DE102016115826A1

DE102016115826A1 - Röntgenanalysevorrichtung

Info

Publication number: DE102016115826A1
Application number: DE102016115826.7A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Nakayama; Keiichi Tanaka; Atsushi Nagata; Kazuo Chinone
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2017-03-02
Also published as: JP6589461B2; JP2017044557A; US20170062088A1; US10018578B2

Abstract

Eine Röntgenanalysevorrichtung weist eine Elektronenkanone, ein röntgenoptisches Element, eine erste Detektionseinheit und eine zweite Detektionseinheit sowie einen Abstandsänderungsmechanismus auf. Das röntgenoptische Element führt die von einer Probe emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen zu mindestens einer der ersten Detektionseinheit oder der zweiten Detektionseinheit. Die erste Detektionseinheit ist derart ausgebildet, dass im Gegensatz zu der zweiten Detektionseinheit Energieauflösung relativer Vorrang vor Zählwirkungsgrad gegeben ist. Die zweite Detektionseinheit ist derart ausgestaltet, dass im Gegensatz zu der ersten Detektionseinheit Zählwirkungsgrad relativer Vorrang vor Energieauflösung gegeben ist. Der Abstandsänderungsmechanismus verändert den Abstand zwischen jeweils der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit und dem röntgenoptischen Element in einer axialen Richtung einer optischen Achse des röntgenoptischen Elements.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenanalysevorrichtung einschließlich eines energiedispersiven Strahlungsdetektors, wie einen supraleitenden Übergangskantensensor.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Bekannt ist eine Röntgenanalysevorrichtung, die Energiediskriminierung von Röntgenstrahlen durchführen kann, ein energiedispersiver Röntgenstrahlungsdetektor (Energiedispersive Spektroskopie/Energy Dispersive Spectroscopy, nachfolgend bezeichnet als EDS) oder ein wellenlängendispersiver Röntgenstrahlungsdetektor (Wellenlängendispersive Spektroskopie/Wavelength Dispersive Spectroscopy, nachfolgend bezeichnet als WDS).
Ein EDS ist eine Art des Röntgendetektors, welcher die Energie der in den Detektor aufgenommenen Röntgenstrahlen in ein elektrisches Signal im Detektor umwandelt und die Energie gemäß der Größe des elektrischen Signals berechnet. Ein WDS ist eine Art des Röntgendetektors, welcher die Röntgenstrahlen unter Verwendung eines Spektroskops monochromatisiert (Energiediskriminierung) und die monochromatisierten Röntgenstrahlen unter Verwendung eines Proportionalzählers oder dergleichen detektiert.
Als ein EDS ist ein Halbleiterdetektor, wie ein Detektor des Typs SiLi (Silizium-Lithium), ein Detektor des Typs Silizium-Drift, oder ein Germaniumdetektor bekannt. Zum Beispiel wird ein Detektor des Typs Silizium-Lithium oder des Typs Silizium-Drift häufig in einem Element-Analysegerät, wie einem Elektronenmikroskop verwendet, und kann einen breiten Energiebereich von etwa 0,2 keV bis 20 keV detektieren. Da Silizium im Detektor verwendet wird, hängen, grundsätzlich die Eigenschaften des Detektors von der Bandlücke (ca. 1,1 eV) von Silizium ab, es ist jedoch schwer, die Energieauflösung auf ca. 130 eV oder mehr zu verbessern, und im Vergleich zur WDS wird die Energieauflösung um das 10-fache oder höher verschlechtert.
Wenn also die Energieauflösung, bei der sich um einen Index handelt, der die Leistung eines Röntgendetektors anzeigt, zum Beispiel 130 eV beträgt, so bedeutet das, dass bei Bestrahlung des Röntgendetektors mit Röntgenstrahlen Energie mit einer Unsicherheit von ca. 130 eV detektiert werden kann. Entsprechend gilt, je kleiner die Unsicherheit, desto höher die Energieauflösung. Das heißt, dass im Falle einer Detektion charakteristischer Röntgenstrahlen, die zwei benachbarte Spektren haben, die Unsicherheit kleiner wird, wenn die Energieauflösung höher wird. Wenn die Energiedifferenz zwischen zwei benachbarten Spitzen ca. 20 eV beträgt, können die zwei Spitzen grundsätzlich durch eine Energieauflösung von ca. 20 eV bis 30 eV getrennt werden.
In den letzten Jahren wurde supraleitenden Röntgendetektoren des energiedispersiven Typs, die eine der WDS entsprechende Energieauflösung aufweisen, Aufmerksamkeit gewidmet. Bei den supraleitenden Röntgendetektoren handelt es sich bei einem Detektor, der einen supraleitenden Übergangskantensensor (Transition Edge Sensor, nachfolgend bezeichnet als TES) aufweist, um ein hoch empfindliches Kalorimeter, das schnelle Widerstandsänderung während des supraleitenden-normalleitenden Übergangs eines Metalldünnfilms nutzt (zum Beispiel, wenn die Temperaturänderung mehrere mK beträgt, beträgt die Widerstandsänderung 0,1Ω oder dergleichen). Ein TES wird auch als Mikrokalorimeter bezeichnet. Bei den supraleitenden Röntgendetektoren detektiert ein supraleitender Tunnelübergangsdetektor/Superconducting Tunnel Junction (nachfolgend bezeichnet als STJ) mehrere elektrische Ladungsträger, die durch eine isolierende Schicht eines Josephson-Elements tunneln, als Signale. Bei den supraleitenden Röntgendetektoren ist ein supraleitender Streifendetektor/Superconducting Strip Detector (zum Beispiel ein supraleitender Einzelphotonendetektor/Superconducting Single-Photon Detector, nachfolgend bezeichnet als SSPD, oder ein supraleitender Streifenleitungsdetektor/Superconducting Strip-Line Detector, nachfolgend bezeichnet als SSLD, oder dergleichen) ein Detektor, der ein schnelles Entspannungsverfahren verwendet. Bei den supraleitenden Röntgendetektoren detektiert ein Mikrowellen-kinetischer Induktivitätsdetektor/Microwave Kinetic Inductance Detector (nachfolgend bezeichnet als MKID) eine Induktivitätsänderung.
Der TES detektiert im TES eine Temperaturänderung, die auftritt, wenn die von einer Probe infolge von Bestrahlung mit einer Strahlung erzeugten Röntgenfluoreszenzstrahlen oder charakteristischen Röntgenstrahlen, wie primäre Röntgenstrahlen oder Primärelektronenstrahlen, auftreffen, um die Probe zu analysieren. Ein TES weist eine Energieauflösung auf, die höher ist als die der anderen Detektoren, und kann eine Energieauflösung von 10 eV oder weniger, zum Beispiel mit charakteristischen Röntgenstrahlen von 5,9 keV erhalten.
In einem Fall, in dem der TES an ein Rasterelektronenmikroskop, ein Transmissionselektronenmikroskop oder dergleichen angeschlossen ist, werden die von einer mit Elektronenstrahlen bestrahlten Probe erzeugten charakteristischen Röntgenstrahlen von dem TES erfasst, wobei es möglich ist, eine Spitze eines Energiespektrums von charakteristischen Röntgenstrahlen (zum Beispiel Si-Kα, W-Mα, W-Mβ und dergleichen) auf eine einfache Weise zu trennen, die in einem Halbleiter-Röntgendetektortyp nicht getrennt werden kann.
Der Zählwirkungsgrad eines Röntgendetektors ist ein Index, der gemeinsam mit der Energieauflösung des Röntgendetektors die Leistung eines Röntgendetektors anzeigt. Der Zählwirkungsgrad ist ein Index, der sich entsprechend der Fläche, der Dicke und dem Material eines Strahlungsempfangsabschnitts des Röntgendetektors, des Abstands zwischen einer Strahlungserzeugungsquelle und dem Röntgendetektor, einer maximalen Zählrate des Röntgendetektors und dergleichen ändert. Zum Beispiel beträgt die Fläche des Strahlungsempfangsabschnitts eines allgemeinen Silizium-Driftdetektortyps mehrere mm² bis Hunderte mm², und die maximale Zählrate eines Silizium-Driftdetektortyps beträgt Zehntausende cps bis Hunderttausende cps. Die Fläche eines Strahlungsempfangsabschnitts eines TES ist im Allgemeinen kleiner als 1 mm², und die maximale Zählrate eines TES beträgt Hunderte cps bis Tausende cps.
Bei einem energiedispersiven Röntgendetektor stehen im Allgemeinen der Zählwirkungsgrad und die Energieauflösung in einem Kompromissverhältnis. Bei einem Si-Halbleiterdetektor wie einem Silizium-Driftdetektortyp, kann auch durch Umschalten einer Zeitkonstante einer Zählschaltung innerhalb des Fähigkeitsbereichs des Detektors gewählt werden, ob der Energieauflösung oder dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben wird. Um eine hohe Energieauflösung zu realisieren, muss ein Signal aus dem Röntgendetektor mit hoher Genauigkeit extrahiert werden. Zu diesem Zweck wird eine Zeitkonstante eines Filters oder die Zeit zum Extrahieren eines Signals verlängert. Infolgedessen wird der Zählwirkungsgrad zwangsläufig gesenkt. Um im Gegensatz dazu den Zählwirkungsgrad zu erhöhen, ist ein Verfahren, das die Zeitkonstante des Filters kurz macht, oder ein Verfahren, das die Geschwindigkeit der Datenverarbeitung ohne effektive Nutzung aller Informationen des Detektionssignals erhöht, bekannt; allerdings wird bei diesen Verfahren die Energieauflösung verschlechtert. Des Weiteren ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem ein für einen hohen Zählwirkungsgrad ausgelegtes Detektionselement verwendet und die Fläche oder die Dicke des Strahlungsempfangsabschnitts des Röntgendetektors vergrößert wird; allerdings geht dies bis zu einem gewissen Grad auf Kosten der Energieauflösung.
Bei der Abbildung einer mit geladenen Teilchenstrahlen bestrahlten Probe, einer Mikroanalyse in einer Sammelprobe oder dergleichen ist ein hoher Zählwirkungsgrad erforderlich. Wenn jedoch ein Silizium-Driftdetektortyp mit einer Energieauflösung von ca. 100 eV bis 200 eV oder dergleichen für eine unbekannte Probe verwendet wird, kann in einem Fall, in dem ein Element nahe der charakteristischen Röntgenstrahlenenergie vorliegt, die Art des Elements nicht diskriminiert werden, und selbst wenn der Zählwirkungsgrad hoch ist, besteht das Problem, dass die Genauigkeit der quantitativen Analyse verschlechtert ist.
In Bezug auf ein solches Problem ist bisher ein Verfahren bekannt, bei dem eine quantitative Analyse unter Verwendung eines Analysegeräts mit hohem Zählwirkungsgrad basierend auf einem Ergebnis einer durchgeführten qualitativen Analyse unter Verwendung eines Analysegeräts mit hoher Energieauflösung durchgeführt wird (siehe japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2002-71591 ). Das Analysegerät mit hoher Energieauflösung ist ein Analysegerät, das einen TES, einen STJ oder desgleichen mit der Fähigkeit, eine extrem hohe Auflösung mittels eines supraleitenden Phänomens zu realisieren, verwendet. Das Analysegerät mit hohem Zählwirkungsgrad ist ein Analysegerät, das einen Silizium-Driftdetektortyp oder dergleichen verwendet. Bei diesem Verfahren sind ein Detektor mit hohem Zählwirkungsgrad und ein Detektor mit hoher Energieauflösung integriert oder separat vorgesehen, und die Durchführung der Analyse erfolgt unter Nutzung der Merkmale der entsprechenden Detektoren.
Bisher ist ein Verfahren bekannt, das die Detektionseffizienz unter Verwendung eines supraleitenden Röntgendetektors mit hoher Energieauflösung verbessert (siehe D. A. WOLLMAN und fünf weitere, "High-resolution, energy-dispersive microcalorimeter spectrometer for X-ray microanalysis", Bd. 188, Teil 3, Dezember 1997, S. 196–223). Da ein supraleitender Röntgendetektor im Allgemeinen eine kleine Detektionsfläche und einen niedrigen Zählwirkungsgrad aufweist, werden bei diesem Verfahren die Röntgenstrahlen unter Verwendung eines optischen Elements auf dem Detektor kondensiert, wodurch die kleine Detektionsfläche kompensiert und der Zählwirkungsgrad verbessert wird.
Verwandte Dokumente des Standes der Technik.
[Patent Dokument]

