JP2010538268A - ４セクターのセンサー付き自動ｘ線光学アライメント - Google Patents

Abstract

Ｘ線ビームの視準器に、自動光学アライメントを備えた光学アライメントの監視を組み合わせたＸ線光学アライメントのためのシステムを提供する。Ｘ線光学アライメントのためのシステム（１０）である。該システムは、Ｘ線源（１２）と、光学素子（２２）と、視準素子（２０）と、アラインメントセンサー（２２）と、を含む。上記Ｘ線源は、前記光学素子によって試料に向かうＸ線ビーム（１６）を生成する。上記視準素子は、前記Ｘ線ビームの断面を画定すべく、前記光学素子と、前記試料と、の間に配置される。前記複数のセンサーは、前記光学素子からのＸ線ビームを受け入れ、前記システムアラインメントを示す信号を生成する。また、前記複数のセンサーは、前記光学素子と対面する前記視準素子の表面（２４）上に配置してもよい。前記センサーの内側端部は、該視準素子の周囲に等間隔に放射状に配置してもよいし、対称形状を有するアパーチャ（２１）を形成してもよい。

Description

本発明は、Ｘ線光学システムのための自動アライメント装置に関する。

Ｘ線光学システムは、広範囲の用途に用いられるツールとして極めて有用である。Ｘ線光学システムは、例えば、半導体の製造および組立て、医療研究、材料分析など各分野で広く用いられている。

通常、これらＸ線光学システムでは、線源からは、Ｘ線ビームが付与されるが、多くの用途において、この線源から発せられるＸ線ビームのパターンのサイズ、および寸法を制御する必要がある場合が多い。用途によっては、Ｘ線の条件は、実在結晶又は合成結晶、アパーチャ、並びに、他の要素を用いることによって、設定される。望まれるＸ線源の条件は、各利用分野によって異なってくる。

多くのＸ線光学システムにおいて、アパーチャまたはスリット形状の視準器を用いて、適切なＸ線照射形状を画定している。アパーチャは、所定のエネルギーを持つＸ線ビームを通過させる開口部を有する。この開口部周辺の視準器の一部で、不要なＸ線を遮っている。アパーチャの位置は、例えば、特徴付けられる試料によって、送信するＸ線の範囲を調整するため、通常、変更可能である。

あるＸ線光学システムにおいては、多層膜光学素子などの光学素子は、定期的に検査されたり、必要に応じて、Ｘ線源との関係で光学素子又は光学素子との関係でＸ線源がアライメントされたりする。通常、光学素子のアライメント処理は、Ｘ線システムが作動していないときに行われる。このため、定期的なアライメント処理を行うには、特別な処理手順が必要になり、装置をオフラインにする必要がある。従って、Ｘ線ビームの視準器に、自動光学アライメントを備えた光学アライメントの監視を組み合わされたものが求められている。

関連技術の、上記列挙された短所、並びにその他制限を解消するとともに、上記必要性を満たすため、本発明は、Ｘ線光学アライメントのためのシステムを提供する。

本発明に係るシステムは、Ｘ線源と、光学素子と、視準素子と、アラインメントセンサーと、を含む。上記Ｘ線源は、光学素子によって試料に向かうＸ線ビームを生成する。上記視準素子は、光学素子と試料との間に配置され、Ｘ線ビームの視準を行う。上記複数のセンサーは、光学素子からＸ線ビームを受け、システムアラインメントを示す信号を生成する。これらセンサーは、光学素子と対面する視準素子の表面上に配置してもよい。センサーの内側端部は、視準素子の周囲に等間隔に放射状に配置してもよいし、対称形状を有するアパーチャを形成してもよい。

上記センサーは、光電子倍増管に結合されたシンチレーション材料から形成されてもよいし、フォトダイオードなどの光電子センサーに結合されたシンチレーション材料から形成されてもよい。複数のセンサー間、或いは、同一センサーからの後続の信号同士を比較して、上記システムをアラインメントするどうかを決定する制御装置が、センサーからの各信号を受信してもよい、
また、上記システムは、試料位置と検出器との間に配置されるビームストッパーを含んでもよい。このビームストッパーは、光学素子と対面してＸ線ビームの強度を測定するために構成されるセンサーを含んでもよい。

本発明の更なる特徴および利点は、以下の記載および請求項から明白となる。

Ｘ線ビームの視準器に、自動光学アライメントを備えた光学アライメントの監視を組み合わせたＸ線光学アライメントのためのシステムを提供する。

本発明に係るＸ線光学システムの概略図である。 図１のＸ線光学システムに関する一式のアライメントセンサー付き視準器の端面図である。 シンチレーション材料から形成された複数のセンサーを含むシステムの概略図である。 複数のフォトダイオードから形成された複数のセンサーを使用したシステムの概略図である。 ビームストッパーを含む光学システムの一部の上面図である。

本発明の一実施様態に従い、図１に、Ｘ線源１２とＸ線光学素子１４とを含むＸ線光学システム１０を図示する。Ｘ線源１２には、高輝度回転陽極、密閉型Ｘ線管、或いは微小焦点源など、研究用の線源を用いることができる。光学素子１４には、ブラッグ回折素子といった反射体を用いることができる。例えば、一つまたは二つの反射平面を持つ多層膜光学素子、全反射光学素子、またはＸ線反射結晶が挙げられる。

作動時において、Ｘ線源１２は、光学素子１４に対してＸ線ビーム１６を放射し、光学素子１４は、試料ＳにＸ線ビーム１６を向かわせる（方向付ける）。その後、試料ＳからのＸ線は、検出器１８によって収集される。例えば、側面アライメントに関して、側面において段構造の多層膜光学素子を利用したシステム（即ち、Ｃｏｎｆｏｃａｌ Ｍａｘ−Ｆｌｕｘ（登録商標）（ＣＭＦ）光学素子）における実施形態では、光学素子１４から到来するＸ線ビーム１６を成形するために、スリットまたはアパーチャ形状のビーム視準器を使用する場合が多い。従って、視準器２０は、光学素子１４から反射されたＸ線ビーム１６を成形するように、光学素子１４と試料Ｓとの間の位置に配置され、アパーチャ２１を通じて所望のエネルギーを持つビームが生成される。

一実施例に従って、視準器２０は、光学素子または線源を自動的にアライメントするために情報を与える光学素子１４のアライメント変化を監視する複数のＸ線センサーを含む。複数のセンサー２２は、光学素子１４から反射されたビームの端部段面を検出するが、視準器２２を通過するＸ線と干渉しない。従って、アラインメント処理は、通常のデータ収集時に行うことができる。更に、センサー２２によって与えられた方向に関する情報は、より速くアライメント処理を行うために、軸や方向の決定に利用することができる。

システム１０において、光学素子１４から反射されたビームの寸法は、通常、視準器２０のアパーチャ２１の断面よりも大きい。図２に示すように、アパーチャ２１の周囲に光学素子１４と対面する視準器２０の表面２４上に、一式の４つのセンサー２２が配置される。これらセンサー２２は、アパーチャ２１の周囲に、例えば９０度毎に、放射状に等間隔に離間されてもよい。その一方で、すぐに使用できる検出器の数または離間間隔は、異なっていてもよい。通常、一つの反射表面を持つ光学素子には、一対のセンサーによる一次元のアラインメントが必要である。ＣＭＦ光学素子は、二つの直交する反射表面を有するため、光学素子を二次元でアラインメントするには四つのセンサーが必要である。作動時において、センサー２２は、センサー２２の上に投影されるビームプロファイルの端部強度を測定する。従って、センサー２２が受けるＸ線の一部は、視準器２２を通過しない。最初の光学素子のアラインメント後、センサー２２からは、一式の参照読み値が得られる。その後、センサー１２からの読み値は、制御装置による参照読み値と比較される。記録された参照値からの偏差がある場合、光学アライメントを新たに行うことを提案する。アパーチャ２１の反対側にある各センサーを更に比較する場合、視準器２０の一方または他方にビームが向いている表示を行ってもよい。例えば、第３セクターからの信号の増加している場合（従って、第１セクターからの信号の低減している場合）は、センサー２２の第３セクター側（即ち、図１に示す右側）にビームが向かっていることを表示する。ハードウェア構成によって、この症状を直すために適切な措置を講じてもよい。例えば、一つ以上の動力化された直線的に動く台または回転台といった移動装置によって、光学素子または線源を自動的に動かしてもよい。また、光学素子または線源の位置は、調節ネジ付きの直線的に動く台または回転台を使用して手動で調節されてもよい。上記制御装置は、上記光学素子または線源を移動させる方向を図示するグラフィック表示を行ってもよい。同様に、光学素子または線源の移動を案内する可聴信号を付与してもよい。一例において、この音の周波数および音質は、ビームのアラインメントと対応してもよい。（即ち、呼び出し音が高速になるにつれて、アラインメントがより良くなっているようにしてもよい。）
上記センサー２２は、図２に示すように扇形状であってもよいし、アパーチャの内側外形およびセンサー２２に利用可能な空間によっては、異なる形状を有してもよい。一般的に、各センサーに対する等間隔の位置ずれが、センサーが受けるＸ線束における同等の変化に対応するように、センサー２２の内側端部によって形成されたアパーチャ２１は、対称形状である。従って、アパーチャ２１は、円形状や四角形状を有していてもよい。各センサーは、それぞれの光ファイバーの一端に結合されるシンチレーション材料から形成されてもよい。この光ファイバーの他端は、光電子増倍管などの読み出し装置と結合してもよい。また、フォトダイオードなどの固定状態の光電子センサーを使用してもよい。

図３に示すように、センサー２２は、視準器２０からＸ線を収集すべく構成されるシンチレーション材料４２から形成されてもよい。シンチレーション材料４２は、光ファイバー４６を通じて光電子増倍管４８と連通する。センサー２２が受け取ったフォトンに、各パルスが対応する場合、光電子増倍管４８は、パルス信号を生成する。電子機器５０は、このパルス信号を受信し、シンチレーション材料４２上に投影されるＸ線ビームの一部および強度に対応して受け取られたフォトンの数をカウントする。電子機器５０は、コンピュータまたはマイクロプロセッサなどの制御装置５２に信号を送り、システムのアラインメントにおける更なる自動化または支援を行う。

図４に示すように、Ｘ線ビームを受け、受けたＸ線ビームの線束に対応するアナログ電気信号を生成するフォトダイオード６２から、センサー２２は、形成されてもよい。このアナログ電気信号は、電気ワイヤまたは配線トレースなどの導線６４経由で増幅用電子機器６６に送られてもよい。あるいは、電子機器６６は、二つの相対するセンサー(即ち、第１セクターおよび第３セクター)で受けた線束の比較を表示してもよい。そのような場合には、この比較値は、光学素子または線源のアラインメントまたはアライメントミスについての示唆を行ってもよい。電子機器６６からの信号は、制御装置６８に送られる。制御装置６８は、電子機器６６からの信号を利用し、上述のように光学システムの更なる自動化または支援を行ってもよい。

図５に示すように、図１に図示される光学システムの一部は、ビームストッパー７２を含んで設けられる。このビームストッパー７２は、上記光学素子と対面して、視準器２０を通過するＸ線ビームを受けるために構成される、センサー７６を含む。また、ビームストッパー７２およびセンサー７６は、視準器２０と検出器１８との間に配置される。より具体的には、ビームストッパー７２およびセンサー７６は、試料位置７４と、検出器１８との間に配置してもよい。ただし、センサー７６がＸ線ビームの強度を測定している間、該試料は、通常撤去される。(図１及び図２から)センサー２２は、上記視準器の反対側に配置される複数の素子を利用しているが、センサー７６は、Ｘ線ビームの強度を決定するために単一の素子を用いてもよい。この素子によってＸ線源と、光学素子と、視準器との間の光学アライメントの効率が表示される。そのような場合には、上記制御装置は、Ｘ線ビームの強度を示すセンサー７６から信号を受信し、自動的にアライメントを調節したり、上述のように調整支援をしたりしてもよい。

当業者であれば容易に理解できるように、上記の記載事項は、本発明の動作原理の実施を図示したものとして解釈される。この記載事項は、本発明の範囲または適用を限定するものではなく、以下の請求項に記載のように、本発明の意図を逸脱しない限り、如何なる改良、改変、および変更も可能である。

Claims (24)

1. Ｘ線光学アライメントのためのシステムであって、
   Ｘ線ビームを生成するためのＸ線源と、
   前記Ｘ線ビームを試料に向かわせるように構成される光学素子と、
   前記光学素子と前記試料との間に配置される視準素子と、を備え、
   前記視準素子は、前記光学素子からＸ線ビームを受けるために構成される少なくとも一つのセンサーを有し、前記少なくとも一つのセンサーからの信号は、システムアラインメントを示すシステム。
2. 前記視準素子は、アパーチャを含む請求項１に記載のシステム。
3. 前記アパーチャは、前記Ｘ線ビームが該アパーチャを通過可能にし、前記センサーは、前記光学素子に対面する視準素子の表面に固定される請求項２に記載のシステム。
4. 前記少なくとも一つのセンサーは、前記視準素子の周囲に等間隔に放射状に配置される、複数のセンサーである請求項１に記載のシステム。
5. 前記少なくとも一つのセンサーの各センサーは、対称形状を有するアパーチャを形成する請求項４に記載のシステム。
6. 前記少なくとも一つのセンサーは、前記視準素子を中心に略９０度の間隔で配置される、少なくとも四つのセンサーである請求項１に記載のシステム。
7. 前記少なくとも一つのセンサーからの信号を収集するように構成される制御装置を更に備える請求項１に記載のシステム。
8. 前記制御装置は、前記信号を前記少なくとも一つのセンサーによって生成される後続の信号と比較し、前記システムがアラインメントするかどうか決定するように構成される請求項７に記載のシステム。
9. 前記少なくとも一つのセンサーは、光ファイバーに結合されるシンチレーション材料を含む請求項１に記載のシステム。
10. 前記光ファイバーは、光電子増倍管に接続される請求項９に記載のシステム。
11. 前記少なくとも一つのセンサーは、光電子センサーを含む請求項１に記載のシステム。
12. ビームストッパーと検出器とを更に備え、該検出器は、前記試料からのＸ線を受けるように構成され、前記ビームストッパーは、前記試料と前記検出器との間に配置され、前記光学素子に対面する前記ビームストッパーの表面は、前記Ｘ線ビームの強度を測定するように構成されるセンサーを含む請求項１に記載のシステム。
13. Ｘ線光学アライメントのための方法であって、
    Ｘ線ビームを生成する工程と、
    光学素子を使用して前記Ｘ線ビームを成形する工程と、
    視準素子を通じて前記Ｘ線ビームを方向付ける工程と、
    前記視準素子を中心にＸ線ビームを感知する工程と、
    前記Ｘ線ビームを感知する工程に基づいて、信号を生成する工程と、
    前記信号に基づいて、前記システムのアラインメントを決定する工程と、を有する方法。
14. 前記視準素子は、アパーチャを含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記アパーチャは、前記Ｘ線ビームが該アパーチャを通過可能にし、前記センサーは、前記光学素子に対面する視準素子の表面に固定される請求項１４に記載の方法。
16. 前記少なくとも一つのセンサーは、前記視準素子の周囲に等間隔に放射状に配置される、複数のセンサーである請求項１３に記載の方法。
17. 前記少なくとも一つのセンサーの各センサーは、対称形状を有するアパーチャを形成する請求項１６に記載の方法。
18. 前記少なくとも一つのセンサーは、前記視準素子を中心に略９０度の間隔で配置される、少なくとも四つのセンサーである請求項１３に記載の方法。
19. 前記少なくとも一つのセンサーからの信号を収集するように構成される、制御装置を更に備える請求項１３に記載の方法。
20. 前記制御装置は、前記信号を前記少なくとも一つのセンサーによって生成される後続の信号と比較し、前記システムがアラインメントするかどうか決定するように構成される請求項１９に記載の方法。
21. 前記少なくとも一つのセンサーは、光ファイバーに結合されるシンチレーション材料を含む請求項１３に記載の方法。
22. 前記光ファイバーは、光電子増倍管に接続される請求項２１に記載の方法。
23. 前記少なくとも一つのセンサーは、光電子センサーを含む請求項１３に記載の方法。
24. ビームストッパーと、検出器と、を設ける工程と、該検出器を使用して前記試料からのＸ線を受ける工程と、前記試料と、前記検出器と、の間に前記ビームストッパーを配置する工程と、前記光学素子に対面する前記ビームストッパーの表面に含まれるセンサーを使用して、前記Ｘ線ビームの強度を測定する工程と、を更に有する請求項１３に記載の方法。

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