JP7245885B2

JP7245885B2 - Ｘ線検出装置及び方法

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Publication number: JP7245885B2
Application number: JP2021168081A
Authority: JP
Inventors: 孝訓村野
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2041-10-13
Also published as: JP2022085853A

Description

本発明は、Ｘ線検出装置及び方法に関し、特に、ミラーユニットを有するＸ線検出装置に関する。

近年、軟Ｘ線領域に属する特性Ｘ線を測定するＸ線検出装置が注目されている。軟Ｘ線領域は、例えば、数百ｅＶ以下の領域である。軟Ｘ線領域に属する特性Ｘ線のスペクトルを観測及び解析することにより、原子における価電子帯の状態、具体的には、原子間の化学的結合状態、を解明し得る。例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）等に対し、Ｘ線検出装置としての軟Ｘ線分光計が設けられる。

軟Ｘ線分光計は、ミラーユニット、分光デバイス、検出器、等を有する。試料上の観測点（測定点）に対して電子線が照射されると、観測点からその周囲へ様々な信号が放出される。それらの信号には、軟Ｘ線領域に属する特性Ｘ線が含まれる。観測点から放出された特性Ｘ線は、集光作用を発揮するミラーユニットを経由して、分光デバイスへ到達する。分光デバイスにおいて、入射Ｘ線から、波長分布に従って空間的に広がった分散出射Ｘ線が生じ、その分散出射Ｘ線が検出器で検出される。検出器では、複数のエネルギーに対応した複数の検出値が得られる。複数の検出値に基づいて特性Ｘ線スペクトルが生成される。

特許文献１には、連続的に変化する間隔をもって形成された複数の溝を備える回折格子（グレーティング）が開示されている。回折格子と観測点の間にはミラーユニットが設けられている。観測点とミラーユニットの間に、ミラーユニットの機能を部分的に制限するような部材は設けられていない。

特開２０１２－５８１４６号公報

Ｘ線分光機能を有するＸ線検出装置においては、分光デバイスへ到達するＸ線の量を増大させるために、分光デバイスの前段にミラーユニットが設けられる。ミラーユニットにおける反射面の形状として、収差の発生を防止できる形状を採用するのが望ましいが、コスト等を考慮すると、実際のところ、反射面の形状を理想的なものにすることは困難である。

分光デバイスが、特性の異なる複数の回折格子を備えており、それらの回折格子を切り替えて使用する場合、回折格子ごとにそれ専用のミラーユニットを設けることが望まれる。しかし、コストやスペースの問題から、複数の回折格子に対して共用される単一のミラーユニットを固定的に配置するのが一般的となる。その場合、複数の回折格子それら全部について収差の発生を抑制することはかなり困難である。

本発明の目的は、Ｘ線分光機能を有する検出装置において、ミラーユニットに起因する収差を軽減することにある。あるいは、本発明の目的は、複数の回折格子に対して機能する単一のミラーユニットを設ける場合に、ミラーユニットにおいて、選択された回折格子に適合した集光作用が発揮されるようにすることにある。

本発明に係るＸ線検出装置は、試料上の観測点から放出されたＸ線に対して集光を行うミラーユニットと、前記ミラーユニットから出たＸ線に対して分光を行い、これにより空間的に広がった分散Ｘ線を生成する分光デバイスと、前記分散Ｘ線を検出するＸ線検出器と、前記観測点と前記ミラーユニットとの間に設けられ、前記ミラーユニットが有する反射面を部分的に覆うことにより、前記反射面で反射して前記分光デバイスへ達する反射Ｘ線を限定するマスク部材と、を含むことを特徴とする。

本発明に係るＸ線検出方法は、試料上の観測点から放出されたＸ線に対してミラーユニットにより集光を行う工程と、前記ミラーユニットから出たＸ線に対して分光デバイスにより分光を行い、これにより空間的に広がった分散Ｘ線を生成する工程と、前記分散Ｘ線を検出する工程と、前記観測点と前記ミラーユニットとの間において、前記ミラーユニットが有する反射面の内で収差を引き起こす部分をマスク部材で覆うことにより、前記反射面で反射して前記分光デバイスへ達する反射Ｘ線を限定する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ線分光機能を有する検出装置において、ミラーユニットに起因する収差を軽減できる。あるいは、本発明によれば、複数の回折格子に対して機能する単一のミラーユニットを設ける場合に、ミラーユニットにおいて、選択された回折格子に適合した集光作用を発揮させることが可能となる。

実施形態に係るＸ線検出装置の構成例を示す図である。ミラーユニットの斜視図である。ミラーユニットの側面図である。第１回折格子を使用する場合におけるミラーユニットの作用を示す図である。第２回折格子を使用する場合におけるミラーユニット及びマスク部材の作用を示す図である。マスク部材の構成及び作用を説明するための図である。前段ミラーにおいてマスク部材により覆われる部分を例示する図である。実施形態における各構成要素の動作又は作用を示す図である。第１変形例を示す図である。第２変形例を示す図である。第１変形例及び第２変形例における各構成要素の動作又は作用を示す図である。第３変形例を示す図である。第３変形例における各構成要素の動作又は作用を示す図である。第４変形例を示す図である。第４変形例における各構成要素の動作又は作用を示す図である。第５変形例を示す図である。第６変形例を示す図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）実施形態の概要
実施形態に係るＸ線検出装置は、ミラーユニット、分光デバイス、Ｘ線検出器、及び、マスク部材を有する。ミラーユニットは、試料上の観測点から放出されたＸ線に対して集光を行う。分光デバイスは、ミラーユニットから出たＸ線を分光し、これにより空間的に広がった分散Ｘ線を生成する。Ｘ線検出器は分散Ｘ線を検出する。マスク部材は、観測点とミラーユニットとの間に設けられ、ミラーユニットが有する反射面を部分的に覆うことにより、反射面で反射して分光デバイスへ達する反射Ｘ線を限定する。