[Patent Dokument 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2002-71591 .

[Nicht-Patent Dokument]

[Nicht-Patent Dokument 1] D.A. WOLLMANN und fünf weitere, „High-resolution, energy-dispersive microcalorimeter spectrometer for X-ray microanalysis", Bd. 188, Teil 3, Dezember 1997, Seiten 196–223.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie im verwandten Stand der Technik vorstehend beschrieben, werden jedoch in einem Fall, in dem zwei Detektorarten integriert sind, bei der Durchführung einer Messung mit hoher Energieauflösung Röntgenstrahlen, die auf einen Detektor mit hohem Zählwirkungsgrad auftreffen verschwendet, und der Zählwirkungsgrad eines Detektors mit niedrigem Zählwirkungsgrad wird weiterhin verschlechtert. In einem Fall, in dem zwei Detektorarten separat vorgesehen sind, belegen die zwei Detektorarten zwei Befestigungsanschlüsse, so dass es schwierig ist, andere Analysegeräte anzuschließen, was auf Kosten der Erweiterbarkeit eines Analysegeräts geht. Außerdem ergibt sich in einem Fall, in dem als supraleitende Detektoren ein STJ mit einem vergleichsweise hohem Zählwirkungsgrad und ein TES mit vergleichsweise hervorragender Energieauflösung in Kombination angeordnet sind, zusätzlich zu den zwei belegten Befestigungsanschlüssen insofern ein Problem als eine Mehrzahl an Kühlern erforderlich ist und die Kosten sowie der für eine Gerätekonfiguration erforderliche Einbauraum hoch sind.
Wie im verwandten Stand der Technik vorstehend beschrieben, bestehen in einem Fall, in dem Röntgenstrahlen unter Verwendung eines optischen Elements kondensiert werden, Bedenken, dass es nicht möglich sein könnte, den Zählwirkungsgrad zu verbessern, da sich die maximale Zählrate des Detektionselements nicht ändert.
Die Erfindung kam unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Probleme zustande, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Röntgenanalysevorrichtung bereitzustellen, die fähig ist, eine Detektion mit hoher Energieauflösung und eine Detektion mit hohem Zählwirkungsgrad zu realisieren, ohne dass eine Mehrzahl an Befestigungsanschlüssen belegt wird.
Zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems und der Aufgabe werden in der Erfindung folgende Formen verwendet.

(1) Eine Röntgenanalysevorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Anregungsquelle, welche eine zu analysierende Probe anregt, charakteristische Röntgenstrahlen zu emitieren, eine Mehrzahl an Detektionseinheiten, welche die von der Probe emittierten Röntgenstrahlen detektieren, ein optisches Element, das die von der Probe emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen zu mindestens einem der Mehrzahl an Detektionseinheiten führt, und einen Abstandsänderungsmechanismus, der den Abstand zwischen jedem der Mehrzahl an Detektionseinheiten und dem optischen Element in einer axialen Richtung einer optischen Achse des optischen Elements ändert. Die Mehrzahl der Detektionseinheiten umfasst mindestens eine erste Detektionseinheit und eine zweite Detektionseinheit mit unterschiedlichen Detektionscharakteristiken, wobei die erste Detektionseinheit so ausgebildet ist, dass im Gegensatz zur zweiten Detektionseinheit der Energieauflösung relativer Vorrang vor dem Zählwirkungsgrad gegeben ist, und die zweite Detektionseinheit so ausgebildet ist, dass im Gegensatz zur ersten Detektionseinheit dem Zählwirkungsgrad relativer Vorrang vor der Energieauflösung gegeben ist.

Da der Abstandsänderungsmechanismus vorgesehen ist, der den Abstand zwischen dem optischen Element und jeder der ersten Detektionseinheit und der zweite Detektionseinheit verändert, ist es gemäß der Röntgenanalysevorrichtung des in (1) beschriebenen Aspekts möglich, in der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit zwischen den Bereichen umzuschalten, die in erster Linie mit den charakteristischen Röntgenstrahlen bestrahlt werden. Damit ist es möglich, eine Analyse gemäß den Detektionscharakteristiken jeweils der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit durchzuführen. Es ist möglich, eine Analyse durchzuführen, in welcher der Energieauflösung Vorrang gegeben wird unter Verwendung der ersten Detektionseinheit, und es ist möglich, eine Analyse durchzuführen, in welcher dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben wird unter Verwendung der zweiten Detektionseinheit.

(2) In der in (1) beschriebenen Röntgenanalysevorrichtung kann jeweils eine der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit in einer Position relativ nahe der optischen Achse angeordnet werden, und die andere der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit kann in einer Position relativ entfernt von der optischen Achse angeordnet werden.

Gemäß der in (2) beschriebenen Röntgenanalysevorrichtung ist es in einem Fall, in dem die erste Detektionseinheit, in welcher der Energieauflösung Vorrang gegeben wird, an einer Position nahe der optischen Achse angeordnet ist und der Abstand zwischen der ersten Detektionseinheit und dem optischen Element im Wesentlichen mit der Brennweite des optischen Elements übereinstimmt, möglich, Analysen geeignet durchzuführen, in denen der Energieauflösung Vorrang gegeben wird. Des Weiteren ist es in einem Fall, in dem die zweite Detektionseinheit, in der dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben wird, an einer Position nahe der optischen Achse angeordnet ist und der Abstand zwischen der zweiten Detektionseinheit und dem optischen Element im Wesentlichen mit der Brennweite des optischen Elements übereinstimmt, möglich, Analysen, wie etwa eine Mikroanalyse, geeignet durchzuführen, in denen dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben wird.

(3) In der in (2) beschriebenen Röntgenanalysevorrichtung kann die zweite Detektionseinheit so angeordnet werden, dass das Umfeld der ersten Detektionseinheit umgeben ist.

