JPH10213555A - Ｘ線分析装置の試料移動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内部で試料の移動が可能な大きな容積を有する
試料室を真空引きした場合においても試料をその高さ位
置を常に一定に保持しながら移動させることのできるＸ
線分析装置の試料移動機構をを提供する。 【解決手段】Ｘ線源２を備えた分析室２８を形成する分
析室ケース２７を、試料室１２を形成する試料室ケース
１０に連結する。分析室ケース２７にレール支持部材３
１が連結する。レール支持部材３１に、試料１を保持す
る移動フレーム１９が一定方向に移動するのを案内する
レール３２を支持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、比較的大型の試
料を移動させながらＸ線源からの１次Ｘ線を照射して分
析を行うＸ線分析装置の試料移動機構に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種のＸ線分析装置は、図７に示すよ
うに、Ｘ線源であるＸ線管２が１次Ｘ線Ｂ１を出射し
て、試料ホルダ３に支持された試料１に１次Ｘ線Ｂ１を
照射する。試料１に照射された１次Ｘ線Ｂ１は、試料１
中の原子を励起して、その元素特有の蛍光Ｘ線である２
次Ｘ線Ｂ２を発生させる。この２次Ｘ線Ｂ２は、スリッ
ト４を通って分光結晶（分光器）７に入射し、この分光
結晶７でブラッグの式を満足する所定の波長の２次Ｘ線
Ｂ２のみが回折され、Ｘ線検出器９に入射して検出され
る。この検出値に基づいて試料１の元素の分析がなされ
る。

【０００３】ところで、例えば半導体ウエハのように比
較的大型の試料１のＸ線分析を行う際には、試料１全体
の元素の分布を調べたり、元素濃度の平均値を求める等
の目的で、試料１をその全面にわたり測定を行う場合が
あり、その場合、試料１を少なくとも１方向に直線移動
させて１次Ｘ線Ｂ１を照射する必要がある。このような
大型の試料１のＸ線分析装置は、図７に例示しているよ
うに、ケース本体１０ａとケース蓋１０ｂとからなる試
料室ケース１０によって形成される試料室１２が、試料
１を内部で移動させることのできる大きな容積に形成さ
れるとともに、この試料室１２の内部において、試料１
を保持する試料ホルダ３が、ホルダケース（ステージ）
１７に支持されて、直動案内軸受（クロスローラガイド
またはリニアウェイ）１３を介してガイドレール１４上
を移動するようになっている。なお、この種の大型試料
１の移動機構としては、試料１の任意の位置の測定を行
うことを目的として、ホルダケース１７を直線移動と回
転運動をさせる構成となったｒ−θ駆動形、直交する２
方向に直線移動させるＸ−Ｙ駆動形、回転可能なホルダ
ケース１７を直交する２方向に直線移動させるＸ−Ｙ−
θ駆動形などが存在する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｘ線分
析装置では、１次Ｘ線Ｂ１の照射に先立って試料室１２
の内部が真空引きされるが、試料室ケース１０および蓋
板１１は、上述のように大きな容積の試料室１２を構成
するものであって、真空引きされたときの受圧面積が大
きいので、図８（ａ）に示すように、試料室１２内外の
圧力差によって内方へ大きく撓む。このとき、ガイドレ
ール１４は、ボルト１８（図７）により試料室ケース１
０に固定されていることから、試料室ケース１０と一体
的に撓み、このガイドレール１４に係合されている直動
案内軸受１３は、ガイドレール１４により変形されて、
大気圧下で予め調整した所期の作動が得られなくなる。
例えば、大気圧下で予圧を調整された直動案内軸受１３
は、歪みの影響を受けて予圧が変化してベアリングのボ
ールまたはローラと溝との間に隙間が生じて軸受１３が
がたつく結果、試料１の高さをレール１４上の同一位置
で同一にすべき再現性が低下して測定精度を低下させた
り、軸受１３の変形によるこじり力のために円滑な作動
ができなくなる。また、平行に設けられている一対のガ
イドレール１４の間隔が変化したり、平行度が悪くな
る。そのため、ホルダケース１７つまり試料１を円滑に
移動させることができなくなる。

