Ｘ線分析装置及びＸ線分析方法
【課題】 Ｘ線マッピングされた画像から特定元素に関して所定濃度以上の部位等を容易にかつ直接的に認識でき、特定することが可能なＸ線分析装置等を提供すること。
【解決手段】 試料Ｓ上に放射線を照射するＸ線管球２と、特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出しそのエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器３と、信号を分析する分析器５と、予め設定されたマッピング領域Ｍ内で試料Ｓに対して照射ポイントを相対的に移動可能な試料ステージ１と、特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、該Ｘ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定して照射ポイントに対応した位置に画像表示するＸ線マッピング処理部６と、を備え、該Ｘ線マッピング処理部６が、予め組成元素及びその濃度が既知の標準物質７について判別したＸ線強度を基準にして、照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定する。
【解決手段】 試料Ｓ上に放射線を照射するＸ線管球２と、特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出しそのエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器３と、信号を分析する分析器５と、予め設定されたマッピング領域Ｍ内で試料Ｓに対して照射ポイントを相対的に移動可能な試料ステージ１と、特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、該Ｘ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定して照射ポイントに対応した位置に画像表示するＸ線マッピング処理部６と、を備え、該Ｘ線マッピング処理部６が、予め組成元素及びその濃度が既知の標準物質７について判別したＸ線強度を基準にして、照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光Ｘ線分析等により試料表面のＸ線マッピング分析に好適なＸ線分析装置及びＸ線分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光Ｘ線分析は、Ｘ線源から出射されたＸ線を試料に照射し、試料から放出される特性Ｘ線である蛍光Ｘ線をＸ線検出器で検出することで、そのエネルギーからスペクトルを取得し、試料の定性分析又は定量分析を行うものである。この蛍光Ｘ線分析は、試料を非破壊で迅速に分析可能なため、工程・品質管理などで広く用いられている。近年では、高精度化・高感度化が図られて微量測定が可能になり、特に材料や複合電子部品などに含まれる有害物質の検出を行う分析手法として普及が期待されている。
【０００３】
この蛍光Ｘ線分析の分析手法としては、蛍光Ｘ線を分光結晶により分光し、Ｘ線の波長と強度を測定する波長分散方式や、分光せずに半導体検出素子で検出し、波高分析器でＸ線のエネルギーと強度とを測定するエネルギー分散方式などがある。
従来、例えば特許文献１には、試料にＸ線を照射するＸ線管と、Ｘ線照射された試料から生じた蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線検出器の出力に基づいて試料中に含まれる元素とその強度を判別するパルスプロセッサーと、このパルスプロセッサーからの信号を入力するコンピュータと、このコンピュータの出力を処理してＸ線強度の分布を二次元画像に表示する画像処理装置と、を備えたＸ線マッピング装置が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−１７５６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来のＸ線マッピングを行う装置では、Ｘ線強度の強弱によって特定の元素分布が画像上の色やコントラストである程度判断できるが、元素濃度に関する基準がなく、画像から所定濃度以上の元素分布を直接的に認識することが難しいという不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、Ｘ線マッピングされた画像から特定の元素に関して所定濃度以上の部位を容易にかつ直接的に認識でき、特定することが可能なＸ線分析装置及びＸ線分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のＸ線分析装置は、試料上の照射ポイントに放射線を照射する放射線源と、前記試料から放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器と、前記信号を分析する分析器と、予め設定されたマッピング領域内で前記試料に対して前記照射ポイントを相対的に移動可能な移動機構と、前記分析器の分析結果から特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、該Ｘ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定して前記マッピング領域の前記照射ポイントに対応した位置に画像表示するＸ線マッピング処理部と、を備え、該Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別した前記Ｘ線強度を基準にして、前記照射ポイントにおけるＸ線強度の前記強度コントラストを決定することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のＸ線分析方法は、放射線源から試料上の照射ポイントに放射線を照射し、Ｘ線検出器により前記試料から放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出方法であって、分析器により、前記信号を分析するステップと、移動機構により、予め設定されたマッピング領域内で前記試料に対して前記照射ポイントを相対的に移動するステップと、Ｘ線マッピング処理部により、前記分析器の分析結果から特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、該Ｘ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定して前記マッピング領域の前記照射ポイントに対応した位置に画像表示するステップと、を有し、前記画像表示するステップで、Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別した前記Ｘ線強度を基準にして、前記照射ポイントにおけるＸ線強度の前記強度コントラストを決定することを特徴とする。