Da der mit den das optische Element durchlaufenden charakteristischen Röntgenstrahlen bestrahlte Bereich gemäß dem Abstand vom optischen Element verändert wird, ist es gemäß der Röntgenanalysevorrichtung des in (3) beschriebenen Aspekts in der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit möglich, auf einfache Weise zwischen den Bereichen umzuschalten, die in erster Linie mit den charakteristischen Röntgenstrahlen bestrahlt werden, indem der Abstand zwischen dem optischen Element und jeweils der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit verändert wird.

(4) In der in einem von (1) bis (3) beschriebenen Röntgenanalysevorrichtung kann der Abstandsänderungsmechanismus einen ersten Zustand erzielen, in dem der Abstand derart auf einen ersten Abstand eingestellt ist, dass ein Bestrahlungsbereich der von dem optischen Element geführten charakteristischen Röntgenstrahlen in einem wirksamen Detektionsbereich der ersten Detektionseinheit enthalten ist, und einen zweiten Zustand, in dem der Abstand derart auf einen zweiten Abstand eingestellt ist, dass der Bestrahlungsbereich der von dem optischen Element geführten charakteristischen Röntgenstrahlen in einen wirksamen Detektionsbereich der zweiten Detektionseinheit enthalten ist.

Gemäß der Röntgenanalysevorrichtung des in (4) beschriebenen Aspekts ist es möglich, im ersten Zustand Analysen durchzuführen, bei denen der Energieauflösung Vorrang gegeben wird, und im zweiten Zustand Analysen durchzuführen, in denen dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben wird.

(5) Die Röntgenanalysevorrichtung, die in einem von (1) bis (4) beschrieben ist, kann ferner eine Totzeiterfassungseinheit aufweisen, welche eine Totzeit für die Detektion der charakteristischen Röntgenstrahlen in der Mehrzahl an Detektionseinheiten erfasst, und der Abstandsänderungsmechanismus kann den Abstand verändern, um die Totzeit unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten.

Gemäß der Röntgenanalysevorrichtung des in (5) beschriebenen Aspekts ist es möglich, die Totzeit für die Detektion der charakteristischen Röntgenstrahlen unter einem vorbestimmten Wert zu halten, indem einfach der Abstand zwischen dem optischen Element und jeweils der ersten Detektionseinheit und zweiten Detektionseinheit verändert wird.

(6) Die in einem von (1) bis (4) beschriebene Röntgenanalysevorrichtung kann ferner eine Frequenzerfassungseinheit aufweisen, welche eine Überlappungsfrequenz der Detektionssignale der charakteristischen Röntgenstrahlen in der Mehrzahl der Detektionseinheiten erfasst, und der Abstandsänderungsmechanismus kann den Abstand verändern, um die Überlappungsfrequenz der Detektionssignale unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten.