【０００５】さらに、上記のようなＸ線分析装置では、
試料を一定高さを保ったまま、つまりＸ線管２に対する
距離を一定に保ったまま移動させる必要があるが、図８
（ｂ）に誇張して示すように、撓んだガイドレール１４
上を移動する試料１は、その照射面である端部および中
央部とＸ線管２との各々の距離（試料１の高さ）Ｄ，ｄ
が異なる。このように試料１とＸ線管２との距離Ｄ，ｄ
が相違すると、それに伴って、試料１の照射面に到達す
る１次Ｘ線Ｂ１の強度が異なるために試料１から発生す
る２次Ｘ線Ｂ２の強度が異なり、さらに、試料１からＸ
線検出器９までの距離も異なる。このような試料面の測
定位置（照射位置）の相違によって、Ｘ線検出器９の測
定結果に誤差が生じて正確な元素の分析が行えない。そ
こで、上記の問題を解消するために、試料室ケース１０
を堅牢な部材で構成することが考えられるが、そのよう
にすれば、大型化、重量化およびコスト高となる欠点が
生じる。

【０００６】そこで本発明は、内部で試料の移動が可能
な大きな容積を有する試料室を真空引きした場合におい
ても試料をその高さ位置を常に一定に保持しながら移動
させることのできるＸ線分析装置の試料移動機構を提供
することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るＸ線分析装置の試料移動機構は、試料
室内の試料にＸ線源からの１次Ｘ線を照射して、試料か
ら発生する２次Ｘ線を検出器で検出して試料の分析を行
うＸ線分析装置に設けられて、試料を少なくとも一つの
方向に直線移動させることにより前記１次Ｘ線の照射面
を変更する試料移動機構であって、前記Ｘ線源を備えた
分析室を形成する分析室ケースが、前記試料室を形成す
る試料室ケースに連結され、前記分析室ケースにレール
支持部材が連結され、このレール支持部材に、試料を保
持する移動フレームが前記方向に移動するのを案内する
レールが支持されている。

【０００８】このＸ線分析装置の試料移動機構では、試
料を保持する移動フレームの移動をガイドするレール
が、レール支持部材を介して分析室ケースに連結されて
いる。分析室ケースは、容積の小さな分析室を形成する
ものであって、受圧面積が小さいので、内部が真空引き
された場合に生じる撓みが小さい。このような撓みの小
さい分析室ケースに連結されたレール支持部材にレール
が支持されているから、レールおよびこのレールにより
案内される移動フレームは、真空引きによる影響を殆ど
受けない。しかも、レールが取り付けられる分析室ケー
スは、Ｘ線源を備えているから、移動フレームに支持さ
れてレール上を移動する試料とＸ線源との距離が、常に
確実に一定に保持される。

【０００９】本発明の好ましい実施形態では、前記分析
室ケースが、その周縁のフランジが前記試料室ケースの
内面に重合しており、このフランジに前記レール支持部
材が連結されている。これにより、レール支持部材は、
フランジの厚み分だけ試料室ケースから確実に離間させ
て分析室ケースに連結することができるとともに、分析
室の内側から分析室ケースの周縁のフランジにボルトな
どにより容易に固定することができる。

【００１０】本発明の他の好ましい実施形態では、前記
レールが前記レール支持部材の周縁部に支持されてい
る。これにより、レールを、レール支持部材とほぼ同一
面に位置して取り付けて、試料室内に突出しないように
設定できるから、試料室内のスペースを圧迫しない。