【０００９】
これらのＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別したＸ線強度を基準にして、照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定するので、基準として既知である標準物質のＸ線強度と試料における照射ポイントのＸ線強度とを比較して二次元画像にマッピングすることで、基準よりも特定の元素濃度が高いか低いか又は膜厚が厚いか薄いかを視覚的に容易に認識することが可能である。
【００１０】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記標準物質が、前記マッピング領域内に設置され、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記試料と共に前記標準物質のＸ線強度を判別して前記画像表示を行うことを特徴とする。
また、本発明のＸ線分析方法は、前記標準物質を、前記マッピング領域内に設置しておき、前記画像表示するステップで、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記試料と共に前記標準物質のＸ線強度を判別して前記画像表示を行うことを特徴とする。
すなわち、これらのＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、マッピング領域内に設置された標準物質について試料と共にＸ線強度を判別して画像表示するので、標準物質と試料とを同時にＸ線マッピングでき、標準物質のＸ線強度を別途測定する手間を省くことができる。また、標準物質と試料とで、Ｘ線強度を判別する際の分析条件（検出器との距離や雰囲気等）を互いに揃え易くなり、分析環境によるばらつきを抑えることができる。
【００１１】
さらに、本発明のＸ線分析装置は、前記標準物質が、前記試料上に載置されていることを特徴とする。すなわち、このＸ線分析装置では、標準物質が試料上に載置されているので、試料上の部品や材料等と標準物質との高さがほぼ同じになり、Ｘ線検出器との距離が同じになってＸ線強度の高い検出精度が得られる。
【００１２】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記標準物質の一定領域内におけるＸ線強度の平均値を前記基準とすることを特徴とする。標準物質内の一点のみで得られたＸ線強度を基準とする場合、標準物質中の元素分布等によってある程度、基準にばらつきが生じてしまうおそれがある。これに対して、本発明のＸ線分析装置では、Ｘ線マッピング処理部が、標準物質の一定領域内におけるＸ線強度の平均値を基準とするので、ある程度元素分布にばらつきがあってもＸ線強度の平均化によって、ばらつきの少ない高精度な基準値を得ることができる。
【００１３】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記標準物質のＸ線強度を前記強度コントラストの上限値または下限値に設定して前記画像表示を行うことを特徴とする。すなわち、このＸ線分析装置では、Ｘ線マッピング処理部が、標準物質のＸ線強度を強度コントラストの上限値または下限値に設定して画像表示を行うので、基準を超える元素濃度又は膜厚が検出された部位のみを強度コントラストで明確に視認可能に表示することで、さらに視覚的に高濃度部位等を容易に特定することができる。例えば、標準物質のＸ線強度を強度コントラストの下限値に設定した場合、基準である標準物質のＸ線強度以下の元素濃度又は膜厚が検出された部位は全て黒く表示され、標準物質より高いＸ線強度であった部位は黒以外の色又は高い明度の強度コントラストで高い視認性をもって画像表示される。
【００１４】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記Ｘ線強度の画像と前記試料の光学顕微鏡像又は二次電子像とを重ね合わせて表示可能であることを特徴とする。すなわち、このＸ線分析装置では、Ｘ線マッピング処理部が、Ｘ線強度の画像と試料の光学顕微鏡像又は二次電子像とを重ね合わせて表示可能であるので、各部位においてＸ線強度の情報だけでなく、試料の光学顕微鏡像又は二次電子像で得られる情報を同時に視覚的に認識することができ、問題部位の特定がさらに容易になる。
【００１５】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記試料が、前記放射線が透過可能な材質で形成された筐体に内蔵されているものであり、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材で前記標準物質を覆った状態で測定した該標準物質のＸ線強度を基準とすることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のＸ線分析方法は、前記試料が、前記放射線が透過可能な材質で形成された筐体に内蔵されているものであり、前記画像表示するステップで、前記筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材で前記標準物質を覆った状態で測定した該標準物質のＸ線強度を基準とすることを特徴とする。
【００１７】
これらのＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材で標準物質を覆った状態で測定した該標準物質のＸ線強度を基準とするので、筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材を介して試料と同様の環境で測定した標準物質のＸ線強度と筐体内部の試料のＸ線強度とを比較して二次元画像にマッピングすることで、分解することなく筐体に覆われたままの試料を分析することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るＸ線分析装置及びＸ線分析方法によれば、Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別したＸ線強度を基準にして、照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定するので、基準の標準物質よりも特定の元素濃度が高いか低いか又は膜厚が厚いか薄いかを視覚的に容易に認識することが可能である。したがって、特定の元素が規定よりも高い濃度で含有される問題部位等を、視覚的に容易に特定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るＸ線分析装置及びＸ線分析方法の一実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。
【００２０】
本実施形態のＸ線分析装置は、例えばエネルギー分散型の蛍光Ｘ線分析装置であって、図１及び図２に示すように、試料Ｓを載置すると共に移動可能な試料ステージ（移動機構）１と、試料Ｓ上の任意の照射ポイントに１次Ｘ線（放射線）Ｘ１を照射するＸ線管球（放射線源）２と、試料Ｓから放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器３と、図示しない照明手段で照明された試料Ｓの拡大された照明画像を画像データとして取得する光学顕微鏡４と、Ｘ線検出器３に接続され上記信号を分析する分析器５と、分析器５に接続され特定の元素に対応したＸ線強度を判別する解析処理を行うと共に求めたＸ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定してディスプレイ部６ａ上の照射ポイントに対応した位置に画像表示するＸ線マッピング処理部６と、を備えている。
【００２１】
上記Ｘ線管球２は、管球内のフィラメント（陽極）から発生した熱電子がフィラメント（陽極）とターゲット（陰極）との間に印加された電圧により加速されターゲットのＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）などに衝突して発生したＸ線を１次Ｘ線Ｘ１としてベリリウム箔などの窓から出射するものである。
【００２２】
上記Ｘ線検出器３は、Ｘ線の入射窓に設置されている半導体検出素子（例えば、ｐｉｎ構造ダイオードであるＳｉ（シリコン）素子）（図示略）を備え、Ｘ線光子１個が入射すると、このＸ線光子１個に対応する電流パルスが発生するものである。この電流パルスの瞬間的な電流値が、入射した特性Ｘ線のエネルギーに比例している。また、Ｘ線検出器３は、半導体検出素子で発生した電流パルスを電圧パルスに変換、増幅し、信号として出力するように設定されている。
【００２３】
上記分析器５は、上記信号から電圧パルスの波高を得てエネルギースペクトルを生成する波高分析器（マルチチャンネルパルスハイトアナライザー）である。
【００２４】
上記Ｘ線マッピング処理部６は、ＣＰＵ等で構成され解析処理装置として機能するコンピュータであり、分析器５から送られるエネルギースペクトルから特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、これに基づいてＸ線マッピングした二次元画像をディスプレイ部６ａに表示する機能を有している。また、Ｘ線マッピング処理部６は、各上記構成に接続されこれらを制御する機能を有し、該制御に応じて種々の情報をディスプレイ部６ａに表示可能である。
【００２５】
このＸ線マッピング処理部６は、標準物質７の一定領域７ａ内におけるＸ線強度の平均値を基準とするように設定されている。また、Ｘ線マッピング処理部６は、標準物質７のＸ線強度を強度コントラストの上限値または下限値に設定して画像表示を行うように設定可能になっている。さらに、Ｘ線マッピング処理部６は、Ｘ線強度の画像と試料Ｓの光学顕微鏡像とを重ね合わせて表示するように設定可能である。
【００２６】
これら試料ステージ１、Ｘ線管球２、Ｘ線検出器３及び光学顕微鏡４等は、減圧可能な試料室８に収納され、Ｘ線が大気中の雰囲気に吸収されないように測定時には、試料室８内が減圧されるようになっている。
また、上記試料ステージ１は、試料Ｓを固定した状態でステッピングモータ（図示略）等により上下左右の水平移動及び高さ調整可能なＸＹＺステージであって、予め設定されたマッピング領域Ｍ内で試料Ｓに対して照射ポイントを相対的に移動させるように、Ｘ線マッピング処理部６により制御される。
【００２７】
次に、本実施形態のＸ線分析装置を用いたＸ線分析方法について、図１から図５を参照して説明する。なお、試料Ｓとして、抵抗等の種々の電子部品Ｅが半田材Ｈで実装された電子回路基板を用い、半田材Ｈ等に含有される鉛（Ｐｂ）の含有濃度の分布をＸ線マッピングにより調べる。
【００２８】
まず、試料ステージ１上に試料Ｓをセットすると共に、Ｘ線マッピングするマッピング領域ＭをＸ線マッピング処理部６に入力し、設定する。さらに、図２に示すように、マッピング領域Ｍ内であって試料Ｓ上で測定に影響のないスペースに標準物質７を載置する。
この状態で、試料室８内を所定の減圧状態とする。この標準物質７は、予め組成元素及びその濃度が既知のものであり、例えば鉛、カドミウム、クロム等のいずれかの元素を含むと共にその濃度がわかっているものである。なお、本実施形態では、Ｘ線マッピングにより鉛（Ｐｂ）の含有濃度の分布を調べるため、電子回路基板である試料Ｓ上に、Ｐｂが１０００ｐｐｍの半田材で円板状に形成された標準物質７を載置した。また、標準物質７の高さは、試料Ｓ上の分析対象である電子部品Ｅや半田材Ｈの高さに合わせておく。
【００２９】
次に、試料ステージ１を駆動して試料Ｓを光学顕微鏡４の直下に移動させ、光学顕微鏡４によって標準物質７を載置した状態で試料Ｓのマッピング領域Ｍを撮影し、その光学顕微鏡像をＸ線マッピング処理部６へ送って記憶させる。なお、上記手順では、予めマッピング領域Ｍを設定してから、光学顕微鏡４で撮影しているが、試料Ｓ上の分析したい領域周辺を光学顕微鏡４で撮影し、その光学顕微鏡像を元に、マッピング領域Ｍを設定しても構わない。この場合も標準物質７がマッピング領域Ｍ内に含まれるように設定する。
【００３０】
