JP2002148222A - Ｘ線螢光分析器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線が照射された標本が発するＸ線螢光を効
率良く検出する。 【解決手段】 螢光Ｘ線光子を捕捉しそれに対応して標
本の分析に適した複数の電気パルスを生成する複数の半
導体検出器１８をスポット２６のまわりに配置する。各
々の検出器１８からのパルスが別々の入力端で受理され
るように複数のパルスを受理し分析する多重入力処理ユ
ニット２０も配置する。該ユニット２０は、全ての検出
器１８に共通のエネルギー範囲内で光子に応答して全て
の検出器１８から受理されたパルスを用いて出力を生成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般にＸ線螢光分
析、特にＸ線微螢光を検出し分析するための方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線微螢光は、薄膜の原子組成及び厚み
を決定するための、当該技術分野では既知の非破壊技術
である。標準的には、集束されたＸ線ビームを標本に導
き、標本とＸ線の相互作用によって誘発されたＸ線螢光
が、標本の近くにある検出器によって検出される。照射
を受けた標本の組成及び厚みは、螢光Ｘ線光子の強度及
びエネルギーから決定される。

【０００３】本明細書に参考として組み入れられる、
「走査式Ｘ線分析顕微鏡のための環状タイプの固体検出
器」、Rev. Sci. Instrum.６６（９）（１９９５年９
月）ｐ４５４４〜４５４６の中で、Shimomura 及び Nak
azawa は、Ｘ線螢光から結果として得られたエネルギー
を単一のデータチャネルへと変換する、照射対象標本の
近くに位置設定された環状ゲルマニウム検出器について
記述している。

【０００４】本明細書に参考として組み入れられる論文
「多層金属フィルム用のＸ線微螢光分析器」Thin Solid
Films１６６（１９８８），ｐ２６３〜２７２の中で、
Cross 及び Wherry は、リチウムドーピングを受けたシ
リコン結晶検出器がＸ線に露呈された標本から発出され
た光子を捕捉するようなシステムについて記述してい
る。

【０００５】本明細書に参考として組み入れられる Kum
akhov に対する米国特許５,４９７,００８号は、Ｘ線螢
光分析又は分光法のための、kumakhovレンズとしても知
られている多毛管Ｘ線光学系を用いた分析用計器につい
て記述している。記述されている計器は、単一の螢光検
出器を使用する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】単一のＸ線光子は、半
導体検出器内で数多くの正孔の対を生成し、それに関連
する電流パルス形状を分析することにより、検出器はＸ
線光子エネルギーを測定することができるようになる。
しかしながら、上述の検出器といったような半導体Ｘ線
検出器は、作り出された電流パルスを満足のいく形で弁
別するためにはＸ線光子が一時的に互いに過度に近くに
ある場合に発生するデータの「山積み」を受ける。

【０００７】いくつかの側面における本発明の目的は、
Ｘ線微螢光分析を実施するための改善された装置及び方
法を提供することにある。いくつかの側面における本発
明のさらなる目的は、高強度のＸ線照射に曝された標本
からのＸ線微螢光の効率の良い検出のための改善された
装置及び方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施形
態においては、Ｘ線微螢光分析器は、標本を照射するＸ
線発生器を含んで成る。分析器はさらに、共通のエネル
ギー範囲をもち、Ｘ線照明に対する応答性をもつ標本か
ら発出されるＸ線光子を捕捉する、標本近くに配列され
た複数の個別の検出器を含んで成る。検出器は、上述の
Cross 及び Wherry のもののような標準的な設計の単
一の検出器を用いて可能となるものよりも実質的に大き
い立体角全体にわたり、発出されたＸ線光子を捕捉する
ように幾何的に配列されている。さらに、単一の大型検
出器に基づく上述した Shimomura及び Nakazawa のシス
テムとは異なり、本発明のいくつかの実施形態に従った
多数の検出器の使用は、分析器が、山積み発生の確率を
大幅に削減しながら標本に実質的により強度の高いＸ線
ビームを導くことを可能にする。