【００１１】また、本発明に係る他のＸ線分析装置の試
料移動機構は、試料室内の試料にＸ線源からの１次Ｘ線
を照射して、試料から発生する２次Ｘ線を分光器で分光
したのち検出器で検出して試料の分析を行うＸ線分析装
置に設けられて、試料を少なくとも一つの方向に直線移
動させることにより前記１次Ｘ線の照射面を変更する試
料移動機構であって、前記Ｘ線源を備えた分析室を形成
する分析室ケースが、前記試料室を形成する試料室ケー
スに、前記分析室と同心状に複数配置された連結部材に
より連結され、前記試料室ケースにおける前記連結部材
の配置されたピッチ円の外方でピッチ円の直径の１．２
倍以下の連結範囲内に、前記レール支持部材が連結され
ており、このガイドレール支持部材にガイドレールが支
持されている。

【００１２】このＸ線分析装置の試料移動機構では、レ
ール支持部材が試料室ケースに連結されているが、その
レール支持部材の連結個所は、分析室ケースを試料室ケ
ースに固定している連結部材の配置されたピッチ円の外
方でピッチ円の直径の１．２倍以下の連結範囲内となっ
ている。試料室ケースにおける上記の連結範囲内の個所
は、容積が小さいために比較的堅牢な分析室ケースをボ
ルトのような連結部材で固定する個所の近傍であるか
ら、剛性が高いので、真空引きされたときの歪みの発生
が少ない。したがって、この試料移動機構においても、
レール支持部材を分析室ケースに連結した場合とほぼ同
様の効果が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一
実施形態に係る試料移動機構を備えたＸ線分析装置の縦
断面図、図２はそれの試料室の内部構造を示す斜視図、
図３は図１のIII-III 線断面図をそれぞれ示す。これら
の図において、図７と同等のものには同一の符号を付し
てその説明を省略する。

【００１４】半導体ウェハのような試料１を保持する試
料ホルダ３は、平面視で矩形の移動フレーム１９に保持
されて、図２に示すＸ方向およびＹ方向にそれぞれ直線
移動されるとともに、θ方向に回転される。試料ホルダ
３は、図１に示すように、外側ホルダケース２１にボー
ルベアリング２２を介在して回転自在に支持された内側
ホルダケース２０内に嵌め込み固定されている。外側ホ
ルダケース２１は、Ｙ方向における両外側部に設けられ
たガイド溝２３に、移動フレーム１９のガイドレール部
２４が摺動自在に嵌め合わされている。試料ホルダ３
は、ガイド溝２３がガイドレール部２４にスライドする
ことより、移動フレーム１９内においてＸ方向に移動可
能となっている。試料ホルダ３のＹ方向への移動機構お
よびθ方向への回転機構については後述する。

【００１５】また、Ｘ線管２を保持するとともに内部に
分析室２８を形成する分析室ケース２７は、上端開口の
周縁にフランジ２９が一体形成されており、このフラン
ジ２９が試料室ケース１０の内面に重合してボルト３０
Ａで固定されて、試料室ケース１０に連結されている。
また、分析室ケース２７には、分光室２６を形成する分
光室ケース２５が連結されている。上記フランジ２９の
上面に、矩形の平板からなるレール支持部材３１がボル
ト３０Ｂにより固定されている。レール支持部材３１に
は、分析室ケース２８の開口に対応するＸ線通過孔３５
が形成されている。前記分光室ケース２５内部の分光室
２６には、スリット４と分光結晶７が設けれ、分光室ケ
ース２５にＸ線検出器９が装着されている。前記スリッ
ト４、分光結晶７、分光室ケース２５およびＸ線検出器
９によりＸ線検出装置が構成されており、このＸ線検出
装置が分析室ケース２７の周囲に、分析対象元素に応じ
て、複数個配置されている。

【００１６】図２に示すように、レール支持部材３１の
周縁の一部であるＸ方向の両側縁に、それぞれレール３
２がＹ方向に沿った配置で固定されている。これら両レ
ール３２には、移動フレーム１９の四隅の下面に固定さ
れたガイド軸受３３が２個ずつスライド自在に係合され
ている。したがって、移動フレーム１９は、２つずつの
ガイド軸受３３が両側のレール３２にスライドすること
によりＹ方向に直線移動する。

