JP2012058148A - Ｘ線検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】電子線を照射した試料からの特性Ｘ線を回折させてスペクトルを採取するＸ線検出システムにおいて、適切な集光を行うＸ線集光ミラーを備えることでエネルギー分布スペクトルの検出精度を維持する。
【解決手段】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線を集光させて回折格子に導くＸ線集光ミラーと、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整するＸ線集光ミラー調整部と、前記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と、前記回折格子で生じた回折Ｘ線を検出するイメージセンサと、を備え、前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記Ｘ線集光ミラーの反射面において反射する前記特性Ｘ線のエネルギーに応じて反射可能な角度範囲で、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明はＸ線検出システムに関し、特に、試料から放出される特性Ｘ線をミラーによって集光させて回折格子に導く構成のＸ線検出システムにおいて、Ｘ線のエネルギーに応じて適切な状態でミラーを使用可能なＸ線検出システムに関する。

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。

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。

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と、を備えて構成されている。

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。

特開２００２−３２９４７３号公報

以上のようなＸ線検出システムでは、Ｘ線のエネルギーの違いに応じて複数の異なる回折格子を選択して使用することが可能に構成されたものがある。しかし、試料から回折格子にＸ線を導くＸ線集光ミラーについては、Ｘ線のエネルギーに応じて交換されることがない。

ここで、Ｘ線のエネルギー、すなわち波長が異なると、反射の臨界角が異なったものになる。したがって、中程度のエネルギーのＸ線ではＸ線集光ミラーでの反射が可能であるものの、同じ角度であっても高エネルギーのＸ線では反射されないといった事態も発生する。すなわち、回折格子に応じて各種のエネルギーの検出が実行されるＸ線検出システムにおいて、常時理想的にＸ線を反射させるＸ線集光ミラーを実現することは困難である。この場合、Ｘ線集光ミラーの位置や角度がＸ線のエネルギーに合致していないと、集光効率が落ちることや、反射における収差が発生することで、エネルギー分布スペクトルの分解能が低下して検出精度が低下することがある。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、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Ｘ線検出システムにおいて、Ｘ線のエネルギーに応じて適切な集光を行うＸ線集光ミラーを備えることでエネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能なＸ線検出システムを実現することである。

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。

（１）この発明は、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線を集光させて回折格子に導くＸ線集光ミラーと、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整するＸ線集光ミラー調整部と、前記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と、前記回折格子で生じた回折Ｘ線を検出するイメージセンサと、を備え、前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記Ｘ線集光ミラーの反射面において反射する前記特性Ｘ線のエネルギーにより定まる臨界角に応じて反射可能な角度範囲で、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する、ことを特徴とするＸ線検出システムである。

（２）また、上記（１）において、前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記特性Ｘ線のエネルギーが大きい場合には前記Ｘ線集光ミラーに対する前記特性Ｘ線の入射角が大きくなるよう調整し、前記特性Ｘ線のエネルギーが小さい場合には前記Ｘ線集光ミラーに対する前記特性Ｘ線の入射角が小さくなるよう調整する、ことを特徴とする。

（３）また、上記（１）−（２）において、前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記回折Ｘ線のイメージのエネルギー分散方向と直交する方向に、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する、ことを特徴とする。

（４）また、上記（１）−（３）において、前記イメージセンサで検出された前記回折Ｘ線を分析してエネルギー分布スペクトルを生成する分析部を備え、前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記エネルギー分布スペクトルに含まれるいずれかのスペクトル成分の強度が大きくなるように、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する、ことを特徴とする。

（５）また、上記（１）−（４）において、前記イメージセンサで検出された前記回折Ｘ線を分析してエネルギー分布スペクトルを生成する分析部を備え、前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記エネルギー分布スペクトルに含まれるいずれかのスペクトル成分において分解能低下あるいはピークレベル低下が検知された場合には、前記特性Ｘ線のエネルギーにより定まる臨界角に応じて反射可能な角度範囲を除外するように、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する、ことを特徴とする。

（６）また、上記（５）において、前記イメージセンサで検出された前記回折Ｘ線を分析してエネルギー分布スペクトルを生成する分析部を備え、前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記低下が解消される範囲内で、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する、ことを特徴とする。