上記構成によれば、反射面の内で収差等の問題を引き起こす部分をマスク部材で覆って当該部分を無効化することが可能となる。これにより、集光作用による感度増大を図りつつ、収差等の問題が生じることを防止又は軽減できる。マスク部材の配置を前提として反射面の形態を簡素化することも可能となる。例えば、特性の異なる複数の回折格子に対してそれらに共通のミラーユニットを配置しなければならない場合において、マスク部材が効果的に機能する。マスク部材は一般に簡易な部材であるから、上記構成の採用に伴って、Ｘ線検出装置が大きく複雑化することもない。

マスク部材はＸ線に対して作用するものであり、つまりＸ線遮蔽作用をもった部材である。検出されるＸ線として、軟Ｘ線としての特性Ｘ線が挙げられるが、それ以外のＸ線が検出対象となってもよい。分光デバイスは、回折格子、結晶等の分光素子を備える。試料に対して、電子ビーム、イオンビーム、Ｘ線ビーム等を照射することにより、試料から特性Ｘ線が生成される。

実施形態において、分光デバイスは、選択的に使用される第１回折格子及び第２回折格子を含む。第１回折格子は、その使用時に第１位置に配置される。第２回折格子は、その使用時に第１位置から第１方向へシフトした第２位置に配置される。マスク部材により、第２回折格子に到達する反射Ｘ線が限定される。

第１回折格子の使用時及び第２回折格子の使用時において同じミラーユニットが用いられる場合、そのミラーユニットにおいて両方の回折格子に対して適切な集光作用を発揮させることは通常難しい。特定の回折格子との関係で、反射面の内で特定の部分が大きな収差を発生させてしまうこともある。それを避けるために当該部分を除外することは難しいし、仮に当該部分を除外した場合には他の回折格子を使用する場合に集光作用が低減してしまう。特定の回折格子が使用される場合に限り、当該部分が無効化されれば集光作用と収差低減とを両立させることが可能となる。上記構成はそのような考え方に基づくものである。

第１位置と第２位置は互いにシフトした空間的関係にあるので、観測点から反射面を経て第１回折格子へ到達する第１の反射Ｘ線の軌道と、観測点から反射面を経て第２回折格子へ到達する第２の反射Ｘ線の軌道も、第１方向にシフトした空間的関係にある。そのような軌道シフトを利用して、第２回折格子の使用時にマスク部材を選択的に機能させ得る。例えば、マスク部材の形態として、第１方向における第１範囲内においてＸ線を通過させ、それに隣接する第２範囲内においてＸ線の通過を阻止する形態を採用してもよい。

実施形態において、ミラーユニットは、第１方向に直交する第２方向に離れた２つの前段ミラーを有する前段サブユニットと、第２方向に離れた２つの後段ミラーを有する後段サブユニットと、を含む。すなわち、ミラーユニットの反射面は、２つの前段ミラー及び２つの後段ミラーを含む。マスク部材は、第１回折格子の使用時には機能せず、第２回折格子の使用時に、第２回折格子に到達する反射Ｘ線が限定されるように、各前段ミラーの全部又は一部を覆う。実施形態において、前段サブユニットは前段ミラー板対であり、後段サブユニットは後段ミラー板対である。

第２方向において、２つの後段ミラーの外側で２つの前段ミラーが機能する。このため、２つの前段ミラーで反射する反射Ｘ線に起因する収差は、２つの後段ミラーで反射する反射Ｘ線に起因する収差よりも大きくなる。それを考慮し、上記構成は、各前段ミラーをマスク対象とするものである。

実施形態において、第１回折格子が回折作用を発揮する第１エネルギー範囲は、第２回折格子が回折作用を発揮する第２エネルギー範囲よりも低い。その場合、第１回折格子は、相対的に見て波長の長いＸ線を担当するため、そこでの収差は相対的に見てあまり問題とならなくなる。第１回折格子の使用時には、２つの前段ミラー及び２つの後段ミラーの両方が機能する。その場合、収差はあまり問題とならない。一方、第２回折格子の使用時には、２つの前段ミラーの機能及び２つの後段ミラーの内で２つの前段ミラーの機能が制限される。この制限により２つの前段ミラーに起因する収差の発生が防止又は軽減される。例えば、第１エネルギー範囲の中心は、第２エネルギー範囲の中心よりも低い。

実施形態において、前段サブユニットは入口開口を有する。マスク部材は入口開口に設けられる。前段サブユニットの入口開口は、ミラーユニットの入口開口でもある。ミラーユニットに対してマスク部材を設ければ、両者の空間的関係を適正化し易くなる。

実施形態において、マスク部材は、第２方向に離れた一対のマスク板を有する。第２回折格子の使用時に、各マスク板が各前段ミラーの全部又は一部を覆う。一対のマスク板の間がＸ線を通過させる開口として機能する。２つのＸ線軌道に合わせて各マスク板の形態が最適化される。

実施形態において、マスク部材は、一対のマスク板の一方端部の間を連結する連結板を有する。この構成によれば、一対のマスク板が物理的に一体化されるので、それらの位置決めが容易となる。またマスク部材を移動させる構成を採用する場合にその移動も容易となる。

実施形態に係るＸ線検出装置は、移動機構を含む。移動機構は、収差抑制優先モードが選択された場合にマスク部材を入口開口に設置し、感度優先モードが選択された場合にマスク部材を入口開口から退避させる。この構成によれば、収差抑制を優先させるか感度を優先させるかに応じてマスク部材の機能のオンオフを切り替えられる。例えば、単一元素の分析を行う場合、感度優先モードが選択されてもよい。

実施形態に係るＸ線検出装置は、第１マスク部材及び第２マスク部材を有する。第１マスク部材は、試料を観測する際に機能するものである。第２マスク部材は、観測点と分光デバイスとの間に設けられ、校正時に機能するものであり、観測点からの直行Ｘ線が分光デバイスに達し且つ反射面からの反射Ｘ線が分光デバイスに達しないようにするものである。実施形態に係るＸ線検出装置は、更に、第１マスク部材と第２マスク部材とを選択的に機能させる機構を有する。その機構は、例えば、機械的な機構である。