【００１７】前記移動フレーム１９の一外側面に、取付
部材３４を介してナット部材３７が突出状態に取り付け
られ、このナット部材３７が、Ｙ方向用移動用モータ３
９により回転されるボールねじ３８に螺合されている。
したがって、Ｙ方向移動用モータ３９が回転すると、ナ
ット部材３７がボールねじ３８の回転方向に応じてＹ方
向に往復移動するので、このナット部材３７が固定され
ている移動フレーム１９は、両レール３２に沿ってＹ方
向に移動する。

【００１８】また、移動フレーム１９における上記ナッ
ト部材３７が取り付けられている側面に隣接する側面に
も同様に、取付部材４０を介してナット部材４１が突出
状態で取り付けられている。このナット部材４１は、Ｘ
方向用移動用ボールねじ４２に螺合されており、このボ
ールねじ４２の端部にかさ歯車４３が固着されている。
一方、Ｘ軸方向移動用モータ４４により回転されるスプ
ライン軸（すべりキー）４７におけるモータ４４と反対
側の端部には、回転力を伝達でき、且つ軸方向にスライ
ドするスライダ４８が係合され、このスライダ４８に固
着されたかさ歯車４９が、上記のかさ歯車４３と噛み合
っている。スライダ４８は、移動フレーム１９に固定さ
れた取付部材４５に回転自在に支持されている。

【００１９】したがって、Ｘ軸方向移動用モータ４４の
回転力は、スプライン軸４７、スライダ４８、かさ歯車
４９，４３を介してボールねじ４２に伝達されるから、
ナット部材４１がボールねじ４２の回転方向に応じてＸ
方向に往復移動するので、このナット部材４１が固定さ
れている両ホルダケース２０，２１が、試料ホルダ３と
ともに両ガイドレール部２４に沿って移動フレーム１９
内をＸ方向に移動する。なお、移動フレーム１９がＹ方
向に移動する場合には、スライダ４８がプライン軸４７
に対しスライドしてＹ方向に移動し、このスライダ４８
に固定されているかさ歯車４９は、かさ歯車４３との噛
合い状態を保持したままＹ方向に移動する。

【００２０】つぎに、θ方向回転駆動機構について説明
する。内側ホルダケース２０の外周面にはウォームギヤ
５０が形成されており、このウォームギヤ５０に噛み合
うウォームホィール５１が、係止部材４６によって外側
ホルダケース２１に相対移動不能に係止された状態で、
スプライン軸５２に軸動自在に取り付けられている。ス
プライン軸５２には、移動フレーム１９を貫通した端部
にかさ歯車５３が固着されている。一方、θ方向回転用
モータ５７により回転されるスプライン軸５８は、前記
取付部材３４に回転自在に支持されたスライダ５４に貫
通して係合しており、このスライダ５４に固定されたか
さ歯車５９が上記かさ歯車５３と噛み合っている。した
がって、θ方向回転用モータ５７の回転力は、スプライ
ン軸５８、かさ歯車５９，５３、スプライン軸５２およ
びウォームホィール５１を介してウォームギヤ５０に伝
達されて、試料ホルダ３が回転される。

【００２１】上記Ｘ線分析装置の試料移動機構は、試料
ホルダ３が図１の開閉蓋６０の下方に位置する状態、つ
まり、試料ホルダ３が図２に図示する位置において、図
１の開閉蓋６０を解放して試料１を試料ホルダ３に取り
付けたのちに、開閉蓋６０を閉めて試料室１０内を密閉
し、試料室１０内を図示しない真空ポンプにより真空引
きする。続いて、図２のＸ軸方向移動用モータ４４およ
びＹ方向移動用モータ３９を駆動して試料ホルダ３を分
析室２８の方向へ移動し、試料ホルダ３の分析室２８へ
の位置決めが終了した時点で、図１のＸ線管２から試料
１に１次Ｘ線Ｂ１を照射するとともに、照射しながら各
モータ３９，４４，５７を所定のタイミングで駆動する
ことにより、試料１の全ての位置に１次Ｘ線Ｂ１を順次
照射していく。