次に、蛍光Ｘ線分析を行うため、Ｘ線マッピング処理部６は、試料ステージ１を駆動して試料Ｓを移動し、マッピング領域Ｍ内の最初の照射ポイントをＸ線管球２から出射される１次Ｘ線Ｘ１の照射位置に設置する。この状態で、Ｘ線管球２から１次Ｘ線Ｘ１を試料Ｓに照射することにより、発生した特性Ｘ線及び散乱Ｘ線をＸ線検出器３で検出する。
【００３１】
Ｘ線を検出したＸ線検出器３は、その信号を分析器５に送り、分析器５はその信号からエネルギースペクトルを取り出し、Ｘ線マッピング処理部６へ出力する。Ｘ線マッピング処理部６では、分析器５から送られたエネルギースペクトルから特定元素（本実施形態では、鉛）に対応するＸ線強度を判別し、これを上記照射ポイントの座標情報と共に記憶する。
さらに、照射ポイントをマッピング領域Ｍ内で所定距離間隔で順次移動させ、マトリクス状、すなわち二次元的に走査してマッピング領域Ｍ全体にわたって複数の照射ポイントにおいて上記検出を繰り返し、各照射ポイントの座標情報及び特定元素のＸ線強度を記憶する。すなわち、マッピング領域Ｍ内の試料Ｓと共に標準物質７についても同時にＸ線強度を判別し、記憶する。
【００３２】
次に、Ｘ線マッピング処理部６は、一つの照射ポイントを一つの画素として、上記検出で求めたＸ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定し、図３に示すように、ディスプレイ部６ａにおいて照射ポイントに対応した位置に画像として二次元的に表示する。この際、Ｘ線マッピング処理部６は、試料Ｓ上の標準物質７で検出したＸ線強度を基準にして、各照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定する。また、Ｘ線マッピング処理部６は、図２に示すように、標準物質７の一定領域７ａ内における複数の照射ポイントで得たＸ線強度の平均値を上記基準として、上記強度コントラストの設定を行う。なお、一定領域７ａを設定する際、例えば円形又は四角形で一定領域７ａの境界を決めてＸ線マッピング処理部６に入力する。
【００３３】
例えば、図３に示すように、鉛について標準物質７のＸ線強度以下のＸ線強度が検出された照射ポイントについては、標準物質７のＸ線強度と同じ明度及び色の強度コントラスト９ａで画像表示し、標準物質７のＸ線強度より高いＸ線強度が検出された照射ポイントについては、基準となる標準物質７のＸ線強度の場合よりも高い明度又は別の色の強度コントラスト９ｂで画像表示する。
【００３４】
すなわち、本実施形態では、標準物質７に含有される鉛が１０００ｐｐｍであるので、試料Ｓ上で鉛が１０００ｐｐｍ以下の低い濃度である部位は、標準物質７と同じ強度コントラスト９ａで画像表示され、試料Ｓ上で鉛が１０００ｐｐｍを超える高い濃度である部位は、標準物質７よりも明度の高い又は異なる色の強度コントラスト９ｂで視覚的に明確な差をもって画像表示される。
【００３５】
次に、標準物質７を超える濃度の鉛を含有する部位のみを明確に表示するため、Ｘ線マッピング処理部６の画像処理の設定を変更し、標準物質７のＸ線強度を強度コントラストの上限値または下限値に設定して画像表示を行う。例えば、標準物質７のＸ線強度を強度コントラストの下限値に設定した場合、図４に示すように、基準である標準物質７のＸ線強度以下のＸ線強度が検出された部位は全て黒く表示され（図４中では、見易くするため黒い部分は図示せず白く表示している）、標準物質７より高いＸ線強度であった部位は黒以外の色（例えば、赤色）又は高い明度の強度コントラスト９ｂで高い視認性をもって画像表示される。すなわち、１０００ｐｐｍを超える高濃度部位だけが目立つように表示されるため、高濃度部位を一目で特定することができる。
【００３６】
なお、標準物質７のＸ線強度を強度コントラストの上限値に設定した場合、例えば、基準である標準物質７のＸ線強度以下のＸ線強度が検出された部位は全て白く表示され、標準物質７より高いＸ線強度であった部位は白以外の色又は黒等の低い明度の強度コントラスト（黒色等）で高い視認性をもって画像表示させても構わない。
【００３７】
次に、Ｘ線強度の分布（鉛の濃度分布）と実際の試料Ｓ上の半田材Ｈや電子部品Ｅとの位置関係を把握するため、Ｘ線マッピング処理部６の画像処理の設定を変更し、図５に示すように、光学顕微鏡４で撮影した光学顕微鏡像を上記Ｘ線マッピングしたＸ線強度の画像と重ね合わせてディスプレイ部６ａに表示する。これにより、Ｘ線マッピングによる鉛の濃度分布と電子回路基板上の半田材Ｈや電子部品Ｅの配置との関連性を、同じ画面上で容易に把握することが可能になる。
【００３８】
このように、本実施形態のＸ線分析装置では、Ｘ線マッピング処理部６が、予め組成元素及びその濃度が既知の標準物質７について判別したＸ線強度を基準にして、照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定するので、基準として既知である標準物質７のＸ線強度と試料Ｓにおける照射ポイントのＸ線強度とを比較して二次元画像にマッピングすることで、基準よりも特定の元素濃度が高いか低いかを視覚的に容易に認識することが可能である。
【００３９】
また、マッピング領域Ｍ内に設置された標準物質７について試料Ｓと共にＸ線強度を判別して画像表示するので、標準物質７と試料Ｓとを同時にＸ線マッピングでき、標準物質７のＸ線強度を別途測定する手間を省くことができる。また、標準物質７と試料Ｓとで、Ｘ線強度を判別する際の分析条件（Ｘ線検出器３との距離や雰囲気等）を互いに揃え易くなり、分析環境によるばらつきを抑えることができる。特に、標準物質７が試料Ｓ上に載置されているので、試料Ｓ上の電子部品Ｅや半田材Ｈと標準物質７との高さがほぼ同じになり、Ｘ線検出器３との距離が同じになってＸ線強度の高い検出精度が得られる。
【００４０】
また、Ｘ線マッピング処理部６が、標準物質７の一定領域７ａ内におけるＸ線強度の平均値を基準とするので、ある程度元素分布にばらつきがあってもＸ線強度の平均化によって、ばらつきの少ない高精度な基準値を得ることができる。
なお、試料Ｓ上に標準物質７を載置した状態でＸ線強度を検出してＸ線マッピングを行っているので、分析対象の試料Ｓ上の半田材Ｈ等と標準物質７との高さがほぼ同じになり、Ｘ線強度の高い検出精度が得られる。
【００４１】