（７）また、上記（１）−（６）において、前記特性Ｘ線のエネルギーに応じて定まる異なる複数の回折格子が交換可能に構成されたＸ線検出システムであって、前記Ｘ線集光ミラー調整部は、異なる複数の各回折格子毎のそれぞれが対応する特性Ｘ線のエネルギーに応じて、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する際の調整値のデータを記憶しておき、使用される前記回折格子に応じて記憶された調整値を読み出して調整する、ことを特徴とする。

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。

（１）この発明では、電子線が照射された試料から放出される特性Ｘ線をＸ線集光ミラーで集光させて回折格子に導き、回折格子で生じた回折Ｘ線をイメージセンサで検出してＸ線検出を実行しており、この際に、Ｘ線集光ミラー調整部によってＸ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する。

ここで、Ｘ線集光ミラー調整部は、Ｘ線集光ミラーの反射面において反射する前記特性Ｘ線のエネルギーにより定まる臨界角に応じて、反射可能な角度範囲で、Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する。

このため、Ｘ線集光ミラー調整部によってＸ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整することで、Ｘ線集光ミラーはＸ線のエネルギーに応じて適切な集光を行うことができ、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

（２）上記（１）において、Ｘ線集光ミラー調整部は、特性Ｘ線のエネルギーが大きい場合にはＸ線集光ミラーに対する特性Ｘ線の入射角が大きくなるよう調整し、特性Ｘ線のエネルギーが小さい場合にはＸ線集光ミラーに対する特性Ｘ線の入射角が小さくなるよう調整することにより、Ｘ線の各エネルギーにおいてＸ線集光ミラーが反射可能な角度になり、Ｘ線集光ミラーはＸ線のエネルギーに応じて適切な集光を行うことができ、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

（３）上記（１）−（２）において、Ｘ線集光ミラー調整部は、回折Ｘ線のイメージのエネルギー分散方向と直交する方向に、Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整することにより、回折Ｘ線のイメージに影響を与えず、Ｘ線の各エネルギーにおいてＸ線集光ミラーが反射可能な角度になり、Ｘ線集光ミラーはＸ線のエネルギーに応じて適切な集光を行うことができ、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

（４）上記（１）−（３）において、エネルギー分布スペクトルに含まれるいずれかのスペクトル成分の強度が大きくなるように、Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整することにより、Ｘ線の各エネルギーにおいてＸ線集光ミラーが高効率で反射可能な角度になり、Ｘ線集光ミラーはＸ線のエネルギーに応じて適切な集光を行うことができ、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

（５）上記（１）−（４）において、エネルギー分布スペクトルに含まれるいずれかのスペクトル成分において分解能低下あるいはピークレベル低下が検知された場合には、特性Ｘ線のエネルギーにより定まる臨界角に応じて反射可能な角度範囲を除外するように、Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整することにより、測定に不要なエネルギー成分を積極的に除外することで、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

（６）上記（５）において、エネルギー分布スペクトルに含まれるいずれかのスペクトル成分において分解能低下あるいはピークレベル低下が検知された場合には、特性Ｘ線のエネルギーにより定まる臨界角に応じて反射可能な角度範囲を除外するように、Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する場合に、低下が解消される範囲内で、Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整することにより、測定に不要なエネルギー成分を積極的かつ効率的に除外することで、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

（７）上記（１）−（６）において、異なる複数の交換可能な各回折格子毎のそれぞれが対応する特性Ｘ線のエネルギーに応じて、Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する際の調整値のデータを記憶しておき、使用される回折格子に応じて記憶された調整値を読み出してＸ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整することにより、回折格子の交換に伴うＸ線のエネルギーに対応して、Ｘ線集光ミラーはＸ線のエネルギーに応じて適切な集光を行うことができ、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの主要部の構成を示す構成図である。 本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの主要部の構成を示す構成図である。 本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの主要部の構成を示す構成図である。 本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの特性を示す説明図である。 本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの特性を示す説明図である。 本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの特性を示す説明図である。 本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの主要部の構成を示す構成図である。

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。

〈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。

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斜視図の状態でＸ線検出システムを示している。また、図２では、ブロック図に近い状態でＸ線検出システムを示している。

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。

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３４ａと３４ｂとで集光させて回折格子５０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５０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。