【００２２】上記の試料移動機構では、試料室ケース１
０の内面に重合固定した分析室ケース２７のフランジ２
９にレール支持部材３１を取り付け、このレール支持部
材３１の両側縁にレール３２を取り付けており、レール
支持部材３１は、フランジ２９の厚み分だけ試料室ケー
ス１０から離間している。したがって、図４に示すよう
に、レール支持部材３１は、真空引きにより撓む試料室
１０とは無関係となり、また、レール支持部材３１が連
結されている分析室ケース２７は受圧面積が小さいこと
から真空引きにより大きく撓むことがないので、レール
支持部材３１およびレール３２は常に変形することなく
正常な形状を保つので、移動フレーム１９を介しての試
料ホルダ３のＸ，Ｙ，θの各方向への移動または回転を
円滑に行うことができる。

【００２３】しかも、変形の小さい分析室ケース２７に
Ｘ線管２が直接取り付けられており、その分析室ケース
２７にレール支持部材３１を介してレール３２を取り付
けているので、Ｘ線管２と試料１との距離が試料１の位
置によって変化するのを極力抑制できる。

【００２４】さらに、上記実施形態では、分析室ケース
２７のフランジ２９を試料室ケース１０の内面に重合し
て、フランジ２９の上面にレール支持部材３１を連結し
ているから、分析室２８の内側から分析室ケース２７の
フランジ２９にボルト３０Ａにより固定することができ
るので、レール支持部材３１の分析室ケース２７への取
り付けが容易になる。また、レール３２をレール支持部
材３１の周縁に支持しているから、レール３２を、その
上面がレール支持部材３２とほぼ面一に位置して取り付
けられて試料室１２内に突出しないよう設定することが
できる。そのため、試料室１２のスペースが圧迫されな
い。

【００２５】図５は本発明の他の実施形態に係る試料移
動機構を備えたＸ線分析装置を示す断面図である。上述
の実施形態では、Ｘ線を試料１の下面に照射する下面照
射型のＸ線分析装置に適用した試料移動機構を例示した
が、この実施形態ではＸ線を試料１の上面に照射する上
面照射型のＸ線分析装置に適用した試料移動機構であ
る。上述の実施形態と異なる構成は、試料ホルダ６１が
その上面で試料１を保持するようになっている構成と、
試料ホルダ６１を含む移動フレーム１９の全体がレール
３２に吊下げ形態で移動されるようになっている構成の
みである。これにより、上面照射型のＸ線分析装置とほ
ぼ同様の構成として、同様の効果を得ることかできる。

【００２６】図６は本発明のさらに他の実施形態に係る
試料移動機構を備えたＸ線分析装置を示す断面図であ
る。この実施形態のＸ線分析装置の試料移動機構では、
レール支持部材３１が、分析室ケース２７のフランジ２
９に連結せずに、スペーサ６２を介して試料室ケース１
０に連結されている構成においてのみ相違する。そのレ
ール支持部材３１の連結個所は、分析室ケース２７を試
料室ケース１０に固定している連結部材であるボルト３
０Ａの配置されたピッチ円の外方で、ピッチ円の直径Ｗ
に対し１．２倍以下の連結範囲Ｓ内である。

【００２７】試料室ケース１０における上記の連結範囲
Ｓ内の個所は、容積が試料室１２よりも小さいために比
較的堅牢な分析室ケース２７が、ボルト３０Ａで固定さ
れた個所の近傍であるから、剛性が高いので、真空引き
されたときの歪みの発生が少ない。したがって、この試
料移動機構においても、レール支持部材３１を分析室ケ
ース２７に連結した場合と同様に、レール支持部材３１
およびレール３２の変形が少なくなる。