さらに、Ｘ線マッピング処理部６が、標準物質７のＸ線強度を強度コントラストの上限値または下限値に設定して画像表示を行うので、基準を超える元素濃度が検出された部位のみを強度コントラストで明確に視認可能に表示することで、さらに視覚的に高濃度部位を容易に特定することができる。
【００４２】
また、Ｘ線マッピング処理部６が、Ｘ線強度の画像と試料Ｓの光学顕微鏡像とを重ね合わせて表示可能であるので、各部位においてＸ線強度（すなわち、元素濃度）の情報だけでなく、試料Ｓの光学顕微鏡像で得られる半田材Ｈや電子部品Ｅ等の配置情報を同時に視覚的に認識することができ、問題部位の特定がさらに容易になる。
【００４３】
次に、本実施形態のＸ線分析装置を用いて、筐体に内蔵された試料を分析する方法について、図６及び図７を参照して説明する。
【００４４】
この分析方法では、図６及び図７の（ａ）に示すように、例えば電子機器製品としてノート型パーソナルコンピュータＰＣの筐体Ｋ０に内蔵された回路基板等を試料Ｓとして分析する。
この分析を行う場合、試料ステージ１上にノート型パーソナルコンピュータＰＣと共に標準物質７を載置する。この際、標準物質７は、筐体Ｋ０と同じ材質及び厚さのカバー部材Ｋ１で覆った状態にして設置される。
【００４５】
この状態で、Ｘ線マッピング処理部６は、カバー部材Ｋ１で覆った状態の標準物質７についてカバー部材Ｋ１を介して判別したＸ線強度を基準にして、図７の（ｂ）に示すように、照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定する。
【００４６】
従来、ノート型パーソナルコンピュータＰＣ等の電子機器製品は、プラスティックや薄いアルミニウム等の外装材で構成された筐体Ｋ０で覆われており、筐体Ｋ０に覆われたまま内部の回路基板等の試料Ｓを元素分析しても、対象元素からのＸ線は筐体Ｋ０で吸収されてしまい、その強度が非常に弱くなってしまう。このため、試料ＳからのＸ線強度マッピングをしても、吸収によるＸ線強度の減少が大きく、試料Ｓの元素濃度の把握をする事が難しかった。
【００４７】
しかしながら、本実施形態では、１次Ｘ線が透過可能な材質で形成された筐体Ｋ０に内蔵されている試料Ｓのマッピング分析について、Ｘ線マッピング処理部６が、画像表示する際に、筐体Ｋ０と同じ材質及び厚さのカバー部材Ｋ１で標準物質７を覆った状態で測定した該標準物質７のＸ線強度を基準とするので、カバー部材Ｋ１を介して試料Ｓと同様の環境で測定した標準物質７のＸ線強度と筐体Ｋ０内部の試料ＳのＸ線強度とを比較して二次元画像にマッピングすることで、分解することなく筐体Ｋ０に覆われたままの試料Ｓを分析することができる。
【００４８】
すなわち、カバー部材Ｋ１を通して測定した標準物質７のＸ線強度を基準とすることで、筐体Ｋ０のＸ線吸収を考慮することができ、筐体Ｋ０で覆われたままで内部の回路基板等の試料Ｓの元素分析が可能となる。例えば、本分析方法によれば、図７の（ａ）に示すノート型パーソナルコンピュータＰＣのカメラ画像に対し、図７の（ｂ）に示すように、内部の試料Ｓにおける鉛（Ｐｂ）等の分析画像を表示することができる。
【００４９】
この際、鉛についてカバー部材Ｋ１を通した標準物質７のＸ線強度以下のＸ線強度が検出された筐体Ｋ０内部の照射ポイントについては、標準物質７のＸ線強度と同じ明度及び色の強度コントラスト９ａで画像表示され、カバー部材Ｋ１を通した標準物質７のＸ線強度より高いＸ線強度が検出された筐体Ｋ０内部の照射ポイントについては、基準となる標準物質７のＸ線強度の場合よりも高い明度又は別の色の強度コントラスト９ｂで画像表示される。
【００５０】
このように、電子機器製品内部の有害元素の有無を検査する際に、電子機器製品内部に有害元素が存在するものを分解することなくスクリーニングすることができ、検査の大幅な省力化を図ることができる。
なお、検出する対象元素をＸ線のエネルギーの高いものに変更することで、内部の基板形状等を分析画像として得ることも可能である。
【００５１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５２】
例えば、上記実施形態は、エネルギー分散型の蛍光Ｘ線分析装置であるが、本発明を、他の分析方式、例えば波長分散型の蛍光Ｘ線分析装置や、照射する放射線として電子線を使用し、二次電子像も得ることができるＳＥＭ−ＥＤＳ（走査型電子顕微鏡・エネルギー分散型Ｘ線分析）装置に適用しても構わない。
また、上記実施形態は、Ｘ線マッピング処理部６がＸ線強度の画像と試料Ｓの光学顕微鏡像とを重ね合わせて表示可能とされているが、ＳＥＭ−ＥＤＳ装置に本発明を採用した場合、Ｘ線強度の画像と二次電子像とを重ね合わせて表示可能にしても構わない。
【００５３】
また、上記実施形態では、元素濃度が既知の標準物質を一つ使用したが、異なる元素濃度の別の標準物質も同時に試料上に載置して、これら２つの標準物質を基準にしてＸ線強度を検出し、Ｘ線マッピングを行っても構わない。この場合、２つの標準物質のＸ線強度をそれぞれ強度コントラストの上限値及び下限値に設定することで、特定の濃度範囲に限定した元素分布を画像表示することが可能になる。例えば、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ等の元素について、濃度範囲を特定してその分布を容易に画像表示することができる。
【００５４】
また、上記実施形態では、試料室内を減圧雰囲気にして分析を行っているが、真空（減圧）雰囲気でない状態で分析を行っても構わない。
さらに、上述したように、標準物質を試料上に載置してＸ線マッピングすることが好ましいが、標準物質をマッピング領域Ｍ内であるが試料の脇に載置して同時にＸ線マッピングしても構わない。
また、上記実施形態では、組成元素の濃度が既知の標準物質を用いて試料の元素濃度についてＸ線マッピングしたが、組成元素の膜厚が既知の標準物質を用い、この標準物質のＸ線強度を基準にして上記と同様の手法で、試料の膜厚についてＸ線マッピングしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るＸ線分析装置及びＸ線分析方法の一実施形態において、Ｘ線分析装置を示す概略的な全体構成図である。
【図２】本実施形態において、試料（電子回路基板）上の測定エリアに標準物質を載置した状態を示す模式的な平面図である。
【図３】本実施形態において、試料（電子回路基板）上の測定エリアをＸ線マッピングした際、Ｘ線強度の画像表示を示す模式図である。