Ｘ線検出装置の校正時に第２マスク部材を機能させれば、校正精度を高められる。第２マスク部材が、観測点とミラーユニットとの間に設けられてもよいし、ミラーユニットの中に設けられてもよい。例えば、前段サブユニットと後段サブユニットの間に第２マスク部材が設けられてもよい。第２マスク部材がミラーユニットの中に設けられる場合、観測点から反射面へ向かうＸ線及び反射面から出る反射Ｘ線の両方が第２マスク部材により遮断され得る。

実施形態に係るＸ線検出方法は、集光工程、分光工程、検出工程、及び、マスク工程を有する。集光工程では、試料上の観測点から放出されたＸ線に対してミラーユニットにより集光が行われる。分光工程では、ミラーユニットから出たＸ線が分光デバイスにより分光され、これにより空間的に広がった分散Ｘ線が生成される。検出工程では、分散Ｘ線が検出される。マスク工程では、観測点とミラーユニットとの間において、ミラーユニットが有する反射面の内で収差を引き起こす部分がマスク部材で覆われる。これにより反射面で反射して分光デバイスへ達する反射Ｘ線が限定される。

上記のＸ線検出方法において、反射面の全部を覆うマスク部材を設ける変形例が考えられる。例えば、校正時や組立時にそのようなマスク部材を使用してもよい。Ｘ線検出装置に対して回折格子へ直接向かうＸ線（直行Ｘ線）の全部を遮断するマスク部材を設ける変形例も考えられる。例えば、ミラーユニットの調整時や組立時にそのようなマスク部材を使用してもよい。Ｘ線検出装置に対し、それ自身の設置位置（例えば設置高さ）に応じて異なる機能を発揮するマスク部材を設け、設置位置の選択によりマスク部材の機能を選択してもよい。それらの変形例は、それぞれ独立した特徴事項を構成し得る。

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る試料観測システムの構成例が示されている。試料観測システムは、走査電子顕微鏡１０及び軟Ｘ線分光計１２を有する。軟Ｘ線分光計１２はＸ線検出装置の一種である。

走査電子顕微鏡１０は、鏡筒１４を有する。鏡筒１４内には、電子銃、偏向レンズ、対物レンズ等が設けられている。鏡筒１４の下側にはハウジング１６が設けられ、その内部は試料室１８である。試料室１８内には可動ステージ２０が配置されている。可動ステージ２０に対して、試料２４を保持したホルダ２２が固定されている。試料２４上の観測点２７に対して電子線２６が照射されると、観測点２７から複数の信号が放出される。複数の信号には、二次電子、反射電子、特性Ｘ線等が含まれる。軟Ｘ線分光計１２は、特性Ｘ線（特に軟Ｘ線領域に属する特性Ｘ線）の分光及び検出を行うものである。軟Ｘ線は、例えば、３００ｅＶ以下、２００ｅＶ以下又は１００ｅＶ以下のエネルギーを有するＸ線である。なお、測定範囲の下限は、例えば、数十ｅＶであり、具体的には、３０ｅＶ、４０ｅｖ又は５０ｅＶである。実際には、使用する回折格子の特性によって分光可能なエネルギー範囲つまり測定可能なエネルギー範囲が決まる。

軟Ｘ線分光計１２は、ミラーユニット３２、分光器（分光デバイス）３４、及び、検出部３６を有する。実施形態においては、軟Ｘ線分光計１２は、更にマスク部材３０を有している。その詳細については後に説明する。

ミラーユニット３２は、実施形態において、Ｘ線進行方向に並んだ複数のサブユニットにより構成され、具体的には、前段サブユニット及び後段サブユニットにより構成される。ミラーユニット３２による集光作用により、Ｘ線の検出感度、具体的には、分光器３４へ向かうＸ線の強度を増大できる。その詳細については後に説明する。

分光器３４は、図示の構成例において、第１回折格子４０及び第２回折格子４２を備えている。それらが選択的に使用される。第１回折格子４０が使用される場合、それが第１位置に設けられる。その場合、第２回折格子４２は待機位置に設けられる。第２回折格子４２が使用される場合、それが第１位置とは異なる第２位置に設けられる。その場合、第１回折格子４０は待機位置に設けられる。

分光器３４は、交換機構４４を有する。交換機構４４は、第１回折格子（第１グレーティング）４０及び第２回折格子（第２グレーティング）４２を搭載した部材（ターンテーブル、スライダ等）を有する。また、その部材を駆動する駆動源を有する。

図１においては、第１回折格子４０の使用状態が示されている。第１回折格子４０及び第２回折格子４２は、それぞれ、連続的に変化する間隔をもって形成された複数の溝を有している。間隔を不均等とすることにより収差の発生が抑制されている。第１回折格子４０は、例えば、５０－１７０ｅＶ、又は、１００－４００ｅＶのエネルギー範囲において機能する。第２回折格子４２は、７０－２１０ｅＶ、又は、３５０－２３００ｅＶのエネルギー範囲において機能する。以上挙げた幾つかのエネルギー範囲には軟Ｘ線領域を超える領域までをカバーするものが含まれる。なお、本願明細書において挙げる数値はいずれも例示に過ぎないものである。

図１において、符号２８は、観測点２７から第１回折格子４０へ向かうＸ線（入射Ｘ線）を示している。実際には、第１回折格子４０に到達するＸ線には、ミラーユニット３２が有する反射面の作用を受けない直行Ｘ線と、ミラーユニット３２が有する反射面での反射により生じた反射Ｘ線とが含まれる。図１において、符号４８は、第１回折格子４０から出た出射Ｘ線を示している。出射Ｘ線４８は空間的に広がった分散Ｘ線である。すなわち、第１回折格子４０において波長ごとにＸ線成分が分離され、各Ｘ線成分がそれぞれ異なる角度で出射する。複数のＸ線成分それら全体が分散Ｘ線である。図１において、符号４６は第１回折格子４０の中心を通る法線を示しており、αは入射角度を示し、βは出射角度を示している。

