EPMAとは
EPMA とは、細く絞った電子プローブで試料を励起し、放射される特性X線のスペクトル線の波長と強度から、微小領域の定性と定量の分析を行う手法です。 波長で元素の種類が、強度で量が決まるので、何がどれだけあるかという比まで数字になります。元素の種類が分かれば足りる場面には、より速いEDXがあります。EPMAを選ぶ理由は、時間を払ってでも比を確かめたいときにあります。
細く絞った電子プローブが、測る場所と広さを決める
Section titled “細く絞った電子プローブが、測る場所と広さを決める”EPMAでは、試料に細く絞った高いエネルギーの電子プローブを照射して励起すると、試料から特性X線が放射されます1。特性X線の波長は元素ごとに決まっており、その線の強さが元素の量を表します。装置は分光結晶で一つの波長を選んで検出器へ送り、波長を順に切り替えながら強度を数えます。
測っている場所は、プローブが当たって励起される範囲です。プローブを細く絞るほど励起される範囲も小さくなり、測る場所とその広さが定まります。
波長で分けるEPMAは確かさを、エネルギーで分けるEDXは速さを取る
Section titled “波長で分けるEPMAは確かさを、エネルギーで分けるEDXは速さを取る”放射される特性X線は、EDXが使うものと同じです。EDXは、放出される元素固有の特性X線エネルギを分析して構成元素を同定する分析手法で1、検出器が全元素のX線を一度に受けます。差が出るのは、そのX線をどう分けて数えるかという段です。
EPMAは分光結晶で波長を選び、一つずつ測ります。スペクトル線が細く出るため、近い元素どうしの線が重なりにくく、それぞれの強度を別々に数えられます。速さではEDXが、線の細さと定量の確かさではEPMAが有利です。代わりにEPMAは波長を順に選んで測るため、一度に見渡す方式より時間がかかります。
定量まで進むと、組成のずれを比で追える
Section titled “定量まで進むと、組成のずれを比で追える”定性の段では、何の元素かが分かれば済みます。定量まで進むと、その比が数字として出ます。膜の組成が目標からどれだけずれたかは比の話で、種類が同じでも比が動けば特性が動きます。定性と定量の二つを併せ持つ点に、EPMAの位置づけがあります。
この数字が効くのは、不良の原因を材料までさかのぼる故障解析の場面です。初期故障の原因の大半は、マイクロダストのウエハ付着による不具合など、製造上で造り込まれる欠陥や材料不良です2。ルネサス エレクトロニクスは、微小領域にあって異常物質を採取しにくい試料に、EPMAを用いるとしています2。
層の内側を測るときは、先に断面を開ける
Section titled “層の内側を測るときは、先に断面を開ける”層の内側の組成を測るには、まずその面を開ける必要があります。集束イオンビームは、半導体の局所的加工と、加工断面や表面の観察ができます1。集束イオンビームで断面を掘ってからEPMAで測る順序が、しばしば組まれます。内部の構造そのものを写す手にはTEMがあります。
プローブの細さと加速電圧は、信号と場所の取り合いになる
Section titled “プローブの細さと加速電圧は、信号と場所の取り合いになる”プローブを細く絞れば小さい領域を狙える一方、出てくるX線が減って統計が粗くなります。加速電圧を上げれば信号は増えますが、励起される体積も広がって測る場所がぼやけます。
関連するデータ・ツール
Section titled “関連するデータ・ツール”- 故障・不良解析の工程ページ── 工程分類と、この工程の公開求人
よくある質問（FAQ）
Section titled “よくある質問（FAQ）”EPMA とは何ですか？
細く絞った高いエネルギーの電子プローブを試料に照射して励起し、放射される特性X線のスペクトル線の波長と強度から、微小領域の定性と定量の分析を行う方法です。波長で元素の種類を、強度で量を決めます。
定性と定量とは何ですか？
定性は何の元素かを言い当てること、定量はどれだけあるかを数えることです。組成のずれは比の問題なので、定量まで進んで初めて数字になります。
EDX とは何が異なりますか？
同じ特性X線の分け方です。EPMAは分光結晶で波長を選んで一つずつ測り、EDXは検出器がエネルギーごとに一度に受けます。
なぜ定量に向くのですか？
波長で分けるとスペクトル線が細く出て、近い元素どうしの線が重なりにくくなるためです。
何を払いますか？
時間です。波長を順に選んで測るため、全元素を一度に見渡すEDXより長くかかります。
どのくらい小さい領域を測れますか？
細く絞った電子プローブが励起する微小領域が測る範囲です。プローブを細くすれば狙える領域は小さくなり、その分だけ出てくるX線が減ります。
どんな場面で使いますか？
組成の比まで数字にしたい場面です。膜の組成のずれを調べるときや、微小領域にあって異常物質を採取しにくい試料を分析するときに使います。
比較・違いを学ぶ
Section titled “比較・違いを学ぶ”- EDX（エネルギー分散型X線分光）とは── エネルギーで分ける方式
- 集束イオンビームとは── 測る面を作る手
- TEMとは── 内部構造を写す手
- 欠陥検査とは── 対象を見つける側
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- 2ルネサス エレクトロニクス：半導体信頼性ハンドブック（R51ZZ0001JJ0250）renesas.com ab