DE102014116663A1

DE102014116663A1 - Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlenanalysator

Info

Publication number: DE102014116663A1
Application number: DE102014116663.9A
Authority: DE
Inventors: c/o Rigaku Corporation Kakefuda Kouji; c/o Rigaku Corporation Tobita Ichiro
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-05-28
Also published as: GB2521906A; JP6270215B2; US20150146860A1; CN104655663A; US9562867B2; CN104655663B; GB201419382D0; JP2015121528A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator bereitgestellt, die Folgendes umfasst: einen einfallsseitigen Arm, einen empfangsseitigen Arm, eine Röntgenstrahlquelle, einen einfallsseitigen Schlitz und einen Röntgensrahldetektor, wobei die Vorrichtung einen Abschirmstreifen umfasst, der an einer Position angeordnet ist, die Röntgenstrahlen blockiert, die durch den Röntgenstrahldetektor von der Röntgenquelle her empfangen werden, und eine Abschirmstreifen-Bewegungsvorrichtung umfasst, die den Abschirmstreifen um die Prüfstückachse relativ zu der optischen Achse von Röntgenstrahlen, die den Röntgenstrahldetektor von der Röntgenquelle her erreichen, in zwei Winkelpositionen dreht, und der Betrag der Abweichung bei der Parallelität der Oberfläche eines Prüfstücks mit Bezug auf die optische Achse der Röntgenstrahlen auf der Grundlage von Röntgenstrahlintensitätswerten festgestellt wird, die durch den Röntgenstrahldetektor für die zwei Winkelpositionen festgestellt wurden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse eines Röntgenstrahls, die mit einem Röntgenstrahlanalysator verwendet wird, der eine Messung durch Bestrahlen eines Prüfstücks mit Röntgenstrahlen, die durch eine Röntgenquelle ausgesendet werden, sowie durch Detektieren von Röntgenstrahlen, die durch das Prüfstück in Reaktion auf die Röntgenbestrahlung freigesetzt werden, unter Verwendung eines Röntgenstrahldetektors ausführt.
Beschreibung der Standes oder Technik
Die Röntgenquelle des Röntgenstrahlanalysators ist ein Röntgenstrahlfokus, der durch eine Region gebildet wird, in der Elektronen, die durch eine Kathode, wie zum Beispiel ein Filament, ausgesendet werden, mit einer Gegenkathode kollidieren. Der Röntgenstrahldetektor ist ein nulldimensionaler Röntgenstrahldetektor, der nicht in der Lage ist, die Röntgenstrahlintensität entsprechend der Position (das heißt eine positionsbezogene Auflösung der Röntgenstrahlintensität) zu detektieren, ein eindimensionaler Röntgenstrahldetektor, der zu einer positionsbezogenen Auflösung innerhalb einer linearen Region befähigt ist, ein zweidimensionaler Röntgenstrahldetektor, der zu einer positionsbezogenen Auflösung in einer planaren Region befähigt ist, oder dergleichen.
Ein nulldimensionaler Röntgenstrahldetektor ist zum Beispiel ein Röntgenstrahldetektor, der mit einem Proportionalzähler (Proportional Counter, PC) arbeitet, ein Röntgenstrahldetektor, der mit einem Szintillationszähler (Szintillation Counter, SC) arbeitet, oder dergleichen. Ein eindimensionaler Röntgenstrahldetektor ist zum Beispiel ein Röntgenstrahldetektor, der mit einem positionsempfindlichen Proportionalzähler (Position-Sensitive Proportional Counter, PSPC) oder einem eindimensionalen Ladungsgekoppelten-Bauelement(Charge-Coupled Device, CCD)-Sensor arbeitet, oder ein Röntgenstrahldetektor, der mit mehreren eindimensional gruppierten Photonenzählpixeln arbeitet, oder dergleichen. Ein zweidimensionaler Röntgenstrahldetektor ist zum Beispiel ein Röntgenstrahldetektor, der mit einem zweidimensionalen Ladungsgekoppelten-Bauelement(CCD)-Sensor arbeitet, ein Röntgenstrahldetektor, der mit mehreren zweidimensional gruppierten Photonenzählpixeln arbeitet, oder dergleichen.
Beim Ausführen einer Messung unter Verwendung des oben beschriebenen Röntgenstrahlanalysators muss die Mittelachse der Röntgenstrahlen, die den Röntgenstrahldetektor von der Röntgenquelle her erreichen (das heißt die optische Achse der Röntgenstrahlen), auf feste geeignete Bedingungen eingestellt werden. Der Prozess des Einstellens der optischen Achse der Röntgenstrahlen auf feste Bedingungen wird allgemein als Justieren der optischen Achse bezeichnet.
Die optische Achse wird zum Beispiel justiert, indem sequenziell Justierungen vorgenommen werden, wie zum Beispiel eine 2θ-Justierung und eine θ-Justierung. Diese verschiedenen Arten der Justierung werden im Folgenden unter Verwendung eines Festprüfstück-Röntgenstrahlanalysators als ein Beispiel beschrieben.
(I) Festprüfstück-Röntgenstrahlanalysator
Als Erstes wird der Festprüfstück-Röntgenstrahlanalysator beschrieben. In 15A umfasst ein Festprüfstück-Röntgenstrahlanalysator 51 einen Röntgenstrahlfokus F, der eine Röntgenquelle zum Aussenden von Röntgenstrahlen darstellt, einen Prüfstückträger 52 zum Aufnehmen eines Prüfstücks S in einem fixierten Zustand, und einen nulldimensionalen Röntgenstrahldetektor 53 zum Detektieren von Röntgenstrahlen, die durch das Prüfstück S abgegeben werden. Der Röntgenstrahlfokus F ist ein Röntgenstrahlfokus für einen Linienfokus, der sich in einer Richtung erstreckt, die durch die Oberfläche von 15A verläuft (im Weiteren als die „Zeichnungsoberflächen-Penetrationsrichtung” bezeichnet). Der Röntgenstrahlfokus F kann auch ein Punkt-fokussierter Röntgenstrahlfokus sein. Ein einfallsseitiger Schlitz 54 befindet sich zwischen dem Röntgenstrahlfokus F und dem Prüfstückträger 52. Die Schlitznut des einfallsseitigen Schlitzes 54 erstreckt sich in der Zeichnungsoberflächen-Penetrationsrichtung in 15A. Der Prüfstückträger 52 trägt das Prüfstück S so, dass sich das Prüfstück S in der Zeichnungsoberflächen-Penetrationsrichtung erstreckt.
Der Röntgenstrahlfokus F und der einfallsseitige Schlitz 54 werden durch einen einfallsseitigen Arm 55 gestützt. Der einfallsseitige Arm 55 dreht sich um eine Prüfstückachse X0, die sich durch die Oberfläche des Prüfstücks S in der Zeichnungsoberflächen-Penetrationsrichtung erstreckt, wie durch den Pfeil θs gezeigt. Diese Drehbewegung kann als θs-Drehung bezeichnet werden, und ein Betriebssystem zum Herbeiführen einer solchen θs-Drehung kann als eine θs-Achse bezeichnet werden. Die θs-Drehung wird unter Verwendung eines Betätigungssystems herbeigeführt, das einen Motor mit steuerbarer Drehzahl, wie zum Beispiel einen Impulsmotor, als eine Antriebsquelle umfasst.
Ein empfangsseitiger Schlitz 56 befindet sich zwischen dem Prüfstückträger 52 und dem nulldimensionalen Röntgenstrahldetektor 53. Die Schlitznut des empfangsseitigen Schlitzes 56 erstreckt sich in der Zeichnungsoberflächen-Penetrationsrichtung in 15A. Der empfangsseitige Schlitz 56 und der Röntgenstrahldetektor 53 werden durch einen empfangsseitigen Arm 57 gestützt. Der empfangsseitige Arm 57 dreht sich unabhängig von dem einfallsseitigen Arm 55 um die Prüfstückachse X0, wie durch den Pfeil θd gezeigt. Diese Drehbewegung kann als θd-Drehung bezeichnet werden, und ein Betriebssystem zum Herbeiführen einer solchen θd-Drehung kann als eine θd-Achse bezeichnet werden. Die θd-Drehung wird unter Verwendung eines Betätigungssystems herbeigeführt, das einen Motor zum Steuern der Drehzahl, wie zum Beispiel einen Impulsmotor, als eine Antriebsquelle umfasst.