以上の説明においては第１回折格子４０の使用を前提としたが、第２回折格子４２が使用される場合にも上記同様の説明が成り立つ。第１回折格子４０を使用する場合における入射角度条件及び第２回折格子４２を使用する場合における入射角度条件は互いに異なっている。

検出部３６は、検出器５０及びコントローラ５２により構成される。検出器５０は、例えば、二次元配列された複数の検出セルからなるＣＣＤ検出器で構成される。コントローラ５２は、検出器５０の動作を制御し、検出器５０の出力信号を処理した上で処理後の出力信号を情報処理装置へ出力する。情報処理装置において、入力された信号に基づいて、特性Ｘ線スペクトルが生成される。特性Ｘ線スペクトルに基づいて試料２４の定性解析及び定量解析が実行される。

図２には、マスク部材３０及びミラーユニット３２が示されている。まず、ミラーユニット３２について説明する。

図２においては、相対的に見て低いエネルギー範囲を担当する第１回折格子に対してｘ１軸及びｙ１軸が定義されている。それらは直交している。ｚ軸は、ｘ１軸及びｙ１軸に直交する軸であり、第１回折格子の法線に相当する。相対的に見て高いエネルギー範囲を担当する第２回折格子に対してｘ２軸及びｙ２軸が定義されている。それらは直交している。ｚ軸は、ｘ２軸及びｙ２軸に直交する軸であり、第２回折格子の法線に相当する。すなわち、第１回折格子が配置される第１位置からｚ方向にシフトした位置が、第２回折格子が配置される第２位置である。もっとも、第１回折格子の法線と第２回折格子の法線とを異ならせてもよい。

第１回折格子の形態は、実際には、緩やかな凹面であるが、それを平面で近似した場合に、その平面を定義する２つの軸がｘ１軸及びｙ１軸である。同様に、第２回折格子の形態も、実際には、緩やかな凹面であるが、それを平面で近似した場合に、その平面を定義する２つの軸がｘ２軸及びｙ２軸である。

第１回折格子の中心点がＣＬで示されており、第２回折格子の中心点がＣＨで示されている。それらの間の距離は実際には数ｍｍ程度であるが、図２においてはその距離が誇張表現されている。ＢＬは、観測点Ａから中心点ＣＬへ向かう軌道を示している。ＢＨは、観測点Ａから中心点ＣＨに向かう軌道を示している。軌道ＢＬに対して軌道ＢＨはｚ方向にシフトしている。

図２には、ミラーユニット３２が有する座標系も示されている。Ｘ軸はｘ１軸及びｘ２軸と並行である。Ｙ軸は、以下に説明する前段ミラー板対６０及び後段ミラー板対６２の並び方向である。Ｙ軸は、ｙ１軸及びｙ２軸に対してやや傾斜している。Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸に対して直交している。Ｚ軸はｚ軸に対してやや傾斜している。

ミラーユニット３２は、集光作用を発揮するミラーシステムである。既に説明したように、ミラーユニット３２は、前段ミラー板対６０及び後段ミラー板対６２を有する。それらはＹ方向に並んでいる。それらがｙ１方向又はｙ２方向に並んでいると理解してもよい。前段ミラー板対６０は、前段ミラー対６０Ａを有し、後段ミラー板対６２は、後段ミラー対６２Ａを有する。ミラーユニット３２が有する反射面は、前段ミラー対６０Ａ及び後段ミラー対６２Ａにより構成される。

より詳しくは、前段ミラー板対６０は、Ｘ軸の方向に離れて配置された２つのミラー板６８，７０により構成される。２つのミラー板６８，７０においてＸ線反射作用を発揮する２つの面が２つの前段ミラー６８Ａ，７０Ａである。上記の前段ミラー対６０Ａは、２つの前段ミラー６８Ａ，７０Ａにより構成される。

後段ミラー板対６２は、Ｘ軸の方向に離れて配置された２つのミラー板７２，７４により構成される。２つのミラー板７２，７４においてＸ線反射作用を発揮する２つの面が２つの後段ミラー７２Ａ，７４Ａである。上記の後段ミラー対６２Ａは、２つの後段ミラー７２Ａ，７４Ａにより構成される。

見方を変えると、前段ミラー６８Ａ及び後段ミラー７２Ａによりミラー列３００が構成され、前段ミラー７０Ａ及び後段ミラー７４Ａによりミラー列３０２が構成されている。前段ミラー６８Ａ及び後段ミラー７２Ａの接続部分が符号７６で示され、前段ミラー７０Ａ及び後段ミラー７４Ａの接続部分が符号７８で示されている。ミラー列３００において、前段ミラー６８Ａは、後段ミラー７２ＡよりもＹ軸に対して傾斜しており、同様に、ミラー列３０２において、前段ミラー６８Ａは、後段ミラー７２ＡよりもＹ軸に対して傾斜している。

軌道ＢＬ及び軌道ＢＨから見て、２つの前段ミラー６８Ａ，７０Ａは、２つの後段ミラー７２Ａ，７４Ａよりも外側に出るＸ線に対して反射作用を発揮する。それ故、観測点Ａから出て２つの前段ミラー６８Ａ，７０Ａで反射して回折格子へ向かうＸ線の軌道長は、観測点Ａから出て２つの後段ミラー７２Ａ，７４Ａで反射して回折格子へ向かうＸ線の軌道長よりも長くなる。換言すれば、２つの前段ミラー６８Ａ，７０Ａに起因して生じる収差は大きくなる。低いエネルギー範囲を担当する第１回折格子を使用する場合には、Ｘ線の波長が長くなるために、収差の問題がそれほど顕著にならないが、高いエネルギー範囲を担当する第２回折格子を使用する場合には、Ｘ線の波長が短くなるので、収差の問題が無視し得なくなる。

以上を踏まえ、実施形態においては、第２回折格子を使用する場合には、前段ミラー６８Ａ，７０ＡでＸ線の反射が生じないよう、それらに入射するＸ線を遮断するマスク部材３０を設けている。

具体的には、第１回折格子を使用する場合、軌道ＢＬが下方に位置し、マスク部材３０は実質的に見て機能しない。第１回折格子には、直行Ｘ線、後段ミラー７２Ａ，７４Ａで反射した反射Ｘ線、及び、前段ミラー６８Ａ，７０Ａで反射した反射Ｘ線が到達する。それらは第１回折格子での回折後に検出器に到達する。図２においては、後段ミラー７４Ａに入射するＸ線が符号８０Ａで示され、後段ミラー７４Ａで反射したＸ線が符号８０Ｂで示されている。

一方、第２回折格子を使用する場合、軌道ＢＨが上方に位置し、マスク部材３０が機能する。観測点Ａから見て、前段ミラー６８Ａ，７０Ａはマスク部材３０によりマスクされ、つまり、前段ミラー６８Ａ，７０Ａに向かおうとするＸ線８２はマスク部材３０で遮断される。前段ミラー７０Ａに達するＸ線８４は生じない。その結果、第２回折格子には、直行Ｘ線、及び、後段ミラー７２Ａ，７４Ａで反射した反射Ｘ線、が到達する。それらは第２回折格子での回折後に検出器に到達する。

使用する回折格子に応じて遮断機能がオンオフされるように、マスク部材３０の形状が定められている。各ミラー板６８，７０，７２，７４は、単純な平板であり、それは、例えば、シリコン基板で構成される。各ミラー６８Ａ，７０Ａ，７２Ａ，７４Ａは、例えば、金蒸着層により構成される。

図３には、ミラーユニット３２の側面が示されている。なお、図３において、既に説明した構成要素にはそれに付した符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。このことは図４以降の各図において同様である。

図３には、低エネルギー範囲を担当する第１回折格子８６及び高エネルギー範囲を担当する第２回折格子８８が示されている。第１回折格子８６が設置される第１位置と、第２回折格子８８が設置される第２位置は、ｚ方向にずれている。これに伴って、観測点Ａから伸びる２つの軌道ＢＬ，ＢＨがｚ方向にずれている。前段ミラー板対６０及び後段ミラー板対６２は、第１回折格子８６及び第２回折格子８８に対して、十分なＸ線が到達するように、上下方向に広がっている。前段ミラー板対６０及び後段ミラー板対６２は、軌道ＢＬ，ＢＨに対して若干傾斜しているが、いずれかの軌道ＢＬ，ＢＨに対して平行になるように、前段ミラー板対６０及び後段ミラー板対６２を配置してもよい。

以上のように、２つの回折格子８６，８８の設置位置が異なっており、これにより軌道ＢＬ，ＢＨが上下方向にずれているので、マスク部材３０を固定的に設置しても、マスク作用を自然にオンオフさせることが可能である。

図４には、第１回折格子８６を使用する場合におけるミラーユニット３２の作用が示されている。この場合においては、マスク部材３０は機能しない。すなわち、ミラー６８Ａ，７０Ａ，７２Ａ，７４Ａの全部が機能する。第１回折格子８６には、直行Ｘ線９０、反射Ｘ線９２及び反射Ｘ線９４が到達している。符号９６は回折後に生じる分散Ｘ線を示している。

図５には、第２回折格子８８を使用する場合におけるミラーユニット３２の作用が示されている。この場合においては、マスク部材３０が機能する。すなわち、ミラー６８Ａ，７０Ａ，７２Ａ，７４Ａの内で、ミラー６８Ａ，７０Ａの作用が無効化される。第２回折格子８８には、直行Ｘ線９８、及び、反射Ｘ線１００が到達している。符号９６は回折後に生じる分散Ｘ線を示している。破線で示されている反射Ｘ線１０２は第２回折格子８８に到達しない。

なお、第２回折格子８８に到達可能な高さ以上で、且つ、観測点Ａと接続部分１０４とを結ぶライン１０６の外側が、マスク部材３０による遮断が発揮される領域である。

図６には、マスク部材３０の正面図が示されている。便宜上、マスク部材３０が破線で表現されている。マスク部材３０の後側に、ミラー板６８，７０，７２，７４が設けられており、その後側に、第１回折格子８６及び第２回折格子８８が選択的に配置される。ミラー板６８，７０，７２，７４は、ミラー６８Ａ，７０Ａ，７２Ａ，７４Ａを有する。

第２回折格子８８を使用する場合、マスク部材３０は、ミラー６８Ａ，７０Ａ，７２Ａ，７４Ａの内で、ミラー６８Ａ，７０Ａをマスクする。実際のマスク領域が符号１１４，１１６で示されている（グレー部分を参照）。もっとも、その位置や形態は、ミラーユニットの構成やミラーユニットとマスク部材の空間的関係によって変化する。２つのマスク領域１１４，１１６の下側は開放されており、第１回折格子を使用する場合には、ミラー６８Ａ，７０Ａが有効に機能する。

マスク部材３０は、図示の構成例では、アーチ状又はブリッジ状の形態を有し、詳しくは、２つの脚部１０８，１１０と、それらの上端部間を繋ぐ連結部１１２とにより構成される。各脚部１０８，１１０は、それぞれマスク板であり、その下端部の一部がマスク領域１１，１１６として機能する。マスク部材３０は、例えば金属プレートにより構成される。金属として、銅等が挙げられる。２つの脚部１０８，１１０の間にある開口を通じてＸ線が通過する。また、２つの脚部１０８，１１０の下側の開口部分を通じてＸ線が通過する。

連結部１１２を取り除くことも可能である。但し、実施形態の構成によれば、２つの脚部１０８，１１０の位置決めが容易となり、マスク部材３０を搬送する場合においてもその搬送が容易となる。マスク部材３０は、ミラーユニットの入口開口に取り付けられている。これによりマスク部材３０とミラーユニットの空間的関係を定めるのが容易となっている。２つの脚部１０８，１１０の下端部が連結されるように連結部を設けてもよい。

図６において、第１回折格子８６の使用時には、直行Ｘ線１１８、反射Ｘ線１２０及び反射Ｘ線１２２が到達する。第２回折格子８８の使用時には、直行Ｘ線１２４、及び、反射Ｘ線１２５が到達する。前段ミラー６８Ａ，７０Ａに向かうＸ線１２６はマスク部材３０により遮断される。

図７には、前段ミラー板７０が示されている。前段ミラー７０Ａの内で、マスク部材３０の影になる部分がグレーの領域１２８である。その内で、第２回折格子へ向かう反射Ｘ線を生じさせるのは領域１３０である。第１回折格子の使用時には、領域１３０が機能し、そこで反射Ｘ線が生じる。もう１つの前段ミラー板においても同様である。なお、領域１３０の形態や位置は各部材の位置関係によって変わり得るものであり、図示のものは単なる一例である。

図８には、実施形態における各構成要素の機能又は作用が整理されている。符号１３８はマスク部材の機能の有無を示しており、符号１４０は前段ミラー対の機能の有無を示しており、符号１４２は後段ミラー対の機能の有無を示している。符号１４４は、使用する回折格子を示している。

低エネルギーＸ線測定１３４の場合、第１回折格子が選択され、マスク部材は機能せず、前側ミラー対及び後側ミラー対の両方が機能する。高エネルギーＸ線測定１３６の場合、第２回折格子が選択され、マスク部材が機能する。前側ミラー対は無効となり、後側ミラー対だけが有効に機能する。

以上のように、実施形態によれば、第２回折格子を使用する場合、ミラーユニットにおける反射面の内で、特定の部分がマスクされ、それが無効化されるので、収差による問題の発生を防止又は軽減できる。また、実施形態においては、マスク部材を動かす必要がなく、それを固定的に設置できるので、装置構成の複雑化を回避できる。マスク部材を利用することにより、ミラーユニットにおける反射面の形状を簡素化し易くなるのでその設計や製作が容易となる。

図９には、第１変形例が示されている。交換機構４４は、第１回折格子及び第２回折格子の中から、使用する回折格子を選択し、それを適正な位置に配置する機構である。その動作は、制御部１５０により制御される。

ミラーユニット３２の入口開口にはマスク部材１４６が設けられている。マスク部材１４６は、図６に示したマスク部材と同様に、第２回折格子を使用する場合に前段ミラー対をマスクするものである。第１変形例においては、マスク部材１４６が出し入れ可能に設けられており、すなわり、それを搬送する搬送機構１４８が設けられている。例えば、収差抑制優先モードが選択された場合、入口開口にマスク部材１４６が設置される。一方、感度優先モードが選択された場合、入口開口からマスク部材１４６が引き出され、それが待機位置まで搬送される。搬送機構の動作は制御部１５０によって制御される。

第１変形例によれば、収差が問題とならないような状況において、マスク部材の機能を無効化して、第２回折格子へ到達するＸ線の量を高めることが可能となる。

図１０には、第２変形例が示されている。図１０の左側において、マスク機構１５２は、マスク部材１５４及び支持部材１５６を有する。すなわち、マスク部材１５４の上端部にヒンジ部１５８を介して支持部材１５６が連結されている。ヒンジ部１５８を中心としてマスク部材１５４は回転運動又は揺動運動する。符号１６０で示すように、マスク機構１５２が左方向へ運動すると、ミラーユニット１６１による保持が消失したマスク部材１５４が符号１６２で示すように下方へ垂れ下がる。これにより、マスク部材１５４をミラーユニット１６１の入口開口に配置することが可能となる。一方、図１０の右側において、符号１６４で示すように、マスク機構１５２を右側へ運動させると、マスク部材１５４がミラーユニット１６１で跳ね上げられて水平姿勢となる。

第２変形例によれば、マスク機構の設置に要するスペースを小さくできる。つまり、狭い空間にマスク機構１５２を配置することが可能となる。なお、マスク機構１５２に対して操作部材を連結し、操作部材によりマスク機構１５２を進退させてもよい。マスク部材１５４は図６に示したマスク部材と同様の形態及び作用を有する。

図１１には、第１変形例及び第２変形例における各構成要素の機能又は作用が示されている。低エネルギーＸ線測定１６８においては、第１回折格子が選択され、マスク部材が機能せず、前段ミラー対及び後段ミラー対が機能する。高エネルギーＸ線測定を収差抑制優先モードで実行する場合（符号１７０を参照）、第２回折格子が選択され、マスク部材が機能し、前段ミラー対がマスクされ、後段ミラー対だけが機能する。高エネルギーＸ線測定を感度優先モードで実行する場合（符号１７２を参照）、第２回折格子が選択され、マスク部材は機能せず、前段ミラー対及び後段ミラー対が機能する。

図１２には、第３変形例が示されている。ミラーユニット３２の入口開口には、第１マスク部材１８１及び第２マスク部材１７４が選択的に配置される。第１マスク部材１８１は、図６に示したマスク部材である。第２マスク部材１７４は、すべてのミラー６８Ａ，７０Ａ，７２Ａ，７４Ａをマスクする部材である。例えば、校正時や組立時において、特に、回折格子の動作確認時において、反射Ｘ線を回折格子へ入射させないことが求められる場合に、第２マスク部材１７４が用いられる。第２マスク部材１７４は、２つの脚部１７６，１７８及びそれらを繋ぐ連結部１８０を有する。

符号１７８Ａで示すように、第１マスク部材１８１は、入口開口と第１待機位置との間でスライド運動する。符号１７９Ｂで示すように、第２マスク部材１７４は、入口開口と第２待機位置との間でスライド運動する。２つのスライド運動が図示されていない制御部により制御される。第１マスク部材１８１及び第２マスク部材１７４を紙面上、左右方向にスライド運動させてもよい。

図１３には、第３変形例における各構成要素の機能又は作用が示されている。校正時において低エネルギーＸ線測定を行う場合（符号１８４を参照）、第１回折格子が選択され、第２マスク部材が投入されて前段ミラー対及び後段ミラー対がマスクされる。校正時において高エネルギーＸ線測定を行う場合（符号１８５を参照）、第２回折格子が選択され、上記同様に、第２マスク部材が投入されて前段ミラー対及び後段ミラー対がマスクされる。

試料観測時において、２つのマスク部材の退避状態を維持したまま、感度優先で低エネルギーＸ線測定を行う場合（符号１８６を参照）、第１回折格子が選択され、前段ミラー対及び後段ミラー対が有効に機能する。試料観測時において、２つのマスク部材の退避状態を維持したまま、感度優先で高エネルギーＸ線測定を行う場合（符号１８７を参照）、第２回折格子が選択され、前段ミラー対及び後段ミラー対が有効に機能する。

試料観測時において、第１マスク部材を投入した状態で、感度優先で低エネルギーＸ線測定を行う場合（符号１８８を参照）、第１回折格子が選択され、第１マスク部材は機能せず、これにより前段ミラー対及び後段ミラー対が有効に機能する。試料観測時において、第１マスク部材を投入した状態で、収差抑制優先で高エネルギーＸ線測定を行う場合（符号１８９を参照）、第２回折格子が選択され、第１マスク部材が機能し、これにより前段ミラー対がマスクされ、後段ミラー対だけが有効に機能する。

図１４には、第４変形例が示されている。ミラーユニットの手前側には、マスク部材１９２が上下動可能に設けられている。マスク部材は、上述した第１マスク部材及び第２マスク部材に相当するものであり、複合マスク部材とも言い得る。マスク部材１９２は、脚部１９４、１９６及び連結部１９８を有する。脚部１６４，１９６の内で、上部２００は、第３変形例で示した第２マスク部材と同様、前段ミラー６８Ａ，７０Ａ及び後段ミラー７２Ａ，７４Ａの両方をマスクする機能を有する。脚部１９４，１９６の内で、下部２０２は、第３変形例で示した第１マスク部材（図６に示したマスク部材）と同様、前段ミラー６８Ａ，７０Ａだけをマスクする機能を有する。

符号２０６で示されるように、上部２００を機能させる場合、マスク部材１９２が下降位置である第１位置まで下げられる（符号１９２Ａ）。下部２０２を機能させる場合、マスク部材１９２が上昇位置である第２位置まで引き上げられる。このようにマスク部材１９２の形態の操作により、マスク部材１９２に複数の機能をもたせ、その高さの選択により、実際に発揮させる機能が選択される。

図１５には、第４変形例における各構成要素の機能又は作用が示されている。校正時において低エネルギーＸ線測定を行う場合（符号２１０を参照）、第１回折格子が選択され、前段ミラー対及び後段ミラー対の両者がマスク部材によりマスクされる。校正時において高エネルギーＸ線測定を行う場合（符号２１２を参照）、第２回折格子が選択され、上記同様に、前段ミラー対及び後段ミラー対の両者がマスク部材によりマスクされる。一方、試料観測時において低エネルギーＸ線測定を行う場合（符号２１４を参照）、第１回折格子が選択され、マスク部材は機能せず、前段ミラー対及び後段ミラー対が機能する。試料観測時において高エネルギーＸ線測定を行う場合（符号２１６を参照）、第２回折格子が選択され、マスク部材が機能して前段ミラー対が無効化される。後段ミラー対だけが機能する。

図１６には、第５変形例が示されている。ミラーユニットの手前側の位置、つまり入口開口には、第１マスク部材２２８と第３マスク部材２１８とが選択的に配置される。第１マスク部材２２８のスライド運動が符号２２６で示されている。第３マスク部材２１８のスライド運動が符号２２４で示されている。

第１マスク部材２２８は、図６に示したマスク部材である。一方、マスク部材２１８は、第１回折格子８６及び第２回折格子８８へ直接入射するＸ線の全部を遮断するものである。ミラーユニットが有するミラー６８Ａ，７０Ａ，７２Ａ，７４Ａは、マスクされておらず、露出している。第１回折格子８６及び第２回折格子８８に対しては、反射Ｘ線のみが到達する。例えば、ミラーユニットの設置時や調整時にこのような第３マスク部材２１８を用いることができる。試料観測時には、第３マスク部材２１８が退避され、入口開口に第１マスク部材２２８が配置される。第１マスク部材２２８及び第３マスク部材２１８のスライド方向は、紙面上、左右方向であるが、それらのスライド方向を、紙面上、上下方向としてもよい。

図１７には、第６変形例が示されている。図１７において、図５に示した要素と同様の要素には、同じ符号が付されている。観測点Ａと回折格子８６，８８との間には、ミラーユニット３２Ａが設けられている。ミラーユニット３２Ａは、前段ミラー板対６０及び後段ミラー板対６２を有する。前段ミラー板対６０は、２つのミラー板６８，７０により構成され、それらは前段ミラー６８Ａ，７０Ａを有する。後段ミラー板対は、２つのミラー板７２，７４により構成され、それらは後段ミラー７２Ａ，７４Ａを有する。ミラーユニット３２Ａの入口開口には、第１マスク部材３０が設けられている。

図示の構成例では、ミラー板６８とミラー板７２との間には隙間が存在し、その隙間にマスク板２３２が配置されている。ミラー板７０とミラー板７４との間には隙間が存在し、その隙間にマスク板２３４が配置されている。マスク板２３２とマスク板２３４は、図示されていない連結部を介して連結されている。マスク板２３２，２３４及び連結部により、第２マスク部材２３０が構成されている。第２マスク部材２３０は、図示されていない搬送機構により、投入位置と退避位置との間においてスライド運動する。スライド運動方向は、例えば、紙面貫通方向である。

第１マスク部材３０は入口開口に固定的に配置されているが、入口開口と退避位置との間で第１マスク部材をスライド運動させてもよい。その場合、スライド運動方向は、例えば、紙面貫通方向である。

試料観測時においては、第２マスク部材２３０の退避状態が形成され、第１マスク部材３０が機能する。すなわち、高エネルギーＸ線測定を行う場合に、前段ミラー６８Ａ，７０ＡにおけるＸ線反射領域が第１マスク部材３０によってマスクされる。

校正時においては、第２マスク部材２３０が投入される。投入状態にある第２マスク部材２３０は、前段ミラー６８Ａ，７０Ａからの反射Ｘ線を遮断し、また、観測点Ａから後段ミラー７２Ａ，７４Ａに向かうＸ線を遮断する。つまり、第２マスク部材２３０は、結果として、反射面の全体をマスクする。回折格子８６，８８に対して到達するＸ線は直行Ｘ線のみとなる。このように、第２マスク部材２３０は、図１２に示した第２マスク部材１７４と同じ機能を発揮する。

第２マスク部材２３０を搬送する機構として様々な機構を採用し得る。例えば、スライド機構、回転機構、等を採用してもよい。以上説明したいずれの変形例においても、試料観測時において高エネルギーＸ線測定を行う場合にマスク部材を効果的に機能させて収差を低減することが可能である。

１０走査電子顕微鏡、１２軟Ｘ線分光計、３０マスク部材、３２ミラーユニット、３４分光器、３６検出部、６０前段ミラー板対、６０Ａ前段ミラー対、６２後段ミラー板対、６２Ａ後段ミラー対。

Claims

試料上の観測点から放出されたＸ線に対して集光を行うミラーユニットと、
前記ミラーユニットから出たＸ線に対して分光を行い、これにより空間的に広がった分散Ｘ線を生成する分光デバイスと、
前記分散Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
前記観測点と前記ミラーユニットとの間に設けられ、前記ミラーユニットが有する反射面の内で収差を引き起こす部分を覆うことにより、前記反射面で反射して前記分光デバイスへ達する反射Ｘ線を限定するマスク部材と、
を含むことを特徴とするＸ線検出装置。
試料上の観測点から放出されたＸ線に対して集光を行うミラーユニットと、
前記ミラーユニットから出たＸ線に対して分光を行い、これにより空間的に広がった分散Ｘ線を生成する分光デバイスと、
前記分散Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
前記観測点と前記ミラーユニットとの間に設けられ、前記ミラーユニットが有する反射面を部分的に覆うことにより、前記反射面で反射して前記分光デバイスへ達する反射Ｘ線を限定するマスク部材と、
を含み、
前記分光デバイスは、選択的に使用される第１回折格子及び第２回折格子を含み、
前記第１回折格子は、その使用時に第１位置に配置され、
前記第２回折格子は、その使用時に前記第１位置から第１方向へシフトした第２位置に配置され、
前記マスク部材により、前記第２回折格子に到達する前記反射Ｘ線が限定される、
ことを特徴とするＸ線検出装置。
請求項２記載のＸ線検出装置において、
前記ミラーユニットは、
前記第１方向に直交する第２方向に離れた２つの前段ミラーを有する前段サブユニットと、
前記第２方向に離れた２つの後段ミラーを有する後段サブユニットと、
を含み、
前記反射面は前記２つの前段ミラー及び前記２つの後段ミラーを含み、
前記マスク部材は、前記第１回折格子の使用時には機能せず、前記第２回折格子の使用時に、前記第２回折格子に到達する前記反射Ｘ線が限定されるように、前記各前段ミラーの全部又は一部を覆う、
ことを特徴とするＸ線検出装置。
請求項３記載のＸ線検出装置において、
前記前段サブユニットは入口開口を有し、
前記マスク部材は前記入口開口に設けられた、
ことを特徴とするＸ線検出装置。
請求項３記載のＸ線検出装置において、
前記マスク部材は、前記第２方向に離れた一対のマスク板を有し、
前記第２回折格子の使用時に、前記各マスク板が前記各前段ミラーの全部又は一部を覆う、
ことを特徴とするＸ線検出装置。
請求項５記載のＸ線検出装置において、
前記マスク部材は、前記一対のマスク板を連結する連結板を有する、
ことを特徴とするＸ線検出装置。
請求項４記載のＸ線検出装置において、
収差抑制優先モードが選択された場合に前記マスク部材を前記入口開口に設置し、感度優先モードが選択された場合に前記マスク部材を前記入口開口から退避させる移動機構を含む、
ことを特徴とするＸ線検出装置。
試料上の観測点から放出されたＸ線に対して集光を行うミラーユニットと、
前記ミラーユニットから出たＸ線に対して分光を行い、これにより空間的に広がった分散Ｘ線を生成する分光デバイスと、
前記分散Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
前記観測点と前記ミラーユニットとの間に設けられ、前記ミラーユニットが有する反射面を部分的に覆うことにより、前記反射面で反射して前記分光デバイスへ達する反射Ｘ線を限定するマスク部材と、
を含み、
前記マスク部材は、前記試料を観測する際に機能する第１マスク部材であり、
更に、
前記観測点と前記分光デバイスとの間に設けられ、校正時に機能する第２マスク部材であって、前記観測点からの直行Ｘ線が前記分光デバイスに達し且つ前記反射面からの前記反射Ｘ線が前記分光デバイスに達しないようにする第２マスク部材と、
前記第１マスク部材と前記第２マスク部材とを選択的に機能させる機構と、
を含むことを特徴とするＸ線検出装置。
試料上の観測点から放出されたＸ線に対してミラーユニットにより集光を行う工程と、
前記ミラーユニットから出たＸ線に対して分光デバイスにより分光を行い、これにより空間的に広がった分散Ｘ線を生成する工程と、
前記分散Ｘ線を検出する工程と、
前記観測点と前記ミラーユニットとの間において、前記ミラーユニットが有する反射面の内で収差を引き起こす部分をマスク部材で覆うことにより、前記反射面で反射して前記分光デバイスへ達する反射Ｘ線を限定する工程と、
ことを特徴とするＸ線検出方法。