JP2012033370A - X-ray detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はＸ線検出システムに関し、特に、走査型電子顕微鏡に取り付けられて軟Ｘ線を分光分析する際において幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムに関する。 The present invention relates to an X-ray detection system, and more particularly to an X-ray detection system that is attached to a scanning electron microscope and can measure a wide energy range when performing a spectral analysis of soft X-rays.
試料に電子線などの荷電粒子線を照射すると、該試料から特性Ｘ線が発生する。この特性Ｘ線を検出器で検出し、試料の組成を計測する手法はエネルギー分散型Ｘ線分光と呼ばれている。この手法では、特性Ｘ線が試料を構成する元素の特有なエネルギーを持つことを利用している。単位時間当たりのＸ線発生個数をＸ線のエネルギー毎に計数して試料の元素組成等の情報を得ている。ここで、Ｘ線を検出する手段として、シリコンやゲルマニウム等の半導体結晶を用いた半導体検出素子を用いるのが一般的である。 When the sample is irradiated with a charged particle beam such as an electron beam, characteristic X-rays are generated from the sample. A technique for detecting the characteristic X-rays with a detector and measuring the composition of the sample is called energy dispersive X-ray spectroscopy. This technique utilizes the characteristic X-rays having the specific energy of the elements constituting the sample. The number of X-rays generated per unit time is counted for each X-ray energy to obtain information such as the elemental composition of the sample. Here, as a means for detecting X-rays, a semiconductor detection element using a semiconductor crystal such as silicon or germanium is generally used.
一方、試料に電子線などの荷電粒子線を照射して発生した特性Ｘ線を回折格子に入射すると、回折Ｘ線が分離される。この回折Ｘ線をＸ線用ＣＣＤイメージセンサで検出し、画像化する手法も存在している。 On the other hand, when characteristic X-rays generated by irradiating a sample with a charged particle beam such as an electron beam are incident on the diffraction grating, the diffracted X-rays are separated. There is also a technique for detecting the diffracted X-rays with an X-ray CCD image sensor and imaging it.
この手法を実現する装置としては、試料に対して電子線を照射する電子線照射部と、電子線が照射された試料から放出される特性Ｘ線を集光させて回折格子に導くＸ線集光ミラーと、Ｘ線集光ミラーにより集光された特性Ｘ線を受けて回折Ｘ線を生じさせる回折格子（不等間隔回折格子）と、回折格子で生じた回折Ｘ線を検出するイメージセンサ（背面照射型ＣＣＤカメラ）と、を備えて構成されている。 An apparatus for realizing this technique includes an electron beam irradiation unit that irradiates a sample with an electron beam, and an X-ray collection that collects characteristic X-rays emitted from the sample irradiated with the electron beam and guides them to a diffraction grating. An optical mirror, a diffraction grating (unequally spaced diffraction grating) that receives characteristic X-rays collected by the X-ray condenser mirror and generates diffraction X-rays, and an image sensor that detects diffraction X-rays generated by the diffraction grating (A back-illuminated CCD camera).
この種のＸ線検出システムについては、以下の特許文献１にも記載されている。 This type of X-ray detection system is also described in Patent Document 1 below.
第１の課題：
上記特許文献１などに記載されたＸ線検出システムでは、コンパクトな光学系で光分解能な測定が可能になる。一方、測定するエネルギー領域を変更するためにはイメージセンサを交換する必要があるが、Ｘ線検出システムは真空中に配置されているため、イメージセンサの交換は容易ではなかった。
First issue:
In the X-ray detection system described in Patent Document 1 and the like, it is possible to perform measurement with optical resolution with a compact optical system. On the other hand, in order to change the energy region to be measured, it is necessary to replace the image sensor. However, since the X-ray detection system is arranged in a vacuum, it is not easy to replace the image sensor.
第２の課題：
以上のようなＸ線検出システムにより、酸化物・窒素物等の化合物を試料として電子線を照射すると、特性Ｘ線以外に、特性Ｘ線とは波長が異なるカソードルミネッセンス（ＣＬ）と呼ばれる発光が発生する。そして、このカソードルミネッセンスは回折格子において全反射に近い状態で反射され、イメージセンサに入射してしまう。この結果、イメージセンサ上において回折Ｘ線の信号レベルが相対的に低下して採取スペクトルが不明瞭な状態になり、測定時間や測定精度に悪影響を及ぼすことになる。この場合に、回折Ｘ線とカソードルミネッセンスとを分離できることが望ましいが、これらを分離するのに適したフィルタが存在していないという問題が存在している。
Second issue:
When an electron beam is irradiated using a compound such as an oxide / nitrogen compound as a sample by the X-ray detection system as described above, emission called cathode luminescence (CL), which has a wavelength different from that of the characteristic X-ray, in addition to the characteristic X-ray. appear. The cathodoluminescence is reflected in the diffraction grating in a state close to total reflection and enters the image sensor. As a result, the signal level of the diffracted X-ray is relatively lowered on the image sensor, and the sampled spectrum becomes unclear, which adversely affects measurement time and measurement accuracy. In this case, it is desirable that the diffracted X-rays and cathodoluminescence can be separated, but there is a problem that there is no filter suitable for separating them.
本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、電子線を照射した試料からの特性Ｘ線を回折格子により回折させてイメージセンサでスペクトルを採取するシステムにおいて、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and a first object is to diffract a characteristic X-ray from a sample irradiated with an electron beam by a diffraction grating and collect a spectrum with an image sensor. It is to realize an X-ray detection system capable of measuring a wide energy range.
本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであって、第２の目的は、電子線を照射した試料からの特性Ｘ線を回折格子により回折させてイメージセンサでスペクトルを採取するシステムにおいて、イメージセンサに入射するＸ線の比率を大きくすることが可能なＸ線検出システムを実現することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and a second object thereof is a system in which a characteristic X-ray from a sample irradiated with an electron beam is diffracted by a diffraction grating and a spectrum is collected by an image sensor. An X-ray detection system capable of increasing the ratio of X-rays incident on an image sensor is realized.
すなわち、上記の課題を解決する本願発明は、以下のそれぞれに述べるようなものである。 That is, the present invention for solving the above problems is as described below.
（１）第１の発明は、試料に対して電子線を照射する電子線照射部と、電子線が照射された前記試料から放出される特性Ｘ線を受けて回折Ｘ線を生じさせる回折格子と、前記回折Ｘ線のエネルギー分散方向と直交方向の複数の位置に前記回折Ｘ線の結像面を振り分けるように前記回折Ｘ線の進行を振り分けるスプリッタと、前記スプリッタにより振り分けられた複数の結像面のそれぞれに配置された異なるエネルギー感度特性の複数のイメージセンサと、を有することを特徴とするＸ線検出システムである。 (1) A first invention is an electron beam irradiation unit that irradiates a sample with an electron beam, and a diffraction grating that generates a characteristic X-ray emitted from the sample irradiated with the electron beam and generates a diffracted X-ray. A splitter that distributes the progress of the diffracted X-rays so that the imaging plane of the diffracted X-rays is distributed to a plurality of positions orthogonal to the energy dispersion direction of the diffracted X-rays, and a plurality of connections that are distributed by the splitter. An X-ray detection system comprising: a plurality of image sensors having different energy sensitivity characteristics arranged on each of image planes.
（２）上記（１）において、前記スプリッタは、前記回折Ｘ線を反射させるミラーにより管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部と、前記管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部分において前記回折Ｘ線の進行を振り分ける可動ミラー部と、前記可動ミラー部の位置を制御する可動ミラー制御部と、を備える、ことを特徴とする。 (2) In the above (1), the splitter includes a tube-shaped X-ray light guide mirror unit configured in a tube shape by a mirror that reflects the diffracted X-rays, and a branched portion of the tube-shaped X-ray light guide mirror unit And a movable mirror control unit for controlling the position of the movable mirror unit.