【０００９】本発明のいくつかの好ましい実施形態にお
いては、複数の個別検出器は、環状に配置されており、
そのため入射Ｘ線ビームの方向と検出器から照射を受け
たスポットへの方向によって作られる角度は、実質的に
全ての検出器について同じとなっている。好ましくは、
環は照射を受けたスポットをほぼ中心にしている。本発
明は、図面と合わせて本発明の好ましい実施形態につい
ての以下の詳細な説明を読むことによってさらに充分に
理解されることだろう。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の好ましい実施形
態に係る、Ｘ線微螢光分析器１０の概略的斜視図であ
る。図２は、分析器１０の基部部分３２の概略的拡大断
面である。Ｘ線源１２は、モノリシック多毛管光学系１
６を第１の端部１４で照射する。Ｘ線光源１２は好まし
くは、カリフォルニア州スコッツバレーの Oxford Inst
ruments, Inc. 製ＸＴＦ５０１１といったようなＸ線管
を含んでいる。光学系１６は好ましくは、ニューヨーク
州アルバニの X-Ray Optical Systems Inc.,製のモノリ
シック多毛管レンズである。光学系はＸ線を収集し、そ
れらを光学系１６の第２の端部２４から円錐２８内をス
ポット２６に至るまで集束する。最も好ましくは、スポ
ット２６は、実質的に直径約５０μｍの円形である。代
替的には、スポット２６は単毛管光学系及び／又はＸ線
視準ピンホールを介してか又は当該技術分野において既
知のいずれかのその他の適切な手段によって照射され
る。

【００１１】最も好ましくは、スポット２６は、分析器
１０によりその組成及び／又は厚みが測定されるべき標
本２２の表面上にある。照射Ｘ線に応答して標本２２が
発出する螢光Ｘ線は、スポット２６内で生成され、複数
の（好ましくは８個の）検出器１８によって収集され
る。各々の検出器１８は、共通のエネルギー範囲内でｘ
線光子を捕捉し検出する。検出器１８の配置及び作動に
ついて以下でさらに詳しく説明する。検出器１８からの
信号は、処理ユニット２０へと転送され、ここで信号は
分析されてスポット２６についての組成及び厚み情報を
生成する。最も好ましくは、検出器１８からの信号は、
複数のパルスプロセッサを介して転送され、処理ユニッ
ト２０は、多重入力プロセッサ分析ユニットを含む。好
ましくは、標本２２は、当該技術分野において既知の通
り、位置決め装置（図示せず）により水平方向に走査さ
れ、かくして、実質的に標本２２の対象部域３４全体が
分析器１０により分析されることになる。代替的には、
分析器１０が、対象部域３４全体にわたり走査される。
最も好ましくは、走査は処理ユニット２０によって制御
される。

【００１２】好ましくは、検出器１８は、標本２２の表
面から４mmにほぼ等しい距離のところにあり直径約９mm
でスポット２６を中心とした円の形に配置された実質的
に類似のＰＩＮダイオードである。最も好ましくは、各
検出器は、一辺２.５mmの正方形の形をした有効収集面
積をもつ。さらに最も好ましくは、各々の検出器は、実
質的に類似の応答関数を有し、共通エネルギー範囲内で
Ｘ線光子を収集し検出する。例えば、検出器は、日本の
浜松市にある浜松フォトニクス株式会社製のＳ１２２３
型である。上述の検出器の数及びタイプ及びそれらの寸
法及び位置は、一例として示されており、その他の数、
サイズ、タイプ及び位置も同様に使用可能であるという
ことがわかるであろう。検出器１８は、垂直方向下向き
に面しているものとして示されているが、スポットに提
示される有効面積を増大させるためこれらをスポット２
６に向けて角度づけすることも可能であることが同様に
わかるであろう。

【００１３】円錐２８による照射の間、スポット２６
は、検出器１８上に入射する螢光Ｘ線光子を生成し、こ
こで今度は対応するパルスが検出器の中で生成され、処
理ユニット２０に送られる。処理ユニットは、複数の検
出器１８からのパルスを分析し計数する。最も好ましく
は、分析器１０の基部部分３２は、スポット２６の組成
及び厚みの満足のいく決定のためユニット２０により充
分な計数が記録されてしまうまで、スポット２６全体に
わたり実質的に静止状態に維持される。次に処理ユニッ
ト２０は、上述のように、分析すべき新しいスポット２
６まで標本２２又は基部部分３２のいずれかを移動させ
る。

【００１４】スポット２６上で分析器１０が費やす必要
のある時間量は、なかんづく、スポット２６における照
射Ｘ線の強度によって左右される。本発明を用いた照射
Ｘ線の強度は、パルスが単一の大型検出器からではなく
各検出器１８から個別に受理されることから、検出器内
のパルスの山積みが発生する前で、当該技術分野におい
て現在知られている分析器よりも実質的に高いものであ
る。さらに、重要なことに、照射Ｘ線強度が制限因子で
あるとき、すなわち例えば、それより高い強度が損傷を
ひきおこす可能性があるときには、本発明は、内向きの
光子数に対する外向きの共通エネルギー光子の有用な数
の比率を増大させる。かくして、比較的短時間で比較的
多い数の光子を収集することができ、そのため、スポッ
ト２６の分析に必要な時間はそれに相応して、当該技術
分野に知られているシステムに比べ低減する。

【００１５】上述の好ましい実施形態は、一例として引
用されており、本発明は、以上で特別に示され記述され
てきたものに制限されないということがわかるだろう。
むしろ、本発明の範囲は、上述のさまざまな特長の組合
せ及びサブコンビネーションの両方、ならびに以上の記
述を読んだ時点で当業者が思いつく、先行技術では開示
されていない変更及び修正を内含するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施形態に従ったＸ線微螢光
分析器の概略的斜視図である。

【図２】図１の分析器の細部の概略的拡大側面図であ
る。

【符号の説明】

１２…Ｘ線源 １６…光学系 １８…検出器 ２０…処理ユニット ２２…標本 ２６…スポット

フロントページの続き (72)発明者 ボリス ヨークヒン イスラエル国，ナザレス イリット 17512，ガノット ストリート ７／６ Ｆターム(参考） 2G001 AA01 BA04 CA01 DA01 DA02 DA06 GA01 GA06 JA04 JA11 KA01 KA11 PA11 SA01 SA02

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 標本を分析するためのＸ線螢光分析器で
   あって、 標本上の１スポットに入射し、そこから複数の螢光Ｘ線
   光子を作り出すＸ線ビームを生成するＸ線ビーム発生
   器、 全ての検出器に共通のエネルギー範囲内の螢光Ｘ線光子
   を捕捉するべく該スポットのまわりに配列され、標本の
   分析に適した複数の電気パルスを生成するべくそれに対
   する応答性をもつ複数の半導体検出器、及び各々の検出
   器からのパルスが処理ユニットの別々の入力端で受理さ
   れるように複数のパルスを受理し分析し、全ての検出器
   に共通のエネルギー範囲内で光子に対する応答性をもつ
   全ての検出器から受理されたパルスを用いて出力を生成
   する多重入力処理ユニット、を含んで成るＸ線螢光分析
   器。
2. 【請求項２】 前記Ｘ線ビーム発生器が毛管光学系を含
   んで成る請求項１に記載の分析器。
3. 【請求項３】 前記毛管光学系が多毛管光学系を含んで
   成る、請求項２に記載の分析器。
4. 【請求項４】 前記複数の半導体検出器が複数のダイオ
   ードを含んで成る、請求項１に記載の分析器。
5. 【請求項５】 前記複数の半導体検出器が、標本上でビ
   ームが入射するスポットとの関係において対称的に配置
   されている、請求項１に記載の分析器。
6. 【請求項６】 前記複数の半導体検出器が、環状に配置
   されている、請求項５に記載の分析器。
7. 【請求項７】 前記多重入力処理ユニットが標本の厚み
   又は組成を決定するべく複数のパルスを分析する、請求
   項１に記載の分析器。
8. 【請求項８】 標本のＸ線螢光分析方法であって、 Ｘ線ビームで標本上のスポットを照射する段階、 該スポットにおいて標本と相互作用するビームにより全
   ての検出器に共通のエネルギー範囲内で生成される複数
   の螢光Ｘ線光子を検出するべく、該スポットのまわりに
   複数のＸ線検出器を配置する段階、 全ての検出器に共通のエネルギー範囲内で生成された光
   子に対する応答性をもつ複数の電気パルスを全ての検出
   器から受理する段階及び、 標本を分析するべく全ての検出器に共通のエネルギー範
   囲内で生成された光子に対する応答性をもつ全ての検出
   器から受理したパルスを処理する段階、を含んで成る方
   法。
9. 【請求項９】 標本を照射する段階には、毛管光学系を
   用いて標本を照射する段階が含まれている、請求項８に
   記載の方法。
10. 【請求項１０】 複数の検出器を設ける段階には、複数
    の半導体ダイオードを設ける段階が含まれている、請求
    項８に記載の方法。
11. 【請求項１１】 複数の検出器を配置する段階には、該
    スポットとの関係においてほぼ対称的に検出器を配置す
    る段階が含まれている、請求項８に記載の方法。
12. 【請求項１２】 検出器を配置する段階には、ほぼスポ
    ット上に中心をおく１つの環の形に検出器を配置する段
    階が含まれる、請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 複数のパルスを受理する段階には、複
    数の検出器の各々からパルスを別々に受理する段階が含
    まれる、請求項８に記載の方法。