Ｘ線集光ミラー部３０は、２枚のミラー３４ａと３４ｂとを向き合わせて１組としている。そして、それぞれのミラー３４ａと３４ｂの向き合う面は、図２の紙面垂直方向（Ｚ方向）に平坦である。そして、ミラーの間隔は、試料側（入射側）が狭く、回折格子側（出射側）が広くなる平面もしくは折り曲げ平面または曲面で構成されている。

これにより、Ｘ線集光ミラー部３０無しの場合と比べると、回折格子５０に入射する特性Ｘ線の強度を増加させ、これにより測定時間の短縮、スペクトルのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

なお、ここでは、説明のため、ミラー３４ａと３４ｂとがむき出しの状態になっているが、これに限定されず、ミラー３４ａと３４ｂとを一体保持するミラー外部筐体のような筒状の構造体が存在していてもよい。

また、Ｘ線集光ミラー部３０は、Ｘ線検出システムにおいて位置が固定された固定部３１上において、後述するＸ線集光ミラー調整部材４２（調整部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ）によって角度もしくは位置が調整されうる状態で構成されている。なお、固定部３１は、Ｘ線集光ミラー部３０として備えていてもよいが、Ｘ線検出システムのシャーシなどをそのまま使用してもよい。

Ｘ線集光ミラー調整制御部４１は、後述する分析部での分析結果に基づいてＸ線集光ミラー調整部材４２（調整部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ）によりＸ線集光ミラー３４ａ，３４ｂの角度もしくは位置を調整する。なお、Ｘ線集光ミラー調整制御部４１と、Ｘ線集光ミラー調整部材４２（調整部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ）とで、Ｘ線集光ミラー調整部４０を構成している。

ここで、Ｘ線集光ミラー調整部材４２は、Ｘ線集光ミラー３４ａの端部を支えつつＸ方向（回折Ｘ線のイメージのエネルギー分散方向と直交する方向）に調整する調整部材４２ａと調整部材４２ｂとを備え、さらに、Ｘ線集光ミラー３４ｂの端部を支えつつＸ方向（回折Ｘ線のイメージのエネルギー分散方向と直交する方向）に調整する調整部材４２ｃと調整部材４２ｄとを備えて、構成されている。

ここで、調整部材４２ａと４２ｃ、４２ｂと４２ｄとについては、ピエゾ素子、リニアモータ、アクチュエータ、ビスなどの各種の能動的調整部材を用いることができる。また、調整部材４２ａ〜４２ｄとしてのビスを、マイクロメーターとすることで、変位量を確認しつつ調整することが可能になる。

回折格子５０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５０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）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の受光面：図１のＸＺ平面））上に作るように設計される。

イメージセンサ７０は、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。

分析部８０は、イメージセンサ７０で検出された回折Ｘ線を分析して、ある値のエネルギーのＸ線が何個検出されたかを意味するエネルギー分布スペクトルを生成する波形分析装置である。

表示部９０は分析部８０での分析結果であるエネルギー分布スペクトルやその他の各種情報を視覚的に表示するディスプレイである。

なお、分析部８０と表示部９０とは、コンピュータ装置及びエネルギー分布スペクトルを算出するコンピュータプログラムとで構成することも可能である。

なお、以上の試料２０、Ｘ線集光ミラー部３０、回折格子５０、およびイメージセンサ７０は、図示されていないが、真空ポンプで排気された分光器室に設けられ、ゲートバルブを介して走査型電子顕微鏡の鏡筒に取り付けられているものとする。また、調整部材４２ａ、４２ｃ、４２ｂ、４２ｄについては、真空ポンプで排気された分光器室に設けられいてもよいし、ロッドなどの操作部材を介して分光器室の外から調整することも可能である。

また、このＸ線検出システムにおける回折格子５０およびその周辺の構成の詳細については、本件出願人が別途特許出願した特開２００２−３２９４７３号公報に記載されている。また、イメージセンサ７０で得られた回折Ｘ線の処理システムについては、既知のものを使用することができるため、詳細な説明を省略する。

図３はＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂとが直線状に構成された場合を示している。

図３（ａ）はミラー３４ａと３４ｂとがＸ線集光ミラー調整制御部４１により制御される調整部材４２ａ〜４２ｄによって位置もしくは角度が調整されるＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂが初期状態あるいは中立状態にある場合の具体例を示している。ここでは、Ｘ線検出システムにおいて検出されるＸ線が、後述する場合と比較して中間的なエネルギーであるとする。