（３）上記（１）−（２）において、前記複数のイメージセンサは、高エネルギー感度特性側はＸ線用イメージセンサであり、低エネルギー感度特性側は、マイクロチャンネルプレートを受光面側に備えたイメージセンサである、ことを特徴とする。 (3) In the above (1)-(2), the plurality of image sensors are X-ray image sensors on the high energy sensitivity characteristic side, and the micro energy plate is provided on the light receiving surface side on the low energy sensitivity characteristic side. It is an image sensor.
（４）第２の発明は、試料に対して電子線を照射する電子線照射部と、電子線が照射された前記試料から放出される特性Ｘ線を受けて回折Ｘ線を生じさせる回折格子と、前記回折Ｘ線の結像面に入力面が位置するように配置されたマイクロチャンネルプレートと、前記マイクロチャンネルプレートの出力面側に配置されたイメージセンサと、を有することを特徴とするＸ線検出システムである。 (4) The second invention is an electron beam irradiation unit that irradiates a sample with an electron beam, and a diffraction grating that generates a characteristic X-ray by receiving characteristic X-rays emitted from the sample irradiated with the electron beam. And a microchannel plate disposed so that an input surface is positioned on the image plane of the diffracted X-ray, and an image sensor disposed on the output surface side of the microchannel plate. It is a line detection system.
（５）上記（３）−（４）において、前記マイクロチャンネルプレートは、カソードルミネッセンス領域の量子効率より軟Ｘ線領域の量子効率が高い特性を有する、を有することを特徴とする。 (5) In the above (3) to (4), the microchannel plate has a characteristic that the quantum efficiency in the soft X-ray region is higher than the quantum efficiency in the cathode luminescence region.
（６）上記（３）−（５）において、前記マイクロチャンネルプレートを前記回折Ｘ線の進行方向に対して傾斜した状態であって回動可能な状態で保持する傾斜回動保持部と、前記傾斜回動保持部により保持された前記マイクロチャンネルプレートを回動させる回動制御部と、を有することを特徴とする。 (6) In the above (3)-(5), the tilt rotation holding unit that holds the microchannel plate in a tilted and rotatable state with respect to the traveling direction of the diffracted X-ray, A rotation control unit that rotates the microchannel plate held by the tilt rotation holding unit.
（７）上記（１）−（６）において、前記回折格子は不等間隔回折格子である、ことを特徴とする。 (7) In the above (1) to (6), the diffraction grating is a non-uniformly spaced diffraction grating.
これらの発明によると、以下のような効果を得ることができる。 According to these inventions, the following effects can be obtained.
（Ａ）第１の発明では、電子線が照射された試料から放出される特性Ｘ線を回折格子で受けて回折Ｘ線を生じさせ、回折格子で生じた回折Ｘ線のエネルギー分散方向と直交方向の複数の位置にスプリッタにより回折Ｘ線の進行を振り分けることで回折Ｘ線の結像面を振り分け、振り分けられた複数の結像面のそれぞれに異なるエネルギー感度特性の複数のイメージセンサを配置しておくことで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現できる。 (A) In the first invention, a characteristic X-ray emitted from a sample irradiated with an electron beam is received by a diffraction grating to generate a diffraction X-ray, which is orthogonal to the energy dispersion direction of the diffraction X-ray generated by the diffraction grating. The image planes of the diffracted X-rays are distributed by dividing the progress of the diffracted X-rays by a splitter to a plurality of positions in the direction, and a plurality of image sensors having different energy sensitivity characteristics are arranged on each of the distributed image planes. By doing so, an X-ray detection system capable of measuring a wide energy range can be realized.
（Ｂ）ここで、スプリッタは、回折Ｘ線を反射させるミラーにより管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部と、管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部分において回折Ｘ線の進行を振り分ける可動ミラー部と、可動ミラー部の位置を制御する可動ミラー制御部と、を備えることにより回折Ｘ線の進行を振り分けることができ、エネルギー領域に応じて回折Ｘ線の結像面を振り分けることが可能になる。 (B) Here, the splitter is a tube-shaped X-ray light guide mirror unit configured in a tube shape by a mirror that reflects diffracted X-rays, and the diffracted X-ray travels at a branch portion of the tube-shaped X-ray light guide mirror unit. The movement of the diffracted X-rays can be distributed according to the energy region by providing a movable mirror section that distributes and a movable mirror control section that controls the position of the movable mirror section. It becomes possible.
（Ｃ）また、複数のイメージセンサとして、高エネルギー感度特性側にはＸ線用イメージセンサでを配置し、低エネルギー感度特性側にはマイクロチャンネルプレートを受光面側に備えたイメージセンサを配置することで、幅広いエネルギー領域の測定が可能になる。 (C) Further, as a plurality of image sensors, an X-ray image sensor is arranged on the high energy sensitivity characteristic side, and an image sensor having a microchannel plate on the light receiving surface side is arranged on the low energy sensitivity characteristic side. This makes it possible to measure a wide energy range.
（Ｄ）第２の発明では、電子線が照射された試料から放出される特性Ｘ線を回折格子で受けて回折Ｘ線を生じさせ、該回折Ｘ線の結像面にマイクロチャンネルプレートの入力面を配置すると共に、該マイクロチャンネルプレートの出力面側にイメージセンサを配置している。ここで、マイクロチャンネルプレートは、カソードルミネッセンス領域の量子効率より軟Ｘ線領域の量子効率が高い特性を有するものであり、カソードルミネッセンスが発生していても、イメージセンサに入射するＸ線の比率を大きくすることが可能になる。 (D) In the second invention, the characteristic X-rays emitted from the sample irradiated with the electron beam are received by the diffraction grating to generate the diffracted X-rays, and the microchannel plate is input to the image plane of the diffracted X-rays. A surface is arranged, and an image sensor is arranged on the output surface side of the microchannel plate. Here, the microchannel plate has a characteristic that the quantum efficiency of the soft X-ray region is higher than the quantum efficiency of the cathode luminescence region, and the ratio of the X-rays incident on the image sensor can be determined even when cathodoluminescence is generated. It becomes possible to enlarge.
（Ｅ）以上のマイクロチャンネルプレートを使用したＸ線検出システムでは、マイクロチャンネルプレートを回折Ｘ線の進行方向に対して傾斜した状態であって回動可能な状態で保持すると共に、該マイクロチャンネルプレートを回動させる制御を行うことで、感度が入射角度依存特性を有するマイクロチャンネルプレートの最適な感度特性を得ることができるため、イメージセンサに入射するＸ線の比率を大きくすることが可能になる。 (E) In the X-ray detection system using the above microchannel plate, the microchannel plate is tilted with respect to the traveling direction of the diffracted X-ray and is held in a rotatable state. By controlling the rotation of the microchannel plate, it is possible to obtain the optimum sensitivity characteristic of the microchannel plate whose sensitivity has an incident angle dependent characteristic, and therefore, it becomes possible to increase the ratio of X-rays incident on the image sensor. .
（Ｆ）上記（Ａ）−（Ｅ）において、回折格子として不等間隔回折格子を用いることで、平行に近い大きな（９０°近い）入射角で入射させたとき、収差補正がなされると共に、その回折光に対して垂直な結像面を実現できる。 (F) In (A)-(E) above, by using a non-uniformly spaced diffraction grating as the diffraction grating, aberrations are corrected when incident at a large incident angle close to parallel (close to 90 °), and An imaging plane perpendicular to the diffracted light can be realized.
以下、図面を参照して本発明の画像形成装置を実施するための形態（実施形態）を詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out an image forming apparatus of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
〈第１実施形態〉
まず図１と図２を参照して第１実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。
<First Embodiment>
First, the configuration of the X-ray detection system of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
なお、この図１においては、鏡筒や架台などの各部を保持するための既知の基本的部材、真空を保持する機構部分などについては省略し、実施形態の特徴部分の配置を中心に示した状態で示している。 In FIG. 1, known basic members for holding each part such as a lens barrel and a gantry, a mechanism part for holding a vacuum, etc. are omitted, and the arrangement of the characteristic parts of the embodiment is mainly shown. Shown in state.
電子線照射部１０は、走査電子顕微鏡の鏡筒部分に設けられ、試料２０に対して電子線を照射する。 The electron beam irradiation unit 10 is provided in a lens barrel portion of a scanning electron microscope and irradiates the sample 20 with an electron beam.