【００２８】なお、上記各実施形態では、試料１をＸ，
Ｙの両方向に移動させたが、１方向のみ、例えばＹ方向
のみに移動させてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＸ線分析
装置の試料移動機構によると、試料を保持する移動フレ
ームの移動を案内するレールを、レール支持部材を介し
て、分析室ケース、または分析室ケースの連結部の近傍
に連結した構成としたので、レールおよびこのレールに
より案内される移動フレームは、真空引きによって生じ
る試料室の撓みの影響を殆ど受けなくなる。その結果、
測定の再現性が改善されて測定精度が向上するととも
に、試料のＸ線源からの高さを一定に保持して測定の正
確度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る試料移動機構を備え
たＸ線分析装置を示す縦断面図である。

【図２】同上の試料移動機構における試料室内の構造を
示す斜視図である。

【図３】図３は図１のIII-III 線断面図である。

【図４】同上実施形態の効果を説明するための簡略断面
図である。

【図５】本発明の他の実施形態に係るＸ線分析装置の試
料移動機構を示す縦断面図である。

【図６】本発明のさらに他の実施形態に係るＸ線分析装
置の試料移動機構を示す縦断面図である。

【図７】従来のＸ線分析装置の試料移動機構を示す断面
図である。

【図８】（ａ）は同上の試料移動機構の欠点を説明する
ための簡略断面図、（ｂ）は同様に欠点を説明するため
の簡略図である。

【符号の説明】

１…試料、２…Ｘ線管（Ｘ線源）、７…分光結晶（分光
器）、９…Ｘ線検出器（検出器）、１０…試料室ケー
ス、１２…試料室、１９…移動フレーム（フレーム）、
２７…分析室ケース、２８…分析室、２９…フランジ、
３０Ａ…ボルト（連結部材）、３１…レール支持部材、
３２…レール、Ｂ１…１次Ｘ線、Ｂ２…２次Ｘ線、Ｓ…
連結範囲

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料室内の試料にＸ線源からの１次Ｘ線
   を照射して、試料から発生する２次Ｘ線を検出器で検出
   して試料の分析を行うＸ線分析装置に設けられて、試料
   を少なくとも一つの方向に直線移動させることにより前
   記１次Ｘ線の照射面を変更する試料移動機構であって、 前記Ｘ線源を備えた分析室を形成する分析室ケースが、
   前記試料室を形成する試料室ケースに連結され、 前記分析室ケースにレール支持部材が連結され、 このレール支持部材に、試料を保持する移動フレームが
   前記方向に移動するのを案内するレールが支持されてい
   るＸ線分析装置の試料移動機構。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記分析室ケース
   は、その周縁のフランジが前記試料室ケースの内面に重
   合しており、 このフランジに前記レール支持部材が連結されているＸ
   線分析装置の試料移動機構。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記レール
   は前記レール支持部材の周縁部に支持されているＸ線分
   析装置の試料移動機構。
4. 【請求項４】 試料室内の試料にＸ線源からの１次Ｘ線
   を照射して、試料から発生する２次Ｘ線を分光器で分光
   したのち検出器で検出して試料の分析を行うＸ線分析装
   置に設けられて、試料を少なくとも一つの方向に直線移
   動させることにより前記１次Ｘ線の照射面を変更する試
   料移動機構であって、 前記Ｘ線源を備えた分析室を形成する分析室ケースが、
   前記試料室を形成する試料室ケースに、前記分析室と同
   心状に複数配置された連結部材により連結され、 前記試料室ケースにおける前記連結部材の配置されたピ
   ッチ円の外方でピッチ円の直径の１．２倍以下の連結範
   囲内に、前記レール支持部材が連結され、 このガイドレール支持部材に、試料を保持する移動フレ
   ームが前記方向に移動するのを案内するレールが支持さ
   れているＸ線分析装置の試料移動機構。