Gemäß der Röntgenanalysevorrichtung des in (6) beschriebenen Aspekts ist es möglich, die Überlappungsfrequenz des Detektionssignals unter einem vorbestimmten Wert zu halten, indem einfach der Abstand zwischen dem optischen Element und jeweils der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit verändert wird.
Da der Abstandsänderungsmechanismus vorgesehen ist, der den Abstand zwischen dem optischen Element und jeweils der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit verändert, ist es gemäß der Röntgenanalysevorrichtung der Erfindung in der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit möglich, zwischen den Bereichen umzuschalten, die in erster Linie mit den charakteristischen Röntgenstrahlen bestrahlt werden. Damit ist es möglich, eine Analyse gemäß den Detektionscharakteristiken jeweils der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit durchzuführen. Es ist möglich, unter Verwendung der ersten Detektionseinheit eine Analyse durchzuführen, in welcher der Energieauflösung Vorrang gegeben wird, und es ist möglich, unter Verwendung der zweiten Detektionseinheit eine Analyse durchzuführen, in welcher dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das die Anordnung der Röntgenanalysevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt.
2 ist eine Schnittansicht, welche die Anordnung einer Kühleinheit in der Röntgenanalysevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt.
3 ist eine Draufsicht einer ersten Detektionseinheit und einer zweiten Detektionseinheit der Röntgenanalysevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung, gesehen aus einer Richtung entlang einer optischen Achse eines röntgenoptischen Elements.
4 ist ein Diagramm, das die Anordnung eines Röntgendetektors der Röntgenanalysevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der relativen Positionen des röntgenoptischen Elements und jeweils der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit der Röntgenanalysevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der relativen Positionen von jeweils eines ersten röntgenoptischen Elements und eines zweiten röntgenoptischen Elements und jeweils einer ersten Detektionseinheit und einer zweiten Detektionseinheit in einer Röntgenanalysevorrichtung gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der relativen Positionen des röntgenoptischen Elements und jeweils der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit in der Röntgenanalysevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der relativen Positionen eines röntgenoptischen Elements und jeweils einer ersten Detektionseinheit und einer zweiten Detektionseinheit in einer Röntgenanalysevorrichtung gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der relativen Positionen eines röntgenoptischen Elements und jeweils einer ersten Detektionseinheit und einer zweiten Detektionseinheit in einer Röntgenanalysevorrichtung gemäß einem dritten Abwandlungsbeispiel der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
10 ist eine Draufsicht einer ersten Detektionseinheit und einer zweiten Detektionseinheit in einer Röntgenanalysevorrichtung gemäß einem vierten Abwandlungsbeispiel der Ausführungsform der Erfindung, gesehen aus einer Richtung entlang einer optischen Achse eines röntgenoptischen Elements.
11 ist eine Schnittansicht, welche die Anordnung einer Kühleinheit in einer Röntgenanalysevorrichtung gemäß einem fünften Abwandlungsbeispiel der Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt, und ist ein Diagramm, das eine Anordnung zeigt, in der ein Befestigungsabschnitt des röntgenoptischen Elements und ein rohrförmiger Abschnitt als Teil einer Schnauze integriert sind.
12 ist eine Draufsicht einer ersten Detektionseinheit und einer zweiten Detektionseinheit einer Röntgenanalysevorrichtung gemäß einem sechsten Abwandlungsbeispiel der Ausführungsform der Erfindung, gesehen aus einer Richtung entlang einer optischen Achse eines röntgenoptischen Elements.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine Röntgenanalysevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Eine Röntgenanalysevorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform ist zum Beispiel verwendbar als ein Zusammensetzungsanalysegerät, wie ein Elektronenmikroskop, ein Ionenmikroskop, ein Röntgenmikroskop oder ein Röntgenfluoreszenz-Analysegerät.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst die Röntgenanalysevorrichtung 10 eine Elektronenkanone 14, die eine zu analysierende Probe 11 mit einem Elektronenstrahl 12 bestrahlt, um die Probe 11 anzuregen, und einen Röntgenstrahlendetektor 15, der die von der angeregten Probe 11 emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 detektiert.
Der Röntgenstrahlendetektor 15 umfasst eine erste Detektionseinheit 16a und eine zweite Detektionseinheit 16b, die zum Beispiel einen supraleitenden Übergangskantensensor (Transition Edge Sensor, TES) als eine Röntgen-Detektionseinheit aufweisen.
Der TES verwendet den supraleitenden Übergang eines Supraleiters und hält einen Betriebspunkt in einem Zwischenzustand zwischen normalem Leiter und Supraleitung in einem Röntgendetektionsbetrieb. In einem Fall, in dem ein einzelner Röntgenstrahl in den TES absorbiert wird, ergibt sich damit eine Widerstandsänderung von mehreren mΩ in Bezug auf beispielsweise Temperaturvariation von 100μK in einem Zustand, in dem der Betriebspunkt während eines supraleitenden Übergangs gehalten wird, und ein Strahlungsimpuls in der Größenordnung μA kann erhalten werden. Wenn Daten zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen einem Impulsspitzenwert und der Strahlungsenergie im Voraus gespeichert werden, ist es auch dann möglich, die Energie der einfallenden Strahlung aus dem Signalimpulsspitzenwert zu detektieren, wenn der TES mit einer Strahlung mit unbekannter Energie bestrahlt wird.
Die erste Detektionseinheit 16a besteht aus einem TES, der so ausgebildet ist, dass der Energieauflösung Vorrang vor dem Zählwirkungsgrad gegeben wird. Der TES, der so ausgebildet ist, dass der Energieauflösung Vorrang gegeben wird, umfasst zum Beispiel ein Detektionselement, das aus einem Material gebildet ist, um der Energieauflösung Vorrang zu geben oder desgleichen, und ist so ausgebildet, dass mindestens eine aus Lichtempfangsfläche oder Dicke des Detektionselements relativ kleiner ist als diejenige der zweiten Detektionseinheit 16b. Die zweite Detektionseinheit 16b besteht aus einem TES, der so ausgebildet ist, dass dem Zählwirkungsgrad Vorrang vor der Energieauflösung gegeben wird. Der TES, der so ausgebildet ist, dass dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben wird, umfasst zum Beispiel ein Detektionselement, das aus einem Material gebildet ist, um dem Zählwirkungsgrad Vorrang zu geben oder dergleichen, und ist so ausgebildet, dass mindestens eine aus Fläche oder Dicke des Detektionselements relativ größer ist als diejenige der ersten Detektionseinheit 16a.
Zum Beispiel ist, wie in 3 gezeigt, die erste Detektionseinheit 16a so angeordnet, dass ihr Umfeld von der zweiten Detektionseinheit 16b umgeben ist. Die erste Detektionseinheit 16a besteht zum Beispiel aus einem einzelnen TES, angeordnet in einem zentralen Abschnitt eines Röntgenempfangsbereichs, der von der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b gebildet wird. Die erste Detektionseinheit 16a ist in einem Bereich angeordnet, der die optische Achse O des röntgenoptischen Elements 30 aufweist.
Die zweite Detektionseinheit 16b besteht aus einer Mehrzahl an TES (zum Beispiel vier TES), die im Umfeld der ersten Detektionseinheit 16a segmentiert sind. Die zweite Detektionseinheit 16b ist einem Bereich angeordnet, der von der optischen Achse O des röntgenoptischen Elements 30 getrennt ist.
Wie in 2 gezeigt, weist die Röntgenanalysevorrichtung 10 eine Kühleinheit 17 auf, welche die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b kühlt.
Die Kühleinheit 17 hat einen Kühlgerätekorpus 17a und eine Schnauze 17b, die im Kühlgerätekorpus 17a befestigt ist und eine Wärmedämmstruktur aufweist. Der Kaltkopf 18 ist im Inneren der Schnauze 17b angeordnet. Die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b sind an der Spitze des Kaltkopfs 18 im Inneren der Schnauze 17b vorgesehen.
Die Kühleinheit 17 ist an einem einzelnen Befestigungsanschluss einer Kammer 19 durch einen rohrförmigen Abschnitt 20a, der einen Balgenteil aufweist, angebracht. Das Innere von jeweils der umgebenden Abschirmung 20, der Schnauze 17b und der Kammer 19 wird durch eine Turbomolekularpumpe, eine Diffusionspumpe oder dergleichen evakuiert. Der Grad des Unterdrucks im Inneren von jeweils der umgebenden Abschirmung 20, der Schnauze 17b und der Kammer 19 liegt zum Beispiel bei ca. 10^–3 bis 10^–5 Pa.
Der Kühlgerätekorpus 17a ist zum Beispiel ein Verdünnungskühler, ein adiabatischer Entmagnetisierungskühler oder dergleichen. Ein Verdünnungskühler führt die Kühlung unter der Verwendung einer Enthalpiedifferenz aus, wenn 3He aus einer dichten Phase in eine verdünnte Phase im Inneren einer Mischkammer geschmolzen wird. Der adiabatische Entmagnetisierungskühler richtet die Richtungen der Drehungen durch Anlegen eines Magnetfeldes an eine magnetische Substanz aus und kühlt ein mit der magnetischen Substanz verbundenes Objekt mit einer Erhöhung der Entropie bei der Eliminierung des Magnetfeldes.
Beispielsweise umfasst der Kühlgerätekorpus 17a, der ein Verdünnungskühler ist, eine umgebende Abschirmung 20, einen ersten Hitzeschild 21, einen zweiten Hitzeschild 22, einen ersten Topf 23, einen zweiten Topf 24, einen Destillierapparat 25, einen Mischer (Mischkammer) 26, einen Gasumwälzer 27 und einen Vorkühler 28.
Ein Teil von jeweils der umgebenden Abschirmung 20, des ersten Hitzeschildes 21 und des zweiten Hitzeschildes 22 ist in einer Form ausgebildet, die sich so erstreckt, dass der Kaltkopf 18 bedeckt ist, wodurch eine Schnauze 17b gebildet wird.
Die umgebende Abschirmung 20 bringt den ersten Hitzeschild 21 unter. Der erste Hitzeschild 21 bringt den zweiten Hitzeschild 22 unter.
Die umgebende Abschirmung 20 und die Kammer 19 sind mit dem rohrförmigen Abschnitt 20a, der einen Balgenteil aufweist, verbunden. Der rohrförmige Abschnitt 20a dehnt sich aus und zieht sich zusammen, wenn die Schnauze 17b durch einen nachfolgend beschriebenen Abstandsänderungsmechanismus 42 bewegt wird, gemeinsam mit dem gesamten Kühlgerätekorpus 17a oder einem Teil des Kühlgerätekorpus 17a, der unter Aufrechterhaltung der Leistung bewegbar ist.
Der erste Topf 23 ist im ersten Hitzeschild 21 im Inneren der umgebenden Abschirmung 20 vorgesehen. Der zweite Topf 24 ist im zweiten Hitzeschild 22 im Inneren des ersten Hitzeschildes 21 vorgesehen. Der Destillierapparat 25 und der Mischer 26 sind im Inneren des zweiten Hitzeschildes 22 untergebracht. Der Kaltkopf 18 ist mit dem Mischer 26 verbunden.
Der Gasumwälzer 27 ist außerhalb der umgebenden Abschirmung 20 angeordnet. Der Gasumwälzer 27 ist mit einem Gasumlaufströmungskanal 27a verbunden, der im Inneren der umgebenden Abschirmung 20 angeordnet ist, und lässt 3He im Gasumlaufströmungskanal 27a zirkulieren. Der erste Topf 23, der zweite Topf 24, der Destillierapparat 25 und der Mischer 26 sind mit dem Gasumlaufströmungskanal 27a verbunden.
Der Vorkühler 28 ist außerhalb der umgebenden Abschirmung 20 angeordnet. Der Vorkühler 28 ist mit dem ersten Topf 23 und dem zweiten Topf 24 verbunden. Der Vorkühler 28 ist zum Beispiel ein mechanischer Kühler wie ein GM-Kühler.
Der erste Topf 23 wird durch den Vorkühler 28 auf zum Beispiel ca. 20 K gekühlt. Der erste Topf 23 kühlt den ersten Hitzeschild 21.
Der zweite Topf 24 wird durch den Vorkühler 28 auf zum Beispiel ca. 1 K gekühlt. Der zweite Topf 24 kühlt den zweiten Hitzeschild 22.
Der erste Topf 23 und der zweite Topf 24 verflüssigen 3He aus dem Gasumlaufströmungskanal 27a.
Der Destillierapparat 25 verdampft (fraktioniert) 3He in der verdünnten Phase. Der Destillierapparat 25 wird zum Beispiel bei ca. 0,7 K weniger als 1 K gehalten.
Der Mischer 26 bewegt 3He aus der dichten Phase in die verdünnte Phase. Der Mischer 26 wird zum Beispiel bei ca. 100 mK gehalten. Der Mischer 26 kühlt den Kaltkopf 18 auf nahezu 100 mK.
Die Temperatur der umgebenden Abschirmung 20 ist eine Atmosphärentemperatur (zum Beispiel 27°C, was der Raumtemperatur oder dergleichen entspricht).
Das röntgenoptische Element 30, das bewirkt, dass die von der Probe 11 emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 zur ersten Detektionseinheit 16a und zweiten Detektionseinheit 16b passieren, wird durch einen Befestigungsabschnitt des röntgenoptischen Elements 30a gestützt. Der Befestigungsabschnitt des röntgenoptischen Elements 30a ist an der Kammer 19 befestigt. Das röntgenoptische Element 30 ist zum Beispiel eine Kapillare, die mit einem Durchgangsloch versehen ist, um den charakteristischen Röntgenstrahlen 13 den Durchtritt da hindurch zu erlauben. Das Material der Kapillare ist ein Nichtmetall oder ein Metall und besteht zum Beispiel aus einer Mehrzahl von Glasdünnröhren. Das röntgenoptische Element 30 hat die Funktion, die von der Probe 11 emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 bei einer vorbestimmten Brennweite und einem Fokusdurchmesser zu kondensieren. Das röntgenoptische Element 30 kann die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 unter Verwendung von zum Beispiel Brechung, Reflexion oder dergleichen der charakteristischen Röntgenstrahlen 13 kondensieren.
In der Schnauze 17b ist die umgebende Abschirmung 20 zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 20a und dem ersten Hitzeschild 21 angeordnet. Die umgebende Abschirmung 20 umfasst ein umgebendes Röntgenfenster 31, um den von der Probe 11 emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 zu erlauben, die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b zu erreichen. Das umgebende Röntgenfenster 31 umfasst zum Beispiel Aluminiumverbundfolie und Isolierfolie.
In der Schnauze 17b ist der erste Hitzeschild 21 zwischen der umgebenden Abschirmung 20 und dem zweiten Hitzeschild 22 angeordnet. Der erste Hitzeschild 21 umfasst ein erstes Röntgenfenster 32, um den von der Probe 11 emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 zu erlauben, die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b zu erreichen. Das erste Röntgenfenster 32 umfasst zum Beispiel Aluminiumverbundfolie und Isolierfolie.
In der Schnauze 17b ist der zweite Hitzeschild 22 zwischen dem ersten Hitzeschild 21 und dem Kaltkopf 18 angeordnet. Der zweite Hitzeschild 22 umfasst ein zweites Röntgenfenster 33, um den von der Probe 11 emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 zu erlauben, die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b zu erreichen. Das zweite Röntgenfenster 33 umfasst zum Beispiel Aluminiumverbundfolie und Isolierfolie.
In der Schnauze 17b übertragen der erste Hitzeschild 21 und der zweite Hitzeschild 22 die von der Probe 11 emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 an den Kaltkopf 18 und schirmen Wärmestrahlung von der umgebenden Abschirmung 20 ab.
Wie in 1 gezeigt umfasst die Röntgenanalysevorrichtung 10 eine Verarbeitungseinheit 41, einen Abstandsänderungsmechanismus 42, der die Position der Schnauze 17b zusammen mit dem gesamten Kühlgerätekorpus 17a oder einem unter Aufrechterhaltung der Leistung bewegbaren Teil des Kühlgerätekorpuses 17a bewegt, eine Antriebseinheit 43 und eine Steuereinheit 44.
Eine Mehrzahl an Verarbeitungseinheiten 41 sind zum Beispiel für eine Mehrzahl an entsprechenden TES der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b, wie in 3 gezeigt, vorgesehen. Die Verarbeitungseinheiten 41 multiplexen und verarbeiten Signale aus einer Mehrzahl an TES. Das Multiplexen von Signalen aus einer Mehrzahl an TES in der Verarbeitungseinheit 41 ist zum Beispiel das Zeitmultiplexen, Frequenzmultiplexen, Codemultiplexen, Multiplexen unter Verwendung von Resonanz oder dergleichen.