Bei Verwendung des Röntgenstrahlanalysators 51 zum Ausführen einer Röntgenstrahlbeugungsmessung beispielsweise an einer Pulverprobe S werden der Röntgenstrahlfokus F und der einfallsseitige Schlitz 54 durch den einfallsseitigen Arm 55 kontinuierlich oder schrittweise mit einer zuvor festgelegten Winkelgeschwindigkeit θs-gedreht, während gleichzeitig der empfangsseitige Schlitz 56 und der Röntgenstrahldetektor 53 durch den empfangsseitigen Arm 57 kontinuierlich oder schrittweise mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit in der Gegenrichtung θd-gedreht werden, wie in 15B gezeigt.
Der Winkel, der durch eine Mittelachse R1 von Röntgenstrahlen, die von dem sich θs-drehenden Röntgenstrahlfokus F auf das Prüfstück S auftreffen, mit Bezug auf die Oberfläche des Prüfstücks S gebildet wird, ist durch „θ” dargestellt. Oder anders ausgedrückt: der Einfallswinkel der Röntgenstrahlen, die auf das Prüfstück S auftreffen, ist durch „θ” dargestellt. Die Mittelachse der Röntgenstrahlen ist mit R1 bezeichnet, in der folgenden Beschreibung können die auf das Prüfstück S auftreffenden Röntgenstrahlen aber auch als auftreffende Röntgenstrahlen R1 bezeichnet werden. Die θs-Drehung des Röntgenstrahlfokus F kann als „θ-Drehung” bezeichnet werden.
Wenn die auf das Prüfstück S auftreffenden Röntgenstrahlen bestimmte Beugungsbedingungen mit Bezug auf die Kristallgitterebene des Prüfstücks S erfüllen, so werden die Röntgenstrahlen durch das Prüfstück S gebeugt (das heißt es werden gebeugte Röntgenstrahlen von dem Prüfstück S abgegeben). Der Winkel, der durch die Mittelachse R2 der gebeugten Röntgenstrahlen mit Bezug auf die Oberfläche des Prüfstücks S gebildet wird, ist immer gleich dem Röntgenstrahleinfallswinkel θ. Dementsprechend ist der Winkel, der durch die gebeugten Röntgenstrahlen mit Bezug auf die einfallenden Röntgenstrahlen R1 gebildet wird, zweimal so groß wie der Röntgenstrahleinfallswinkel θ. Der Winkel, der durch die gebeugten Röntgenstrahlen R2 mit Bezug auf die einfallenden Röntgenstrahlen R1 gebildet wird, ist durch „2θ” dargestellt.
Des Weiteren wird die θd-Drehung des Röntgenstrahldetektors 53 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit ausgeführt wie die θs-Drehung der Röntgenstrahlquelle F, mit dem Ergebnis, dass die gebeugten Röntgenstrahlen R2, die von dem Prüfstück S mit einem Winkel θ ausgesendet werden, durch den nulldimensionalen Röntgenstrahldetektor 53 empfangen werden, wodurch der Winkel θ mit Bezug auf die Oberfläche des Prüfstücks S gebildet wird. Der Röntgenstrahldetektor 53 bildet einen Winkel θ mit Bezug auf die Oberfläche des Prüfstücks S, aber bildet immer einen Winkel gleich zweimal θ mit Bezug auf die einfallenden Röntgenstrahlen R1. Aus diesem Grund kann die θd-Drehung des Röntgenstrahldetektors 53 als „2θ-Drehung” bezeichnet werden.
(II) 2θ-Justierung
Als Nächstes wird die 2θ-Justierung beschrieben. Die 2θ-Justierung bezieht sich auf eine Justierung, die so ausgeführt wird, dass der durch den Röntgenstrahldetektor 53 detektierte Winkel 2θ = 0° und die Mittelachse der Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle F, die den Röntgenstrahldetektor 53 erreichen, korrekt aufeinander ausgerichtet sind. Bei der Ausführung einer solchen Justierung wird der einfallsseitige Arm 55 zuerst auf eine Winkelposition von θs = 0° eingestellt, und der empfangsseitige Arm 57 wird auf eine Winkelposition von θd = 0° eingestellt, wie in 15A gezeigt. Das heißt, der Röntgenstrahldetektor 53 wird auf eine Winkelposition von 2θ = 0° eingestellt.
Als Nächstes wird das Prüfstück S von dem Prüfstückträger 52 entfernt, damit Röntgenstrahlen ungehindert die Position des Prüfstücks durchqueren können; ein einfallsseitiger Schlitz 54 von ungefähr 0,1 mm wird eingestellt, ein empfangsseitiger Schlitz 56 von ungefähr 0,15 mm wird eingestellt, der Röntgenstrahldetektor 53 und der empfangsseitige Schlitz 56 werden bei 2θ = 0° positioniert, der Röntgenstrahldetektor 53 und der empfangsseitige Schlitz 56 werden intermittierend beispielsweise in Schritten von 0,002° θd-gedreht, und gebeugte Röntgenstrahlen werden durch den Röntgenstrahldetektor 53 bei jeder Schrittposition detektiert. Auf diese Weise wird eine gebeugte Röntgenstrahl-Spitzenwellenform, wie sie zum Beispiel in 16A gezeigt ist, gefunden.
Wenn der Betrag der Abweichung der 2θ-Winkelposition der Mitte P0 der Halbwertsbreiten(Full Width at Half Maximum, FWHM)-Intensität D0 der Spitzenwellenform mit Bezug auf die Winkelposition 2θ = 0° des Röntgenstrahldetektors 53 innerhalb einer zuvor festgelegten Toleranz liegt, wie zum Beispiel (2/1.000)°, so gilt, dass die 2θ-Justierung exakt ausgeführt wurde. Wenn hingegen der Betrag der Abweichung der 2θ-Winkelposition der Mitte P0 der Halbwertsbreitenintensität D0 mit Bezug auf die 2θ = 0° des Röntgenstrahldetektors 53 außerhalb der Toleranz liegt, so wird beispielsweise die Position des empfangsseitigen Arms 57 in 15A justiert, um die Position des Röntgenstrahldetektors 53 und die Position des empfangsseitigen Schlitzes 56 zu justieren, nachdem die 2θ-Justierung erneut ausgeführt wurde.
Die 2θ-Justierung kann auch ausgeführt werden, indem Daten, die als das Ergebnis der tatsächlichen Röntgenstrahlbeugungsmessung erhalten wurden, gemäß dem Betrag der berechneten Abweichung korrigiert werden, anstatt die Position des Röntgenstrahlfokus F oder des Röntgenstrahldetektors 53 zu bewegen.
(III) θ-Justierung
Als Nächstes wird die θ-Justierung beschrieben. In 15A beinhaltet die θ-Justierung ein Justieren in einer solchen Weise, dass die Oberfläche des Prüfstücks S parallel zu den Röntgenstrahlen R1 verläuft, die auf das Prüfstück S von dem Röntgenstrahlfokus F her einfallen. Bei der Ausführung einer solchen Justierung wird der einfallsseitige Arm 55 zuerst auf eine Winkelposition von θs = 0° eingestellt, und der empfangsseitige Arm 57 wird auf eine Winkelposition von θd = 0° eingestellt, wie in 15A zu sehen. Das heißt, der Röntgenstrahldetektor 53 wird auf eine Winkelposition von 2θ = 0° eingestellt.
Als Nächstes wird eine Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse 58, wie zum Beispiel die in 16B gezeigte, an dem Prüfstückträger 52 anstelle des in 15A gezeigten Prüfstücks S angebracht. In diesem Fall sind die Referenzflächen 59a, 59b an den zwei Schultern der Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse 58 der in 15A gezeigten optischen Achse R0 zugewandt. Als Nächstes werden die θs-Achse und die θd-Achse gleichzeitig rotierend um die gleiche Gradzahl innerhalb kleiner Winkelbereiche in entgegengesetzten Richtungen um die Prüfstückachse X0 nahe θ = 0° oszilliert (das heißt Röntgenstrahlen, die den nulldimensionalen Röntgenstrahldetektor 53 von der Röntgenquelle F her erreichen, werden in einer geraden Linie gehalten, während die Röntgenstrahlen rotierend um die Prüfstückachse X0 oszilliert werden), um die Winkelpositionen zu finden, wo das Ausgangssignal des Röntgenstrahldetektors 53 am stärksten ist. Die Winkelposition des Röntgenstrahlfokus F und des Röntgenstrahldetektors 53 wird dann als die Position bestimmt, bei der θ = 0° erreicht werden kann.
Techniken zum Ausführen einer herkömmlichen Röntgenstrahljustierung, wie sie oben beschrieben wurden, sind zum Beispiel in Patentdokument 1 ( japanische Patentoffenlegungsschrift 1101-156644 ), Patentdokument 2 ( japanische Patentoffenlegungsschrift 1101-156643 ), Patentdokument 3 ( japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift 1101-158952 ), Patentdokument 4 ( japanische Patentoffenlegungsschrift 1103-291554 ) und Patentdokument 5 ( japanische Patentoffenlegungsschrift 2007-017216 ) offenbart.
Bei einem herkömmlichen Röntgenstrahlanalysator, wie oben beschrieben, wird eine Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse, die Referenzflächen auf ihren zwei Schultern umfasst, bei der Ausführung einer θ-Justierung verwendet, und Änderungen der Größenordnung der Röntgenstrahlintensität werden gemessen, während der nulldimensionale Röntgenstrahldetektor kontinuierlich gedreht wird. Eine solche herkömmliche Analysatorvorrichtung birgt das Problem, dass eine extrem lange Zeit zum Auszuführen der Messung benötigt wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung basiert auf den Problemen, die in herkömmlichen Analysatorvorrichtungen der oben beschriebenen Art zu finden sind. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, es zu ermöglichen, dass ein Prozess zum Justieren der optischen Achse eines Röntgenstrahlanalysators innerhalb eines extrem kurzen Zeitraums ausgeführt werden kann.
Die Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator, die Folgendes umfasst: einen einfallsseitigen Arm, der sich um eine Prüfstückachse dreht, die durch eine Prüfstückposition verläuft, die eine Position darstellt, an der ein Prüfstück platziert wird, einen empfangsseitigen Arm, der sich um die Prüfstückachse dreht und sich in Richtung einer Seite erstreckt, die dem einfallsseitigen Arm gegenüber liegt, eine Röntgenquelle, die an dem einfallsseitigen Arm angeordnet ist, einen einfallsseitigen Schlitz, der an dem einfallsseitigen Arm zwischen der Prüfstückposition und der Röntgenquelle angeordnet ist, einen Röntgenstrahldetektor, der an dem empfangsseitigen Arm angeordnet ist, einen Abschirmstreifen, der an einer Position angeordnet ist, die Röntgenstrahlen blockiert, die durch den Röntgenstrahldetektor von der Röntgenquelle her empfangen werden, und ein Abschirmstreifen-Bewegungsmittel zum Drehen des Abschirmstreifens um die Prüfstückachse relativ zu einer optischen Achse der Röntgenstrahlen, die den Röntgenstrahldetektor von der Röntgenquelle her erreichen, in zwei verschiedene Winkelpositionen; wobei ein Betrag der Abweichung bei der Parallelität der Oberfläche des Prüfstücks mit Bezug auf die optische Achse der Röntgenstrahlen auf der Grundlage von Röntgenstrahlintensitätswerten festgestellt wird, die durch den Röntgenstrahldetektor für jede der zwei Winkelpositionen festgestellt wurde.
In der oben beschriebenen Anordnung kann das Abschirmstreifen-Bewegungsmittel über eine Anordnung realisiert werden, die gleichzeitig den einfallsseitigen Arm und den empfangsseitigen Arm um eine identische Gradzahl in entgegengesetzten Richtungen um die Prüfstückachse dreht, wobei der Abschirmstreifen fest an seinem Platz bleibt. Eine Anordnung, bei der der Abschirmstreifen selbst um die Prüfstückachse gedreht wird, ist auch möglich. Jede andere Struktur, bei der die optische Achse der Röntgenstrahlen und der Abschirmstreifen relativ zueinander gedreht werden können, kann ebenfalls verwendet werden.
In der oben beschriebenen Anordnung kann der Betrag der Abweichung bei der Parallelität der Oberfläche des Prüfstücks mit Bezug auf die optische Achse der Röntgenstrahlen auf der Basis der Röntgenstrahlintensitätswerte für jede der zwei Winkelpositionen des Abschirmstreifens unter Verwendung einer elektronischen Rechenvorrichtung, wie zum Beispiel eines Computers, festgestellt werden, der mit einer CPU und einem Speicher versehen ist.
In der Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass sich der Abschirmstreifen von der Prüfstückachse aus nur in der Empfangsrichtung erstreckt, wie durch das Bezugssymbol L1 in 11 gezeigt. Der Grund dafür ist, dass, wenn sich der Abschirmstreifen nicht nur den halben Weg erstreckt, sondern auch bis zur Einfallsseite der Prüfstückachse, eine Seite vollständig durch den Abschirmstreifen auf der Einfallsseite abgeschirmt wird, wodurch es unmöglich wird, Röntgenstrahlintensitäten für beide Winkelpositionen des Abschirmstreifens zu erhalten.
Bei der Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Röntgenstrahl-Einfallsseite des Abschirmstreifens auf die Prüfstückachse ausgerichtet sein. Dies erlaubt das Erhalten genauer Intensitätsdaten für die zwei Winkelpositionen des Abschirmstreifens.
Bei der Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung können die zwei Winkel für den Abschirmstreifen auf einen positiv-seitigen Winkel und einen negativ-seitigen Winkel eingestellt werden, um Informationen für die Dicke des Abschirmstreifens herauszulöschen und nur Winkelinformationen für den Abschirmstreifen zu erhalten. Das Herauslöschen von Dickeninformationen in dieser Weise erlaubt das Vereinfachen der Berechnung.
Bei der Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass die Länge des Abschirmstreifens in einer Richtung entlang der Prüfstückachse größer ist als die Breite des einfallenden Röntgenstrahls entlang der Prüfstückachse.
Bei der Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Röntgenstrahldetektor ein eindimensionaler Röntgenstrahldetektor, der eine positionsbezogene Auflösung der Röntgenstrahlintensität besitzt, das heißt die Fähigkeit zum Detektieren der Röntgenstrahlintensität in zuvor festgelegten Regionen auf einer geraden Linie, und die gerade Linie, entlang der die positionsbezogene Auflösung angewendet wird, kann sich in einer Richtung entlang des Röntgenstrahl-Beugungswinkels erstrecken.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung entfällt die Notwendigkeit des Drehens des Röntgenstrahldetektors beim Messen der Röntgenstrahlintensität an zwei Winkelpositionen des Abschirmstreifens mit Bezug auf die optische Achse der Röntgenstrahlen, so dass der Betrag der Abweichung bei der Parallelität der Oberfläche des Prüfstücks mit Bezug auf die optische Achse der Röntgenstrahlen innerhalb einer extrem kurzen Zeitdauer festgestellt werden kann.
Wie zum Beispiel schematisch in 17B gezeigt, ist der oben angesprochene eindimensionale Röntgenstrahldetektor ein Röntgenstrahldetektor, der mehrere (zum Beispiel 256) Pixel 61 beispielsweise mit einer longitudinalen Länge a = 75 μm und einer lateralen Länge b = 10 mm umfasst, die in der Richtung des Beugungswinkels 2θ angeordnet sind. Der eindimensionale Röntgenstrahldetektor umfasst außerdem Fälle, in denen ein zweidimensionaler Röntgenstrahldetektor als ein eindimensionaler Röntgenstrahldetektor verwendet wird.
Wie zum Beispiel schematisch in 17A gezeigt, umfasst ein denkbarer zweidimensionaler Röntgenstrahldetektor Pixel 62 mit einer longitudinalen Länge a = 100 μm und einer lateralen Länge b = 100 μm, die zweidimensional sowohl in der longitudinalen als auch in der lateralen Richtung angeordnet sind. Die Länge La des zweidimensionalen Röntgenstrahldetektors in der longitudinalen Richtung ist zum Beispiel La = 80 mm, und die Länge Lb in der lateralen Richtung ist zum Beispiel Lb = 40 mm. In der vorliegenden Erfindung kann ein zweidimensionaler Röntgenstrahldetektor als ein eindimensionaler Röntgenstrahldetektor verwendet werden, indem nur jener Abschnitt der Pixel des in 17A gezeigten zweidimensionalen Röntgenstrahldetektors verwendet wird, der den Pixeln entspricht, die den in 17B gezeigten Bereich belegen.