Ｘ線集光ミラー部３０は、試料２０から放出される特性Ｘ線を、２枚のミラーで集光させて回折格子４０方向に導く。ここで、Ｘ線集光ミラー部３０で集光させることにより、回折格子４０に入射する特性Ｘ線の強度を増加させて、測定時間の短縮、スペクトルのＳ／Ｎ比を向上させることができる。 The X-ray condensing mirror unit 30 condenses the characteristic X-rays emitted from the sample 20 by two mirrors and guides them toward the diffraction grating 40. Here, by condensing with the X-ray collector mirror section 30, the intensity of the characteristic X-rays incident on the diffraction grating 40 can be increased, and the measurement time can be shortened and the S / N ratio of the spectrum can be improved. .
回折格子４０は、Ｘ線集光ミラー部３０により集光された特性Ｘ線を受けて、エネルギーに応じて回折状態が異なる回折Ｘ線を生じさせる。この回折格子４０は、収差補正のために不等間隔の溝が形成されており、このような不等間隔回折格子は、大きな入射角（回折格子面（図１のＹ軸）に平行に近い角度（９０°に近い入射角））で入射させたとき、回折光の焦点をローランド円上ではなく、光線にほぼ垂直な平面（イメージセンサ７０（７０Ａ、７０Ｂ）の受光面：図１のＸＺ平面））上に作るように設計される。 The diffraction grating 40 receives characteristic X-rays collected by the X-ray condenser mirror unit 30 and generates diffracted X-rays having different diffraction states according to energy. This diffractive grating 40 is formed with unequally spaced grooves for aberration correction, and such unequally spaced diffractive grating is nearly parallel to a large incident angle (diffraction grating surface (Y axis in FIG. 1)). When incident at an angle (incident angle close to 90 °), the focal point of the diffracted light is not on the Roland circle, but on a plane substantially perpendicular to the light beam (the light receiving surface of the image sensors 70 (70A, 70B): XZ in FIG. Designed to make on the plane)).
スプリッタ５０は、回折Ｘ線のエネルギー分散方向（図１のＺ方向）と直交方向（図１のＸ方向）の複数の位置に回折Ｘ線の結像面を振り分けるように、回折格子４０からの回折Ｘ線の進行を振り分ける。 The splitter 50 separates the image plane of the diffracted X-ray from the diffraction grating 40 so as to distribute the image plane of the diffracted X-ray to a plurality of positions in the energy dispersion direction (Z direction in FIG. 1) and the orthogonal direction (X direction in FIG. 1). Sort the progress of diffracted X-rays.
スプリッタ５０は、図２（ａ）に示すように、回折Ｘ線を反射させるミラー５１により管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部（導入部５０Ａ、分岐部５０Ｂ、分岐出力部５０Ｃ１、分岐出力部５０Ｃ２）と、管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部（５０Ｂ）において回折Ｘ線の進行を振り分ける可動ミラー部５３と、可動ミラー部５３を駆動する可動ミラー駆動部５２と、各種の判定条件により可動ミラー部５３の位置を制御するよう可動ミラー駆動部５２に指示を与える制御部５４と、を備えて構成される。 As shown in FIG. 2A, the splitter 50 includes a tube-shaped X-ray light guide mirror unit (introducing unit 50A, branching unit 50B, branching output unit 50C1) configured in a tube shape by a mirror 51 that reflects diffracted X-rays. A branch output unit 50C2), a movable mirror unit 53 that distributes the progress of the diffracted X-rays in the branch unit (50B) of the tube-shaped X-ray light guide mirror unit, a movable mirror drive unit 52 that drives the movable mirror unit 53, And a control unit 54 that gives an instruction to the movable mirror driving unit 52 to control the position of the movable mirror unit 53 according to various determination conditions.
また、スプリッタ５０として、図２（ｄ）に示すように、分岐部５０Ｂと分岐出力部５０Ｃ１を折り曲げずに一体に構成して分岐部５０Ｂ１とすると共に、分岐部５０Ｂと分岐出力部５０Ｃ２を折り曲げずに一体に構成して分岐部５０Ｂ２とすることも可能である。この場合、折り曲げ箇所が少なくなり、スプリッタ５０内でのＸ線通過損失が小さくなるという利点を有する。 In addition, as shown in FIG. 2 (d), the splitter 50 is integrally formed without bending the branching part 50B and the branching output part 50C1 to form the branching part 50B1, and the branching part 50B and the branching output part 50C2 are bent. It is also possible to form a branching part 50B2 as a single unit instead. In this case, there are advantages that the number of bent portions is reduced and the X-ray passing loss in the splitter 50 is reduced.
なお、以下の説明では、図２（ａ）に示すスプリッタ５０を具体例にして説明を続けるが、それぞれの場合において図２（ｄ）の形状のスプリッタ５０に置換することが可能である。 In the following description, the description will be continued by taking the splitter 50 shown in FIG. 2A as a specific example, but in each case, the splitter 50 having the shape of FIG. 2D can be replaced.
イメージセンサ７０（７０Ａ、７０Ｂ）は、異なるエネルギー領域の回折Ｘ線を検出するため、軟Ｘ線に感度を有するＸ線用の高エネルギー感度特性／低エネルギー感度特性の２種類のＣＣＤカメラあるいはＸ線用のＣＭＯＳカメラである。望ましくは、背面照射型のＸ線用ＣＣＤカメラで構成されている。このイメージセンサ７０は、その受光面が回折Ｘ線の結像面に一致するように位置調整がなされる。 Since the image sensor 70 (70A, 70B) detects diffracted X-rays in different energy ranges, two types of CCD cameras or X-ray high-sensitivity characteristics / low-energy sensitivity characteristics for X-rays having sensitivity to soft X-rays or X-rays This is a line CMOS camera. Desirably, it comprises a back-illuminated X-ray CCD camera. The position of the image sensor 70 is adjusted so that the light receiving surface thereof coincides with the image plane of diffracted X-rays.
ここでは、イメージセンサ７０Ａが、スプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ１側の結像面に取り付けられ、イメージセンサ７０Ｂが、スプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ２側の結像面に取り付けられている。なお、イメージセンサ７０Ａと７０Ｂとで、それぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておく。 Here, the image sensor 70A is attached to the image forming surface of the splitter 50 on the branch output unit 50C1 side, and the image sensor 70B is attached to the image forming surface of the splitter 50 on the branch output unit 50C2 side. The image sensors 70A and 70B are provided with image sensors having different energy sensitivity characteristics.
以上の構成において、エネルギー値、使用する回折格子４０の種類、試料２０の材質（カソードルミネッセンスを発生しやすいか否かなど）、使用しているＸ線ウィンドウの種類、特性Ｘ線とカソードルミネッセンスの信号強度比などの判定条件を参照し、予め定められた判定条件を用いて制御部５４が、可動ミラー駆動部５２に対して動作指示を与える。 In the above configuration, the energy value, the type of diffraction grating 40 to be used, the material of the sample 20 (whether or not cathodoluminescence is likely to be generated, etc.), the type of X-ray window being used, the characteristic X-ray and cathodoluminescence With reference to a determination condition such as a signal intensity ratio, the control unit 54 gives an operation instruction to the movable mirror drive unit 52 using a predetermined determination condition.
たとえば、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ａでの測定を決定した場合には、図２（ｂ）に示すように、可動ミラー駆動部５２に指示を与えて可動ミラー部５３によって分岐出力部５０Ｃ２を塞ぐように動作させる。これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ１側に導かれて、イメージセンサ７０Ａの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ａによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。 For example, when the control unit 54 determines the measurement by the image sensor 70A based on the above determination conditions, an instruction is given to the movable mirror driving unit 52 as shown in FIG. The branch output unit 50C2 is operated by 53. As a result, the diffracted X-rays incident from the introduction part 50A of the splitter 50 are guided from the branch part 50B to the branch output part 50C1 and imaged on the light receiving surface of the image sensor 70A, and are diffracted by the sample 20 by the image sensor 70A. An X-ray spectrum is collected and measured.
一方、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ｂでの測定を決定した場合には、図２（ｃ）に示すように、可動ミラー駆動部５２に指示を与えて可動ミラー部５３によって分岐出力部５０Ｃ１を塞ぐように動作させる。これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ２側に導かれて、イメージセンサ７０Ｂの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ｂによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。 On the other hand, when the control unit 54 determines the measurement by the image sensor 70B based on the above determination conditions, an instruction is given to the movable mirror driving unit 52 as shown in FIG. 53 is operated so as to block the branch output unit 50C1. As a result, the diffracted X-ray incident from the introduction part 50A of the splitter 50 is guided from the branch part 50B to the branch output part 50C2 and forms an image on the light receiving surface of the image sensor 70B, and is diffracted by the sample 20 by the image sensor 70B. An X-ray spectrum is collected and measured.
なお、ここでは、可動ミラー部５３の動きがわかりやすいように、分岐出力部が閉じた状態でも可動ミラー部５３との間に隙間が生じた状態で示しているが、できる限り隙間や段差が生じないように構成することが望ましい。 Here, in order to make the movement of the movable mirror unit 53 easy to understand, a gap is formed between the movable mirror unit 53 even when the branch output unit is closed, but gaps and steps are generated as much as possible. It is desirable not to configure.
以上のように、イメージセンサ７０Ａと７０Ｂとで、それぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておき、スプリッタ５０で回折Ｘ線の振り分けを行うことで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することができる。 As described above, the image sensors 70A and 70B are arranged with image sensors having different energy sensitivity characteristics, and the diffraction X-rays are distributed by the splitter 50, thereby enabling measurement in a wide energy range. A line detection system can be realized.
〈第２実施形態〉
ここで図３を参照して第２実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。なお、この図３において、図１や図２と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。
Second Embodiment
Here, the configuration of the X-ray detection system of the second embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 and FIG.
この第２実施形態では上述した第１実施形態とスプリッタ５０の振り分け数が異なっている。すなわち、この図３に示されたスプリッタ５０は、回折Ｘ線のエネルギー分散方向（図１のＺ方向）と直交方向（図１のＸ方向）の３つの位置に回折Ｘ線の結像面を振り分けるように、回折格子４０からの回折Ｘ線の進行を振り分ける。 In the second embodiment, the number of distribution of the splitter 50 is different from that in the first embodiment described above. That is, the splitter 50 shown in FIG. 3 sets the image plane of the diffracted X-rays at three positions in the energy dispersion direction (Z direction in FIG. 1) and the orthogonal direction (X direction in FIG. 1). As is distributed, the progress of the diffracted X-rays from the diffraction grating 40 is distributed.
ここで、スプリッタ５０は、回折Ｘ線を反射させるミラー５１により管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部（導入部５０Ａ、分岐部５０Ｂ、分岐出力部５０Ｃ１、分岐出力部５０Ｃ２、分岐出力部５０Ｃ３）と、管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部（５０Ｂ）において回折Ｘ線の進行を振り分ける可動ミラー部５３（５３ａ、５３ｂ）と、可動ミラー部５３を駆動する可動ミラー駆動部５２（５２ａ、５２ｂ）と、各種の判定条件により可動ミラー部５３の位置を制御するよう可動ミラー駆動部５２に指示を与える制御部５４と、を備えて構成される。 Here, the splitter 50 is a tube-shaped X-ray light guide mirror unit (introducing unit 50A, branching unit 50B, branching output unit 50C1, branching output unit 50C2, branching unit) formed into a tube shape by a mirror 51 that reflects diffracted X-rays. An output unit 50C3), a movable mirror unit 53 (53a, 53b) that distributes the progress of the diffracted X-rays in the branch unit (50B) of the tube-shaped X-ray light guide mirror unit, and a movable mirror drive unit that drives the movable mirror unit 53 52 (52a, 52b) and a control unit 54 that gives an instruction to the movable mirror driving unit 52 so as to control the position of the movable mirror unit 53 according to various determination conditions.
イメージセンサ７０（７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）は、異なるエネルギー領域の回折Ｘ線を検出するため、軟Ｘ線に感度を有するＸ線用の高／中／低エネルギー感度特性の３種類のＸ線用のＣＣＤカメラあるいはＸ線用のＣＭＯＳカメラである。望ましくは、背面照射型のＸ線用ＣＣＤカメラで構成されている。このイメージセンサ７０は、その受光面が回折Ｘ線の結像面に一致するように位置調整がなされる。 The image sensor 70 (70A, 70B, 70C) detects diffracted X-rays in different energy regions, and therefore has three types of X-ray high / medium / low energy sensitivity characteristics for X-rays having sensitivity to soft X-rays. CCD camera or X-ray CMOS camera. Desirably, it comprises a back-illuminated X-ray CCD camera. The position of the image sensor 70 is adjusted so that the light receiving surface thereof coincides with the image plane of diffracted X-rays.
ここでは、イメージセンサ７０Ａがスプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ１側の結像面に取り付けられ、イメージセンサ７０Ｂがスプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ２側の結像面に取り付けられ、イメージセンサ７０Ｃがスプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ３側の結像面に取り付けられ、ている。なお、イメージセンサ７０Ａ〜７０Ｃで、それぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておく。 Here, the image sensor 70A is attached to the image forming surface of the splitter 50 on the branch output unit 50C1 side, the image sensor 70B is attached to the image forming surface of the splitter 50 on the branch output unit 50C2 side, and the image sensor 70C is attached to the splitter 50. It is attached to the imaging surface on the branch output unit 50C3 side. The image sensors 70A to 70C are provided with image sensors having different energy sensitivity characteristics.
以上の構成において、エネルギー値、使用する回折格子４０の種類、試料２０の材質（カソードルミネッセンスを発生しやすいか否かなど）、使用しているＸ線ウィンドウの種類、特性Ｘ線とカソードルミネッセンスの信号強度比などの判定条件を参照し、予め定められた判定条件を用いて制御部５４が、可動ミラー駆動部５２に対して動作指示を与える。 In the above configuration, the energy value, the type of diffraction grating 40 to be used, the material of the sample 20 (whether or not cathodoluminescence is likely to be generated, etc.), the type of X-ray window being used, the characteristic X-ray and cathodoluminescence With reference to a determination condition such as a signal intensity ratio, the control unit 54 gives an operation instruction to the movable mirror drive unit 52 using a predetermined determination condition.
たとえば、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ｃでの測定を決定した場合には、図３に示すように、可動ミラー駆動部５２ａと５２ｂとに指示を与えて可動ミラー部５３ａと５２ｂとによって分岐出力部５０Ｃ１と５０Ｃ２を塞ぐように動作させる。 For example, when the control unit 54 determines measurement by the image sensor 70C based on the above determination conditions, as shown in FIG. 3, an instruction is given to the movable mirror driving units 52a and 52b to move the movable mirror unit. The branch output units 50C1 and 50C2 are operated to be closed by 53a and 52b.
これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ３側に導かれて、イメージセンサ７０Ｃの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ｃによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。 As a result, the diffracted X-rays incident from the introduction section 50A of the splitter 50 are guided from the branch section 50B to the branch output section 50C3, imaged on the light receiving surface of the image sensor 70C, and diffracted by the sample 20 by the image sensor 70C. An X-ray spectrum is collected and measured.
なお、ここでは、可動ミラー部５３ａ、５３ｂの動きがわかりやすいように、可動ミラー部５３ａ、５３ｂが閉じた状態でも隙間が生じた状態で示しているが、できる限り隙間や段差が生じないように構成することが望ましい。 Here, for the sake of easy understanding of the movement of the movable mirror portions 53a and 53b, a gap is generated even when the movable mirror portions 53a and 53b are closed. However, a gap and a step are not generated as much as possible. It is desirable to configure.
以上のように、イメージセンサ７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃで、それぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておき、スプリッタ５０で回折Ｘ線の振り分けを行うことで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することができる。なお、スプリッタ５０による振り分けを４以上にすることも可能である。 As described above, the image sensors 70A, 70B, and 70C are arranged with image sensors having different energy sensitivity characteristics, and the diffraction X-rays are distributed by the splitter 50, so that a wide energy range can be measured. An X-ray detection system can be realized. It is also possible to make the distribution by the splitter 50 4 or more.
〈第３実施形態〉
ここで図４を参照して第３実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。なお、この図４において、図１−図３と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。
<Third Embodiment>
Here, the configuration of the X-ray detection system of the third embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the same components as those in FIGS.
この第３実施形態では上述した第１〜第２実施形態とスプリッタ５０の振り分け構造が異なっている。 In the third embodiment, the distribution structure of the splitter 50 is different from the first to second embodiments described above.
すなわち、この図４（ａ）に示されたスプリッタ５０は、結像面（ＸＺ平面）内において１２０°毎の３つの位置に回折Ｘ線の結像面を振り分けるように、回折格子４０からの回折Ｘ線の進行を振り分ける。 That is, the splitter 50 shown in FIG. 4 (a) is arranged from the diffraction grating 40 so as to distribute the image plane of the diffracted X-rays to three positions every 120 ° in the image plane (XZ plane). Sort the progress of diffracted X-rays.
ここで、スプリッタ５０は、回折Ｘ線を反射させるミラー５１により管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部（導入部５０Ａ、分岐部５０Ｂ、分岐出力部５０Ｃ１、分岐出力部５０Ｃ２、分岐出力部５０Ｃ３）と、管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部（５０Ｂ）において回折Ｘ線の進行を振り分けるべくいずれかの位置で回折Ｘ線を透過させる回転選択式シャッタ５５（図４（ｂ）−（ｄ）参照）と、回転選択式シャッタ５５を駆動する駆動部（図示せず）と、各種の判定条件により回転選択式シャッタ５５の回転位相を制御するよう駆動部に指示を与える制御部５４と、を備えて構成される。 Here, the splitter 50 is a tube-shaped X-ray light guide mirror unit (introducing unit 50A, branching unit 50B, branching output unit 50C1, branching output unit 50C2, branching unit) formed into a tube shape by a mirror 51 that reflects diffracted X-rays. A rotation-selective shutter 55 that transmits diffracted X-rays at any position to distribute the progress of the diffracted X-rays at the output unit 50C3) and the branch part (50B) of the tube-shaped X-ray light guide mirror unit (FIG. 4B). )-(D)), a drive unit (not shown) for driving the rotation-selective shutter 55, and a control for instructing the drive unit to control the rotation phase of the rotation-selective shutter 55 according to various determination conditions. Unit 54.
イメージセンサ７０（７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）は、異なるエネルギー領域の回折Ｘ線を検出するため、軟Ｘ線に感度を有するＸ線用の高／中／低エネルギー感度特性の３種類のＸ線用のＣＣＤカメラあるいはＸ線用のＣＭＯＳカメラである。望ましくは、背面照射型のＸ線用ＣＣＤカメラで構成されている。このイメージセンサ７０は、その受光面が回折Ｘ線の結像面に一致するように位置調整がなされる。 The image sensor 70 (70A, 70B, 70C) detects diffracted X-rays in different energy regions, and therefore has three types of X-ray high / medium / low energy sensitivity characteristics for X-rays having sensitivity to soft X-rays. CCD camera or X-ray CMOS camera. Desirably, it comprises a back-illuminated X-ray CCD camera. The position of the image sensor 70 is adjusted so that the light receiving surface thereof coincides with the image plane of diffracted X-rays.
ここでは、イメージセンサ７０Ａがスプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ１側の結像面に取り付けられ、イメージセンサ７０Ｂがスプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ２側の結像面に取り付けられ、イメージセンサ７０Ｃがスプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ３側の結像面に取り付けられ、ている。なお、イメージセンサ７０Ａ〜７０Ｃで、それぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておく。 Here, the image sensor 70A is attached to the image forming surface of the splitter 50 on the branch output unit 50C1 side, the image sensor 70B is attached to the image forming surface of the splitter 50 on the branch output unit 50C2 side, and the image sensor 70C is attached to the splitter 50. It is attached to the imaging surface on the branch output unit 50C3 side. The image sensors 70A to 70C are provided with image sensors having different energy sensitivity characteristics.
以上の構成において、エネルギー値、使用する回折格子４０の種類、試料２０の材質（カソードルミネッセンスを発生しやすいか否かなど）、使用しているＸ線ウィンドウの種類、特性Ｘ線とカソードルミネッセンスの信号強度比などの判定条件を参照し、予め定められた判定条件を用いて制御部５４が、可動ミラー駆動部に対して回転指示を与える。 In the above configuration, the energy value, the type of diffraction grating 40 to be used, the material of the sample 20 (whether or not cathodoluminescence is likely to be generated, etc.), the type of X-ray window being used, the characteristic X-ray and cathodoluminescence With reference to a determination condition such as a signal intensity ratio, the control unit 54 gives a rotation instruction to the movable mirror drive unit using a predetermined determination condition.
たとえば、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ａでの測定を決定した場合には、図４（ｂ）に示すように、駆動部に指示を与えて回転選択式シャッタ５５の開口部５５ｈを分岐出力部５０Ｃ１に合わせるように動作させる。これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ１側に導かれて、イメージセンサ７０Ａの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ａによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。 For example, when the control unit 54 determines the measurement by the image sensor 70A based on the above determination conditions, an instruction is given to the drive unit and the rotation selection type shutter 55 is operated as shown in FIG. The opening 55h is operated to match the branch output unit 50C1. As a result, the diffracted X-rays incident from the introduction part 50A of the splitter 50 are guided from the branch part 50B to the branch output part 50C1 and imaged on the light receiving surface of the image sensor 70A, and are diffracted by the sample 20 by the image sensor 70A. An X-ray spectrum is collected and measured.
また、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ｂでの測定を決定した場合には、図４（ｃ）に示すように、駆動部に指示を与えて回転選択式シャッタ５５の開口部５５ｈを分岐出力部５０Ｃ２に合わせるように動作させる。これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ２側に導かれて、イメージセンサ７０Ｂの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ｂによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。 Further, when the control unit 54 determines the measurement by the image sensor 70B based on the above determination conditions, an instruction is given to the drive unit as shown in FIG. The opening 55h is operated to match the branch output unit 50C2. As a result, the diffracted X-ray incident from the introduction part 50A of the splitter 50 is guided from the branch part 50B to the branch output part 50C2 and forms an image on the light receiving surface of the image sensor 70B, and is diffracted by the sample 20 by the image sensor 70B. An X-ray spectrum is collected and measured.
更に、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ｃでの測定を決定した場合には、図４（ｄ）に示すように、駆動部に指示を与えて回転選択式シャッタ５５の開口部５５ｈを分岐出力部５０Ｃ３に合わせるように動作させる。これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ３側に導かれて、イメージセンサ７０Ｃの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ｃによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。 Furthermore, when the control unit 54 determines the measurement by the image sensor 70C based on the above determination conditions, an instruction is given to the drive unit as shown in FIG. The opening 55h is operated to match the branch output unit 50C3. As a result, the diffracted X-rays incident from the introduction section 50A of the splitter 50 are guided from the branch section 50B to the branch output section 50C3, imaged on the light receiving surface of the image sensor 70C, and diffracted by the sample 20 by the image sensor 70C. An X-ray spectrum is collected and measured.
以上のように、イメージセンサ７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃでそれぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておき、スプリッタ５０と回転選択式シャッタ５５とで回折Ｘ線の振り分けを行うことで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することができる。なお、スプリッタ５０と回転選択式シャッタ５５とによる振り分けを４以上にすることも可能である。 As described above, the image sensors 70A, 70B, and 70C are provided with image sensors having different energy sensitivity characteristics, and diffracted X-rays are distributed between the splitter 50 and the rotation-selective shutter 55. An X-ray detection system capable of measuring a region can be realized. It should be noted that the distribution by the splitter 50 and the rotation-selective shutter 55 can be four or more.
〈第４実施形態〉
ここで図５を参照して第４実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。なお、この図５において、図１と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。
<Fourth embodiment>
Here, the configuration of the X-ray detection system of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same components as those in FIG.
この第４実施形態では上述した第１実施形態とスプリッタ５０後のイメージセンサ７０部分の接続が異なっている。 In the fourth embodiment, the connection of the image sensor 70 portion after the splitter 50 is different from the first embodiment described above.
すなわち、この図５に示された第４実施形態において、電子線照射部１０、試料２０、Ｘ線集光ミラー部３０、回折格子４０、スプリッタ５０、スプリッタ５０の一方の分岐出力部５０Ｃ１側のイメージセンサ７０Ａ、の部分は第１実施形態と同じである。 That is, in the fourth embodiment shown in FIG. 5, the electron beam irradiation unit 10, the sample 20, the X-ray condensing mirror unit 30, the diffraction grating 40, the splitter 50, and the splitter 50 on one branch output unit 50 </ b> C <b> 1 side. The part of the image sensor 70A is the same as that of the first embodiment.
一方、スプリッタ５０の他方の分岐出力部５０Ｃ２側には、マイクロチャンネルプレート６０が接続され、マイクロチャンネルプレート６０の出力側にイメージセンサ７０Ｂが接続されている。 On the other hand, the micro-channel plate 60 is connected to the other branch output unit 50C2 side of the splitter 50, and the image sensor 70B is connected to the output side of the micro-channel plate 60.
ここで、電子線が照射された試料２０から放出される特性Ｘ線を回折格子４０で受けて回折Ｘ線を生じさせ、スプリッタ５０で振り分けた後、該回折Ｘ線の結像面にマイクロチャンネルプレート６０の入力面を配置すると共に、該マイクロチャンネルプレート６０の出力面側にイメージセンサ７０Ｂを配置している。 Here, the characteristic X-rays emitted from the sample 20 irradiated with the electron beam are received by the diffraction grating 40 to generate diffracted X-rays, which are distributed by the splitter 50, and then the microchannels are formed on the image plane of the diffracted X-rays. The input surface of the plate 60 is disposed, and the image sensor 70B is disposed on the output surface side of the microchannel plate 60.
また、マイクロチャンネルプレート６０は、微小な光電子増倍管を多数束ねた構造になっており、入力面に軟Ｘ線が入射すると電子が飛び出し、この電子が各チャンネルの壁に当たってアバランシェ効果により電子が増幅され、出力面側に設けられた蛍光面を光らせる構成になっている。 The microchannel plate 60 has a structure in which a large number of micro photomultiplier tubes are bundled. When soft X-rays are incident on the input surface, the electrons are emitted, and the electrons hit the walls of the respective channels and are avalanche-effected. Amplified and configured to illuminate the fluorescent screen provided on the output surface side.
このため、マイクロチャンネルプレート６０の出力面側の蛍光面の蛍光に感度を有するイメージセンサ７０Ｂを配置する。このようなマイクロチャンネルプレート６０の光電子増倍効果を採用することで、非常に高感度な測定が可能になる。 For this reason, an image sensor 70B having sensitivity to the fluorescence of the fluorescent screen on the output surface side of the microchannel plate 60 is disposed. By adopting such a photomultiplier effect of the microchannel plate 60, measurement with very high sensitivity becomes possible.
図６は蛍光面を有する状態で構成されたマイクロチャンネルプレート６０の構成の一例を示す説明図である。ここでは、回折Ｘ線を増幅するマイクロチャンネルプレート６１ａと６１ｂの２段構成になっており、出力側にはマイクロチャンネルプレート６１ｂの出力光を受けて蛍光を発する蛍光面６２が配置されている。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the microchannel plate 60 configured with a phosphor screen. Here, it has a two-stage configuration of microchannel plates 61a and 61b for amplifying diffracted X-rays, and on the output side, a fluorescent screen 62 that receives the output light of the microchannel plate 61b and emits fluorescence is disposed.
なお、マイクロチャンネルプレート６１ａ，６１ｂに印加する電圧Ｖ１を可変とすることで増幅率を調整することが可能であり、また、蛍光面６２に印加する電圧Ｖ２を可変とすることで蛍光状態を調整することが可能である。また、マイクロチャンネルプレート６１ａ，６１ｂは、２段階増幅とすることで、１段のみで電圧を上げた場合よりも低ノイズの増幅が可能となる。 The amplification factor can be adjusted by changing the voltage V1 applied to the microchannel plates 61a and 61b, and the fluorescent state can be adjusted by changing the voltage V2 applied to the phosphor screen 62. Is possible. In addition, the microchannel plates 61a and 61b can perform amplification with lower noise than when the voltage is increased by only one stage by using two-stage amplification.
以上の構成において、エネルギー値、使用する回折格子４０の種類、試料２０の材質（カソードルミネッセンスを発生しやすいか否かなど）、使用しているＸ線ウィンドウの種類、特性Ｘ線とカソードルミネッセンスの信号強度比などの判定条件を参照し、予め定められた判定条件を用いて制御部５４が、可動ミラー駆動部５２に対して動作指示を与える。 In the above configuration, the energy value, the type of diffraction grating 40 to be used, the material of the sample 20 (whether or not cathodoluminescence is likely to be generated, etc.), the type of X-ray window being used, the characteristic X-ray and cathodoluminescence With reference to a determination condition such as a signal intensity ratio, the control unit 54 gives an operation instruction to the movable mirror drive unit 52 using a predetermined determination condition.
以上のように、イメージセンサ７０Ａと、マイクロチャンネルプレート６０を介したイメージセンサ７０Ｂとを配置しておき、スプリッタ５０で回折Ｘ線の振り分けを行うことで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することができる。また、上述した第２実施形態や第３実施形態のスプリッタ５０の分岐出力部のいずれかに、この第４実施形態で示したマイクロチャンネルプレート６０を採用することも可能である。 As described above, by arranging the image sensor 70A and the image sensor 70B via the microchannel plate 60 and sorting the diffracted X-rays by the splitter 50, X-rays capable of measuring a wide energy range. A detection system can be realized. Moreover, it is also possible to employ the microchannel plate 60 shown in the fourth embodiment in any of the branch output portions of the splitter 50 of the second embodiment and the third embodiment described above.
〈第５実施形態〉
ここで図７を参照して第５実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。なお、この図７において、図１や図５と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
Here, the configuration of the X-ray detection system of the fifth embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 1 and FIG.
この第５実施形態では上述したマイクロチャンネルプレート６０を用いた第４実施形態からスプリッタ５０とイメージセンサ７０Ａを除いた構成になっている。すなわち、特開２００２−３２９４７３号公報などに示されるＸ線検出システムにおいて、イメージセンサ７０の前にマイクロチャンネルプレート６０を設けたことを特徴としている。 In the fifth embodiment, the splitter 50 and the image sensor 70A are excluded from the fourth embodiment using the microchannel plate 60 described above. That is, the X-ray detection system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-329473 is characterized in that the microchannel plate 60 is provided in front of the image sensor 70.
ここでは、電子線が照射された試料２０から放出される特性Ｘ線を回折格子４０で受けて回折Ｘ線を生じさせ、該回折Ｘ線の結像面にマイクロチャンネルプレート６０の入力面を配置すると共に、該マイクロチャンネルプレート６０の出力面側にイメージセンサ７０を配置している。このため、マイクロチャンネルプレート６０の出力面側の蛍光面の蛍光に感度を有するイメージセンサ７０を配置する。このようなマイクロチャンネルプレート６０の光電子増倍効果を採用することで、非常に高感度な測定が可能になる。 Here, the characteristic X-rays emitted from the sample 20 irradiated with the electron beam are received by the diffraction grating 40 to generate diffracted X-rays, and the input surface of the microchannel plate 60 is arranged on the image plane of the diffracted X-rays. In addition, an image sensor 70 is disposed on the output surface side of the microchannel plate 60. For this reason, an image sensor 70 having sensitivity to the fluorescence of the fluorescent screen on the output surface side of the microchannel plate 60 is disposed. By adopting such a photomultiplier effect of the microchannel plate 60, measurement with very high sensitivity becomes possible.
そして、図８（ａ）に示すように、マイクロチャンネルプレート６０の波長−量子化効率特性は、一例として、軟Ｘ線波長領域では８％、カソードルミネッセンスの波長領域では０．８％と、１０倍程度の大きな違いがある。この結果、イメージセンサ７０の直前にマイクロチャンネルプレート６０を設けたＸ線検出システムでは、カソードルミネッセンスを軟Ｘ線に対して１／１０に低減することが可能になる。すなわち、マイクロチャンネルプレート６０は、カソードルミネッセンス領域の量子効率より軟Ｘ線領域の量子効率が高い特性を有するものであり、カソードルミネッセンスが発生していても、イメージセンサ７０に入射するＸ線の比率を大きくすることが可能になる。 As shown in FIG. 8A, the wavelength-quantization efficiency characteristics of the microchannel plate 60 are, for example, 8% in the soft X-ray wavelength region and 0.8% in the cathodoluminescence wavelength region. There is a big difference of about twice. As a result, in the X-ray detection system in which the microchannel plate 60 is provided immediately before the image sensor 70, the cathodoluminescence can be reduced to 1/10 of the soft X-ray. In other words, the microchannel plate 60 has a characteristic that the quantum efficiency of the soft X-ray region is higher than the quantum efficiency of the cathode luminescence region, and the ratio of the X-rays incident on the image sensor 70 even when the cathode luminescence is generated. Can be increased.
発明者らが実験したところ、カソードルミネッセンスなどの迷光の影響を受けた状態での回折Ｘ線の測定結果のイメージを示すと図８（ｂ）のようであった。これに対し、この第５実施形態のマイクロチャンネルプレート６０によるカソードルミネッセンスの低減効果を伴う回折Ｘ線の測定結果は、試料２０に対する電子線の照射や回折格子４０は同一であるにもかかわらず、図８（ｃ）のように、非常に鮮明に回折光の様子（エネルギー分布）が確認できた。 As a result of experiments conducted by the inventors, an image of the measurement result of diffracted X-rays in a state affected by stray light such as cathodoluminescence is shown in FIG. On the other hand, the measurement result of the diffracted X-ray with the effect of reducing the cathodoluminescence by the microchannel plate 60 of the fifth embodiment shows that the electron beam irradiation to the sample 20 and the diffraction grating 40 are the same. As shown in FIG. 8C, the state of diffracted light (energy distribution) was confirmed very clearly.
なお、この第５実施形態ではスプリッタ５０を用いていない状態であるが、第４実施形態のようにスプリッタ５０を使用してマイクロチャンネルプレート６０を使用した場合であっても、同様にカソードルミネッセンスなどの迷光の影響を低減した状態のＸ線検出が可能になる。 In the fifth embodiment, the splitter 50 is not used. However, even in the case where the microchannel plate 60 is used using the splitter 50 as in the fourth embodiment, the cathode luminescence or the like is similarly applied. X-ray detection in a state where the influence of the stray light is reduced becomes possible.
〈第６実施形態〉
ここで図９を参照して第６実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。なお、この図９において、他の図面と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。
<Sixth Embodiment>
Here, the configuration of the X-ray detection system of the sixth embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 9, the same components as those in other drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
この第６実施形態では上述した第４実施形態と同様にマイクロチャンネルプレート６０をイメージセンサ７０Ｂの直前に配置している。 In the sixth embodiment, as in the fourth embodiment described above, the microchannel plate 60 is disposed immediately before the image sensor 70B.
ここで、以上のマイクロチャンネルプレート６０を回折Ｘ線の進行方向に対して傾斜した状態に保持する管状の傾斜保持部６１を配置する。なお、この傾斜保持部６１は、Ｘ線を反射するミラーにより構成するものであり、分岐出力部５０Ｃ２と一体に、すなわち、分岐出力部５０Ｃ２の出射側端面を傾斜させて構成してもよい。さらに、マイクロチャンネルプレート６０を回動可能な状態で保持する回動保持部６２を配置する。なお、傾斜保持部６１と回動保持部６２とを一体的に構成し、傾斜回動保持部としてもよい。また、マイクロチャンネルプレート６０を所定の回転角で回転させる回動制御部（図示せず）を設ける。 Here, a tubular inclined holding portion 61 that holds the above microchannel plate 60 in an inclined state with respect to the traveling direction of the diffracted X-rays is disposed. In addition, this inclination holding | maintenance part 61 is comprised by the mirror which reflects an X-ray, and may be comprised integrally with the branch output part 50C2, ie, the output side end surface of the branch output part 50C2 may be inclined. Further, a rotation holding part 62 that holds the microchannel plate 60 in a rotatable state is disposed. In addition, the inclination holding part 61 and the rotation holding part 62 may be integrally configured to be an inclination rotation holding part. Further, a rotation control unit (not shown) that rotates the microchannel plate 60 at a predetermined rotation angle is provided.
一般にマイクロチャンネルプレート６０を構成する多数の微小な光電子増倍管はバイアス角と呼ばれる若干の傾斜角を有しており、入射光に対して角度依存の感度特性を有している。そこで、このマイクロチャンネルプレート６０のバイアス角をカバーするように傾斜保持部６１の傾斜角を定め、傾斜させた状態でマイクロチャンネルプレート６０を回転させることにより、マイクロチャンネルプレート６０の最適感度を得られる角度で回折Ｘ線をマイクロチャンネルプレート６０に入射させることが可能になる。 In general, a large number of minute photomultiplier tubes constituting the microchannel plate 60 have a slight inclination angle called a bias angle, and have angle-dependent sensitivity characteristics with respect to incident light. Therefore, the optimum sensitivity of the microchannel plate 60 can be obtained by determining the inclination angle of the inclination holding portion 61 so as to cover the bias angle of the microchannel plate 60 and rotating the microchannel plate 60 in the inclined state. Diffracted X-rays can be incident on the microchannel plate 60 at an angle.
なお、この第６実施形態では、スプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ２側にマイクロチャンネルプレート６０を配置したものを示したが、第５実施形態のようにスプリッタ５０を使用しないＸ線検出システムにおいてもマイクロチャンネルプレート６０の傾斜回転により良好な感度特性を得ることができる。 In the sixth embodiment, the micro channel plate 60 is disposed on the branch output unit 50C2 side of the splitter 50. However, even in the X-ray detection system that does not use the splitter 50 as in the fifth embodiment, the micro channel plate 60 is disposed. Good sensitivity characteristics can be obtained by the tilt rotation of the channel plate 60.
〈第７実施形態〉
ここで図１０を参照して第７実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。
<Seventh embodiment>
Here, the configuration of the X-ray detection system of the seventh embodiment will be described with reference to FIG.
なお、この第７実施形態は複数の回折格子４０を選択可能にした構成を示しており、上述した第１〜第６実施形態のそれぞれに適用することが可能である。 The seventh embodiment shows a configuration in which a plurality of diffraction gratings 40 can be selected, and can be applied to each of the first to sixth embodiments described above.
以上の各実施形態ではスプリッタ５０を使用して複数のイメージセンサ７０でそれぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを選択使用することで、または、マイクロチャンネルプレート６０を使用することで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することができた。 In each of the above embodiments, the splitter 50 is used to select and use image sensors having different energy sensitivity characteristics for each of the plurality of image sensors 70, or by using the microchannel plate 60, so that a wide energy region can be obtained. An X-ray detection system capable of measurement was realized.
このため、このような幅広いエネルギー領域の測定に合わせて、複数の回折格子４０を選択使用して、必要な分解能、被測定エネルギー範囲の違いなどに対応できることが望ましい。 For this reason, it is desirable that a plurality of diffraction gratings 40 can be selected and used in accordance with the measurement in such a wide energy region so as to cope with a necessary resolution, a difference in the energy range to be measured, and the like.
そこで、図１０（ａ）に示すように、Ｘ方向に移動可能な回折格子保持部４１と、この回折格子保持部４１上にＸ方向に平面的に配置した複数の回折格子４０（回折格子４０_1、回折格子４０_2、回折格子４０_3、回折格子４０_4）を用意する。そして、図示しない駆動機構と制御部とによって、回折格子４０_1、回折格子４０_2、回折格子４０_3、回折格子４０_4のいずれかが試料２０からの特性Ｘ線を回折させるように、Ｘ方向の駆動制御を行う。これにより、幅広いエネルギー領域の測定に合わせて、複数の中から適した回折格子４０_1〜４０_4のいずれかを選択使用できる。 Therefore, as shown in FIG. 10A, a diffraction grating holding unit 41 movable in the X direction and a plurality of diffraction gratings 40 (diffraction gratings 40_1) arranged in a plane in the X direction on the diffraction grating holding unit 41. , Diffraction grating 40_2, diffraction grating 40_3, diffraction grating 40_4) are prepared. Then, drive control in the X direction is performed by a drive mechanism and a control unit (not shown) so that any of the diffraction grating 40_1, the diffraction grating 40_2, the diffraction grating 40_3, and the diffraction grating 40_4 diffracts characteristic X-rays from the sample 20. Do. Accordingly, any one of a plurality of diffraction gratings 40_1 to 40_4 suitable for measurement in a wide energy range can be selected and used.
一方、図１０（ｂ）に示すように、Ｚ方向に移動可能な回折格子保持部４１ａ，４１ｂと、この回折格子保持部４１ａ，４１ｂによりＺ方向に積層状態で保持された複数の回折格子４０（回折格子４０_1、回折格子４０_2、回折格子４０_3、回折格子４０_4）を用意する。そして、図示しない駆動機構と制御部とによって、回折格子４０_1、回折格子４０_2、回折格子４０_3、回折格子４０_4のいずれかが試料２０からの特性Ｘ線を回折させるように、Ｚ方向の駆動制御を行う。これにより、幅広いエネルギー領域の測定に合わせて、複数の中から適した回折格子４０_1〜４０_4のいずれかを選択使用できる。 On the other hand, as shown in FIG. 10B, diffraction grating holders 41a and 41b movable in the Z direction and a plurality of diffraction gratings 40 held in a stacked state in the Z direction by the diffraction grating holders 41a and 41b. (Diffraction grating 40_1, Diffraction grating 40_2, Diffraction grating 40_3, Diffraction grating 40_4) are prepared. Then, drive control in the Z direction is performed by a drive mechanism and a control unit (not shown) so that any of the diffraction grating 40_1, the diffraction grating 40_2, the diffraction grating 40_3, and the diffraction grating 40_4 diffracts characteristic X-rays from the sample 20. Do. Accordingly, any one of a plurality of diffraction gratings 40_1 to 40_4 suitable for measurement in a wide energy range can be selected and used.
なお、図１０（ｂ）の場合には、積層保持する回折格子４０に対して、入射側と出射側とに開口を設ければ、異なる形状の回折格子保持部であってもよい。 In the case of FIG. 10B, diffraction grating holders having different shapes may be used as long as openings are provided on the incident side and the emission side of the diffraction grating 40 to be laminated and held.
また、図１０（ａ）（ｂ）に示した４枚の回折格子４０は一例であり、２枚、３枚、あるいは５枚以上の回折格子４０を選択使用することも可能である。また、２枚の回折格子４０を使用する場合には、回折格子保持部４１（図１０（ａ））の両面に貼付し、回折格子保持部４１を反転させることで、使用する回折格子４０を切り替えることも可能である。 Further, the four diffraction gratings 40 shown in FIGS. 10A and 10B are merely examples, and two, three, or five or more diffraction gratings 40 can be selectively used. Further, when two diffraction gratings 40 are used, the diffraction grating 40 to be used is attached to both surfaces of the diffraction grating holding unit 41 (FIG. 10A) and the diffraction grating holding unit 41 is inverted. It is also possible to switch.
１０ 電子線照射部
２０ 試料
３０ Ｘ線集光ミラー部
４０ 回折格子
５０ スプリッタ
６０ マイクロチャンネルプレート
７０ イメージセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electron beam irradiation part 20 Sample 30 X-ray condensing mirror part 40 Diffraction grating 50 Splitter 60 Microchannel plate 70 Image sensor
Claims (7)
電子線が照射された前記試料から放出される特性Ｘ線を受けて回折Ｘ線を生じさせる回折格子と、
前記回折Ｘ線のエネルギー分散方向と直交方向の複数の位置に前記回折Ｘ線の結像面を振り分けるように前記回折Ｘ線の進行を振り分けるスプリッタと、
前記スプリッタにより振り分けられた複数の結像面のそれぞれに配置された異なるエネルギー感度特性の複数のイメージセンサと、
を有することを特徴とするＸ線検出システム。 An electron beam irradiation unit for irradiating the sample with an electron beam;
A diffraction grating that receives characteristic X-rays emitted from the sample irradiated with the electron beam and generates diffracted X-rays;
A splitter that distributes the progress of the diffracted X-rays so as to distribute the image plane of the diffracted X-rays to a plurality of positions orthogonal to the energy dispersion direction of the diffracted X-rays;
A plurality of image sensors having different energy sensitivity characteristics arranged on each of a plurality of imaging planes distributed by the splitter;
An X-ray detection system comprising:
前記回折Ｘ線を反射させるミラーにより管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部と、
前記管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部分において前記回折Ｘ線の進行を振り分ける可動ミラー部と、
前記可動ミラー部の位置を制御する可動ミラー制御部と、を備える、
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線検出システム。 The splitter is
A tube-shaped X-ray light guide mirror portion configured in a tube shape by a mirror that reflects the diffracted X-ray;
A movable mirror portion that distributes the progress of the diffracted X-rays at a branch portion of the tube-shaped X-ray light guide mirror portion;
A movable mirror control unit for controlling the position of the movable mirror unit,
The X-ray detection system according to claim 1.
高エネルギー感度特性側はＸ線用イメージセンサであり、
低エネルギー感度特性側は、マイクロチャンネルプレートを受光面側に備えたイメージセンサである、
ことを特徴とする請求項１−２に記載のＸ線検出システム。 The plurality of image sensors are:
The high energy sensitivity side is an X-ray image sensor.
The low energy sensitivity characteristic side is an image sensor equipped with a microchannel plate on the light receiving surface side.
The X-ray detection system according to claim 1-2.
電子線が照射された前記試料から放出される特性Ｘ線を受けて回折Ｘ線を生じさせる回折格子と、
前記回折Ｘ線の結像面に入力面が位置するように配置されたマイクロチャンネルプレートと、
前記マイクロチャンネルプレートの出力面側に配置されたイメージセンサと、
を有することを特徴とするＸ線検出システム。 An electron beam irradiation unit for irradiating the sample with an electron beam;
A diffraction grating that receives characteristic X-rays emitted from the sample irradiated with the electron beam and generates diffracted X-rays;
A microchannel plate disposed so that an input surface is positioned on the imaging surface of the diffracted X-ray;
An image sensor disposed on the output surface side of the microchannel plate;
An X-ray detection system comprising:
カソードルミネッセンス領域の量子効率より軟Ｘ線領域の量子効率が高い特性を有する、
を有することを特徴とする請求項３−４に記載のＸ線検出システム。 The microchannel plate is
The quantum efficiency of the soft X-ray region is higher than the quantum efficiency of the cathodoluminescence region.
The X-ray detection system according to claim 3, further comprising:
前記傾斜回動保持部により保持された前記マイクロチャンネルプレートを回動させる回動制御部と、
を有することを特徴とする請求項３−５のいずれか一項に記載のＸ線検出システム。 An inclined rotation holding unit that holds the microchannel plate in a state of being inclined with respect to the traveling direction of the diffraction X-ray and being rotatable
A rotation control unit that rotates the microchannel plate held by the tilt rotation holding unit;
The X-ray detection system according to claim 3, wherein:
ことを特徴とする請求項１−６のいずれか一項に記載のＸ線検出システム。 The diffraction grating is a non-uniformly spaced diffraction grating,
The X-ray detection system according to any one of claims 1 to 6, wherein:
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