【図４】本実施形態において、試料（電子回路基板）上の測定エリアをＸ線マッピングした際、標準物質のＸ線強度を強度コントラストの下限値に設定して画像表示した模式図である。
【図５】本実施形態において、試料（電子回路基板）上の測定エリアをＸ線マッピングした際、Ｘ線強度の画像と光学顕微鏡像とを重ね合わせて画像表示した模式図である。
【図６】本実施形態において、筐体に内蔵された試料を分析する際の試料及び標準物質の設置状態を示す試料ステージ上の断面図である。
【図７】本実施形態において、筐体に内蔵された試料を分析する際の例として、ノート型パーソナルコンピュータのカメラ画像及び内部の分析画像を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…試料ステージ（移動機構）、２…Ｘ線管球（放射線源）、３…Ｘ線検出器、５…分析器、６…Ｘ線マッピング処理部、７…標準物質、９ａ，９ｂ…強度コントラスト、Ｋ０…筐体、Ｋ１…カバー部材、Ｍ…マッピング領域、Ｓ…試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光Ｘ線分析等により試料表面のＸ線マッピング分析に好適なＸ線分析装置及びＸ線分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光Ｘ線分析は、Ｘ線源から出射されたＸ線を試料に照射し、試料から放出される特性Ｘ線である蛍光Ｘ線をＸ線検出器で検出することで、そのエネルギーからスペクトルを取得し、試料の定性分析又は定量分析を行うものである。この蛍光Ｘ線分析は、試料を非破壊で迅速に分析可能なため、工程・品質管理などで広く用いられている。近年では、高精度化・高感度化が図られて微量測定が可能になり、特に材料や複合電子部品などに含まれる有害物質の検出を行う分析手法として普及が期待されている。
【０００３】
この蛍光Ｘ線分析の分析手法としては、蛍光Ｘ線を分光結晶により分光し、Ｘ線の波長と強度を測定する波長分散方式や、分光せずに半導体検出素子で検出し、波高分析器でＸ線のエネルギーと強度とを測定するエネルギー分散方式などがある。
従来、例えば特許文献１には、試料にＸ線を照射するＸ線管と、Ｘ線照射された試料から生じた蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線検出器の出力に基づいて試料中に含まれる元素とその強度を判別するパルスプロセッサーと、このパルスプロセッサーからの信号を入力するコンピュータと、このコンピュータの出力を処理してＸ線強度の分布を二次元画像に表示する画像処理装置と、を備えたＸ線マッピング装置が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−１７５６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来のＸ線マッピングを行う装置では、Ｘ線強度の強弱によって特定の元素分布が画像上の色やコントラストである程度判断できるが、元素濃度に関する基準がなく、画像から所定濃度以上の元素分布を直接的に認識することが難しいという不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、Ｘ線マッピングされた画像から特定の元素に関して所定濃度以上の部位を容易にかつ直接的に認識でき、特定することが可能なＸ線分析装置及びＸ線分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のＸ線分析装置は、試料上の照射ポイントに放射線を照射する放射線源と、前記試料から放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器と、前記信号を分析する分析器と、予め設定されたマッピング領域内で前記試料に対して前記照射ポイントを相対的に移動可能な移動機構と、前記分析器の分析結果から特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、該Ｘ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定して前記マッピング領域の前記照射ポイントに対応した位置に画像表示するＸ線マッピング処理部と、を備え、該Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別した前記Ｘ線強度を基準にして、前記照射ポイントにおけるＸ線強度の前記強度コントラストを決定することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のＸ線分析方法は、放射線源から試料上の照射ポイントに放射線を照射し、Ｘ線検出器により前記試料から放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出方法であって、分析器により、前記信号を分析するステップと、移動機構により、予め設定されたマッピング領域内で前記試料に対して前記照射ポイントを相対的に移動するステップと、Ｘ線マッピング処理部により、前記分析器の分析結果から特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、該Ｘ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定して前記マッピング領域の前記照射ポイントに対応した位置に画像表示するステップと、を有し、前記画像表示するステップで、Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別した前記Ｘ線強度を基準にして、前記照射ポイントにおけるＸ線強度の前記強度コントラストを決定することを特徴とする。
【０００９】
これらのＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別したＸ線強度を基準にして、照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定するので、基準として既知である標準物質のＸ線強度と試料における照射ポイントのＸ線強度とを比較して二次元画像にマッピングすることで、基準よりも特定の元素濃度が高いか低いか又は膜厚が厚いか薄いかを視覚的に容易に認識することが可能である。