なお、ここでは、試料２０からＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂとで反射されるＸ線の軌跡の一例を示しており、ここに示されない多数の反射光や、直接光が回折格子５０に入射しうる。

ここで、Ｘ線検出システムにおいて検出されるＸ線が図３（ａ）のときよりも高エネルギーとなった場合、この高エネルギーのＸ線を分析する分析部８０は、高エネルギー処理中であることをＸ線集光ミラー調整制御部４１に通知する。

この高エネルギー処理の通知を受けたＸ線集光ミラー調整制御部４１は、調整部材４２ａと４２ｃとを伸長し、調整部材４２ｂと４２ｄとを圧縮するような制御を行う。これにより、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂとは、試料２０側の間隔が狭くなり、回折格子５０側の間隔が広くなる。この状態を、図３（ｂ）に示す。なお、図３（ｂ）において、比較のために、図３（ａ）におけるＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置を細破線で示している。この図３（ｂ）の場合は、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂとで、図３（ａ）と同じ位置で反射されるＸ線の入射角が大きくなり、高エネルギーのＸ線の反射に対応可能になる。

すなわち、Ｘ線が高エネルギーになるにつれて反射可能な臨界角は大きくなるため、図３（ａ）のままであると高エネルギーのＸ線は反射されなくなるが、図３（ｂ）のように入射角を大きくすると高エネルギーのＸ線が反射されるようになる。

なお、入射角とは、反射面に入射するとき、入射する方向と、その点における反射面の法線とのなす角を意味する。また、臨界角とは、その入射角を超えると全反射する最小の入射角のことである。

なお、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂの入射側を狭めているため、集光効率が若干低下することになるので、Ｘ線のエネルギーの度合いに応じて調整する角度を決定することが望ましい。

一方、Ｘ線検出システムにおいて検出されるＸ線が図３（ａ）のときよりも低エネルギーとなった場合、この低エネルギーのＸ線を分析する分析部８０は、低エネルギー処理中であることをＸ線集光ミラー調整制御部４１に通知する。

この低エネルギー処理の通知を受けたＸ線集光ミラー調整制御部４１は、調整部材４２ａと４２ｃとを圧縮し、調整部材４２ｂと４２ｄとを伸長するような制御を行う。これにより、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂとは、試料２０側の間隔が広くなり、回折格子５０側の間隔が狭くなる。この状態を、図３（ｃ）に示す。なお、図３（ｃ）において、比較のために、図３（ａ）におけるＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置を細破線で示している。この図３（ｃ）の場合は、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂとで、図３（ａ）と同じ位置で反射されるＸ線の入射角が小さくなり、低エネルギーのＸ線の反射に適した状態になる。

すなわち、Ｘ線が低エネルギーになるにつれて反射可能な臨界角は小さくなる。この場合には、図３（ａ）や図３（ｂ）のままでも低エネルギーのＸ線は反射されうるが、図３（ｃ）のように入射側を広げることで集光効率が向上し、また、処理対象でない高エネルギーのＸ線は反射されないという利点が生じる。

なお、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置や角度を調整することで、図３（ａ）の当初の角度から変化してしまうため、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂによる収差が大きくなり、エネルギー分布スペクトルの分解能が低下する可能性があるため、Ｘ線のエネルギーの違いや分解能の要求に応じて、分析部８０とＸ線集光ミラー調整制御部４１が必要な調整を行う。

以上のように、Ｘ線集光ミラー調整部４０は、特性Ｘ線のエネルギーが大きい場合にはＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂに対する特性Ｘ線の入射角が大きくなるよう調整し、特性Ｘ線のエネルギーが小さい場合にはＸ線集光ミラーに対する特性Ｘ線の入射角が小さくなるよう調整することにより、Ｘ線の各エネルギーにおいてＸ線集光ミラーが反射可能な角度になり、Ｘ線集光ミラーはＸ線のエネルギーに応じて適切な集光を行うことができ、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

また、Ｘ線集光ミラー調整部４０は、回折Ｘ線のイメージのエネルギー分散方向と直交する方向に、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置もしくは角度を調整することにより、回折Ｘ線のイメージに影響を与えず、Ｘ線の各エネルギーにおいてＸ線集光ミラーが反射可能な角度になり、Ｘ線集光ミラーはＸ線のエネルギーに応じて適切な集光を行うことができ、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

〈第２実施形態〉
なお、図３はＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂとが直線状に構成された場合を示したが、集光効率を上げるため、図４に示すように、双曲線、楕円、あるいは双曲線と楕円との組合せの曲面からなる反射面を有するように構成することも可能である。ただし、使用するＸ線のエネルギーに応じて、最適となる曲面の曲率が変化するため、中間のエネルギーのＸ線に合わせて曲面の曲率を定めたうえで、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したように、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置もしくは角度を調整することが望ましい。

〈第３実施形態〉
なお、図４はＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂとが曲面で構成された場合を示したが、Ｘ線のエネルギーに応じた曲面を近似して実現するため、図５に示すように、一方の側のＸ線集光ミラー３４ａをＸ線集光ミラー３４ａ１と３４ａ２の２枚で構成し、他方の側のＸ線集光ミラー３４ｂをＸ線集光ミラー３４ｂ１と３４ｂ２の２枚で構成することが可能である。

そして、Ｘ線集光ミラー３４ａ１を調整する調整部材４２ａ１と４２ａ２、Ｘ線集光ミラー３４ａ２を調整する調整部材４２ｂ１と４２ｂ２、Ｘ線集光ミラー３４ｂ１を調整する調整部材４２ｃ１と４２ｃ２、Ｘ線集光ミラー３４ｂ２を調整する調整部材４２ｄ１と４２ｄ２、を設けて、Ｘ線集光ミラー調整制御部４１から制御を行う。

この場合、Ｘ線集光ミラー調整制御部４１は、調整部材４２ａ１，４２ａ２，４２ｃ１，４２ｃ２に指示を与えて、特性Ｘ線のエネルギーが大きい場合にはＸ線集光ミラー３４ａ１と３４ｂ１に対する特性Ｘ線の入射角が大きくなるよう調整し、特性Ｘ線のエネルギーが小さい場合にはＸ線集光ミラーに対する特性Ｘ線の入射角が小さくなるよう調整する。

また、Ｘ線集光ミラー調整制御部４１は、調整部材４２ｂ１については、調整部材４２ａ２と連動させて、Ｘ線集光ミラー３４ａ１と３４ａ２の近接端部が一致するように調整すると共に、調整部材４２ｄ１については、調整部材４２ｃ２と連動させて、Ｘ線集光ミラー３４ｂ１と３４ｂ２の近接端部が一致するように調整する。

そして、Ｘ線集光ミラー調整制御部４１は、調整部材４２ｂ２，４２ｄ２に指示を与えて、特性Ｘ線のエネルギーに応じて上述した分解能の低下を抑制できるように調整する。

以上のようにすることで、Ｘ線の各エネルギーにおいてＸ線集光ミラー３４ａ１、３４ａ２、３４ｂ１、３４ｂ２が反射可能な角度になり、かつ、各Ｘ線集光ミラーはＸ線のエネルギーに応じて適切な集光を行うことができ、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。すなわち、Ｘ線のエネルギーに対応した反射時の入射角の制御（図３）、使用するＸ線のエネルギーに応じた最適曲面の近似とを実現することが可能になる。

以上の図５では、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂとをそれぞれ２枚に分割した具体例を示したが、これより多く分割した場合であっても、同様にＸ線集光ミラー調整部４０によって、各Ｘ線集光ミラーはＸ線のエネルギーに応じて適切な集光を行うことができ、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

また、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂとをそれぞれ柔軟性のある薄板で構成するとともに、調整部材を多数配置して、入射側を双曲線関数、出射側を放物線関数制御として、使用するＸ線のエネルギーに応じて最適となる形状に制御することも可能である。この場合には、部品点数が増加するが、所望の反射面形状に制御することが可能になる。

〈第４実施形態〉
ところで、イメージセンサ７０の受光面における回折Ｘ線像が図６（ａ）のように結像しているとする。この状態での分析部８０での分析結果であるエネルギー分布スペクトルは、図６（ｃ）のように表示されているとする。

ここで、図３（ｂ）のような制御によってＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂの片端を狭め過ぎて集光効率が低下すると、図６（ｂ）のように、イメージセンサ７０の受光面における回折Ｘ線像の一部がＸ方向の端部で消失することがある。この状態での分析部８０での分析結果であるエネルギー分布スペクトルは、図６（ｄ）のようになり、図６（ｃ）よりもピークのレベルが低下する。