Wie zum Beispiel in 4 gezeigt, umfasst eine allgemeine Anordnung des Röntgenstrahlendetektors 15 unter Verwendung eines TES für die Röntgendetektionseinheit eine Sensorschaltkreiseinheit 51, eine Vorspannungsstromquelle 52, einen Stromdetektionsmechanismus 53 und ein Thermometer 54. Wenn Strahlung empfangen wird, detektiert der TES die Energie der Strahlung als Temperaturänderung und gibt die Temperaturänderung als Stromsignal aus. Die Sensorschaltkreiseinheit 51 ist mit dem TES verbunden. Die Vorspannungsstromquelle 52 erzeugt einen Strom zum simulativen Antrieb der Sensorschaltkreiseinheit 51 bei einem konstanten Spannungsfluss in der Sensorschaltkreiseinheit 51. Die Stromdetektionseinrichtung 53 detektiert den im TES fließenden Strom. Das Thermometer 54 ist eingebaut im Inneren eines Sockels (nicht gezeigt) zum Anbringen der im Inneren des Kaltkopfs 18 oder im Spitzenabschnitt des Kaltkopfs 18 vorgesehenen Sensorschaltkreiseinheit 51 und misst die Temperatur des Kaltkopfs 18 oder des Sockels, in dem der TES vorgesehen ist. Ein Signal der Temperaturausgabe aus dem Thermometer 54 wird bei der Verarbeitung verwendet, um die Temperatur des Kaltkopfs 18 oder des Sockels konstant zu halten und um zum Beispiel die Detektionsempfindlichkeitskorrektur des TES zu verarbeiten.
Die Sensorschaltkreiseinheit 51 umfasst einen Nebenschlusswiderstand 61, der einen Widerstandswert kleiner als der TES aufweist und in Parallelschaltung zum TES angeordnet ist, und eine Eingangsspule 62, die mit dem TES in Reihe geschaltet ist. Wenn in der Sensorschaltkreiseinheit 51 ein Vorspannungsstrom aus der Vorspannungsstromquelle 52 fließt, wird ein Strom in einem Widerstandsverhältnis des Widerstandswertes des Nebenschlusswiderstands 61 und des Widerstandswertes des TES verzweigt. Das bedeutet, dass ein Spannungswert des TES durch einen in den Nebenschlusswiderstand 61 fließenden Strom bestimmt wird und eine Spannung durch den Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands 61 bestimmt wird.
Die Stromdetektionseinrichtung 53 umfasst einen SQUID-Verstärker 63 und einen Raumtemperaturverstärker 64, der ein elektrisches Ausgangssignal vom SQUID-Verstärker 63 verstärkt und formt. Wenngleich der SQUID-Verstärker 63 unter Anwendung der Eingangsspule 62 und der Raumtemperaturverstärker 64 als Stromdetektionseinrichtung 53 verwendet werden, können andere Konfigurationen verwendet werden, solange die Änderung des in dem TES fließenden Stroms erkannt werden kann. Eine Signalausgabe von dem Raumtemperaturverstärker 64 wird in einen Peakanalysator (nicht gezeigt) eingegeben, der einen Spitzenwert (Spannungswert) eines Signalimpulses erhält und ein Energiespektrum oder dergleichen erzeugt.
Der Abstandsänderungsmechanismus 42 bewegt die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b, um den Abstand zwischen dem röntgenoptischen Element 30 und jeweils der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b unter Anwendung der Antriebskraftausgabe aus der Antriebseinheit 43 oder der Antriebskrafteingabe durch eine Bedieneroperation zu verändern. Der Abstandsänderungsmechanismus 42 umfasst zum Beispiel einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus, einen Linearmotormechanismus, einen Kugelgewindemechanismus oder dergleichen. Der Abstandsänderungsmechanismus 42 bewegt die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b nach vorne und nach hinten und zurück im Verhältnis zum röntgenoptischen Element 30 in einer vorbestimmten Emissionsrichtung der von der Probe 11 emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13. Der Abstandsänderungsmechanismus 42 verändert den relativen Abstand von dem röntgenoptischen Element 30, welches die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 in einer vorbestimmten Brennweite und einem Fokusdurchmesser jeweils zu der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b kondensiert, wodurch der Bestrahlungsbereich der charakteristischen Röntgenstrahlen 13 in der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b verändert wird.
Der Abstandsänderungsmechanismus 42 bewirkt, dass der Bestrahlungsbereich der charakteristischen Röntgenstrahlen 13 im Wesentlichen mit dem wirksamen Detektionsbereich der ersten Detektionseinheit 16a, wie zum Beispiel in 5 gezeigt, in einem ersten Zustand übereinstimmt, in dem der Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zu der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b auf einen ersten Abstand L1 eingestellt ist. In dem ersten Zustand bewirkt der Abstandsänderungsmechanismus 42, dass der Fokusdurchmesser der durch das röntgenoptische Element 30 kondensierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 im Wesentlichen mit der Außenabmessung der ersten Detektionseinheit 16a übereinstimmt. In dem ersten Zustand kondensiert der Abstandsänderungsmechanismus 42 die charakteristische Röntgenstrahlung 13 auf der ersten Detektionseinheit 16a, in welcher Energieauflösung Vorrang vor Zählwirkungsgrad gegeben ist.
Der Abstandsänderungsmechanismus 42 bewirkt, dass der Bestrahlungsbereich der charakteristischen Röntgenstrahlen 13 im Wesentlichen mit dem wirksamen Detektionsbereich der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b, zum Beispiel in einem zweiten Zustand übereinstimmt, in dem der Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zu der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b auf einen zweiten Abstand L2 (< erster Abstand L1) eingestellt ist. In dem zweiten Zustand bewirkt der Abstandsänderungsmechanismus 42, dass der Fokusdurchmesser der durch das röntgenoptische Element 30 kondensierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 im Wesentlichen mit der Außenabmessung der zweiten Detektionseinheit 16b übereinstimmt. In dem zweiten Zustand kondensiert der Abstandsänderungsmechanismus 42 die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 mindestens auf der gesamten zweiten Detektionseinheit 16b, in welcher Zählwirkungsgrad Vorrang vor Energieauflösung gegeben ist.
Die Antriebseinheit 43 umfasst zum Beispiel einen Motor oder dergleichen. Die Antriebseinheit 43 erzeugt Antriebskraft für den Antrieb des Abstandsänderungsmechanismus 42.
Die Steuereinheit 44 steuert die Röntgenanalysevorrichtung 10 vollständig. Die Steuereinheit 44 umfasst einen Prozessor, wie etwa eine CPU, einen ROM-Speicher zum Speichern eines Programms, einen RAM-Speicher zum temporären Speichern von Daten und dergleichen.
Die Steuereinheit 44 steuert den Betrieb eines Peakanalysators (nicht gezeigt), der ein Energiespektrum erzeugt, einer Spektrumanzeigeeinheit (nicht gezeigt), die ein Energiespektrum oder dergleichen unter Anwendung einer Signalausgabe von der Verarbeitungseinheit 41 anzeigt.
Die Steuereinheit 44 steuert den Abstandsänderungsmechanismus 42 und die Antriebseinheit 43, zum Beispiel gemäß einer direkten Anweisung eines Bedieners zur Betätigung des Abstandsänderungsmechanismus 42, eines im Voraus gespeicherten, vorbestimmten Analyseverarbeitungsvorgangs, des Zustands der Röntgendetektion in der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b oder dergleichen. Die Steuereinheit 44 steuert den Abstandsänderungsmechanismus 42 zum Beispiel gemäß einer Befehlseingabe vom Bediener, der ein Bedienungselement, etwa einen Schalter, betätigt und den Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b verändert. Die Steuereinheit 44 steuert den Abstandsänderungsmechanismus 42 automatisch, zum Beispiel gemäß dem Fluss eines im Voraus gespeicherten, vorbestimmten Analyseverarbeitungsvorgangs und verändert den Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b. Die Steuerungseinheit 44 verändert auf geeignete Weise Energieauflösung und Zählwirkungsgrad, erhalten durch die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b, zum Beispiel auf Basis von im Voraus gespeicherten Steuerdaten. Im Voraus gespeicherte Steuerdaten sind Daten, die die Korrelation zwischen einem durch den Abstandsänderungsmechanismus 42 veränderbaren Abstand und Energieauflösung und Zählwirkungsgrad, erhalten durch die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b oder dergleichen, angeben. Die Steuereinheit 44 verändert den Abstand unter Anwendung des Abstandsänderungsmechanismus 42 auf Basis von im Voraus gespeicherten Steuerdaten gemäß dem Zweck der Analyseverarbeitung, wodurch Energieauflösung und Zählwirkungsgrad schrittweise oder kontinuierlich verändert werden.
Die Steuereinheit 44 erfasst eine Totzeit der Röntgendetektion in der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b, zum Beispiel auf Basis einer Signalausgabe aus der Verarbeitungseinheit 41. Die Steuereinheit 44 verändert den Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b, um die Totzeit der Röntgendetektion unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten. Die Steuereinheit 44 erfasst die Überlappungsfrequenz der Detektionssignale der Röntgendetektion in der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b, zum Beispiel auf Basis einer Signalausgabe aus der Verarbeitungseinheit 41. Die Steuereinheit 44 verändert den Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b, um die Überlappungsfrequenz der Detektionssignale unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten.
Im Folgenden wird die Bedienung der Röntgenanalysevorrichtung 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschrieben.
Die Röntgenanalysevorrichtung 10 führt zum Beispiel drei verschiedene Analyseverarbeitungsvorgänge aus. Die drei Analyseverarbeitungsvorgänge sind Niedrigenergieanalyse, eine Schnellanalyse und Mikroanalyse.
Bei der Niedrigenergieanalyse wird eine Analyse von Mikroregionen oder Mikropartikeln nahe der Oberfläche der Probe 11 oder dergleichen durch Bestrahlen der Probe 11 mit einem Elektronenstrahl niedriger Beschleunigungsspannung 12 durchgeführt. Bei der Analyse der durch die Strahlung des Elektronenstrahls niedriger Beschleunigungsspannung 12 erzeugten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 ist hohe Energieauflösung erforderlich, da Spektren zahlreicher Elemente dicht verteilt sind. Darüber hinaus ist aus Gründen der Verbesserung der Auflösung der Analyse, Verringerung von Schäden an der Probe und dergleichen in vielen Fällen Analyse unter Anwendung eines Niederspannungs-Elektronenstrahls 12 erforderlich.
Bei der Analyse unter Anwendung des Niederspannungs-Elektronenstrahls 12 werden die zu erzeugenden charakteristischen Röntgenstrahlen verringert. In einem Fall der Niedrigenergieanalyse, in einem Fall, in dem die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b wie in 3 gezeigt angeordnet sind, steuert die Steuereinheit 44 den Abstandsänderungsmechanismus 42 derart, dass der Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b zum ersten Abstand L1 wird. Damit kondensiert die Steuereinheit 44 in der Niedrigenergieanalyse die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 auf der ersten Detektionseinheit 16a, in welcher der Energieauflösung Vorrang gegeben ist. In einem Fall, in dem die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b wie nachstehend in 12 gezeigt angeordnet sind, steuert die Steuereinheit 44 den Abstandsänderungsmechanismus 42 derart, dass der Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b zum zweiten Abstand L2 wird. Damit kondensiert die Steuereinheit 44 in der Niedrigenergieanalyse die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 mindestens auf der gesamten ersten Detektionseinheit 16a, in welcher der Energieauflösung Vorrang gegeben ist. Damit kondensiert die Steuereinheit 44 in der Niedrigenergieanalyse mit einer geringeren Menge Röntgenstrahlen die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 auf der ersten Detektionseinheit 16a, in welcher der Energieauflösung Vorrang gegeben ist.
Bei der Schnellanalyse wird die Analyse durch Messung der charakteristischen Röntgenstrahlen 13 bei einer hohen Zählrate durchgeführt, zum Beispiel wie bei qualitativer Analyse und Abbildung und dergleichen. In einem Fall der Schnellanalyse, in einem Fall, in dem die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b wie in 3 gezeigt angeordnet sind, steuert die Steuereinheit 44 den Abstandsänderungsmechanismus 42 derart, dass der Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b zum zweiten Abstand L2 wird. Damit kondensiert die Steuereinheit 44 die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 mindestens auf der gesamten zweiten Detektionseinheit 16b, in welcher dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben ist. In einem Fall, in dem die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b wie nachstehend in 12 gezeigt angeordnet sind, steuert die Steuereinheit 44 den Abstandsänderungsmechanismus 42 derart, dass der Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b zum ersten Abstand L1 wird. Damit kondensiert die Steuereinheit 44 in der Schnellanalyse die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 auf der zweiten Detektionseinheit 16b, in welcher dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben ist.
Die Mikroanalyse ist zum Beispiel die Analyse in einem Fall, in dem Elemente vorhanden sind, die hinter den Spektren der Hauptelemente liegen, da deren Menge sehr gering ist. In einem Fall der Mikroanalyse kondensiert die Steuereinheit 44 die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 auf der gesamten ersten Detektionseinheit 16a und der gesamten zweiten Detektionseinheit 16b oder mindestens einem Teil jeweils der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b, um durch Verbesserung der Quantifizierungspräzision eines Analyseergebnisses das Auftreten eines Versehens bei einem Quantifizierungsziel zu vermeiden. Zum Beispiel in einem Fall, in dem die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b wie in 3 oder 12 gezeigt angeordnet sind, steuert die Steuereinheit 44 den Abstandsänderungsmechanismus 42 derart, dass der Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b zum zweiten Abstand L2 wird.
In einem Fall der Mikroanalyse kann die Steuereinheit 44 eine Messung unter Verwendung der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b gleichzeitig oder nacheinander vornehmen. Die Steuereinheit 44 kann die Quantifizierungspräzision eines Analyseergebnisses mit hohem Zählwirkungsgrad in der zweiten Detektionseinheit 16b verbessern, in welcher der Zählwirkungsgrad Vorrang hat, zum Beispiel auf Basis von einem Analyseergebnis mit hoher Energieauflösung in der ersten Detektionseinheit 16a, in welcher die Energieauflösung Vorrang hat. In einem Fall, in dem die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b wie in 3 gezeigt angeordnet sind, kann die Steuereinheit 44 zuerst die qualitative Analyse durchführen, wobei sie den Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b auf den ersten Abstand L1 einstellt, und sie kann daraufhin die quantitative Analyse durchführen, wobei sie den Abstand auf den zweiten Abstand L2 einstellt. In einem Fall, in dem die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b wie nachstehend in 12 beschrieben angeordnet sind, kann die Steuereinheit 44 zuerst die qualitative Analyse durchführen, wobei sie den Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b auf den zweiten Abstand L2 einstellt, und sie kann daraufhin die quantitative Analyse durchführen, wobei sie den Abstand auf den ersten Abstand L1 einstellt.
Da der Abstandsänderungsmechanismus 42, der den Abstand zwischen dem röntgenoptischen Element 30 und jeweils der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b verändert, bereitgestellt ist, ist es, wie vorstehend beschrieben, gemäß der Röntgenanalysevorrichtung 10 der Ausführungsform möglich, in der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b zwischen den Bereichen umzuschalten, die in erster Linie mit den charakteristischen Röntgenstrahlen 13 bestrahlt werden. Damit ist es möglich, eine Analyse entsprechend den Detektionscharakteristiken jeweils der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b durchzuführen. Es ist möglich, unter Anwendung der ersten Detektionseinheit 16a eine Analyse durchzuführen, bei der die Energieauflösung Vorrang hat, und unter Anwendung der zweiten Detektionseinheit 16b eine Analyse durchzuführen, bei der der Zählwirkungsgrad Vorrang hat. Darüber hinaus ist es möglich, verschiedene Analysen unter Anwendung der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b mit verschiedenen Detektionscharakteristiken in einem einzigen Befestigungsanschluss der Kammer 19 durchzuführen, um einen Anstieg der für eine Gerätekonfiguration erforderlichen Kosten und eine Zunahme der Größe der Vorrichtung zu vermeiden.
