析結果を示す結果表示画面の一例を示す図。 ユーザーが質量濃度マップデータを選択した場合の相分析結果を示す結果表示画面の一例を示す図。 本実施形態に係る相分析装置の動作の流れの一例を示すフローチャート。 分析対象となる複数のＸ線強度マップデータを示す図。 相分析結果を示す結果表示画面の参考例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 相分析装置
まず、本実施形態に係る相分析装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る相分析装置１００を模式的に示す図である。なお、図１では、相分析装置１００が表面分析装置１０００に含まれている場合について説明する。

表面分析装置１０００は、図１に示すように、相分析装置１００と、表面分析装置本体部１０と、を含む。

表面分析装置１０００は、電子線ＥＢを試料Ｓに照射して電子線ＥＢの照射に応じて試
料Ｓから発生する特性Ｘ線を検出して分析を行う。また、表面分析装置１０００は、試料Ｓの面分析（マップ分析）を行うことができる。表面分析装置１０００は、例えば、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）である。

１．１． 表面分析装置本体部
表面分析装置本体部１０は、電子銃１１と、集束レンズ１２と、偏向器１３と、対物レンズ１４と、試料ステージ１５と、二次電子検出器１７と、エネルギー分散型検出器１８と、波長分散型検出器１９と、を含んで構成されている。

電子銃１１は、電子線ＥＢを発生させる。電子銃１１は、所定の加速電圧により加速された電子線ＥＢを試料Ｓに向けて放出する。

集束レンズ１２は、電子銃１１の後段（電子線ＥＢの下流側）に配置されている。集束レンズ１２は、電子線ＥＢを集束させるためのレンズである。

偏向器１３は、集束レンズ１２の後段に配置されている。偏向器１３は、電子線ＥＢを偏向させることができる。偏向器１３に制御回路（図示せず）を介して走査信号を入力することにより、集束レンズ１２および対物レンズ１４で集束された電子線ＥＢを試料Ｓ上で走査することができる。

対物レンズ１４は、偏向器１３の後段に配置されている。対物レンズ１４は、電子線ＥＢを集束させて試料Ｓに照射する。

試料ステージ１５は、試料Ｓを支持することができる。試料ステージ１５上には、試料Ｓが載置される。図示はしないが、モーター等の駆動源を備えるステージ移動機構によって、試料ステージ１５を移動させることができる。

二次電子検出器１７は、試料Ｓから放出された二次電子を検出するための検出器である。二次電子検出器１７は、例えば、ＥＴ検出器（Ｅｖｅｒｈａｒｔ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。二次電子検出器１７の出力信号は、電子線ＥＢの走査信号と同期して記憶部１２４に記憶される。これにより、二次電子像（ＳＥＭ像）を得ることができる。

エネルギー分散型検出器１８は、Ｘ線をエネルギーで弁別し、スペクトルを得るための検出器である。エネルギー分散型検出器１８は、電子線ＥＢを試料Ｓに照射することにより試料Ｓから発生する特性Ｘ線を検出する。

波長分散型検出器１９は、試料Ｓから発生する特性Ｘ線を分離して検出する。波長分散型検出器１９は、例えば、分光結晶によるＸ線のブラッグ反射を利用して特定波長のＸ線を分離して検出する。

表面分析装置本体部１０では、試料Ｓのマップ分析（面分析）を行うことができる。具体的には、表面分析装置本体部１０では、試料Ｓの指定範囲を所定のピクセル（単位領域）に区切り、エネルギー分散型検出器１８または波長分散型検出器１９によって、各ピクセルのＸ線強度を測定することでＸ線強度マップデータ（信号強度マップデータの一例）を得ることができる。

Ｘ線強度マップデータは、元素の２次元的な分布の情報を含むデータであり、２次元的な位置（座標）と、各位置でのＸ線の強度の情報を含む。Ｘ線強度マップデータは、元素ごとに得られる。例えば、元素ＡについてのＸ線強度マップデータは、元素Ａの２次元的
な分布の情報を含むデータであり、位置と、各位置での元素ＡのＸ線強度の情報を含む。表面分析装置本体部１０から出力されたＸ線強度マップデータは、例えば、相分析装置１００の記憶部１２４に記憶される。

１．２． 相分析装置
相分析装置１００は、表面分析装置本体部１０におけるマップ分析の結果として得られた複数のＸ線強度マップデータを取得し、相分析を行う。相分析とは、複数の元素の相関関係から化合物相を抽出し、相ごとの相関を調べる手法である。相分析装置１００は、例えば、パーソナルコンピューター（ＰＣ）等で実現することができる。相分析装置１００は、処理部１１０と、操作部１２０と、表示部１２２と、記憶部１２４と、を含む。