したがって、Ｘ線集光ミラー調整部４０で調整量を変化させたときに、分析部８０では、エネルギー分布スペクトルのピーク値の変化を監視することで、集光効率低下を発見することが可能である。なお、分析部８０では、イメージセンサ７０の受光面における回折Ｘ線像を画像処理して、回折Ｘ線像に消失部分が発生しているかを画像認識することも可能である。よって、分析部８０とＸ線集光ミラー調整部４０とは連携しつつ、集光効率が低下しない範囲、あるいは最低限の集光効率の低下で、上述したＸ線のエネルギーに対応した反射時の入射角の制御を行うことが望ましい。

一方、図３（ｃ）のような制御によってＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂの入射側を広げることや、出射側を狭めすぎることで過剰に集光された場合、図６（ｅ）のように、イメージセンサ７０の受光面において、Ｘ方向の中心部付近でＺ方向の濃い帯（かぶり）の領域が発生することがある。この場合には、イメージセンサ７０で受光したイメージにおいて全体としてＳＮ比が低下した状態になるため、エネルギー分布スペクトルの分解能が低下することがある。

したがって、Ｘ線集光ミラー調整部４０で調整量を変化させたときに、分析部８０では、イメージセンサ７０の受光面における回折Ｘ線像を画像処理して、回折Ｘ線像に消失部分が発生しているかを画像認識することも可能である。よって、分析部８０とＸ線集光ミラー調整部４０とは連携しつつ、Ｚ方向の濃い帯が発生しないしない範囲で、上述したＸ線のエネルギーに対応した反射時の入射角の制御を行うことが望ましい。

さらに、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置や角度を調整することで、図３（ａ）の当初の角度から大きく変化した場合には、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂによる収差が大きくなる場合がある。このようなＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂとによる収差が大きくなると、回折Ｘ線像において、本来であれば図７（ａ）のようにＸ方向に直線的なフェルミエッジが、図７（ｂ）のように歪んだ状態のフェルミエッジとなる。このような歪んだ状態のフェルミエッジにより、エネルギー分布スペクトルのピーク分解能が低下する。

したがって、Ｘ線集光ミラー調整部４０で調整量を変化させたときに、分析部８０では、エネルギー分布スペクトルのエッジ部分の立ち上がりの鋭さ（図７（ｃ）（ｄ）の垂直方向の傾き）を監視することで、収差が発生しているかを発見することが可能である。なお、分析部８０では、イメージセンサ７０の受光面における回折Ｘ線像を画像処理して、回折Ｘ線像におけるエッジのＸ方向とＹ方向との画像成分の比率について画像認識することも可能である。よって、分析部８０とＸ線集光ミラー調整部４０とは連携しつつ、フェルミエッジが歪まない範囲で、あるいは、フェルミエッジの歪みが許容できる範囲内で、上述したＸ線のエネルギーに対応した反射時の入射角の制御を行うことが望ましい。

〈第５実施形態〉
なお、以上のようにしてＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置や角度を調整することで、各種収差が発生したり、あるいは、ＣＬ（カソードルミネッセンス）光のような妨害光が反射されて回折格子５０に到達してしまうことがある。その結果、以上のようなＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置や角度を調整することによって、収差や妨害光の影響が大きく現れてしまい、エネルギー分布スペクトルの分解能が悪化することもありうる。そのような場合には、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置や角度を調整して、収差を発生させない、あるいは、妨害光を反射させないように、分析部８０とＸ線集光ミラー調整制御部４１が調整することが望ましい。

たとえば、図８（ａ）のように、試料２０からの特性Ｘ線の広がりと平行な向きにＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂを調整することで、特性Ｘ線や妨害光が反射されることがなくなる。

あるいは、図８（ｂ）のように、特性Ｘ線のＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂに対する入射角が臨界角以上になるように向きを調整することで、特性Ｘ線や妨害光は反射されなくなる。また、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂの端部付近で一部反射される特性Ｘ線や妨害光が存在しても、回折格子５０に向かわないような向きにＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂを調整する。

また、これら図８（ａ）（ｂ）のような極端な向きに調整しなくても、図３の向きから図８の向きに調整しつつ、収差や妨害光の影響による分解能の低下が問題なくなる位置や角度になるように、分析部８０とＸ線集光ミラー調整制御部４１が調整することが望ましい。

〈第６実施形態〉
また、以上の構成において、エネルギー値、試料２０の材質、特性Ｘ線のエネルギーなどに応じて、異なる複数の回折格子を交換可能にしたＸ線検出システムが存在する。図９の場合には、分析部８０からの指示で回転する回転台５１上の複数の異なる回折格子５０ａと５０ｂとが、選択的に使用される。

この場合には、分析部８０は、異なる複数の各回折格子５０ａ／５０ｂ毎のそれぞれが対応する特性Ｘ線のエネルギーに応じて、Ｘ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置もしくは角度を調整する際の調整値のデータを記憶しておき、使用する回折格子５０ａ／５０ｂに応じて、記憶された調整値を読み出して、Ｘ線集光ミラー調整制御部４１に調整値を通知する。これにより、回折格子５０ａ／５０ｂに応じたＸ線のエネルギーに対応してＸ線集光ミラー３４ａと３４ｂの位置や角度が自動的に調整されるようになる。以上の回折格子５０ａ／５０ｂに応じた自動的な調整を粗調整として、その後に図３〜図８で説明した調整を微調整として実行することで、各Ｘ線集光ミラーはＸ線のエネルギーの広い範囲に応じて適切な集光を迅速に行うことができ、エネルギー分布スペクトルの検出精度を維持することが可能になる。

なお、この図９の場合には、回折格子５０の種類に応じて、ＣＬ光などの発生が予測される場合には、図８のような反射をさせない角度を予め記憶させておいてもよい。こうすることで、失敗のない測定が可能になる。

１０ 電子線照射部
２０ 試料
３０ Ｘ線集光ミラー部
４０ Ｘ線集光ミラー調整部
５０ 回折格子
７０ イメージセンサ
８０ 分析部
９０ 表示部

Claims (7)

1. 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線を集光させて回折格子に導くＸ線集光ミラーと、
   前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整するＸ線集光ミラー調整部と、
   前記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と、
   前記回折格子で生じた回折Ｘ線を検出するイメージセンサと、
   を備え、
   前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記Ｘ線集光ミラーの反射面において反射する前記特性Ｘ線のエネルギーに応じて反射可能な角度範囲で、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する、
   ことを特徴とするＸ線検出システム。
2. 前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記特性Ｘ線のエネルギーが大きい場合には前記Ｘ線集光ミラーに対する前記特性Ｘ線の入射角が大きくなるよう調整し、前記特性Ｘ線のエネルギーが小さい場合には前記Ｘ線集光ミラーに対する前記特性Ｘ線の入射角が小さくなるよう調整する、
   ことを特徴とする請求項１記載のＸ線検出システム。
3. 前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記回折Ｘ線のイメージのエネルギー分散方向と直交する方向に、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する、
   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。
4. 前記イメージセンサで検出された前記回折Ｘ線を分析してエネルギー分布スペクトルを生成する分析部を備え、
   前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記エネルギー分布スペクトルに含まれるいずれかのスペクトル成分の強度が大きくなるように、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１−３のいずれか一項に記載のＸ線検出システム。
5. 前記イメージセンサで検出された前記回折Ｘ線を分析してエネルギー分布スペクトルを生成する分析部を備え、
   前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記エネルギー分布スペクトルに含まれるいずれかのスペクトル成分において分解能低下あるいはピークレベル低下が検知された場合には、前記特性Ｘ線のエネルギーにより定まる臨界角に応じて反射可能な角度範囲を除外するように、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載のＸ線検出システム。
6. 前記イメージセンサで検出された前記回折Ｘ線を分析してエネルギー分布スペクトルを生成する分析部を備え、
   前記Ｘ線集光ミラー調整部は、前記低下が解消される範囲内で、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する、
   ことを特徴とする請求項５のいずれか一項に記載のＸ線検出システム。
7. 前記特性Ｘ線のエネルギーに応じて定まる異なる複数の回折格子が交換可能に構成されたＸ線検出システムであって、
   前記Ｘ線集光ミラー調整部は、異なる複数の各回折格子毎のそれぞれが対応する特性Ｘ線のエネルギーに応じて、前記Ｘ線集光ミラーの位置もしくは角度を調整する際の調整値のデータを記憶しておき、使用される前記回折格子に応じて記憶された調整値を読み出して調整する、
   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。