Im Folgenden werden Abwandlungsbeispiele der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschrieben.
Wenngleich die Röntgenanalysevorrichtung 10 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform den Abstandsänderungsmechanismus 42 umfasst, welcher den Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b verändert, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
In einem ersten Abwandlungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann statt dem Abstandsänderungsmechanismus 42 ein Abstandsänderungsmechanismus 72 bereitgestellt sein, welcher den Abstand jeweils von der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b zu dem röntgenoptischen Element 30 verändert. Zum Beispiel umfasst eine in 6 gezeigte Röntgenanalysevorrichtung 10 des ersten Abwandlungsbeispiels ein erstes röntgenoptisches Element 73a und ein zweites röntgenoptisches Element 73b als das röntgenoptische Element 30 und einen Abstandsänderungsmechanismus 72, welcher das zweite röntgenoptische Element 73b bewegt. Das erste röntgenoptische Element 73a und das zweite röntgenoptische Element 73b sind derart angeordnet, dass deren optische Achsen koaxial sind. Das erste röntgenoptische Element 73a ist an einem Endabschnitt eines Befestigungsabschnitts 30a des röntgenoptischen Elements in einem vorgegebenen Abstand von der Probe 11 angebracht, von der die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 detektiert werden. Das erste röntgenoptische Element 73a ist ein optisches Punkt-zu-Parallel-Element, parallelisiert eine Vielzahl an von der Probe 11 radial emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen 13 und emittiert die charakteristischen Röntgenstrahlen 13 in Richtung des zweiten röntgenoptischen Elements 73b. Das zweite röntgenoptische Element 73b ist zwischen dem ersten röntgenoptischen Element 73a und jeweils der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b in der Schnauze 17b angeordnet und ist mit dem Abstandsänderungsmechanismus 72 verbunden. Der Abstandsänderungsmechanismus 72 verändert den Abstand jeweils von der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b zu dem zweiten röntgenoptischen Element 73b. Das zweite röntgenoptische Element 73b ist optisches Parallel-zu-Punkt-Element und fokussiert eine Vielzahl an charakteristischen Röntgenstrahlen 13, die von dem ersten röntgenoptischen Element 73a parallel emittiert werden, in Richtung des Röntgenstrahlendetektors 15. Der Fokusdurchmesser der charakteristischen Röntgenstrahlen 13 aus dem zweiten röntgenoptischen Element 73b wird durch den Abstandsänderungsmechanismus 72 verändert. Der Abstandsänderungsmechanismus 72 bewirkt, dass der Bestrahlungsbereich der charakteristischen Röntgenstrahlen 13 im Wesentlichen mit dem wirksamen Detektionsbereich der ersten Detektionseinheit 16a im ersten Zustand übereinstimmt.
Der Abstandsänderungsmechanismus 72 bewirkt, dass der Bestrahlungsbereich der charakteristischen Röntgenstrahlen 13 im Wesentlichen mit dem wirksamen Detektionsbereich der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b im zweiten Zustand übereinstimmt.
Zusätzlich zu dem Abstandsänderungsmechanismus 42, welcher den Abstand von dem röntgenoptischen Element 30 jeweils zur ersten Detektionseinheit 16a und zur zweiten Detektionseinheit 16b verändert, kann ferner der Abstandsänderungsmechanismus 72 bereitgestellt sein, welcher den Abstand jeweils von der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b zu dem röntgenoptischen Element 30 verändert. In diesem Fall können die Position des röntgenoptischen Elements 30 und die Positionen jeweils der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b entsprechend verändert werden.
Wenngleich der Abstandsänderungsmechanismus 42 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Antriebseinheit 43 umfasst, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Anstelle der Antriebseinheit 43 kann eine Bedienungseinheit bereitgestellt werden, welche von einem Bediener zur Veränderung des Abstands zwischen dem röntgenoptischen Element 30 und jeweils der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b durch manuelles Bewegen der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b auf zwei oder drei oder mehr vorbestimmten Positionen angewendet wird. Der vorstehend beschriebene Abstandsänderungsmechanismus 72 kann eine Antriebseinheit mit einem Motor oder dergleichen oder eine Bedienungseinheit, welche durch den Bediener manuell bedient wird, aufweisen.
Wenngleich die Röntgenanalysevorrichtung 10 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, wie in 7 dargestellt, derart konfiguriert ist, dass die relativen Abstände der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b in der axialen Richtung der optischen Achse O in Bezug auf das röntgenoptische Element 30 gleich sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b können an voneinander abweichenden Positionen in der axialen Richtung der optischen Achse O des röntgenoptischen Element 30 angeordnet sein. In diesem Fall ist es möglich, die Größe eines Detektionselements nahe der Brennweite des röntgenoptischen Elements 30 kleiner als die in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zu machen und gleichzeitig denselben wirksamen Bereich zu gewährleisten.
In einem zweiten Abwandlungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist, wie in 8 dargestellt, eine zweite Detektionseinheit 16b an einer Position angeordnet, die um einen vorbestimmten Abstand La in der axialen Richtung der optischen Achse O näher an dem röntgenoptischen Element 30 liegt als die erste Detektionseinheit 16a. In dem zweiten Abwandlungsbeispiel wird die zweite Detektionseinheit 16b, welche getrennt von der optischen Achse O angeordnet ist, als Kollimator für die erste Detektionseinheit 16a betrieben, welche auf der optischen Achse O angeordnet ist. Selbst wenn sich ein Bereich ohne Empfindlichkeit gegenüber den charakteristischen Röntgenstrahlen 13 zwischen der ersten Detektionseinheit 16a, in welcher die Energieauflösung Vorrang hat, und der zweiten Detektionseinheit 16b, in welcher der Zählwirkungsgrad Vorrang hat, befindet, ist es in diesem Fall möglich, die Gesamtmenge der auf die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b einfallenden charakteristischen Röntgenstrahlen 13 gleich der in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zu gestalten.
Entsprechend diesem zweiten Abwandlungsbeispiel ist es möglich, problemlos einen Verdrahtungsraum jeweils für die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b zu gewährleisten.
In einem dritten Abwandlungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist, wie in 9 dargestellt, eine zweite Detektionseinheit 16b an einer Position angeordnet, die um einen vorbestimmten Abstand Lb in der axialen Richtung der optischen Achse O weiter entfernt von dem röntgenoptischen Element 30 liegt als die erste Detektionseinheit 16a. In dem dritten Abwandlungsbeispiel wird die erste Detektionseinheit 16a, welche auf der optischen Achse O angeordnet ist, ist als Maske für die zweite Detektionseinheit 16b betrieben. In diesem Fall ist es möglich, die wirksame Detektionsfläche der zweiten Detektionseinheit 16b, in welcher dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben ist, kleiner als die in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zu machen und gleichzeitig die Gesamtmenge der auf die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b einfallenden charakteristischen Röntgenstrahlen 13 gleich der in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zu gestalten.
Entsprechend dem dritten Abwandlungsbeispiel ist es möglich, die Notwendigkeit zur Bereitstellung eines Raums für die Anordnung der ersten Detektionseinheit 16a in dem mittleren Abschnitt (das heißt, einer Region innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einschließlich der optischen Achse O) der zweiten Detektionseinheit 16b auszuschließen. Darüber hinaus können Röntgendetektoren, die unterschiedlich in Größe und Leistung sind, entlang der optischen Achse O angeordnet werden, um einander zu überlappen.
Wenngleich in der Röntgenanalysevorrichtung 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Röntgenstrahlendetektor 15 die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b aufweist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
In einem vierten Abwandlungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann ein Röntgenstrahlendetektor 15 drei oder mehr Detektionseinheiten mit verschiedenen Detektionscharakteristiken aufweisen. In dem vierten Abwandlungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform weist der Röntgenstrahlendetektor 15, wie in 10 dargestellt, eine erste Detektionseinheit 16a, welche auf der optischen Achse O des röntgenoptischen Elements 30 angeordnet ist, eine zweite Detektionseinheit 16b, welche das Umfeld der ersten Detektionseinheit 16a umgibt, und eine dritte Detektionseinheit 16c, welche das Umfeld der zweiten Detektionseinheit 16b umgibt, auf. Die dritte Detektionseinheit 16c wird aus einer Vielzahl von TES (zum Beispiel 12 TES) gebildet, die im Umfeld um die zweite Detektionseinheit 16b herum segmentiert sind. Die dritte Detektionseinheit 16c wird aus einer TES gebildet, in welcher im Gegensatz zur zweiten Detektionseinheit 16b dem Zählwirkungsgrad weiter Vorrang vor der Energieauflösung gegeben ist.
Wenngleich in der Röntgenanalysevorrichtung 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die umgebende Abschirmung 20 in einer Form gestaltet ist, die so verläuft, dass sie den Kaltkopf 18 abdeckt, wodurch sie einen Teil der Schnauze 17b bildet, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
In einem fünften Abwandlungsbeispiel der Ausführungsform kann der Verlängerungsabschnitt der umgebenden Abschirmung 20, wie in 11 dargestellt, den schlauchförmigen Balgenabschnitt 20a bilden, und das umgebende Röntgenfenster 31 kann entfallen. In dem fünften Abwandlungsbeispiel ist ein Teil jeweils des ersten Hitzeschilds 21 und des zweiten Hitzeschilds 22 in einer Form gestaltet, die so verläuft, dass sie den Kaltkopf 18 abdeckt, wodurch sie die Schnauze 17b bildet.
Wenngleich in der Röntgenanalysevorrichtung 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die erste Detektionseinheit 16a derart angeordnet ist, dass deren Umfeld von der zweiten Detektionseinheit 16b umgeben ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
In einem sechsten Abwandlungsbeispiel der Ausführungsform kann die zweite Detektionseinheit 16b, wie in 12 dargestellt, derart angeordnet sein, dass deren Umfeld von der ersten Detektionseinheit 16a umgeben ist. Die zweite Detektionseinheit 16b wird zum Beispiel aus einem in einem zentralen Abschnitt angeordneten einzelnen TES gebildet. Die erste Detektionseinheit 16a wird aus einer Vielzahl von TES (zum Beispiel 12 TES) gebildet, die im Umfeld um die zweite Detektionseinheit 16b herum segmentiert sind.
In einem Fall, in dem der Abstand zwischen der zweiten Detektionseinheit 16b und dem röntgenoptischen Element 30 im Wesentlichen mit der Brennweite des röntgenoptischen Elements 30 übereinstimmt, ist es in dem sechsten Abwandlungsbeispiel möglich, auf angemessene Weise eine Analyse durchzuführen, etwa eine Schnellanalyse, in welcher dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben ist.
Im Folgenden sind weitere Abwandlungsbeispiele beschrieben.
Wenngleich in der Röntgenanalysevorrichtung 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform jeweils die erste Detektionseinheit 16a und die zweite Detektionseinheit 16b des Röntgenstrahlendetektors 15 aus einem supraleitenden Übergangskantensensor (TES) gebildet werden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Ein Röntgenstrahlendetektor 15 einer Röntgenanalysevorrichtung 10 kann entsprechend dem Abwandlungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zum Beispiel aus anderen energiedispersiven Röntgenstrahlendetektoren, etwa einem Silizium-Drift-Detektor, einer STJ, einem SSPD, einem SSLD und einem MKID, gebildet werden.
Der Röntgenstrahlendetektor 15 kann zum Beispiel aus einer geeigneten Kombination mehrerer energiedispersiver Röntgenstrahlungsdetektoren mit verschiedenen Detektionscharakteristiken, etwa einem Silizium-Drift-Detektor, einem TES, einer STJ, einem SSPD, einem SSLD und einem MKID gebildet werden. Der Röntgenstrahlendetektor 15 kann derart konfiguriert werden, dass zum Beispiel die erste Detektionseinheit 16a, in welcher der Energieauflösung Vorrang gegeben ist, aus einem TES gebildet wird, und die zweite Detektionseinheit 16b, in welcher dem Zählwirkungsgrad Vorrang gegeben ist, aus einem Silizium-Drift-Detektor, einer STJ oder dergleichen gebildet wird.
Wenngleich die Röntgenanalysevorrichtung 10 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die zwei Röntgenfenster, einschließlich des ersten Röntgenfensters 32 und des zweiten Röntgenfensters 33, umfasst, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
In einer Röntgenanalysevorrichtung 10 entsprechend einem Abwandlungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann das erste Röntgenfenster 32 in der Röntgenanalysevorrichtung 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entfallen. In diesem Abwandlungsbeispiel können der erste Hitzeschild 21, der erste Topf 23 und das erste Röntgenfenster 32 entfallen.
Wenn die Kühlleistung des zweiten Topfs 24 in solchem Maße ausreichend ist, dass die Temperatur T2 des zweiten Röntgenfensters 33 bei 1 K bis 5 K gehalten werden kann, ist es entsprechend diesem Abwandlungsbeispiel möglich, die Gerätekonfiguration der Röntgenanalysevorrichtung 10 zu vereinfachen, während die TES der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b thermisch stabil betrieben werden.
Wenngleich die Röntgenanalysevorrichtung 10 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die zwei Röntgenfenster, einschließlich des ersten Röntgenfensters 32 und des zweiten Röntgenfensters 33, umfasst, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Eine größere Anzahl als zwei Röntgenfenster (zum Beispiel drei oder dergleichen) kann bereitgestellt sein.
Entsprechend diesem Abwandlungsbeispiel ist es möglich, einen Temperaturanstieg des TES durch Wärmestrahlung durch schrittweises Absenken der Temperatur unter Anwendung mehrerer Röntgenfenster von einer Atmosphärentemperatur um die zu analysierende Probe 11 herum in Richtung des TES der ersten Detektionseinheit 16a und der zweiten Detektionseinheit 16b zu vermeiden und die erwünschten Bedienungsmerkmale auf stabilere Weise zu gewährleisten.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann die Röntgenanalysevorrichtung 10 einen Kollimator umfassen, der an dem TES, dem Kaltkopf 18, einem Sockel (nicht gezeigt) oder dergleichen befestigt ist. Ein Röntgenfenster kann in dem Kollimator bereitgestellt sein.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können der Kühlgerätekorpus 17a und der Vorkühler 28 zum Beispiel eine mechanische Kühleinrichtung, wie etwa eine Stirling-Kältemaschine oder ein Pulsröhrenkühler oder eine Kühlvorrichtung mit Verwendung eines Kühlmittels wie etwa flüssiges Helium oder dekomprimiertes 3He sein.
Der technische Anwendungsbereich der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und wird mit einer Konfiguration bereitgestellt, in welcher verschiedene Veränderungen an der vorstehend beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Das bedeutet, dass die Konfiguration der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nur ein Beispiel ist und auf geeignete Weise verändert werden kann.
ERLÄUTERUNG DER BEZUGSZEICHEN