操作部１２０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部１１０に送る処理を行う。操作部１２０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。

表示部１２２は、処理部１１０によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。

記憶部１２４は、処理部１１０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部１２４は、処理部１１０の作業領域として用いられ、処理部１１０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部１２４の機能は、ハードディスク、ＲＡＭなどにより実現できる。記憶部１２４には、Ｘ線強度を質量濃度に変換するためのデータベース（各元素の標準試料を測定したときのＸ線強度に関するデータベース）が記憶されている。

処理部１１０は、相分析を行う処理や、相分析結果を表示部１２２に表示させる制御などの処理を行う。処理部１１０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）でプログラムを実行することにより実現することができる。処理部１１０は、マップデータ取得部１１１と、質量濃度マップデータ作成部１１２と、相マップ作成部１１３と、信号強度マップデータ作成部１１４と、散布図作成部１１５と、表示制御部１１６と、を含む。

相分析装置１００では、相分析の対象として、Ｘ線強度マップデータと質量濃度マップデータのどちらを用いるかをユーザーが選択することができる。

ここで、質量濃度マップデータは、元素の２次元的な分布の情報を含むデータであり、２次元的な位置（座標）と、各位置での元素の質量濃度の情報を含む。質量濃度マップデータは、元素ごとに得られる。例えば、元素Ａについての質量濃度マップデータは、元素Ａの２次元的な分布の情報を含むデータであり、位置と、各位置での元素Ａの質量濃度の情報を含む。質量濃度マップデータは、Ｘ線強度マップデータの各ピクセルのＸ線強度を質量濃度に変換することで得られる。

相分析装置１００では、ユーザーがＸ線強度マップデータを選択した場合には、Ｘ線強度マップデータを質量濃度マップデータに変換し、質量濃度マップデータに対して主成分分析を行って相マップを作成した後、当該質量濃度マップデータをＸ線強度マップデータに再変換し、再変換されたＸ線強度マップデータからＸ線強度の散布図を作成する。

図２は、ユーザーがＸ線強度マップデータを選択した場合の相分析結果を示す結果表示画面２の一例を示す図である。

図２に示すように、ユーザーがＸ線強度マップデータを選択した場合には、結果表示画
面２には、相マップ２ａと、Ｘ線強度の散布図２ｂと、が表示される。

相マップ２ａは、ユーザーによって選択された複数のＸ線強度マップデータを複数の質量濃度マップデータに変換し、当該複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行うことにより作成された相マップである。

Ｘ線強度の散布図２ｂは、異なる２元素を組み合わせて作成された２元散布図である。Ｘ線強度の散布図２ｂは、相マップ２ａの作成に用いられた質量濃度マップデータを変換（再変換）して作成されたＸ線強度マップデータから作成される。

結果表示画面２に表示されるＸ線強度の散布図２ｂは、例えばＸ線強度マップデータから作成された複数の散布図のうち、相分析において最も注目すべき２つの元素を組み合わせて作成された散布図である。例えば、Ｘ線強度の散布図２ｂは、後述する主成分分析において、第１主成分の主成分係数の絶対値が最も大きい元素と、第２主成分の主成分係数の絶対値が最も大きい元素と、を組み合わせて作成された散布図である。図示の例では、Ｘ線強度の散布図２ｂは、鉄（Ｆｅ）と亜鉛（Ｚｎ）とを組み合わせて作成された散布図であり、横軸が鉄（Ｆｅ）のＸ線強度であり、縦軸が亜鉛（Ｚｎ）のＸ線強度である。

なお、結果表示画面２には、Ｘ線強度マップデータから作成された複数の散布図の全部が表示されてもよい。また、結果表示画面２には、Ｘ線強度マップデータから作成された複数の散布図のうち、ユーザーによって選択された散布図が表示されてもよい。

また、相分析装置１００では、ユーザーが質量濃度マップデータを選択した場合には、質量濃度マップデータに対して主成分分析を行って相マップを作成した後、当該質量濃度マップデータから質量濃度の散布図を作成する。

図３は、ユーザーが質量濃度マップデータを選択した場合の相分析結果を示す結果表示画面４の一例を示す図である。

図３に示すように、ユーザーが質量濃度マップデータを選択した場合には、結果表示画面４には、相マップ４ａと、質量濃度の散布図４ｂと、が表示される。

相マップ４ａは、選択された複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行うことにより作成された相マップである。

質量濃度の散布図４ｂは、異なる２元素を組み合わせて作成された２元散布図である。質量濃度の散布図４ｂは、相マップ４ａの作成に用いられた質量濃度マップデータから作成された散布図である。結果表示画面４に表示される質量濃度の散布図４ｂは、例えば質量濃度マップデータから作成された複数の散布図のうち、相分析において最も注目すべき２つの元素を組み合わせて作成された散布図である。図示の例では、質量濃度の散布図４ｂは、鉄（Ｆｅ）と亜鉛（Ｚｎ）とを組み合わせて作成された散布図であり、横軸が鉄（Ｆｅ）の質量濃度であり、縦軸が亜鉛（Ｚｎ）の質量濃度である。

（１）Ｘ線強度マップデータが選択されたときの処理
マップデータ取得部１１１は、表面分析装置本体部１０で得られた複数のＸ線強度マップデータを取得する。この複数のＸ線強度マップデータは、試料Ｓの同一領域で測定されたものであり、互いに異なる元素についてのＸ線強度マップデータである。

マップデータ取得部１１１は、例えば、表面分析装置本体部１０で得られた複数のＸ線強度マップデータのうち、ユーザーによって選択された複数のＸ線強度マップデータを取
得する。例えば、マップデータ取得部１１１は、操作部１２０を介してユーザーからの複数のＸ線強度マップデータの選択を受け付けた場合に、選択された複数のＸ線強度マップデータを取得する。

質量濃度マップデータ作成部１１２は、マップデータ取得部１１１で取得された複数のＸ線強度マップデータから、複数の質量濃度マップデータを作成する。具体的には、質量濃度マップデータ作成部１１２は、Ｘ線強度マップデータの各ピクセルのＸ線強度を質量濃度に変換する処理を行い、Ｘ線強度マップデータから質量濃度マップデータを作成する。

Ｘ線強度を質量濃度に変換する手法について説明する。ここでは、元素ＡのＸ線強度を、元素Ａの質量濃度に変換する場合について説明する。

元素Ａの相対強度（Ｋレシオ）は、下記式で表される。

ただし、Ｋ（Ａ）は、元素Ａの相対強度（Ｋレシオ）である。また、Ｉ_ｕｎｋ（Ａ）は、分析試料における元素ＡのＸ線強度である。また、Ｉ_ｓｔｄ（Ａ）は、標準試料における元素ＡのＸ線強度である。また、Ｃ_ｓｔｄ（Ａ）は、標準試料における元素Ａの質量濃度である。

上記式で示すように、分析試料のＸ線強度Ｉ_ｕｎｋ（Ａ）から、標準試料の測定結果（Ｉ_ｓｔｄ（Ａ）、Ｃ_ｓｔｄ（Ａ））を用いて、相対強度Ｋ（Ａ）を求めることができる。

分析試料における元素Ａの質量濃度は、下記式で表される。

ただし、Ｃ_ｕｎｋ（Ａ）は、分析試料における元素Ａの質量濃度である。また、Ｇ_ＺＡＦは、補正係数である。

上記式に示すように、相対強度Ｋ（Ａ）から、分析試料における質量濃度Ｃ_ｕｎｋ（Ａ）を求めることができる。なお、Ｇ_ＺＡＦの値は、Ｇ_ＺＡＦ＝１であってもよい。相マップでは、化合物の分布を知ることを目的とするため、特性Ｘ線の原子番号効果、吸収効果、蛍光励起効果の補正を厳密に適用しなくてもよい場合が多いためである。

以上の処理により、Ｘ線強度Ｉ_ｕｎｋ（Ａ）を質量濃度Ｃ_ｕｎｋ（Ａ）に変換することができる。

相マップ作成部１１３は、質量濃度マップデータ作成部１１２で作成された複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する。

以下、相マップを作成する処理について説明する。

まず、相マップ作成部１１３は、質量濃度マップデータ作成部１１２で作成された複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、各質量濃度マップデータのピクセルごとに主成分得点を求める。

ここで、主成分分析とは、多変量解析の手法の一つであり、多変量のデータからそのデータ群の特徴を表す少数の特徴的な変量（合成変量）を求める手法である。合成変量（主成分）ｕは、下記式で表される。

ただし、Ｎは変量の数、ｉは自然数、ｘは各変量のデータ、ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_Ｎ−１，ａ_Ｎは合成変量の係数（主成分係数）である。

合成変量の係数ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_Ｎ−１，ａ_Ｎは、合成変量ｕの分散が最大になるように求める。ただし、合成変量の係数は以下の関係を満たす。