(Auswirkungen der Erfindung)
Gemäß der Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter den verschiedenen Arten der Justierung der optischen Achse eine θ-Justierung (das heißt Finden und Korrigieren des Betrages der Abweichung bei der Parallelität der Oberfläche des Prüfstücks mit Bezug auf die optische Achse der Röntgenstrahlen) nur auf der Grundlage der Intensitäten gebeugter Röntgenstrahlen ausgeführt, die den Winkelpositionen eines Abschirmstreifens entsprechen, der zwei Winkelpositionen einnimmt, so dass die θ-Justierung extrem schnell ausgeführt werden kann. Infolge dessen kann der gesamte Prozess der Justierung der optischen Achse, einschließlich der θ-Justierung, innerhalb einer extrem kurzen Zeitdauer ausgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines Röntgenstrahlanalysators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zeigt, der durch den in 1 gezeigten Röntgenstrahlanalysator ausgeführt wird;
3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Messung zeigt, die durch den in 1 gezeigten Röntgenstrahlanalysator ausgeführt wird;
4 ist eine Ansicht, die einen Schritt bei der 2θ-Justierung, einer Art der Justierung der optischen Achse, zeigt;
5 ist ein Kurvendiagramm, das Ergebnisse der 2θ-Justierung zeigt;
6 ist eine Ansicht, die einen Schritt bei der Zs-Achsen-Justierung, einer weiteren Art der Justierung der optischen Achse, zeigt;
7 ist ein Kurvendiagramm, das Ergebnisse der Zs-Achsen-Justierung zeigt;
8 ist eine Ansicht, die einen weiteren Schritt bei der Zs-Achsen-Justierung zeigt;
9 ist ein Kurvendiagramm, das weitere Ergebnisse der Zs-Achsen-Justierung zeigt;
10A ist eine Grundrissansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse, die bei der Ausführung einer θ-Justierung verwendet wird, die eine weitere Art der Justierung der optischen Achse ist; 10B ist eine Vorderansicht der Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse; und 10c ist eine Seitenansicht entlang der Linie E-E in 10B;
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels der in den 10A bis 10C gezeigten Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse, die an einem Röntgenstrahlanalysator angebracht ist;
12A, 12B und 12C sind schematische Ansichten von drei Schritten, die nacheinander während der θ-Justierung ausgeführt werden;
13A und 13B sind schematische Ansichten eines Hauptprozesses, der während der θ-Justierung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
14 ist ein Kurvendiagramm zum Veranschaulichen eines Hauptprozesses der θ-Justierung gemäß der vorliegenden Erfindung;
15A zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Justierung der optischen Achse; und 15B zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Röntgenstrahlmessung;
16A ist ein Kurvendiagramm, das ein Beugungsprofil zeigt, das unter Verwendung einer herkömmlichen Justierung der optischen Achse erhalten wurde; und 16B ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse, die bei der herkömmlichen Justierung der optischen Achse verwendet wird; und
17A ist eine schematische Ansicht eines Beispiels der Pixelanordnung eines zweidimensionalen Röntgenstrahldetektors; und 17B ist eine schematische Ansicht eines Beispiels der Pixelanordnung eines eindimensionalen Röntgenstrahldetektors.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun eine Ausführungsform des Röntgenstrahlanalysators gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Einzelne Elemente können in den Zeichnungen, die der vorliegenden Spezifikation beigefügt sind, in anderen als ihren tatsächlichen Proportionen gezeigt sein, um das Verstehen charakteristischer Abschnitte zu erleichtern.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Röntgenstrahlanalysators gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein im vorliegenden Text gezeigter Röntgenstrahlanalysator 1 umfasst einen Prüfstückträger 2 zum Stützen eines Prüfstücks S, einen einfallsseitigen Arm 3, der in der Lage ist, sich um eine Prüfstückachse X0 zu drehen, die durch eine gedachte Linie gebildet wird, die sich durch die Oberfläche des Prüfstücks S in einer Zeichnungsoberflächen-Penetrationsrichtung erstreckt, und einen empfangsseitigen Arm 4, der in der Lage ist, sich um die Prüfstückachse X0 zu drehen. Der einfallsseitige Arm 3 und der empfangsseitige Arm 4 erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen. Die Drehung des einfallsseitigen Arms 3 um die Prüfstückachse X0 wird als θs-Drehung bezeichnet, und die Drehung des empfangsseitigen Arms 4 um die Prüfstückachse X0 wird als θd-Drehung bezeichnet.
Ein Prüfstück S befindet sich auf dem Prüfstückträger 2 in 1, aber bei der Ausführung einer Justieroperation der optischen Achse, wie im Folgenden beschrieben, wird das Prüfstück S von dem Prüfstückträger 2 entfernt, und Röntgenstrahlen können ungehindert die Position passieren, an der das Prüfstück S platziert wurde (im Folgenden auch als die „Prüfstückposition” bezeichnet), oder ein mittiger Schlitz oder eine Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse wird auf dem Prüfstückträger 2 platziert.
Der einfallsseitige Arm 3 stützt eine Röntgenstrahlröhre 7 und einen einfallsseitigen Schlitz 8. In der Röntgenstrahlröhre 7 befindet sich eine Röntgenquelle F. Ein (nicht gezeigtes) Filament befindet sich innerhalb der Röntgenstrahlröhre 7 als eine Kathode und ein (nicht gezeigtes) Ziel als eine Gegenkathode. Die Region, in der aus dem Filament abgegebene Thermoelektronen mit der Oberfläche des Ziels kollidieren können, ist der Röntgenstrahlfokus, von dem Röntgenstrahlen ausgesendet werden. Der Röntgenstrahlfokus bildet die Röntgenquelle F. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Röntgenquelle F ein Röntgenstrahlfokus für einen Linienfokus, der sich in der Zeichnungsoberflächen-Penetrationsrichtung erstreckt. Eine Schlitznut des einfallsseitigen Schlitzes 8 erstreckt sich in der Zeichnungsoberflächen-Penetrationsrichtung.
Der empfangsseitige Arm 4 umfasst einen eindimensionalen Röntgenstrahldetektor 11, welcher der Röntgenstrahldetektor ist, der eine positionsbezogene Auflösung der Röntgenstrahlintensität innerhalb eines linearen Bereichs aufweist. Der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 wird zum Beispiel durch einen positionsempfindlichen Proportionalzähler (Position-Sensitive Proportional Counter, PSPC), eine eindimensionale Ladungsgekoppelte-Bauelement(Charge-Coupled Device, CCD)-Gruppierung oder eine eindimensionale Photonenzählpixelgruppierung gebildet. Wie zum Beispiel schematisch in 17B gezeigt, wird der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 gebildet, indem mehrere Pixel (das heißt Detektionsregionen) 61, die in der Lage sind, Röntgenstrahlen zu detektieren, in einer Linie in einer Richtung orthogonal zu der Richtung angeordnet werden, in der sich der empfangsseitige Arm 4 erstreckt. Die mehreren Pixel 61 sind innerhalb einer Region angeordnet, wo der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 Röntgenstrahlen empfangen kann, wobei die Region als eine Röntgenstrahl-Empfangsregion bezeichnet wird. Das heißt, der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 ist in der Lage, die Röntgenstrahlintensität auf der Pixelebene innerhalb einer linearen Region zu detektieren, die orthogonal zu der Richtung verläuft, in der sich der empfangsseitige Arm 4 erstreckt. Oder anders ausgedrückt: der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 besitzt eine positionsbezogene Auflösung für die Röntgenstrahlintensität innerhalb einer linearen Region orthogonal zu der Richtung, in der sich der empfangsseitige Arm 4 erstreckt.
Der einfallsseitige Arm 3 wird durch eine θs-Drehantriebsvorrichtung 12 angetrieben, um eine θs-Drehung um die Prüfstückachse X0 zu vollführen. Die θs-Drehantriebsvorrichtung 12 dreht den einfallsseitigen Arm 3 zu einem zuvor festgelegten Zeitpunkt und zuvor festgelegten Winkelbedingungen gemäß Befehlen einer von Steuerungsvorrichtung 13. Die Steuerungsvorrichtung 13 wird durch einen Computer gebildet, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und einen Speicher (ein Speichermedium) umfasst. Software zum Ausführen der 2θ-Justierung, der Zs-Achsen-Justierung und der θ-Justierung, die im Folgenden beschrieben werden, wird in dem Speicher gespeichert.
Der empfangsseitige Arm 4 wird durch eine θd-Drehantriebsvorrichtung 14 angetrieben, um eine θd-Drehung um die Prüfstückachse X0 zu vollführen. Die θd-Drehantriebsvorrichtung 14 dreht den empfangsseitigen Arm 4 zu einem zuvor festgelegten Zeitpunkt und zuvor festgelegten Winkelbedingungen gemäß Befehlen von der Steuerungsvorrichtung 13. Die θs-Drehantriebsvorrichtung 12 und die θd-Drehantriebsvorrichtung 14 werden durch einen geeigneten Kraftübertragungsmechanismus gebildet, wie zum Beispiel einen Kraftübertragungsmechanismus, der mit einer Schnecke und einem Schneckenrad arbeitet.
Die Schlitzbreite des einfallsseitigen Schlitzes 8 kann unter Verwendung einer Schlitzöffnungs- und Schließ-Antriebsvorrichtung 17 justiert werden. Die Schlitzöffnungs- und Schließ-Antriebsvorrichtung 17 arbeitet gemäß Befehlen von der Steuerungsvorrichtung 13. Der einfallsseitige Schlitz 8 kann sich in einer Richtung orthogonal zur Mittelachse R0 der einfallenden Röntgenstrahlen (das heißt in der vertikalen Richtung A-A' in 1) bewegen, während eine konstante Schlitzbreite aufrecht erhalten wird. Eine Zs-Bewegungsvorrichtung 19 bewegt den einfallsseitigen Schlitz 8 um eine erwünschte Distanz aus der Richtung A in Richtung A' gemäß Befehlen von der Steuerungsvorrichtung 13. Die Röntgenquelle F wird durch die Steuerungsvorrichtung 13 ein- und ausgeschaltet. Ausgangssignale von jedem der Pixel des eindimensionalen Röntgenstrahldetektors 11 werden durch einen Röntgenstrahlintensitäts-Berechnungsschaltkreis 18 zu Intensitätssignalen eines zuvor festgelegten Datenformats umgewandelt und an die Steuerungsvorrichtung 13 gesendet. In einigen Fällen kann der Röntgenstrahlintensitäts-Berechnungsschaltkreis 18 innerhalb des eindimensionalen Röntgenstrahldetektors 11 angeordnet sein.
Beim Hochfahren setzt die Steuerungsvorrichtung 13 in Schritt S1 die verschiedenen in 1 gezeigten Vorrichtungen auf zuvor festgelegte Anfangseinstellungen, wie in 2 gezeigt. Als Nächstes wird, wenn Instruktionen zum Einstellen der optischen Achse unter Verwendung einer Eingabevorrichtung, wie zum Beispiel einer Tastatur oder einer Maus, eingegeben wurden, eine Einschätzung JA in Schritt S2 getroffen, und ein Prozess zur Justierung der optischen Achse wird in Schritt S3 ausgeführt.
Wenn in Schritt S2 keine Instruktionen zum Einzustellen der optischen Achse vorgenommen wurden, so schreitet der Prozess zu Schritt S4 voran, wo überprüft wird, ob Instruktionen zum Auszuführen einer Messung erteilt wurden, und wenn dies der Fall ist, so schreitet der Prozess zu Schritt S5 voran, und eine Röntgenstrahlmessung wird ausgeführt. Nachdem die Röntgenstrahlbestimmung vollendet ist, wird in Schritt S6 überprüft, ob Instruktionen zum Analysieren der gemessenen Daten erteilt wurden, und wenn dies der Fall ist, so wird in Schritt S7 ein Analyseprozess ausgeführt. Anschließend wird in Schritt S8 überprüft, ob Instruktionen erteilt wurden, die Verwendung der Vorrichtung zu beenden, und wenn ja, so wird die Steuerung beendet.
(1) Röntgenstrahlmessung
Als Nächstes wird ein Beispiel der in Schritt S5 von 2 ausgeführten Röntgenstrahlmessung beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass die Röntgenstrahlbeugungsmessung an einem pulverförmigen Prüfstück ausgeführt wird. Derzeit sind verschiedene Arten der Röntgenstrahlmessung bekannt. Demgemäß wird die Art der tatsächlich ausgeführten Röntgenstrahlmessung nach Bedarf entsprechend der Zielröntgenstrahlmessung ausgewählt.
Wenn die Röntgenstrahlmessung aus einer Röntgenstrahlbeugungsmessung besteht, die an einem pulverförmigen Prüfstück ausgeführt wird, so wird ein pulverförmiges Prüfstück S auf dem Prüfstückträger 2 in 1 platziert. Genauer gesagt, wird das pulverförmige Prüfstück S in einen zuvor festgelegten Prüfstückhalter verbracht, der auf dem Prüfstückträger 2 platziert wird. Auf diese Weise wird somit das Prüfstück S in einer zuvor festgelegten Prüfstückposition innerhalb des Röntgenstrahlanalysators 1 platziert, und die Messung beginnt, wenn ein Bediener Instruktionen gibt, die Messung zu beginnen.
Genauer gesagt, wird in 3 die Röntgenquelle F durch die θs-Drehung des einfallsseitigen Arms 3 θ-gedreht. Gleichzeitig wird der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 durch die θd-Drehung des empfangsseitigen Arms 4 2θ-gedreht. Während die Röntgenquelle F eine θ-Drehung durchläuft und der Röntgenstrahldetektor 11 eine 2θ-Drehung durchläuft, treffen Röntgenstrahlen, die durch die Röntgenquelle F ausgesendet werden, auf das Prüfstück S auf. Wenn Beugungsbedingungen zwischen den auf das Prüfstück S auftreffenden Röntgenstrahlen und der Kristallgitterebene innerhalb des Prüfstücks S erfüllt sind, so werden die Röntgenstrahlen durch das Prüfstück S gebeugt, und die gebeugten Röntgenstrahlen werden durch den eindimensionalen Röntgenstrahldetektor 11 detektiert. Die Röntgenstrahlintensität der gebeugten Röntgenstrahlen in den verschiedenen Winkelpositionen für den Beugungswinkel 2θ wird auf der Basis der Ausgangssignale von dem Röntgenstrahldetektor 11 bestimmt, und diese Röntgenstrahlintensität wird zu Röntgenstrahlbeugungs-Messergebnisdaten.
Die hier beschriebene Röntgenstrahlbeugungsmessung ist ein Beispiel einer Röntgenstrahlmessung, und es kann erforderlichenfalls auch eine andere geeignete Art der Messung als eine Röntgenstrahlbeugungsmessung ausgeführt werden.
(2) Justierung der optischen Achse
Als Nächstes wird die Justierung der optischen Achse, die in Schritt S3 von 2 ausgeführt wird, beschrieben. Diese Justierung der optischen Achse besteht aus drei Arten: der 2θ-Justierung, der Zs-Achsen-Justierung und der θ-Justierung. Diese verschiedenen Arten der Justierung werden im Folgenden einzeln beschriebenen.
(2-1) 2θ-Justierung
Die 2θ-Justierung ist eine Justierung zum Ausrichten der 2θ = 0°-Winkelposition in dem optischen System des Röntgenstrahlanalysators 1 (1) und der Mittelachse der Röntgenstrahlen, die den Röntgenstrahldetektor 11 von der Röntgenquelle F aus erreichen.
Die 2θ-Justierung umfasst das Bestimmen eines θd-Korrekturwertes zum Korrigieren des Winkels des Röntgenstrahldetektors 11, wobei der einfallsseitige Schlitz 8 auf einen offenen Zustand mit einer zuvor festgelegten Öffnung eingestellt wird. Genauer gesagt, umfasst der Prozess in 3 das Einstellen des einfallsseitigen Arms 3 auf θ = 0°, des Weiteren das Einstellen des empfangsseitigen Armes 4 auf θ = 0°, und das Einstellen des optischen Systems auf den in 1 gezeigten 2θ = 0°-Zustand, dann ein Justieren dergestalt, dass die Mittelachse R0 der Röntgenstrahlen, die den Röntgenstrahldetektor 11 von der Röntgenquelle F her erreichen, auf die 2θ = 0°-Winkelposition des eindimensionalen Röntgenstrahldetektors 11 ausgerichtet ist.
Bei der 2θ-Justierung, wie in 1 gezeigt, wird zuerst der einfallsseitige Arm 3 auf θs = 0° eingestellt, der empfangsseitige Arm 4 wird auf θd = 0° eingestellt, und das optische System wird auf 2θ = 0° eingestellt. Als Nächstes wird der einfallsseitige Schlitz 8 durch die Öffnungs- und Schließ-Antriebsvorrichtung 17 auf einen offenen Zustand eingestellt. Das Prüfstück S wird dann von dem Prüfstückträger 2 entfernt, und ein mittiger Schlitz 20 wird anstelle des Prüfstücks S auf dem Prüfstückträger 2 platziert, wie in 4 gezeigt.
Während der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 in dem in 4 gezeigten Zustand fixiert ist, werden Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle F ausgesendet, und Röntgenstrahlen, die den offenen einfallsseitigen Schlitz 8 und den mittigen Schlitz 20 passieren, werden durch den Röntgenstrahldetektor 11 detektiert. Der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 besitzt eine positionsbezogene Auflösung für die Röntgenstrahlintensität in einer Richtung orthogonal zu der Richtung der Röntgenstrahlen, wodurch der Detektor 11 ein Röntgenstrahlprofil P1 innerhalb einer zuvor festgelegten Winkelregion in der 2θ-Richtung, wie in 5 gezeigt, mittels einer einzelnen Röntgenbestrahlungsserie von der Röntgenquelle F erhalten kann.
Unter der Annahme, dass die Spitzenposition des Profils P1 um δ0 von 2θ = 0° abweicht, zeigt der Betrag der Abweichung δ0 die Summe des Betrages der Abweichung der θd-Achse und des Betrages der Abweichung des Röntgenstrahldetektors 11 an. Sofern dies der Fall ist, kann die Justierung der optischen Achse für die 2θ-Richtung ausgeführt werden, indem der Betrag der Abweichung δ0 als den Korrekturwert für die θd-Achse für die in 5 gezeigten Röntgenstrahl-Messergebnisdaten eingestellt wird. Genauer gesagt, wird die Position des Röntgenstrahldetektors 11 justiert, indem der empfangsseitige Arm 4 um eine Distanz des Betrages der Abweichung δ0 in 3 bewegt wird. Wenn die optischen Röntgenstrahlelemente, wie zum Beispiel Schlitz, Monochromator usw., an dem empfangsseitigen Arm 4 montiert sind, so werden die Positionen solcher optischen Röntgenstrahlelemente ebenfalls justiert.
In dem in 5 gezeigten Beispiel war δ0 0,2831°. Es ist daher möglich, eine Abweichung in der 2θ-Richtung zu korrigieren, das heißt eine Abweichung mit Bezug auf die θd-Achse zu korrigieren, indem δ0 = 0,2831° von dem Wert für 2θ in den durch den Röntgenstrahldetektor 11 erhaltenen Daten subtrahiert wird. Die in 5 gezeigte Spitzenwellenform P2 ist eine korrigierte Spitzenwellenform, die erhalten wird, man die durch die Spitzenwellenform P1 gezeigten rohen Messungsdaten um δ0 = 0,2831° in der negativen Richtung korrigiert werden und die Spitze der Spitzenwellenform P2 auf 2θ = 0° ausgerichtet wird.
(2-2) Zs-Achsen-Justierung
Als Nächstes wird die Zs-Achsen-Justierung beschrieben. Die Zs-Achsen-Justierung umfasst das Einstellen des in 1 gezeigten einfallsseitigen Schlitzes 8 auf eine geeignete Position mit Bezug auf die optische Achse R0 der Röntgenstrahlen, die den Röntgenstrahldetektor 11 von der Röntgenquelle F her erreichen. Bei der Zs-Achsen-Justierung wird das Prüfstück 2 von dem Prüfstückträger 2 entfernt, wobei sich der Röntgenstrahlanalysator 1 in dem in 1 gezeigten Zustand befindet (das heißt 2θ = 0°), so dass Röntgenstrahlen ungehindert die Prüfstückposition durchqueren können.
Als Nächstes wird die Zs-Achse (das heißt der einfallsseitige Schlitz 8) durch die in 1 gezeigte Zs-Bewegungsvorrichtung 19 zu einer ersten Position Q1 (wie zum Beispiel –0,5 mm) entlang der in 1 gezeigten Richtung A-A' bewegt, wie in 6 gezeigt. In diesem Zustand werden dann Röntgenstrahlen durch die Röntgenquelle F ausgesendet, und Röntgenstrahlen, die den einfallsseitigen Schlitz 8 passieren, werden durch den eindimensionalen Röntgenstrahldetektor 11 detektiert. Weil der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 Röntgenstrahl-Detektionspixel umfasst, die in der 2θ Richtung gruppiert sind, kann das in 7 gezeigte Profil P3 durch eine einzelne Röntgenbestrahlungsserie erhalten werden. Die Spitze pp3 des Profils P3 war zum Beispiel 2θ = –0,06°.
Als Nächstes wird die Zs-Achse (das heißt der einfallsseitige Schlitz 8) durch die in 1 gezeigte Zs-Bewegungsvorrichtung 19 in eine zweite Position Q2 (wie zum Beispiel –0,2 mm) entlang der in der 1 gezeigten Richtung A-A', wie in 8 gezeigt, bewegt. In diesem Zustand werden dann Röntgenstrahlen durch die Röntgenquelle F ausgesendet, und Röntgenstrahlen, die den einfallsseitigen Schlitz 8 passieren, werden durch den eindimensionalen Röntgenstrahldetektor 11 detektiert. Das in 7 gezeigte Profil P4 kann über diese einzelne Röntgenbestrahlungsserie erhalten werden. Die Spitze pp4 des Profils P4 war zum Beispiel 2θ = 0,11°.
Die Positionsinformationen für Q1 auf der in 6 gezeigten Zs-Achse (das heißt –0,5 mm) werden als pp3 (–0,06°) auf die 2θ-Achse (das heißt die laterale Achse) des in 7 gezeigten Kurvendiagramms projiziert. Des Weiteren werden die Positionsinformationen für Q2 auf der in 8 gezeigte Zs-Achse (das heißt –0,2 mm) als pp4 (0,11°) auf die 2θ-Achse (das heißt die laterale Achse) des in 8 gezeigten Kurvendiagramms projiziert. Oder anders ausgedrückt: die Distanz, um die sich der einfallsseitige Schlitz 8 auf der Zs-Achse bewegt (Q1 – Q2 = 0,5 – 0,2 = 0,3 mm), wird als die Distanz „pp3 – pp4” (= 0,06 + 0,11 = 0,17°) auf die 2θ-Achse projiziert. Daraus ist zu erkennen, dass der Winkel von 0,06° auf der 2θ-Achse zu der 0,1 mm-Distanz äquivalent ist, um die sich der einfallsseitige Schlitz 8 auf der Zs-Achse bewegt.
Dementsprechend ist es möglich, mindestens zwei Messungspositionen Q1, Q2 auf der Zs-Achse zu messen, um Profile von Messergebnissen in einem Beugungsprofil-Kurvendiagramm zu zeichnen, wie zum Beispiel jene, die in 7 gezeigt sind; die Beziehungen der Spitzenpositionen der Profile zu 2θ = 0° zu finden; und diese Beziehungen in den Positionen auf der Zs-Achse widerzuspiegeln, um genau die Position auf der Zs-Achse zu finden, die 2θ = 0° entspricht. Oder anders ausgedrückt: die Position auf der Zs-Achse, die 2θ = 0° entspricht, kann auf der Basis der Spitzenposition (pp3) in 7, die Q1 (6) auf der Zs-Achse entspricht, und der Spitzenposition (pp4) in 7, die Q2 (8) auf der Zs-Achse entspricht, berechnet werden.
Zum Beispiel kann unter der Annahme, dass Q1 = –0,5 mm, Q2 = –0,2 mm, pp3 = –0,06° und pp4 0,11°, die Position Zs auf der Zs-Achse, die dem Röntgenstrahlwinkel 2θ = 0° entspricht, unter Verwendung folgender Formel gefunden werden: Zs = –0,5 mm + (b/a) × 0,3 mm (1), wobei
a = +0,11° – (–0,06°)
b = 0° – (–0,060).
Bei Verwendung der Formel (1) oben ist Zs ≈ –0,4 mm.
Zur Bestätigung wurde der einfallsseitige Schlitz 8 an der Position Zs = 0,4 mm in 6 ersetzt, und die Röntgenstrahlen wurden unter Verwendung des Röntgenstrahldetektors 11 detektiert. Als die Messergebnisse dann auf das in 7 gezeigte Beugungslinien-Kurvendiagramm aufgetragen wurden, wurde das Profil P5 erhalten. Die Spitzenposition des Profils P5 war auf 2θ = 0° ausgerichtet. Dies zeigte, dass die oben genannte Korrekturformel (1) für den einfallsseitigen Schlitz 8 zweckmäßig war.
Zur weiteren Bestätigung wurde die Position des einfallsseitigen Schlitzes 8 auf der Zs-Achse gemäß den berechneten Ergebnissen justiert, woraufhin eine Röntgenstrahlbeugungsmessung gemäß den folgenden drei Sätzen von Bedingungen ausgeführt wurde.

(A) Ein einfallsseitiger Schlitz 8 mit einem Divergenzwinkel von (2/3)° wurde an der Position des einfallsseitigen Schlitzes 8 in 6 angeordnet, und eine Röntgenstrahlmessung wurde unter Verwendung des eindimensionalen Röntgenstrahldetektors 11 ausgeführt.
(B) Ein einfallsseitiger Schlitz mit einer Schlitzbreite von 0,2 mm wurde an der Position des einfallsseitigen Schlitzes 8 in 6 angeordnet, und eine Röntgenstrahlmessung wurde unter Verwendung des eindimensionalen Röntgenstrahldetektors 11 ausgeführt.
(C) Ein einfallsseitiger Schlitz 8 mit einer Schlitzbreite von 0,2 mm wurde an der Position des einfallsseitigen Schlitzes 8 in 6 angeordnet, ein mittiger Schlitz wurde des Weiteren an der Prüfstückposition angeordnet, und eine Röntgenstrahlmessung wurde unter Verwendung des eindimensionalen Röntgenstrahldetektors 11 ausgeführt.

Als die Messergebnisse für die verschiedenen oben beschriebenen Zustände auf das in 9 gezeigte Röntgenstrahlbeugungsschaubild aufgetragen wurden, wurde das Profil T1 als das Messergebnisse für Zustände (A) erhalten, das Profil T2 wurde als das Messergebnisse für Zustände (B) erhalten, und ein Profil T3 wurde als die Messergebnisse für Zustände (C) erhalten. Bei all diesen Ergebnissen erschien der Spitzenwert bei 2θ = 0°. Es war somit offenkundig, dass die Position des einfallsseitigen Schlitzes 8 auf der Zs-Achse korrekt auf 2θ = 0° ausgerichtet war. Es war auch offenkundig, dass die Position stets auf 2θ = 0° ausgerichtet war, ob ein mittiger Schlitz vorhanden war oder nicht.
(2-3) θ-Justierung
Als Nächstes wird die θ-Justierungsvarietät der Justierung der optischen Achse beschrieben. Die θ-Justierung umfasst das Ausrichten der Oberfläche des Prüfstücks S in 1 dergestalt, dass sie parallel zu den auf das Prüfstück S auftreffenden Röntgenstrahlen R1 verlaufen.
In einem herkömmlichen Röntgenstrahlanalysator, wie anhand der 15A und 16B beschrieben, wird eine θ-Justierung ausgeführt, indem die Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse 58 auf der Prüfstückposition platziert wird, gleichzeitig kontinuierlich die Röntgenquelle F und der nulldimensionale Röntgenstrahldetektor 53 innerhalb eines vorgeschriebenen Winkelbereichs um die Prüfstückposition gedreht werden, so dass die Mittelachse der Röntgenstrahlen, die den nulldimensionalen Röntgenstrahldetektor 53 von der Röntgenquelle F her erreichen, auf einer geraden Linie bleibt, während die Größenordnung der Röntgenstrahlintensität unter Verwendung des nulldimensionalen Röntgenstrahldetektors 53 gemessen wird, der Grad der Parallelität der Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse 58 zur optischen Achse des Röntgenstrahls auf der Basis der Größenordnung der Röntgenstrahlintensität beurteilt wird, und eine θ-Justierung auf der Basis der Beurteilungsergebnisse ausgeführt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird im Gegensatz dazu eine Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse 21, wie in 10A, 10B und 10C gezeigt, an einer zuvor festgelegten Position auf dem Prüfstückträger 2 anstelle des Prüfstücks S angeordnet, wie in 11 gezeigt; die Röntgenquelle F und der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 werden zwischen zwei Differenzpositionen um die Prüfstückposition gedreht (wie zum Beispiel θs = +0,5°, θd = –0,5°, θ = 1° (β1), wie in 12A gezeigt, und θs = –0,5°, θd = +0,5°, θ = +1° (β2), wie in 12B gezeigt), so dass die Mittelachse (das heißt die optische Achse) R0 der Röntgenstrahlen, die den eindimensionalen Röntgenstrahldetektor 11 von der Röntgenquelle F in 1 her erreichen, auf einer geraden Linie bleibt (das heißt fest bei 2θ = 0°), und die Röntgenstrahlintensität wird unter Verwendung des eindimensionalen Röntgenstrahldetektors 11 an jeder Position gemessen.
Der Winkel, der durch die optische Röntgenstrahlachse R0 beschrieben wird, wenn die Oberfläche des Prüfstücks parallel zu der optischen Röntgenstrahlachse R0 verläuft, wird anhand der Beziehung zwischen dem Winkel der optischen Röntgenstrahlachse R0 und der Breite des Beugungswinkels, der auf 2θ projiziert wird, berechnet. Der berechnete Winkel ist der 0-Achsen-Korrekturwert, und die Position des 0-Achsen-Korrekturwertes wird auf θ = 0° des Messsystems ausgerichtet.
Wie in 11 gezeigt, umfasst die Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse 21 einen Abschirmstreifen 22 zum Blockieren von Röntgenstrahlen. Eine Röntgenstrahl-Einfallsseite 22a des Abschirmstreifens 22 ist auf die Prüfstückachse X0 ausgerichtet. Ein ungefähr mittiger Abschnitt des Abschirmstreifens 22 in einer Richtung entlang der Prüfstückachse X0 ist auf die optische Röntgenstrahlachse R0 ausgerichtet. Die Länge L2 des Abschirmstreifens 22 entlang der Prüfstückachse X0 ist bevorzugt größer als die Breite des einfallenden Röntgenstrahls in einer Richtung entlang der Prüfstückachse X0.
Genauer gesagt, ist die θ-Achse auf β1 ausgerichtet (zum Beispiel –1,0°), wie in 12A gezeigt, und eine Röntgenstrahlintensität I1 wird unter Verwendung des eindimensionalen Röntgenstrahldetektors 11 gemessen. Als Nächstes wird die θ-Achse zu β2 bewegt (zum Beispiel +1,0°), wie in 12B gezeigt, und eine Röntgenstrahlintensität I2 wird unter Verwendung des eindimensionalen Röntgenstrahldetektors 11 gemessen. Als Nächstes werden die Messungsdaten, die erhalten werden, wenn sich die θ-Achse bei β1 und bei β2 befindet, aufeinander ausgerichtet.
13A zeigt eine schematische Vergrößerung von Messungsdaten, die in der oben beschriebenen Weise aufeinander ausgerichtet wurden. In 13A bezeichnet t1 die Dicke d des Abschirmstreifens 22, und t2 bezeichnet die Position des Endabschnitts des Abschirmstreifens 22. Wenn der Wert von (t2 – t1) in 13A gefunden ist, so stellt dieser Wert den Öffnungsgrad (β2 – β1) dar, wie in 13B gezeigt. Dementsprechend kann eine θ-Justierung durch Finden eines Korrekturwertes für die θ-Achse ausgeführt werden, so dass der Wert für (t2 – t1) gleichermaßen um 0,0° beabstandet ist.
In 14 ist P21 ein Röntgenstrahlprofil, das gemessen wird, wenn β1 in 12A = –1,0°. P22 ist ein Röntgenstrahlprofil, das gemessen wird, wenn β2 in 12B = +1,0°. Hier beträgt die Differenz δ21 zwischen den Seiten mit kleinem Winkel von P21 und P22 ungefähr 0,10°. Die Differenz δ22 zwischen den Seiten mit großem Winkel von P21 und P22 beträgt ungefähr 0,17°.
Der Betrag der Abweichung von der Mitte auf 2θ beträgt (0,10° + 0,17°)÷2,0 – 0,10° = 0,035° (2) und der θ-Achsen-Korrekturwinkel beträgt 0,035° × 2,0 ÷ (0,10° + 0,17°) = 0,259° (3).
Informationen, die durch Verschieben der θ-Achse um ±1,0° erhalten werden, werden auf 2θ als (0,10° + 0,17° = 0,27°) projiziert. Wenn die θ-Achse justiert wurde, haben δ21 und δ22 identische Werte. Weil 2° auf der θ-Achse 0,27° auf 2θ entsprechen, gelten die oben gezeigten Formeln (2) und (3).
Sobald die oben beschriebenen drei Arten der Justierung (das heißt die 2θ-Justierung, die Zs-Achsen-Justierung und die θ-Justierung) ausgeführt wurden, ist die Justierung der optischen Achse von Schritt S3 in 2 vollendet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, wird unter den verschiedenen Arten der Justierung der optischen Achse eine θ-Justierung (das heißt Finden und Korrigieren des Betrages der Abweichung bei der Parallelität der Oberfläche des Prüfstücks mit Bezug auf die optische Achse der Röntgenstrahlen) nur auf der Grundlage der Intensitäten I1 und I2 gebeugter Röntgenstrahlen ausgeführt, die den Winkelpositionen des Abschirmstreifens 22 entsprechen, der zwei Winkelpositionen β1 (12A) und β2 (12B) einnimmt, so dass die θ-Justierung extrem schnell ausgeführt werden kann. Infolge dessen kann der gesamte Prozess der Justierung der optischen Achse, einschließlich der θ-Justierung, innerhalb einer extrem kurzen Zeitdauer ausgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden der Betrag der Abweichung zwischen dem Einfallswinkel θ der Röntgenstrahlen mit Bezug auf das Prüfstück und dem θs-Winkel des einfallsseitigen Arms 3 und der Betrag der Abweichung zwischen dem Röntgenstrahl-Beugungswinkel 2θ und dem θd-Winkel des empfangsseitigen Arms 4 unter Ausnutzung der Fähigkeit zur positionsbezogenen Auflösung der Röntgenstrahlintensität, die der eindimensionale Röntgenstrahldetektor 11 besitzt, gefunden, wodurch der Prozess des Findens dieser Abweichungsbeträge und der Prozess zum Ausführen einer Justierung der optischen Achse auf der Basis der Abweichungsbeträge rasch und einfach ausgeführt werden kann.
(Weitere Ausführungsformen)
Die obigen Ausführungen waren eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Modifizierungen können innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wie er in den Ansprüchen dargelegt ist, vorgenommen werden.
Zum Beispiel ist der Röntgenstrahldetektor 11 von 1 nicht auf einen eindimensionalen Röntgenstrahldetektor beschränkt, sondern er kann vielmehr auch ein nulldimensionaler Röntgenstrahldetektor sein. Obgleich ein dedizierter eindimensionaler Röntgenstrahldetektor, wie zum Beispiel der, der in 17B gezeigt ist, als der eindimensionale Röntgenstrahldetektor in der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wird, ist es auch möglich, statt dessen die erforderlichen Pixel 62 eines zweidimensionalen Röntgenstrahldetektors, wie zum Beispiel dem, der in 17A gezeigt ist, als einen eindimensionalen Röntgenstrahldetektor zu nutzen.
(Erklärung der Symbole)

1. Röntgenstrahlanalysator, 2. Prüfstückträger, 3. einfallsseitiger Arm, 4. empfangsseitiger Arm, 7. Röntgenstrahlröhre, 8. einfallsseitiger Schlitz, 11. eindimensionaler Röntgenstrahldetektor, 12. θs-Drehantriebsvorrichtung, 13. Steuerungsvorrichtung, 14. θd-Drehantriebsvorrichtung, 17. Schlitzöffnungs- und Schließ-Antriebsvorrichtung, 18. Röntgenstrahlintensitäts-Berechnungsschaltkreis, 19. Zs-Bewegungsvorrichtung, 20. mittiger Schlitz, 21. Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse, 22. Abschirmstreifen, 22a. Röntgenstrahl-Einfallsseite des Abschirmstreifens, 51. Festprüfstück-Röntgenstrahlanalysator, 52. Prüfstückträger, 53. nulldimensionaler Röntgenstrahldetektor, 54. einfallsseitiger Schlitz, 55. einfallsseitiger Arm, 56. empfangsseitiger Schlitz, 57. empfangsseitiger Arm, 58. Vorrichtung zum Justieren der optischen Achse, 59a, 59b. Referenzflächen, 61, 62. Pixel, D0. Halbwertsbreitenintensität (FWHM), F. Röntgenstrahlfokus (Röntgenquelle), I0. Linie einer konstanten Intensität, P1. Röntgenstrahlprofil, P2. korrigiertes Röntgenstrahlprofil, P3. Profil von –0,5 mm, P4. Profil von –0,2 mm, P5. korrigiertes Röntgenstrahlprofil, PP3, PP4. Spitze, Q1. erste Position für die Zs-Achse, Q2. zweite Position für die Zs-Achse, R0. Mittelachse von Röntgenstrahlen (optische Röntgenstrahlachse), R1. Mittelachse von gebeugten Röntgenstrahlen, S. Prüfstück, X0. Prüfstückachse,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 1101-156644 [0019]
JP 1101-156643 [0019]
JP 1101-158952 [0019]
JP 1103-291554 [0019]
JP 2007-017216 [0019]

Claims

Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator, die Folgendes umfasst: einen einfallsseitigen Arm (3), der sich um eine Prüfstückachse (X0) dreht, die durch eine Prüfstückposition verläuft, die eine Position darstellt, an der sich ein Prüfstück (S) befindet; einen empfangsseitigen Arm (4), der sich um die Prüfstückachse (X0) dreht und sich in Richtung einer Seite erstreckt, die dem einfallsseitigen Arm (3) gegenüber liegt; eine Röntgenquelle (F), die an dem einfallsseitigen Arm (3) angeordnet ist; einen einfallsseitigen Schlitz (8), der an dem einfallsseitigen Arm (3) zwischen der Prüfstückposition und der Röntgenquelle (F) angeordnet ist; einen Röntgenstrahldetektor (11), der an dem empfangsseitigen Arm (4) angeordnet ist; einen Abschirmstreifen (22), der an einer Position angeordnet ist, die Röntgenstrahlen blockiert, die der Röntgenstrahldetektor (11) von der Röntgenquelle (F) her empfängt, und ein Abschirmstreifen-Bewegungsmittel (3, 12) zum Drehen des Abschirmstreifens (22) um die Prüfstückachse (X0) relativ zu einer optischen Achse (R0) der Röntgenstrahlen, die den Röntgenstrahldetektor (11) von der Röntgenquelle (F) her erreichen, in zwei verschiedene Winkelpositionen (β1, β2); wobei ein Betrag der Abweichung bei der Parallelität der Oberfläche des Prüfstücks (S) mit Bezug auf die optische Achse (R0) der Röntgenstrahlen auf der Grundlage von Röntgenstrahlintensitätswerten festgestellt wird, die durch den Röntgenstrahldetektor (11) für jede der zwei Winkelpositionen (β1, β2) gefunden werden.
Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator nach Anspruch 1, wobei sich der Abschirmstreifen (22, L1) nur in einer Empfangsrichtung von der Prüfstückachse (X0) aus erstreckt.
Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator nach Anspruch 2, wobei eine Röntgenstrahl-Einfallsseite (22a) des Abschirmstreifens (22) auf die Prüfstückachse (X0) ausgerichtet ist.
Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator nach Anspruch 3, wobei die zwei Winkel (β1, β2) für den Abschirmstreifen (22) auf einen positiv-seitigen Winkel und einen negativ-seitigen Winkel eingestellt werden, um Informationen für die Dicke des Abschirmstreifens (22) herauszulöschen und nur Winkelinformationen für den Abschirmstreifen (22) zu erhalten.
Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Länge des Abschirmstreifens (22) in einer Richtung entlang der Prüfstückachse (X0) größer ist als die Breite des einfallenden Röntgenstrahls (R0) in einer Richtung entlang der Prüfstückachse.
Vorrichtung zum Justieren einer optischen Achse für einen Röntgenstrahlanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Röntgenstrahldetektor (11) ein eindimensionaler Röntgenstrahldetektor ist, der eine positionsbezogene Auflösung der Röntgenstrahlintensität besitzt, was die Fähigkeit zum Detektieren der Röntgenstrahlintensität in zuvor festgelegten Regionen auf einer geraden Linie darstellt, und die gerade Linie, entlang der die positionsbezogene Auflösung angewendet wird, sich in einer Richtung entlang des Röntgenstrahl-Beugungswinkels erstreckt.