11: Probe, 12: Elektronenstrahl, 13: charakteristische Röntgenstrahlen, 14: Elektronenkanone, 15: Röntgenstrahlendetektor, 16a: erste Detektionseinheit, 16b: zweite Detektionseinheit, 17: Kühleinheit, 17a: Kühlgerätekorpus, 17b: Schnauze, 18: Kaltkopf, 19: Kammer, 20: umgebende Abschirmung, 21: erster Hitzeschild, 22: zweiter Hitzeschild, 23: erster Topf, 24: zweiter Topf, 25: Destillierapparat, 26: Mischer (Mischkammer), 27: Gasumwälzer, 27a: Gasumlaufströmungskanal, 28: Vorkühler, 30: röntgenoptisches Element, 30a: Befestigungsabschnitt des röntgenoptischen Elements, 31: umgebendes Röntgenfenster, 32: erstes Röntgenfenster, 33: zweites Röntgenfenster, 41: Verarbeitungseinheit, 42: Abstandsänderungsmechanismus, 43: Antriebseinheit, 44: Steuereinheit, 51: Sensorschaltkreiseinheit, 52: Vorspannungsstromquelle, 53: Stromdetektionseinrichtung, 54: Thermometer, 72: Abstandsänderungsmechanismus

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-71591 [0012, 0015]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