合成変量の係数ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_Ｎ−１，ａ_Ｎを求めるためには、まず、元のデータ群の分散・共分散行列を計算し、その分散・共分散行列の固有値問題を解く。その固有値問題の解である固有値ベクトルが係数ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_Ｎ−１，ａ_Ｎに対応する。また、得られる主成分はＮ組（もとデータ群の個数と同じ）であり、固有値の大きいものから第１主成分、第２主成分、・・・、第Ｎ主成分と呼ばれる。

相マップ作成部１１３は、複数の質量濃度マップデータの全ピクセルのデータ（質量濃度値）に対して上述した主成分分析を行う。主成分分析を行った結果、主成分ごとに、寄与率、累積寄与率、固有値、および固有値ベクトルの情報が得られる。すなわち、例えば、１０個の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行った場合、第１主成分から第１０主成分の情報が得られる。

次に、相マップ作成部１１３は、得られた固有値ベクトルを用いて、各質量濃度マップデータのピクセルごとに主成分得点を求める。そして、求めた主成分得点の結果に基づいて、主成分ごとに主成分得点マップデータを作成する。主成分得点マップデータは、質量濃度マップデータのピクセルごとに求めた主成分得点をマップデータ（位置とその位置での主成分得点のデータ）の形式で表したものである。主成分得点は、下記式を利用して求めることができる。

なお、各ピクセルのデータから各質量濃度マップデータの平均値を引いているのは各ピクセルのデータが平均値になるときに主成分得点が原点０になるようにするためである。

相マップ作成部１１３は、求めた主成分得点をプロットして、主成分得点の散布図を作成する。具体的には、まず、相マップ作成部１１３は、固有値の大きい主成分を選択する。相マップ作成部１１３は、例えば、累積寄与率が所定の値（例えば８０％以上）となるように主成分を選択する。なお、相マップ作成部１１３は、固有値の値が１以上である主成分を選択してもよいし、寄与率が所定の値以上である主成分を選択してもよい。

次に、相マップ作成部１１３は、選択した主成分を用いて、主成分得点の散布図を作成する。相マップ作成部１１３は、例えば、第１主成分と第２主成分を選択した場合、質量濃度マップデータのピクセルごとに求めた第１主成分得点の値および第２主成分得点の値を、第１主成分得点を横軸とし第２主成分得点を縦軸とした散布図にプロットする。これにより、主成分得点の散布図を作成することができる。

なお、ここでは、相マップ作成部１１３が第１主成分と第２主成分を選択して２次元の散布図を作成する場合について説明したが、相マップ作成部１１３は、第１〜第ｎ主成分（ｎ＜Ｎ）を選択してｎ次元の散布図を作成してもよい。

次に、相マップ作成部１１３は、主成分得点の散布図からピーク位置を検出する。ピーク位置は、主成分得点の散布図上において各クラスタ（グループ）の重心となる位置（各クラスタの代表となる位置）である。例えば、相マップ作成部１１３は、主成分得点の散布図を複数の領域に区分けし、当該領域内のデータ点数をカウントして点密度を求める。そして、隣接する領域のうち点密度が大きい領域をピーク位置の候補とし、ピーク位置の候補から点密度が閾値以上であるピーク位置の候補をピーク位置とする。

次に、相マップ作成部１１３は、主成分得点の散布図上の各点と各ピーク位置との間の距離を求め、当該距離に基づいて主成分得点の散布図上の各点を複数のグループに分類する。相マップ作成部１１３は、例えば、主成分得点の散布図上の各点を最も距離が小さいピーク位置のグループ（クラスタ）に属するように分類する。

相マップ作成部１１３は、上記の分類結果に基づいて、相マップを作成する。相マップ作成部１１３は、グループごとに分類された主成分得点の散布図上の各点を、質量濃度マップデータの対応する各ピクセルに戻し、質量濃度マップデータの形式にする。すなわち、作成された相マップは、グループ（クラスタ）の分布を表す。

以上の処理により、相マップを作成することができる。

信号強度マップデータ作成部１１４は、質量濃度マップデータ作成部１１２で作成された複数の質量濃度マップデータから複数の信号強度マップデータを作成する。具体的には、信号強度マップデータ作成部１１４は、質量濃度マップデータの各ピクセルの質量濃度をＸ線強度に変換（再変換）する処理を行い、質量濃度マップデータからＸ線強度マップ
データを作成する。

質量濃度をＸ線強度に変換する手法について説明する。ここでは、元素Ａの質量濃度を、元素ＡのＸ線強度に変換する場合について説明する。

元素Ａの相対強度（Ｋレシオ）は、下記式で表される。

上記式に示すように、分析試料の質量濃度Ｃ_ｕｎｋ（Ａ）から、相対強度Ｋ（Ａ）を求めることができる。なお、Ｇ_ＺＡＦの値は、Ｇ_ＺＡＦ＝１であってもよい。

分析試料における元素ＡのＸ線強度は、下記式で表される。

上記式に示すように、相対強度Ｋ（Ａ）から標準試料の測定結果（Ｉ_ｓｔｄ（Ａ）、Ｃ_ｓｔｄ（Ａ））を用いて、分析試料のＸ線強度Ｉ_ｕｎｋ（Ａ）を求めることができる。

以上の処理により、質量濃度Ｃ_ｕｎｋ（Ａ）をＸ線強度Ｉ_ｕｎｋ（Ａ）に変換することができる。

散布図作成部１１５は、信号強度マップデータ作成部１１４で作成された複数のＸ線強度マップデータから任意の元素の組み合わせによるＸ線強度の散布図を作成する。

表示制御部１１６は、相マップ作成部１１３で作成された相マップ、および散布図作成部１１５で作成されたＸ線強度の散布図を、表示部１２２に表示させる制御を行う。これにより、表示部１２２に、図２に示す結果表示画面２が表示される。表示制御部１１６は、相マップ作成部１１３で作成された相マップを、各グループ（クラスタ）ごとに色分けして、表示部１２２に表示させる制御を行ってもよい。また、表示制御部１１６は、散布図作成部１１５で作成されたＸ線強度の散布図に相マップの色分けを反映させて表示部１２２に表示させる制御を行ってもよい。

（２）質量濃度マップデータが選択されたときの処理
マップデータ取得部１１１は、ユーザーによって選択された複数の質量濃度マップデータを取得する。例えば、マップデータ取得部１１１は、操作部１２０を介してユーザーからの複数の質量濃度マップデータの選択を受け付けた場合に、選択された複数の質量濃度マップデータを取得する。質量濃度マップデータは、表面分析装置本体部１０で得られたＸ線強度マップデータから作成されたものである。

相マップ作成部１１３は、マップデータ取得部１１１で取得された複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成す
る。相マップを作成する処理は、上述した「（１）Ｘ線強度マップデータが選択されたときの処理」と同様であり、その説明を省略する。すなわち、質量濃度マップデータが選択された場合に作成される相マップ４ａ（図３参照）と、Ｘ線強度マップデータが選択された場合に作成される相マップ２ａ（図２参照）は、同じものとなる。

散布図作成部１１５は、マップデータ取得部１１１で取得された質量濃度マップデータから任意の元素の組み合わせによる質量濃度の散布図を作成する。

表示制御部１１６は、相マップ作成部１１３で作成された相マップ、および散布図作成部１１５で作成された質量濃度の散布図を、表示部１２２に表示させる制御を行う。これにより、表示部１２２に、図３に示す結果表示画面４が表示される。

２． 相分析装置の動作
次に、相分析装置１００の動作について、説明する。図４は、相分析装置１００の動作の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、マップデータ取得部１１１は、分析対象として、ユーザーが、Ｘ線強度マップデータと質量濃度マップデータのどちらを選択したかを判定する（ステップＳ１００）。

マップデータ取得部１１１は、操作部１２０を介してユーザーからの複数のＸ線強度マップデータの選択を受け付けた場合には、Ｘ線強度マップデータが選択されたと判断する。また、マップデータ取得部１１１は、操作部１２０を介してユーザーからの複数の質量濃度マップデータの選択を受け付けた場合には、質量濃度マップデータが選択されたと判断する。

Ｘ線強度マップデータが選択されたと判断された場合（ステップＳ１００で「Ｘ線強度」の場合）、マップデータ取得部１１１は、ユーザーにより選択された複数のＸ線強度マップデータを取得する（ステップＳ１０２）。

図５は、分析対象となる複数のＸ線強度マップデータを示す図である。図５では、分析対象となるＸ線強度マップデータとして、酸素（Ｏ）のＸ線強度マップデータ、亜鉛（Ｚｎ）のＸ線強度マップデータ、鉄（Ｆｅ）のＸ線強度マップデータ、炭素（Ｃ）のＸ線強度マップデータが選択されている。以下、図５に示す４つのＸ線強度マップデータが選択された場合について説明する。

次に、質量濃度マップデータ作成部１１２は、マップデータ取得部１１１で取得された複数のＸ線強度マップデータの各々に対してＸ線強度マップデータの各ピクセルの信号強度を質量濃度に変換する処理を行い、複数の質量濃度マップデータを作成する（ステップＳ１０４）。

質量濃度マップデータ作成部１１２は、酸素のＸ線強度マップデータから酸素の質量濃度マップデータを作成する。質量濃度マップデータ作成部１１２は、同様に、亜鉛のＸ線強度マップデータから亜鉛の質量濃度マップデータを作成し、鉄のＸ線強度マップデータから鉄の質量濃度マップデータを作成し、炭素のＸ線強度マップデータから炭素の質量濃度マップデータを作成する。

次に、相マップ作成部１１３は、質量濃度マップデータ作成部１１２で作成された複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する（ステップＳ１０６）。

相マップ作成部１１３は、酸素の質量濃度マップデータ、亜鉛の質量濃度マップデータ、鉄の質量濃度マップデータ、および炭素の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、相マップ（図２に示す相マップ２ａ参照）を作成する。

次に、信号強度マップデータ作成部１１４は、質量濃度マップデータ作成部１１２で作成された複数の質量濃度マップデータの各々に対して質量濃度マップデータの各ピクセルの質量濃度をＸ線強度に変換（再変換）する処理を行い、複数の質量濃度マップデータから複数のＸ線強度マップデータを作成する（ステップＳ１０８）。

信号強度マップデータ作成部１１４は、酸素の質量濃度マップデータから酸素のＸ線強度マップデータを作成する。信号強度マップデータ作成部１１４は、同様に、亜鉛の質量濃度マップデータから亜鉛のＸ線強度マップデータを作成し、鉄の質量濃度マップデータから鉄のＸ線強度マップデータを作成し、炭素の質量濃度マップデータから炭素のＸ線強度マップデータを作成する。

次に、散布図作成部１１５は、信号強度マップデータ作成部１１４で作成された複数のＸ線強度マップデータから任意の元素の組み合わせによるＸ線強度の散布図（図２に示すＸ線強度の散布図２ｂ参照）を作成する（ステップＳ１１０）。

次に、表示制御部１１６は、相マップ作成部１１３で作成された相マップ、および散布図作成部１１５で作成されたＸ線強度の散布図を、表示部１２２に表示させる制御を行う（ステップＳ１１２）。これにより、表示部１２２に、図２に示す結果表示画面２が表示される。

一方、質量濃度マップデータが選択されたと判断された場合（ステップＳ１００で「質量濃度」の場合）、マップデータ取得部１１１は、ユーザーにより選択された複数の質量濃度マップデータを取得する（ステップＳ１１４）。

以下、質量濃度マップデータとして、酸素の質量濃度マップデータ、亜鉛の質量濃度マップデータ、鉄の質量濃度マップデータ、炭素の質量濃度マップデータが選択された場合について説明する。

次に、相マップ作成部１１３は、マップデータ取得部１１１で取得された複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する（ステップＳ１１６）。

相マップ作成部１１３は、酸素の質量濃度マップデータ、亜鉛の質量濃度マップデータ、鉄の質量濃度マップデータ、および炭素の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、相マップ（図３に示す相マップ４ａ参照）を作成する。

次に、散布図作成部１１５は、マップデータ取得部１１１で取得された質量濃度マップデータから質量濃度の散布図（図３に示す質量濃度の散布図４ｂ参照）を作成する（ステップＳ１１８）。

次に、表示制御部１１６は、相マップ作成部１１３で作成された相マップ、および散布図作成部１１５で作成された質量濃度の散布図を、表示部１２２に表示させる制御を行う（ステップＳ１２０）。これにより、表示部１２２に、図３に示す結果表示画面４が表示される。

以上の処理を行うことにより、相分析を行うことができる。

相分析装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

相分析装置１００では、質量濃度マップデータ作成部１１２が複数のＸ線強度マップデータの各々に対してＸ線強度マップデータの各ピクセルの信号強度を質量濃度に変換する処理を行って複数の質量濃度マップデータを作成し、相マップ作成部１１３が複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する。そのため、相分析装置１００では、例えば、Ｘ線検出器（エネルギー分散型検出器１８、波長分散型検出器１９）の特性の影響が低減された良好な相マップを、容易に得ることができる。

例えば、仮に、Ｘ線強度マップデータに対して主成分分析を行って相マップを作成した場合、Ｘ線強度は試料の性質だけでなくＸ線検出器の感度の影響も受けるため、主成分分析の結果に試料の性質だけでなくＸ線検出器の特性も含まれてしまい、良好な分析結果が得られない。

また、相分析装置１００では、信号強度マップデータ作成部１１４が複数の質量濃度マップデータの各々に対して質量濃度マップデータの各ピクセルの質量濃度を信号強度に再変換する処理を行い、複数の再変換された信号強度マップデータを作成し、散布図作成部１１５が信号強度マップデータ作成部１１４で作成された複数の再変換された信号強度マップデータからＸ線強度の散布図を作成する。そのため、相分析装置１００では、ユーザーがＸ線強度マップデータを選択した場合に、相分析の結果として得られる散布図もＸ線強度の散布図となる。したがって、ユーザーは、相マップが質量濃度マップデータに対して主成分分析を行って作成されたことを意識することなく、直感的に相分析の結果を理解することができる。

相分析装置１００では、相マップ作成部１１３が、複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、各質量濃度データのピクセルごとに主成分得点を求める処理と、求めた主成分得点に基づいて、主成分得点の散布図を作成する処理と、主成分得点の散布図からピーク位置を検出する処理と、主成分得点の散布図上の各点と各ピーク位置との間の距離を求め、当該距離に基づいて主成分得点の散布図上の各点を複数のグループに分類し、相マップを作成する処理と、を行う。そのため、相分析装置１００では、ユーザーが多数のＸ線強度マップデータから適切な組み合わせを選択してその相関関係を見つけ出す必要がなく、容易に相マップを作成することができる。

相分析装置１００では、複数のＸ線強度マップデータを選択するための操作を受け付ける操作部１２０を含み、複数のＸ線強度マップデータが選択された場合に、マップデータ取得部１１１は、選択された複数のＸ線強度マップデータを取得する。そのため、相分析装置１００では、ユーザーがＸ線強度マップデータを選択した場合であっても、質量濃度マップデータに対して主成分分析が行われ、相マップが作成される。したがって、相分析装置１００では、容易に良好な分析結果を得ることができる。

本実施形態に係る相分析方法では、表面分析装置において試料ＳからのＸ線を検出して得られた複数のＸ線強度マップデータを取得するマップデータ取得工程と、取得された複数のＸ線強度マップデータの各々に対してＸ線強度マップデータの各ピクセルのＸ線強度を質量濃度に変換する処理を行い、複数の質量濃度マップデータを作成する質量濃度マップデータ作成工程と、複数の質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する相マップ作成工程と、を含む。そのため、Ｘ線検出器の特性の影響が低減された良好な分析結果を得ることができる。

また、本実施形態に係る相分析方法では、質量濃度マップデータ作成工程で作成された複数の質量濃度マップデータの各々に対して質量濃度マップデータの各ピクセルの質量濃度を信号強度に再変換し、複数の再変換されたＸ線強度マップデータを作成する信号強度マップデータ作成工程と、信号強度マップデータ作成工程で作成された複数の再変換されたＸ線強度マップデータから信号強度の散布図を作成する散布図作成工程と、を含む。そのため、ユーザーがＸ線強度マップデータを選択した場合に、相分析の結果として得られる散布図もＸ線強度の散布図となる。したがって、ユーザーは、相マップが質量濃度マップデータに対して主成分分析を行って作成されたことを意識することなく、直感的に相分析の結果を理解することができる。

本実施形態に係る表面分析装置１０００は、相分析装置１００を含むため、良好な分析結果を得ることができる。

以下、相分析装置１００の特徴について、参考例を挙げて説明する。

図６は、相分析結果を示す結果表示画面の参考例を示す図である。図６では、ユーザーがＸ線強度マップデータを選択した場合の結果表示画面６を示す図である。

図６に示す結果表示画面６には、Ｘ線強度マップデータに対して主成分分析を行って作成された相マップ６ａと、Ｘ線強度マップデータから作成されたＸ線強度の散布図６ｂと、が表示されている。なお、図６に示す相マップ６ａは、図５に示すＸ線強度マップデータに対する相分析の結果である。

図６に示すように相マップ６ａでは、Ｘ線強度が大きい炭素（Ｃ）の影響を強く受けている。これは、Ｘ線強度の大きい元素が主成分分析に与える影響も大きいためである。しかしながら、Ｘ線強度は、試料の性質だけでなくＸ線検出器の感度の影響も受ける。そのため、相マップ６ａには、試料の性質だけでなくＸ線検出器の特性も含まれてしまっているといえる。

これに対して、相分析装置１００において作成された相マップ２ａ（図２参照）では、質量濃度マップデータを用いて主成分分析を行っているため、相マップ６ａに比べて、Ｘ線検出器の感度の影響は小さく試料の性質をより反映しているといえる。

また、分析対象としてＸ線強度マップデータを選択したにも関わらず、結果表示画面に質量濃度の散布図が表示されると、ユーザーは混乱し、直感的な理解を妨げる。そのため、相分析装置１００では、ユーザーがＸ線強度マップデータを選択した場合には、信号強度マップデータ作成部１１４で作成された複数のＸ線強度マップデータからＸ線強度の散布図２ｂを作成し表示する。これにより、ユーザーは直感的に相分析の結果を理解することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した実施形態では、表面分析装置１０００が電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）である例について説明したが、本発明に係る表面分析装置は、試料からの信号を検出して信号強度マップデータを取得できる装置であれば特に限定されない。例えば、本発明に係る表面分析装置は、オージェ電子分光装置（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ）、Ｘ線光電子分光装置（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ；ＸＰＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ；ＥＤＳ
）が搭載された走査電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＥＭ）などであってもよい。

また、例えば、上述した実施形態では、相分析装置１００が表面分析装置１０００に含まれている場合について説明したが、本発明に係る相分析装置１００は、表面分析装置に含まれていなくてもよい。本発明に係る相分析装置は、例えば、情報記憶媒体等を介して信号強度マップデータを取得して、上述した処理を行ってもよい。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

２…結果表示画面、２ａ…相マップ、２ｂ…散布図、４…結果表示画面、４ａ…相マップ、４ｂ…散布図、６…結果表示画面、６ａ…相マップ、６ｂ…散布図、１０…表面分析装置本体部、１１…電子銃、１２…集束レンズ、１３…偏向器、１４…対物レンズ、１５…試料ステージ、１７…二次電子検出器、１８…エネルギー分散型検出器、１９…波長分散型検出器、１００…相分析装置、１１０…処理部、１１１…マップデータ取得部、１１２…質量濃度マップデータ作成部、１１３…相マップ作成部、１１４…信号強度マップデータ作成部、１１５…散布図作成部、１１６…表示制御部、１２０…操作部、１２２…表示部、１２４…記憶部、１０００…表面分析装置

Claims (8)

1. 表面分析装置において試料からの信号を検出して得られた複数の信号強度マップデータを取得するマップデータ取得部と、
   取得された複数の前記信号強度マップデータの各々に対して前記信号強度マップデータの各ピクセルの信号強度を質量濃度に変換する処理を行い、複数の質量濃度マップデータを作成する質量濃度マップデータ作成部と、
   複数の前記質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する相マップ作成部と、
   を含む、相分析装置。
2. 請求項１において、
   複数の前記質量濃度マップデータの各々に対して前記質量濃度マップデータの各ピクセルの質量濃度を信号強度に再変換する処理を行い、複数の再変換された信号強度マップデータを作成する信号強度マップデータ作成部と、
   前記信号強度マップデータ作成部で作成された複数の前記再変換された信号強度マップデータから信号強度の散布図を作成する散布図作成部と、
   を含む、相分析装置。
3. 請求項１または２において、
   前記相マップ作成部は、
   複数の前記質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、各前記質量濃度マップデータのピクセルごとに主成分得点を求める処理と、
   求めた前記主成分得点に基づいて、前記主成分得点の散布図を作成する処理と、
   前記主成分得点の散布図からピーク位置を検出する処理と、
   前記主成分得点の散布図上の各点と各前記ピーク位置との間の距離を求め、当該距離に基づいて前記主成分得点の散布図上の各点を複数のグループに分類し、前記相マップを作成する処理と、
   を行う、相分析装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記信号は、前記試料に電子線を照射することにより前記試料から発生したＸ線である、相分析装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   複数の前記信号強度マップデータを選択するための操作を受け付ける操作部を含み、
   複数の前記信号強度マップデータが選択された場合に、前記マップデータ取得部は、選択された複数の前記信号強度マップデータを取得する、相分析装置。
6. 表面分析装置において試料からの信号を検出して得られた複数の信号強度マップデータを取得するマップデータ取得工程と、
   取得された複数の前記信号強度マップデータの各々に対して前記信号強度マップデータの各ピクセルの信号強度を質量濃度に変換する処理を行い、複数の質量濃度マップデータを作成する質量濃度マップデータ作成工程と、
   複数の前記質量濃度マップデータに対して主成分分析を行い、当該主成分分析の結果に基づいて相マップを作成する相マップ作成工程と、
   を含み、相分析方法。
7. 請求項６において、
   複数の前記質量濃度マップデータの各々に対して前記質量濃度マップデータの各ピクセ
   ルの質量濃度を信号強度に再変換し、複数の再変換された信号強度マップデータを作成する信号強度マップデータ作成工程と、
   前記信号強度マップデータ作成工程で作成された複数の前記再変換された信号強度マップデータから信号強度の散布図を作成する散布図作成工程と、
   を含む、相分析方法。
8. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の相分析装置を含む、表面分析装置。