JP5502644B2

JP5502644B2 - Ｘ線検出システム

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Publication number: JP5502644B2
Application number: JP2010171612A
Authority: JP
Inventors: 正己寺内; 孝訓村野; 信雄飯田; 秀之高橋
Original assignee: Tohoku University NUC; Jeol Ltd
Current assignee: Tohoku University NUC; Jeol Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: JP2012033370A

Description

本発明はＸ線検出システムに関し、特に、走査型電子顕微鏡に取り付けられて軟Ｘ線を分光分析する際において幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムに関する。

試料に電子線などの荷電粒子線を照射すると、該試料から特性Ｘ線が発生する。この特性Ｘ線を検出器で検出し、試料の組成を計測する手法はエネルギー分散型Ｘ線分光と呼ばれている。この手法では、特性Ｘ線が試料を構成する元素の特有なエネルギーを持つことを利用している。単位時間当たりのＸ線発生個数をＸ線のエネルギー毎に計数して試料の元素組成等の情報を得ている。ここで、Ｘ線を検出する手段として、シリコンやゲルマニウム等の半導体結晶を用いた半導体検出素子を用いるのが一般的である。

一方、試料に電子線などの荷電粒子線を照射して発生した特性Ｘ線を回折格子に入射すると、回折Ｘ線が分離される。この回折Ｘ線をＸ線用ＣＣＤイメージセンサで検出し、画像化する手法も存在している。

この手法を実現する装置としては、試料に対して電子線を照射する電子線照射部と、電子線が照射された試料から放出される特性Ｘ線を集光させて回折格子に導くＸ線集光ミラーと、Ｘ線集光ミラーにより集光された特性Ｘ線を受けて回折Ｘ線を生じさせる回折格子（不等間隔回折格子）と、回折格子で生じた回折Ｘ線を検出するイメージセンサ（背面照射型ＣＣＤカメラ）と、を備えて構成されている。

この種のＸ線検出システムについては、以下の特許文献１にも記載されている。

特開２００２−３２９４７３号公報

第１の課題：
上記特許文献１などに記載されたＸ線検出システムでは、コンパクトな光学系で光分解能な測定が可能になる。一方、測定するエネルギー領域を変更するためにはイメージセンサを交換する必要があるが、Ｘ線検出システムは真空中に配置されているため、イメージセンサの交換は容易ではなかった。

第２の課題：
以上のようなＸ線検出システムにより、酸化物・窒素物等の化合物を試料として電子線を照射すると、特性Ｘ線以外に、特性Ｘ線とは波長が異なるカソードルミネッセンス（ＣＬ）と呼ばれる発光が発生する。そして、このカソードルミネッセンスは回折格子において全反射に近い状態で反射され、イメージセンサに入射してしまう。この結果、イメージセンサ上において回折Ｘ線の信号レベルが相対的に低下して採取スペクトルが不明瞭な状態になり、測定時間や測定精度に悪影響を及ぼすことになる。この場合に、回折Ｘ線とカソードルミネッセンスとを分離できることが望ましいが、これらを分離するのに適したフィルタが存在していないという問題が存在している。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、電子線を照射した試料からの特性Ｘ線を回折格子により回折させてイメージセンサでスペクトルを採取するシステムにおいて、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することである。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであって、第２の目的は、電子線を照射した試料からの特性Ｘ線を回折格子により回折させてイメージセンサでスペクトルを採取するシステムにおいて、イメージセンサに入射するＸ線の比率を大きくすることが可能なＸ線検出システムを実現することである。

すなわち、上記の課題を解決する本願発明は、以下のそれぞれに述べるようなものである。

（１）第１の発明は、試料に対して電子線を照射する電子線照射部と、電子線が照射された前記試料から放出される特性Ｘ線を受けて回折Ｘ線を生じさせる回折格子と、前記回折Ｘ線のエネルギー分散方向と直交方向の複数の位置に前記回折Ｘ線の結像面を振り分けるように前記回折Ｘ線の進行を振り分けるスプリッタと、前記スプリッタにより振り分けられた複数の結像面のそれぞれに配置された異なるエネルギー感度特性の複数のイメージセンサと、を有することを特徴とするＸ線検出システムである。

（２）上記（１）において、前記スプリッタは、前記回折Ｘ線を反射させるミラーにより管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部と、前記管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部分において前記回折Ｘ線の進行を振り分ける可動ミラー部と、前記可動ミラー部の位置を制御する可動ミラー制御部と、を備える、ことを特徴とする。

（３）上記（１）−（２）において、前記複数のイメージセンサは、高エネルギー感度特性側はＸ線用イメージセンサであり、低エネルギー感度特性側は、マイクロチャンネルプレートを受光面側に備えたイメージセンサである、ことを特徴とする。

（４）上記（３）において、前記マイクロチャンネルプレートは、カソードルミネッセンス領域の量子効率より軟Ｘ線領域の量子効率が高い特性を有する、ことを特徴とする。

（５）上記（３）−（４）において、前記マイクロチャンネルプレートを前記回折Ｘ線の進行方向に対して傾斜した状態であって回動可能な状態で保持する傾斜回動保持部と、前記傾斜回動保持部により保持された前記マイクロチャンネルプレートを回動させる回動制御部と、を有することを特徴とする。

（６）上記（１）−（５）において、前記回折格子は不等間隔回折格子である、ことを特徴とする。

これらの発明によると、以下のような効果を得ることができる。

（Ａ）第１の発明では、電子線が照射された試料から放出される特性Ｘ線を回折格子で受けて回折Ｘ線を生じさせ、回折格子で生じた回折Ｘ線のエネルギー分散方向と直交方向の複数の位置にスプリッタにより回折Ｘ線の進行を振り分けることで回折Ｘ線の結像面を振り分け、振り分けられた複数の結像面のそれぞれに異なるエネルギー感度特性の複数のイメージセンサを配置しておくことで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現できる。

（Ｂ）ここで、スプリッタは、回折Ｘ線を反射させるミラーにより管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部と、管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部分において回折Ｘ線の進行を振り分ける可動ミラー部と、可動ミラー部の位置を制御する可動ミラー制御部と、を備えることにより回折Ｘ線の進行を振り分けることができ、エネルギー領域に応じて回折Ｘ線の結像面を振り分けることが可能になる。

（Ｃ）また、複数のイメージセンサとして、高エネルギー感度特性側にはＸ線用イメージセンサでを配置し、低エネルギー感度特性側にはマイクロチャンネルプレートを受光面側に備えたイメージセンサを配置することで、幅広いエネルギー領域の測定が可能になる。

（Ｄ）以上のマイクロチャンネルプレートを使用したＸ線検出システムでは、マイクロチャンネルプレートを回折Ｘ線の進行方向に対して傾斜した状態であって回動可能な状態で保持すると共に、該マイクロチャンネルプレートを回動させる制御を行うことで、感度が入射角度依存特性を有するマイクロチャンネルプレートの最適な感度特性を得ることができるため、イメージセンサに入射するＸ線の比率を大きくすることが可能になる。

（Ｅ）上記（Ａ）−（Ｄ）において、回折格子として不等間隔回折格子を用いることで、平行に近い大きな（９０°近い）入射角で入射させたとき、収差補正がなされると共に、その回折光に対して垂直な結像面を実現できる。

本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの構成を示す構成図である。本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの主要部の構成を示す構成図である。本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの主要部の構成を示す構成図である。本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの主要部の構成を示す構成図である。本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの構成を示す構成図である。本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムで使用される要部の構成を示す構成図である。本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの状態を示す説明図である。本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの状態を示す説明図である。本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの構成を示す構成図である。本発明の実施形態を適用したＸ線検出システムの構成を示す構成図である。

以下、図面を参照して本発明の画像形成装置を実施するための形態（実施形態）を詳細に説明する。

〈第１実施形態〉
まず図１と図２を参照して第１実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。

なお、この図１においては、鏡筒や架台などの各部を保持するための既知の基本的部材、真空を保持する機構部分などについては省略し、実施形態の特徴部分の配置を中心に示した状態で示している。

電子線照射部１０は、走査電子顕微鏡の鏡筒部分に設けられ、試料２０に対して電子線を照射する。

Ｘ線集光ミラー部３０は、試料２０から放出される特性Ｘ線を、２枚のミラーで集光させて回折格子４０方向に導く。ここで、Ｘ線集光ミラー部３０で集光させることにより、回折格子４０に入射する特性Ｘ線の強度を増加させて、測定時間の短縮、スペクトルのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

回折格子４０は、Ｘ線集光ミラー部３０により集光された特性Ｘ線を受けて、エネルギーに応じて回折状態が異なる回折Ｘ線を生じさせる。この回折格子４０は、収差補正のために不等間隔の溝が形成されており、このような不等間隔回折格子は、大きな入射角（回折格子面（図１のＹ軸）に平行に近い角度（９０°に近い入射角））で入射させたとき、回折光の焦点をローランド円上ではなく、光線にほぼ垂直な平面（イメージセンサ７０（７０Ａ、７０Ｂ）の受光面：図１のＸＺ平面））上に作るように設計される。

スプリッタ５０は、回折Ｘ線のエネルギー分散方向（図１のＺ方向）と直交方向（図１のＸ方向）の複数の位置に回折Ｘ線の結像面を振り分けるように、回折格子４０からの回折Ｘ線の進行を振り分ける。

スプリッタ５０は、図２（ａ）に示すように、回折Ｘ線を反射させるミラー５１により管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部（導入部５０Ａ、分岐部５０Ｂ、分岐出力部５０Ｃ１、分岐出力部５０Ｃ２）と、管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部（５０Ｂ）において回折Ｘ線の進行を振り分ける可動ミラー部５３と、可動ミラー部５３を駆動する可動ミラー駆動部５２と、各種の判定条件により可動ミラー部５３の位置を制御するよう可動ミラー駆動部５２に指示を与える制御部５４と、を備えて構成される。

また、スプリッタ５０として、図２（ｄ）に示すように、分岐部５０Ｂと分岐出力部５０Ｃ１を折り曲げずに一体に構成して分岐部５０Ｂ１とすると共に、分岐部５０Ｂと分岐出力部５０Ｃ２を折り曲げずに一体に構成して分岐部５０Ｂ２とすることも可能である。この場合、折り曲げ箇所が少なくなり、スプリッタ５０内でのＸ線通過損失が小さくなるという利点を有する。

なお、以下の説明では、図２（ａ）に示すスプリッタ５０を具体例にして説明を続けるが、それぞれの場合において図２（ｄ）の形状のスプリッタ５０に置換することが可能である。

イメージセンサ７０（７０Ａ、７０Ｂ）は、異なるエネルギー領域の回折Ｘ線を検出するため、軟Ｘ線に感度を有するＸ線用の高エネルギー感度特性／低エネルギー感度特性の２種類のＣＣＤカメラあるいはＸ線用のＣＭＯＳカメラである。望ましくは、背面照射型のＸ線用ＣＣＤカメラで構成されている。このイメージセンサ７０は、その受光面が回折Ｘ線の結像面に一致するように位置調整がなされる。

ここでは、イメージセンサ７０Ａが、スプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ１側の結像面に取り付けられ、イメージセンサ７０Ｂが、スプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ２側の結像面に取り付けられている。なお、イメージセンサ７０Ａと７０Ｂとで、それぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておく。

以上の構成において、エネルギー値、使用する回折格子４０の種類、試料２０の材質（カソードルミネッセンスを発生しやすいか否かなど）、使用しているＸ線ウィンドウの種類、特性Ｘ線とカソードルミネッセンスの信号強度比などの判定条件を参照し、予め定められた判定条件を用いて制御部５４が、可動ミラー駆動部５２に対して動作指示を与える。

たとえば、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ａでの測定を決定した場合には、図２（ｂ）に示すように、可動ミラー駆動部５２に指示を与えて可動ミラー部５３によって分岐出力部５０Ｃ２を塞ぐように動作させる。これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ１側に導かれて、イメージセンサ７０Ａの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ａによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。

一方、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ｂでの測定を決定した場合には、図２（ｃ）に示すように、可動ミラー駆動部５２に指示を与えて可動ミラー部５３によって分岐出力部５０Ｃ１を塞ぐように動作させる。これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ２側に導かれて、イメージセンサ７０Ｂの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ｂによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。

なお、ここでは、可動ミラー部５３の動きがわかりやすいように、分岐出力部が閉じた状態でも可動ミラー部５３との間に隙間が生じた状態で示しているが、できる限り隙間や段差が生じないように構成することが望ましい。

以上のように、イメージセンサ７０Ａと７０Ｂとで、それぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておき、スプリッタ５０で回折Ｘ線の振り分けを行うことで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することができる。

〈第２実施形態〉
ここで図３を参照して第２実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。なお、この図３において、図１や図２と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。

この第２実施形態では上述した第１実施形態とスプリッタ５０の振り分け数が異なっている。すなわち、この図３に示されたスプリッタ５０は、回折Ｘ線のエネルギー分散方向（図１のＺ方向）と直交方向（図１のＸ方向）の３つの位置に回折Ｘ線の結像面を振り分けるように、回折格子４０からの回折Ｘ線の進行を振り分ける。

ここで、スプリッタ５０は、回折Ｘ線を反射させるミラー５１により管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部（導入部５０Ａ、分岐部５０Ｂ、分岐出力部５０Ｃ１、分岐出力部５０Ｃ２、分岐出力部５０Ｃ３）と、管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部（５０Ｂ）において回折Ｘ線の進行を振り分ける可動ミラー部５３（５３ａ、５３ｂ）と、可動ミラー部５３を駆動する可動ミラー駆動部５２（５２ａ、５２ｂ）と、各種の判定条件により可動ミラー部５３の位置を制御するよう可動ミラー駆動部５２に指示を与える制御部５４と、を備えて構成される。

イメージセンサ７０（７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）は、異なるエネルギー領域の回折Ｘ線を検出するため、軟Ｘ線に感度を有するＸ線用の高／中／低エネルギー感度特性の３種類のＸ線用のＣＣＤカメラあるいはＸ線用のＣＭＯＳカメラである。望ましくは、背面照射型のＸ線用ＣＣＤカメラで構成されている。このイメージセンサ７０は、その受光面が回折Ｘ線の結像面に一致するように位置調整がなされる。

ここでは、イメージセンサ７０Ａがスプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ１側の結像面に取り付けられ、イメージセンサ７０Ｂがスプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ２側の結像面に取り付けられ、イメージセンサ７０Ｃがスプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ３側の結像面に取り付けられ、ている。なお、イメージセンサ７０Ａ〜７０Ｃで、それぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておく。

たとえば、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ｃでの測定を決定した場合には、図３に示すように、可動ミラー駆動部５２ａと５２ｂとに指示を与えて可動ミラー部５３ａと５２ｂとによって分岐出力部５０Ｃ１と５０Ｃ２を塞ぐように動作させる。

これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ３側に導かれて、イメージセンサ７０Ｃの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ｃによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。

なお、ここでは、可動ミラー部５３ａ、５３ｂの動きがわかりやすいように、可動ミラー部５３ａ、５３ｂが閉じた状態でも隙間が生じた状態で示しているが、できる限り隙間や段差が生じないように構成することが望ましい。

以上のように、イメージセンサ７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃで、それぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておき、スプリッタ５０で回折Ｘ線の振り分けを行うことで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することができる。なお、スプリッタ５０による振り分けを４以上にすることも可能である。

〈第３実施形態〉
ここで図４を参照して第３実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。なお、この図４において、図１−図３と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。

この第３実施形態では上述した第１〜第２実施形態とスプリッタ５０の振り分け構造が異なっている。

すなわち、この図４（ａ）に示されたスプリッタ５０は、結像面（ＸＺ平面）内において１２０°毎の３つの位置に回折Ｘ線の結像面を振り分けるように、回折格子４０からの回折Ｘ線の進行を振り分ける。

ここで、スプリッタ５０は、回折Ｘ線を反射させるミラー５１により管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部（導入部５０Ａ、分岐部５０Ｂ、分岐出力部５０Ｃ１、分岐出力部５０Ｃ２、分岐出力部５０Ｃ３）と、管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部（５０Ｂ）において回折Ｘ線の進行を振り分けるべくいずれかの位置で回折Ｘ線を透過させる回転選択式シャッタ５５（図４（ｂ）−（ｄ）参照）と、回転選択式シャッタ５５を駆動する駆動部（図示せず）と、各種の判定条件により回転選択式シャッタ５５の回転位相を制御するよう駆動部に指示を与える制御部５４と、を備えて構成される。

以上の構成において、エネルギー値、使用する回折格子４０の種類、試料２０の材質（カソードルミネッセンスを発生しやすいか否かなど）、使用しているＸ線ウィンドウの種類、特性Ｘ線とカソードルミネッセンスの信号強度比などの判定条件を参照し、予め定められた判定条件を用いて制御部５４が、可動ミラー駆動部に対して回転指示を与える。

たとえば、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ａでの測定を決定した場合には、図４（ｂ）に示すように、駆動部に指示を与えて回転選択式シャッタ５５の開口部５５ｈを分岐出力部５０Ｃ１に合わせるように動作させる。これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ１側に導かれて、イメージセンサ７０Ａの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ａによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。

また、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ｂでの測定を決定した場合には、図４（ｃ）に示すように、駆動部に指示を与えて回転選択式シャッタ５５の開口部５５ｈを分岐出力部５０Ｃ２に合わせるように動作させる。これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ２側に導かれて、イメージセンサ７０Ｂの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ｂによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。

更に、以上の判定条件に基づいて、制御部５４がイメージセンサ７０Ｃでの測定を決定した場合には、図４（ｄ）に示すように、駆動部に指示を与えて回転選択式シャッタ５５の開口部５５ｈを分岐出力部５０Ｃ３に合わせるように動作させる。これにより、スプリッタ５０の導入部５０Ａから入射した回折Ｘ線は、分岐部５０Ｂから分岐出力部５０Ｃ３側に導かれて、イメージセンサ７０Ｃの受光面に結像し、イメージセンサ７０Ｃによって試料２０による回折Ｘ線のスペクトルが採取されて測定される。

以上のように、イメージセンサ７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃでそれぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを配置しておき、スプリッタ５０と回転選択式シャッタ５５とで回折Ｘ線の振り分けを行うことで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することができる。なお、スプリッタ５０と回転選択式シャッタ５５とによる振り分けを４以上にすることも可能である。

〈第４実施形態〉
ここで図５を参照して第４実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。なお、この図５において、図１と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。

この第４実施形態では上述した第１実施形態とスプリッタ５０後のイメージセンサ７０部分の接続が異なっている。

すなわち、この図５に示された第４実施形態において、電子線照射部１０、試料２０、Ｘ線集光ミラー部３０、回折格子４０、スプリッタ５０、スプリッタ５０の一方の分岐出力部５０Ｃ１側のイメージセンサ７０Ａ、の部分は第１実施形態と同じである。

一方、スプリッタ５０の他方の分岐出力部５０Ｃ２側には、マイクロチャンネルプレート６０が接続され、マイクロチャンネルプレート６０の出力側にイメージセンサ７０Ｂが接続されている。

ここで、電子線が照射された試料２０から放出される特性Ｘ線を回折格子４０で受けて回折Ｘ線を生じさせ、スプリッタ５０で振り分けた後、該回折Ｘ線の結像面にマイクロチャンネルプレート６０の入力面を配置すると共に、該マイクロチャンネルプレート６０の出力面側にイメージセンサ７０Ｂを配置している。

また、マイクロチャンネルプレート６０は、微小な光電子増倍管を多数束ねた構造になっており、入力面に軟Ｘ線が入射すると電子が飛び出し、この電子が各チャンネルの壁に当たってアバランシェ効果により電子が増幅され、出力面側に設けられた蛍光面を光らせる構成になっている。

このため、マイクロチャンネルプレート６０の出力面側の蛍光面の蛍光に感度を有するイメージセンサ７０Ｂを配置する。このようなマイクロチャンネルプレート６０の光電子増倍効果を採用することで、非常に高感度な測定が可能になる。

図６は蛍光面を有する状態で構成されたマイクロチャンネルプレート６０の構成の一例を示す説明図である。ここでは、回折Ｘ線を増幅するマイクロチャンネルプレート６１ａと６１ｂの２段構成になっており、出力側にはマイクロチャンネルプレート６１ｂの出力光を受けて蛍光を発する蛍光面６２が配置されている。

なお、マイクロチャンネルプレート６１ａ，６１ｂに印加する電圧Ｖ１を可変とすることで増幅率を調整することが可能であり、また、蛍光面６２に印加する電圧Ｖ２を可変とすることで蛍光状態を調整することが可能である。また、マイクロチャンネルプレート６１ａ，６１ｂは、２段階増幅とすることで、１段のみで電圧を上げた場合よりも低ノイズの増幅が可能となる。

以上のように、イメージセンサ７０Ａと、マイクロチャンネルプレート６０を介したイメージセンサ７０Ｂとを配置しておき、スプリッタ５０で回折Ｘ線の振り分けを行うことで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することができる。また、上述した第２実施形態や第３実施形態のスプリッタ５０の分岐出力部のいずれかに、この第４実施形態で示したマイクロチャンネルプレート６０を採用することも可能である。

〈第５実施形態〉
ここで図７を参照して第５実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。なお、この図７において、図１や図５と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。

この第５実施形態では上述したマイクロチャンネルプレート６０を用いた第４実施形態からスプリッタ５０とイメージセンサ７０Ａを除いた構成になっている。すなわち、特開２００２−３２９４７３号公報などに示されるＸ線検出システムにおいて、イメージセンサ７０の前にマイクロチャンネルプレート６０を設けたことを特徴としている。

ここでは、電子線が照射された試料２０から放出される特性Ｘ線を回折格子４０で受けて回折Ｘ線を生じさせ、該回折Ｘ線の結像面にマイクロチャンネルプレート６０の入力面を配置すると共に、該マイクロチャンネルプレート６０の出力面側にイメージセンサ７０を配置している。このため、マイクロチャンネルプレート６０の出力面側の蛍光面の蛍光に感度を有するイメージセンサ７０を配置する。このようなマイクロチャンネルプレート６０の光電子増倍効果を採用することで、非常に高感度な測定が可能になる。

そして、図８（ａ）に示すように、マイクロチャンネルプレート６０の波長−量子化効率特性は、一例として、軟Ｘ線波長領域では８％、カソードルミネッセンスの波長領域では０．８％と、１０倍程度の大きな違いがある。この結果、イメージセンサ７０の直前にマイクロチャンネルプレート６０を設けたＸ線検出システムでは、カソードルミネッセンスを軟Ｘ線に対して１／１０に低減することが可能になる。すなわち、マイクロチャンネルプレート６０は、カソードルミネッセンス領域の量子効率より軟Ｘ線領域の量子効率が高い特性を有するものであり、カソードルミネッセンスが発生していても、イメージセンサ７０に入射するＸ線の比率を大きくすることが可能になる。

発明者らが実験したところ、カソードルミネッセンスなどの迷光の影響を受けた状態での回折Ｘ線の測定結果のイメージを示すと図８（ｂ）のようであった。これに対し、この第５実施形態のマイクロチャンネルプレート６０によるカソードルミネッセンスの低減効果を伴う回折Ｘ線の測定結果は、試料２０に対する電子線の照射や回折格子４０は同一であるにもかかわらず、図８（ｃ）のように、非常に鮮明に回折光の様子（エネルギー分布）が確認できた。

なお、この第５実施形態ではスプリッタ５０を用いていない状態であるが、第４実施形態のようにスプリッタ５０を使用してマイクロチャンネルプレート６０を使用した場合であっても、同様にカソードルミネッセンスなどの迷光の影響を低減した状態のＸ線検出が可能になる。

〈第６実施形態〉
ここで図９を参照して第６実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。なお、この図９において、他の図面と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。

この第６実施形態では上述した第４実施形態と同様にマイクロチャンネルプレート６０をイメージセンサ７０Ｂの直前に配置している。

ここで、以上のマイクロチャンネルプレート６０を回折Ｘ線の進行方向に対して傾斜した状態に保持する管状の傾斜保持部６１を配置する。なお、この傾斜保持部６１は、Ｘ線を反射するミラーにより構成するものであり、分岐出力部５０Ｃ２と一体に、すなわち、分岐出力部５０Ｃ２の出射側端面を傾斜させて構成してもよい。さらに、マイクロチャンネルプレート６０を回動可能な状態で保持する回動保持部６２を配置する。なお、傾斜保持部６１と回動保持部６２とを一体的に構成し、傾斜回動保持部としてもよい。また、マイクロチャンネルプレート６０を所定の回転角で回転させる回動制御部（図示せず）を設ける。

一般にマイクロチャンネルプレート６０を構成する多数の微小な光電子増倍管はバイアス角と呼ばれる若干の傾斜角を有しており、入射光に対して角度依存の感度特性を有している。そこで、このマイクロチャンネルプレート６０のバイアス角をカバーするように傾斜保持部６１の傾斜角を定め、傾斜させた状態でマイクロチャンネルプレート６０を回転させることにより、マイクロチャンネルプレート６０の最適感度を得られる角度で回折Ｘ線をマイクロチャンネルプレート６０に入射させることが可能になる。

なお、この第６実施形態では、スプリッタ５０の分岐出力部５０Ｃ２側にマイクロチャンネルプレート６０を配置したものを示したが、第５実施形態のようにスプリッタ５０を使用しないＸ線検出システムにおいてもマイクロチャンネルプレート６０の傾斜回転により良好な感度特性を得ることができる。

〈第７実施形態〉
ここで図１０を参照して第７実施形態のＸ線検出システムの構成を説明する。

なお、この第７実施形態は複数の回折格子４０を選択可能にした構成を示しており、上述した第１〜第６実施形態のそれぞれに適用することが可能である。

以上の各実施形態ではスプリッタ５０を使用して複数のイメージセンサ７０でそれぞれに異なるエネルギー感度特性のイメージセンサを選択使用することで、または、マイクロチャンネルプレート６０を使用することで、幅広いエネルギー領域の測定が可能なＸ線検出システムを実現することができた。

このため、このような幅広いエネルギー領域の測定に合わせて、複数の回折格子４０を選択使用して、必要な分解能、被測定エネルギー範囲の違いなどに対応できることが望ましい。

そこで、図１０（ａ）に示すように、Ｘ方向に移動可能な回折格子保持部４１と、この回折格子保持部４１上にＸ方向に平面的に配置した複数の回折格子４０（回折格子４０_1、回折格子４０_2、回折格子４０_3、回折格子４０_4）を用意する。そして、図示しない駆動機構と制御部とによって、回折格子４０_1、回折格子４０_2、回折格子４０_3、回折格子４０_4のいずれかが試料２０からの特性Ｘ線を回折させるように、Ｘ方向の駆動制御を行う。これにより、幅広いエネルギー領域の測定に合わせて、複数の中から適した回折格子４０_1〜４０_4のいずれかを選択使用できる。

一方、図１０（ｂ）に示すように、Ｚ方向に移動可能な回折格子保持部４１ａ，４１ｂと、この回折格子保持部４１ａ，４１ｂによりＺ方向に積層状態で保持された複数の回折格子４０（回折格子４０_1、回折格子４０_2、回折格子４０_3、回折格子４０_4）を用意する。そして、図示しない駆動機構と制御部とによって、回折格子４０_1、回折格子４０_2、回折格子４０_3、回折格子４０_4のいずれかが試料２０からの特性Ｘ線を回折させるように、Ｚ方向の駆動制御を行う。これにより、幅広いエネルギー領域の測定に合わせて、複数の中から適した回折格子４０_1〜４０_4のいずれかを選択使用できる。

なお、図１０（ｂ）の場合には、積層保持する回折格子４０に対して、入射側と出射側とに開口を設ければ、異なる形状の回折格子保持部であってもよい。

また、図１０（ａ）（ｂ）に示した４枚の回折格子４０は一例であり、２枚、３枚、あるいは５枚以上の回折格子４０を選択使用することも可能である。また、２枚の回折格子４０を使用する場合には、回折格子保持部４１（図１０（ａ））の両面に貼付し、回折格子保持部４１を反転させることで、使用する回折格子４０を切り替えることも可能である。

１０電子線照射部
２０試料
３０Ｘ線集光ミラー部
４０回折格子
５０スプリッタ
６０マイクロチャンネルプレート
７０イメージセンサ

Claims

試料に対して電子線を照射する電子線照射部と、
電子線が照射された前記試料から放出される特性Ｘ線を受けて回折Ｘ線を生じさせる回折格子と、
前記回折Ｘ線のエネルギー分散方向と直交方向の複数の位置に前記回折Ｘ線の結像面を振り分けるように前記回折Ｘ線の進行を振り分けるスプリッタと、
前記スプリッタにより振り分けられた複数の結像面のそれぞれに配置された異なるエネルギー感度特性の複数のイメージセンサと、
を有することを特徴とするＸ線検出システム。
前記スプリッタは、
前記回折Ｘ線を反射させるミラーにより管形状に構成された管形状Ｘ線導光ミラー部と、
前記管形状Ｘ線導光ミラー部の分岐部分において前記回折Ｘ線の進行を振り分ける可動ミラー部と、
前記可動ミラー部の位置を制御する可動ミラー制御部と、を備える、
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線検出システム。
前記複数のイメージセンサは、
高エネルギー感度特性側はＸ線用イメージセンサであり、
低エネルギー感度特性側は、マイクロチャンネルプレートを受光面側に備えたイメージセンサである、
ことを特徴とする請求項１−２のいずれか一項に記載のＸ線検出システム。
前記マイクロチャンネルプレートは、
カソードルミネッセンス領域の量子効率より軟Ｘ線領域の量子効率が高い特性を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載のＸ線検出システム。
前記マイクロチャンネルプレートを前記回折Ｘ線の進行方向に対して傾斜した状態であって回動可能な状態で保持する傾斜回動保持部と、
前記傾斜回動保持部により保持された前記マイクロチャンネルプレートを回動させる回動制御部と、
を有することを特徴とする請求項３−４のいずれか一項に記載のＸ線検出システム。
前記回折格子は不等間隔回折格子である、
ことを特徴とする請求項１−５のいずれか一項に記載のＸ線検出システム。