D. A. WOLLMAN und fünf weitere, "High-resolution, energy-dispersive microcalorimeter spectrometer for X-ray microanalysis", Bd. 188, Teil 3, Dezember 1997, S. 196–223 [0013]
D.A. WOLLMANN und fünf weitere, „High-resolution, energy-dispersive microcalorimeter spectrometer for X-ray microanalysis“, Bd. 188, Teil 3, Dezember 1997, Seiten 196–223 [0016]

Claims

Röntgenanalysevorrichtung umfassend: eine Anregungsquelle, welche eine zu analysierende Probe anregt, charakteristische Röntgenstrahlen zu emittieren; eine Mehrzahl an Detektionseinheiten, welche die von der Probe emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen detektieren; ein optisches Element, welches die von der Probe emittierten charakteristischen Röntgenstrahlen zu mindestens einer der Mehrzahl an Detektionseinheiten führt, und einen Abstandsänderungsmechanismus, welcher einen Abstand zwischen jeder der Mehrzahl an Detektionseinheiten und dem optischen Element in einer axialen Richtung einer optischen Achse des optischen Elements verändert, wobei die Mehrzahl an Detektionseinheiten mindestens eine erste Detektionseinheit und eine zweite Detektionseinheit mit verschiedenen Detektionscharakteristiken umfasst, wobei die erste Detektionseinheit derart ausgebildet ist, dass, im Gegensatz zu der zweiten Detektionseinheit, Energieauflösung relativer Vorrang vor Zählwirkungsgrad gegeben ist, und die zweite Detektionseinheit derart ausgebildet ist, dass, im Gegensatz zu der ersten Detektionseinheit, Zählwirkungsgrad relativer Vorrang vor Energieauflösung gegeben ist.
Röntgenanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeweils eine der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit in einer Position relativ nahe der optischen Achse angeordnet ist und die jeweils andere der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit in einer Position relativ entfernt von der optischen Achse angeordnet ist.
Röntgenanalysevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Detektionseinheit derart angeordnet ist, dass das Umfeld der ersten Detektionseinheit umgeben ist.
Röntgenanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstandsänderungsmechanismus Folgendes erzielt: einen ersten Zustand, in dem der Abstand derart auf einen ersten Abstand eingestellt ist, dass ein Bestrahlungsbereich der von dem optischen Element geführten charakteristischen Röntgenstrahlen in einem wirksamen Detektionsbereich der ersten Detektionseinheit enthalten ist, und einen zweiten Zustand, in dem der Abstand derart auf einen zweiten Abstand eingestellt ist, dass der Bestrahlungsbereich der von dem optischen Element geführten charakteristischen Röntgenstrahlen in einem wirksamen Detektionsbereich der zweiten Detektionseinheit enthalten ist.
Röntgenanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Totzeiterfassungseinheit, welche eine Totzeit für die Detektion der charakteristischen Röntgenstrahlen in der Mehrzahl an Detektionseinheiten erfasst, wobei der Abstandsänderungsmechanismus den Abstand verändert, um die Totzeit unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten.
Röntgenanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Frequenzerfassungseinheit, welche eine Überlappungsfrequenz der Detektionssignale der charakteristischen Röntgenstrahlen in der Mehrzahl an Detektionseinheiten erfasst, wobei der Abstandsänderungsmechanismus den Abstand verändert, um die Überlappungsfrequenz der Detektionssignale unter einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten.