JPH07260714A - Ｘ線分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】Ｘ線集光用光学素子の微細調整を容易かつ短時
間に行なうことができる改良されたＸ線分析装置を提供
すること。 【構成】集光Ｘ線の断面像を光軸上において検出するた
めの二次元画像検出器を、Ｘ線の焦点位置又はその前段
若しくは後段のいずれかの光軸上に配設する。画像検出
器及び試料支持台は、互いに邪魔になることを避けるた
め、その一方又は双方を光軸上に対して挿脱可能なよう
に適当な移動機構を介して配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線分析装置、特にＸ
線を集光するための光学素子と当該光学素子の集光結像
性能を調整するための調整機構を備えたＸ線分析装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の高集積化、磁気ディス
ク等の大容量化に伴い、微小領域内で材料の物性を制御
する必要性が高まりつつある。この種の物性制御には、
材料の構造や化学状態、電子状態に関する局所的な情報
が不可欠である。集光Ｘ線（Ｘ線マイクロビーム）を用
いた局所分析技術は、他の粒子線を用いた局所分析技術
と比較し、より少ない照射損傷で必要な情報が得られる
という利点がある。

【０００３】Ｘ線分析装置の空間分解能（分析可能領域
の大きさ）は、主として集光Ｘ線の直径と形状によって
決定される。このため、空間分解能を向上させるには、
より小さな直径とより対称性の良い形状を有する集光Ｘ
線を使用する必要がある。近年の加工技術の進歩によ
り、Ｘ線集光用の光学素子は、かなり高精度のものの製
作が可能となっている。しかし、局所分析の目的とする
Ｘ線分析装置の光学素子は、Ｘ線の波長とほぼ同程度
（０．１ｎｍ〜１０ｎｍ）の精度が要求される関係上、
製作誤差の発生を完全に避けることが困難である。この
ため、Ｘ線分析装置を組み立てた後や同装置を使用する
際は、その都度、光学素子の集光結像性能を微細に調整
して最適化する必要がある。

【０００４】光学素子の微細調整は、発生した集光Ｘ線
の直径や形状を実際に観測することによって行なうのが
普通であり、その具体的手段として、ナイフエッジによ
る方法が従来から用いられている（例えば「Ｘ線分析の
進歩」第２３集（１９９２年）２３９頁〜２５３頁参
照）。この方法は、ナイフエッジを集光Ｘ線に対して直
角方向に機械的に移動させながら通過Ｘ線を観測し、そ
の強度変化をナイフエッジの位置で微分することによ
り、集光Ｘ線の形状や直径を求めるものである。しか
し、ナイフエッジがＸ線を横切り終わるまでに少なくと
も約２０分の時間を必要とする上、それを待たなけれ
ば、集光Ｘ線の断面形状を観測することができないとい
う点で問題があった。このため、ｘｙｚの各軸方向にお
ける光学素子の調整に加え、ｘ軸中心の回転角（あおり
角）及びｚ軸中心の回転角（回転角）における光学素子
の調整を行なう場合は、数日を要することも珍しくなか
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の前記問題点を解消し、Ｘ線集光用光学素子の微細
調整を容易かつ短時間で行なうことができる改良された
Ｘ線分析装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の前記課題は、集
光Ｘ線の断面像を検出するための二次元画像検出器を光
軸上において配設することによって解決することが可能
である。この種の画像検出器は、Ｘ線の焦点位置のほ
か、その前段（光学素子側）又は後段（光学素子と反対
側）のどちらかの光軸上に配置して使用することができ
る。

【０００７】Ｘ線の焦点位置の前段に画像検出器を配置
する場合は、Ｘ線分析の際、当該検出器が邪魔になるこ
とを避けるため、光軸上に対して挿脱可能なように適当
な移動機構を介して同検出器を配設することが望まし
い。一方、Ｘ線の焦点位置に画像検出器を配置する場合
は、当該検出器及び試料支持台が互いに邪魔になること
を避けるため、焦点位置に対して交替して挿脱可能なよ
うに適当な移動手段を介して両者を夫々配設することが
望ましい。また、Ｘ線の焦点位置の後段に画像検出器を
配置する場合は、光学素子の調整の際、試料支持台が邪
魔になることを避けるため、光軸上に対して挿脱可能な
ように適当な移動機構を介して同支持台を配設すること
が望ましい。

【０００８】集光Ｘ線による局所分析のための光学素子
としては、ゾーンプレートや透過型回折格子等を用いた
回折型光学素子のほか、楕円面鏡や球面鏡又はこれらを
複合したウォルター型反射鏡、シュバルツシルド型反射
鏡やカークパトリック・ベッツ型反射鏡等を用いた反射
型光学素子、或は、これら反射鏡の表面にＸ線反射率を
向上させるための多層膜を形成した光学素子など、公知
の光学素子を適宜組み合わせて使用することができる。

【０００９】また、集光Ｘ線の断面像を観察するための
二次元画像検出器としては、マイクロチャネルプレート
を用いた位置敏感型検出器や電荷結合素子のほか、蛍光
板とテレビカメラを組み合わせる等、公知の光電変換手
段を適宜利用して構成することが可能である。画像検出
器の位置分解能は、少なくとも測定する集光Ｘ線の直径
の１／１０程度であることが望ましいが、これより悪い
分解能でも、後述の理由により、条件次第で使用するこ
とができる。

【００１０】

【作用】二次元画像検出器をＸ線の光軸上に配設するこ
とにより、ナイフエッジのような機械的手段を利用しな
くても、集光Ｘ線の断面における二次元強度分布を瞬時
かつ電気的に検出することが可能となる。このため、二
次元画像検出器によって検出した信号をモニタに表示す
ることにより、発生した集光Ｘ線の断面像を直接観察し
ながら光学素子を微細調整し、集光Ｘ線の直径及び形状
を最適化することができる。また、検出された二次元画
像情報を処理するための手段を追加して設けることによ
り、当該手段を用いて光学素子の調整機構を自動制御す
ることも可能である。

【００１１】

【実施例】以下、図面に示した実施例を参照して本発明
を更に詳細に説明する。なお、図１〜図４における同一
の記号は、同一又は類似物を表示するものとする。

【００１２】＜実施例１＞本実施例のＸ線分析装置で
は、図１に示すように、画像検出器１及び試料支持台５
をＸ線の焦点位置に対して交替して挿脱可能なように移
動機構２又は移動機構７を介して装置本体（図示せず）
に配設した。画像検出器１は、マルチチャネルプレート
を用いた公知の位置敏感型検出器をもって構成した。Ｘ
線を集光するための光学素子９は、詳細図示せざるも、
公知の反射型光学素子を持って構成し、調整機構１０を
介して同じく装置本体に据え付けた。調整機構１０は、
ｘｙｚの各軸方向への並進機構とｘ軸及びｚ軸中心の回
転機構からなるマニピュレータをもって構成され、コン
トローラ１１の制御のもとで光学素子９の集光結像性能
を微細調整するものである。

【００１３】試料支持台５は、試料４上のＸ線照射位置
を調整する微小移動機構６を備えたものを使用し、か
つ、従来の場合と同様、Ｘ線照射により試料４から発生
した二次粒子（電子やイオン又は蛍光Ｘ線、紫外線や可
視光線等の光子）を検出するための粒子観測装置１２を
所定の位置に配設した。８は、粒子観測装置１２によっ
て検出した二次粒子を分析するための電子計算機、１３
は、粒子観測装置１２の観測条件を設定するためのコン
トローラである。

【００１４】光学素子９の結像系を調整する場合は、移
動機構７を操作して試料支持台５を焦点位置から遠ざけ
た後、移動機構２を操作して画像検出器１を焦点位置に
挿入する。画像検出器１によって検出された二次元画像
情報は、画像処理装置３を用いて処理した後、同装置の
モニタ画面上に集光Ｘ線の断面像として表示する。従っ
て、装置の製作者又は使用者は、集光Ｘ線の断面像を直
接観察しながらコントローラ１１を操作し、調整機構１
０を介して光学素子９を最適条件に微細調整することが
できる。光学素子９の調整が終わった後は、移動機構２
を操作して画像検出器１を試料分析の邪魔にならない位
置に移動した後、移動機構７を操作して試料支持台５を
焦点位置に再び挿入する。この状態で通常のＸ線分析を
実行することができる。

【００１５】＜実施例２＞本実施例は、図２に示すよう
に、試料支持台５をＸ線の焦点位置に固定して配置する
一方、焦点位置の前段の光軸上に挿脱可能なように画像
検出器１を配設した点が実施例１と異なる。なお、本実
施例では、大気によるＸ線の吸収や試料４の表面汚染を
避けるため、Ｘ線源１４から試料支持台５に至る光学系
を真空筐体１５の中に格納し、真空排気手段１６を用い
て同筐体内の気体を排気する構造とした。軟Ｘ線を用い
た局所分析を行なう場合は、このような構成が必要であ
る。

【００１６】本実施例の場合は、画像検出器１がＸ線の
焦点位置からずれた位置に配設されるため、集光Ｘ線の
断面像だけを観察することによって光学素子９を正確に
調整することは、困難である。しかし、最適化された光
学素子９を用いた場合に画像検出器１の配設位置におい
て得られるＸ線断面像を基準画像として予め画像処理装
置３に記憶させておけば、記憶させた基準画像に実際の
観察像が近付くように光学素子９の位置や回転等を微細
調整することにより、集光結像性能を最適化することが
できる。また、本実施例の構造を採用した場合は、試料
支持台５を所定位置（焦点位置）に設置したままの状態
で光学素子９の調整を行なうことができるほか、画像検
出器１の位置分解能が比較的低くても、光学素子９を正
確に微細調整することができる。

【００１７】＜実施例３＞本実施例は、試料４を光軸に
対して傾斜させた状態でＸ線分析する場合に本発明を適
用したものであって、図３に示すように、画像検出器１
は、試料４の傾斜角度に対応して傾斜させて光軸上に配
設されている。この構成によれば、傾斜試料４に照射さ
れるべき集光Ｘ線の断面像を観察しながら光学素子９を
正確に調整することができる。

【００１８】本実施例の場合は、ステンレス鋼板１７に
設けたピンホール１８を用いてＸ線を絞った後、当該Ｘ
線を光学素子９により１μｍオーダの直径まで集光して
画像検出器１又は試料４に照射する構造を採用した。ま
た、画像検出器１の移動機構２及び試料支持台５の移動
機構７は、詳細図示せざるも、パルスモータ及びピエゾ
素子を持って構成した傾斜機構を有するものを採用し
た。その他の構造は、実施例１の場合と実質的に同様で
ある。

【００１９】＜実施例４＞図４に示した実施例は、Ｘ線
の焦点位置に試料支持台５を配設し、その後段に画像検
出器１を固定して配置したものである。一方、試料支持
台５は、光学素子９を調整する際、移動機構７により、
画像検出器１による集光Ｘ線観察の邪魔とならない位置
に移動させる構造とした。また、画像検出器１は、傾斜
機構１９を介して据え付けることにより、試料支持台５
の移動機構７と連動して光軸に対する傾斜角度を調整す
ることができるように構成した。

【００２０】本実施例の場合、詳細図示せざるも、蛍光
板とテレビカメラを持って画像検出器１を構成し、か
つ、画像処理装置３は、光学素子９の調整機構１０と連
動させることにより、同機構の制御装置として機能する
ように構成した。この結果、画像処理装置３は、画像検
出器１によって取り込んだ集光Ｘ線の断面像を予め記憶
しておいた基準断面像（最適化された光学素子９を用い
た場合に画像検出器１の配設位置において得られるＸ線
断面像）と比較して調整機構１０を制御し、当該基準断
面像に近付けるように光学素子９を調整する。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、集光Ｘ線の直径や形状
を直接観察しながら光学素子の位置や回転角等の調整を
行なうことができるので、ナイフエッジを利用した従来
方法に比較して光学素子の調整時間を格段に短縮するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す装置構成図。

【図２】本発明の第２の実施例を示すブロック図。

【図３】本発明の第３の実施例を示すブロック図。

【図４】本発明の第４の実施例を示すブロック図。

【符号の説明】

１…二次元画像検出器、２…画像検出器移動機構、３…
画像処理装置、４…試料、５…試料支持台、７…試料支
持台移動機構、９…光学素子、１０…光学素子調整機
構、１１…調整機構コントローラ、１９…画像検出器傾
斜機構

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ線を集光するための光学素子と、当該光
   学素子の結像系を調整するための調整機構と、Ｘ線の焦
   点位置に試料を位置せしめるための試料支持台と、試料
   から発生した二次粒子を観測するための観測装置を少な
   くとも備えたＸ線分析装置において、集光Ｘ線の断面像
   を直接観察するための二次元画像検出器を光軸上に配設
   したことを特徴とするＸ線分析装置。
2. 【請求項２】前記試料支持台は、Ｘ線の焦点位置に配置
   され、かつ、前記画像検出器は、Ｘ線焦点の前段（光学
   素子側）における光軸上に対して挿脱可能なように移動
   手段を介して配設されていることを特徴とする請求項１
   に記載のＸ線分析装置。
3. 【請求項３】前記画像検出器及び前記試料支持台の双方
   は、Ｘ線の焦点位置に対して交替して挿脱可能なように
   それぞれ移動手段を介して配設されていることを特徴と
   する請求項１に記載のＸ線分析装置。
4. 【請求項４】前記画像検出器は、Ｘ線焦点の後段（光学
   素子と反対側）における光軸上に配設され、かつ、前記
   試料支持台は、集光Ｘ線の焦点位置に対して挿脱可能な
   ように移動手段を介して配設されていることを特徴とす
   る請求項１に記載のＸ線分析装置。
5. 【請求項５】前記画像検出器によって検出された二次元
   画像情報を処理するための手段を更に備え、かつ、前記
   光学素子の調整機構は、当該画像処理手段によって制御
   されるように構成されていることを特徴とする請求項１
   〜請求項４のいずれか一に記載のＸ線分析装置。