【００１０】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記標準物質が、前記マッピング領域内に設置され、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記試料と共に前記標準物質のＸ線強度を判別して前記画像表示を行うことを特徴とする。
また、本発明のＸ線分析方法は、前記標準物質を、前記マッピング領域内に設置しておき、前記画像表示するステップで、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記試料と共に前記標準物質のＸ線強度を判別して前記画像表示を行うことを特徴とする。
すなわち、これらのＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、マッピング領域内に設置された標準物質について試料と共にＸ線強度を判別して画像表示するので、標準物質と試料とを同時にＸ線マッピングでき、標準物質のＸ線強度を別途測定する手間を省くことができる。また、標準物質と試料とで、Ｘ線強度を判別する際の分析条件（検出器との距離や雰囲気等）を互いに揃え易くなり、分析環境によるばらつきを抑えることができる。
【００１１】
さらに、本発明のＸ線分析装置は、前記標準物質が、前記試料上に載置されていることを特徴とする。すなわち、このＸ線分析装置では、標準物質が試料上に載置されているので、試料上の部品や材料等と標準物質との高さがほぼ同じになり、Ｘ線検出器との距離が同じになってＸ線強度の高い検出精度が得られる。
【００１２】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記標準物質の一定領域内におけるＸ線強度の平均値を前記基準とすることを特徴とする。標準物質内の一点のみで得られたＸ線強度を基準とする場合、標準物質中の元素分布等によってある程度、基準にばらつきが生じてしまうおそれがある。これに対して、本発明のＸ線分析装置では、Ｘ線マッピング処理部が、標準物質の一定領域内におけるＸ線強度の平均値を基準とするので、ある程度元素分布にばらつきがあってもＸ線強度の平均化によって、ばらつきの少ない高精度な基準値を得ることができる。
【００１３】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記標準物質のＸ線強度を前記強度コントラストの上限値または下限値に設定して前記画像表示を行うことを特徴とする。すなわち、このＸ線分析装置では、Ｘ線マッピング処理部が、標準物質のＸ線強度を強度コントラストの上限値または下限値に設定して画像表示を行うので、基準を超える元素濃度又は膜厚が検出された部位のみを強度コントラストで明確に視認可能に表示することで、さらに視覚的に高濃度部位等を容易に特定することができる。例えば、標準物質のＸ線強度を強度コントラストの下限値に設定した場合、基準である標準物質のＸ線強度以下の元素濃度又は膜厚が検出された部位は全て黒く表示され、標準物質より高いＸ線強度であった部位は黒以外の色又は高い明度の強度コントラストで高い視認性をもって画像表示される。
【００１４】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記Ｘ線強度の画像と前記試料の光学顕微鏡像又は二次電子像とを重ね合わせて表示可能であることを特徴とする。すなわち、このＸ線分析装置では、Ｘ線マッピング処理部が、Ｘ線強度の画像と試料の光学顕微鏡像又は二次電子像とを重ね合わせて表示可能であるので、各部位においてＸ線強度の情報だけでなく、試料の光学顕微鏡像又は二次電子像で得られる情報を同時に視覚的に認識することができ、問題部位の特定がさらに容易になる。
【００１５】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記試料が、前記放射線が透過可能な材質で形成された筐体に内蔵されているものであり、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材で前記標準物質を覆った状態で測定した該標準物質のＸ線強度を基準とすることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のＸ線分析方法は、前記試料が、前記放射線が透過可能な材質で形成された筐体に内蔵されているものであり、前記画像表示するステップで、前記筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材で前記標準物質を覆った状態で測定した該標準物質のＸ線強度を基準とすることを特徴とする。
【００１７】
これらのＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材で標準物質を覆った状態で測定した該標準物質のＸ線強度を基準とするので、筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材を介して試料と同様の環境で測定した標準物質のＸ線強度と筐体内部の試料のＸ線強度とを比較して二次元画像にマッピングすることで、分解することなく筐体に覆われたままの試料を分析することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るＸ線分析装置及びＸ線分析方法によれば、Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別したＸ線強度を基準にして、照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定するので、基準の標準物質よりも特定の元素濃度が高いか低いか又は膜厚が厚いか薄いかを視覚的に容易に認識することが可能である。したがって、特定の元素が規定よりも高い濃度で含有される問題部位等を、視覚的に容易に特定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るＸ線分析装置及びＸ線分析方法の一実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。
【００２０】
本実施形態のＸ線分析装置は、例えばエネルギー分散型の蛍光Ｘ線分析装置であって、図１及び図２に示すように、試料Ｓを載置すると共に移動可能な試料ステージ（移動機構）１と、試料Ｓ上の任意の照射ポイントに１次Ｘ線（放射線）Ｘ１を照射するＸ線管球（放射線源）２と、試料Ｓから放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器３と、図示しない照明手段で照明された試料Ｓの拡大された照明画像を画像データとして取得する光学顕微鏡４と、Ｘ線検出器３に接続され上記信号を分析する分析器５と、分析器５に接続され特定の元素に対応したＸ線強度を判別する解析処理を行うと共に求めたＸ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定してディスプレイ部６ａ上の照射ポイントに対応した位置に画像表示するＸ線マッピング処理部６と、を備えている。
【００２１】
上記Ｘ線管球２は、管球内のフィラメント（陽極）から発生した熱電子がフィラメント（陽極）とターゲット（陰極）との間に印加された電圧により加速されターゲットのＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）などに衝突して発生したＸ線を１次Ｘ線Ｘ１としてベリリウム箔などの窓から出射するものである。
【００２２】
上記Ｘ線検出器３は、Ｘ線の入射窓に設置されている半導体検出素子（例えば、ｐｉｎ構造ダイオードであるＳｉ（シリコン）素子）（図示略）を備え、Ｘ線光子１個が入射すると、このＸ線光子１個に対応する電流パルスが発生するものである。この電流パルスの瞬間的な電流値が、入射した特性Ｘ線のエネルギーに比例している。また、Ｘ線検出器３は、半導体検出素子で発生した電流パルスを電圧パルスに変換、増幅し、信号として出力するように設定されている。
【００２３】
上記分析器５は、上記信号から電圧パルスの波高を得てエネルギースペクトルを生成する波高分析器（マルチチャンネルパルスハイトアナライザー）である。
【００２４】
上記Ｘ線マッピング処理部６は、ＣＰＵ等で構成され解析処理装置として機能するコンピュータであり、分析器５から送られるエネルギースペクトルから特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、これに基づいてＸ線マッピングした二次元画像をディスプレイ部６ａに表示する機能を有している。また、Ｘ線マッピング処理部６は、各上記構成に接続されこれらを制御する機能を有し、該制御に応じて種々の情報をディスプレイ部６ａに表示可能である。
【００２５】
このＸ線マッピング処理部６は、標準物質７の一定領域７ａ内におけるＸ線強度の平均値を基準とするように設定されている。また、Ｘ線マッピング処理部６は、標準物質７のＸ線強度を強度コントラストの上限値または下限値に設定して画像表示を行うように設定可能になっている。さらに、Ｘ線マッピング処理部６は、Ｘ線強度の画像と試料Ｓの光学顕微鏡像とを重ね合わせて表示するように設定可能である。
【００２６】
これら試料ステージ１、Ｘ線管球２、Ｘ線検出器３及び光学顕微鏡４等は、減圧可能な試料室８に収納され、Ｘ線が大気中の雰囲気に吸収されないように測定時には、試料室８内が減圧されるようになっている。
また、上記試料ステージ１は、試料Ｓを固定した状態でステッピングモータ（図示略）等により上下左右の水平移動及び高さ調整可能なＸＹＺステージであって、予め設定されたマッピング領域Ｍ内で試料Ｓに対して照射ポイントを相対的に移動させるように、Ｘ線マッピング処理部６により制御される。
【００２７】
次に、本実施形態のＸ線分析装置を用いたＸ線分析方法について、図１から図５を参照して説明する。なお、試料Ｓとして、抵抗等の種々の電子部品Ｅが半田材Ｈで実装された電子回路基板を用い、半田材Ｈ等に含有される鉛（Ｐｂ）の含有濃度の分布をＸ線マッピングにより調べる。
【００２８】
まず、試料ステージ１上に試料Ｓをセットすると共に、Ｘ線マッピングするマッピング領域ＭをＸ線マッピング処理部６に入力し、設定する。さらに、図２に示すように、マッピング領域Ｍ内であって試料Ｓ上で測定に影響のないスペースに標準物質７を載置する。
この状態で、試料室８内を所定の減圧状態とする。この標準物質７は、予め組成元素及びその濃度が既知のものであり、例えば鉛、カドミウム、クロム等のいずれかの元素を含むと共にその濃度がわかっているものである。なお、本実施形態では、Ｘ線マッピングにより鉛（Ｐｂ）の含有濃度の分布を調べるため、電子回路基板である試料Ｓ上に、Ｐｂが１０００ｐｐｍの半田材で円板状に形成された標準物質７を載置した。また、標準物質７の高さは、試料Ｓ上の分析対象である電子部品Ｅや半田材Ｈの高さに合わせておく。
【００２９】
次に、試料ステージ１を駆動して試料Ｓを光学顕微鏡４の直下に移動させ、光学顕微鏡４によって標準物質７を載置した状態で試料Ｓのマッピング領域Ｍを撮影し、その光学顕微鏡像をＸ線マッピング処理部６へ送って記憶させる。なお、上記手順では、予めマッピング領域Ｍを設定してから、光学顕微鏡４で撮影しているが、試料Ｓ上の分析したい領域周辺を光学顕微鏡４で撮影し、その光学顕微鏡像を元に、マッピング領域Ｍを設定しても構わない。この場合も標準物質７がマッピング領域Ｍ内に含まれるように設定する。
【００３０】
次に、蛍光Ｘ線分析を行うため、Ｘ線マッピング処理部６は、試料ステージ１を駆動して試料Ｓを移動し、マッピング領域Ｍ内の最初の照射ポイントをＸ線管球２から出射される１次Ｘ線Ｘ１の照射位置に設置する。この状態で、Ｘ線管球２から１次Ｘ線Ｘ１を試料Ｓに照射することにより、発生した特性Ｘ線及び散乱Ｘ線をＸ線検出器３で検出する。
【００３１】
Ｘ線を検出したＸ線検出器３は、その信号を分析器５に送り、分析器５はその信号からエネルギースペクトルを取り出し、Ｘ線マッピング処理部６へ出力する。Ｘ線マッピング処理部６では、分析器５から送られたエネルギースペクトルから特定元素（本実施形態では、鉛）に対応するＸ線強度を判別し、これを上記照射ポイントの座標情報と共に記憶する。
さらに、照射ポイントをマッピング領域Ｍ内で所定距離間隔で順次移動させ、マトリクス状、すなわち二次元的に走査してマッピング領域Ｍ全体にわたって複数の照射ポイントにおいて上記検出を繰り返し、各照射ポイントの座標情報及び特定元素のＸ線強度を記憶する。すなわち、マッピング領域Ｍ内の試料Ｓと共に標準物質７についても同時にＸ線強度を判別し、記憶する。
【００３２】
次に、Ｘ線マッピング処理部６は、一つの照射ポイントを一つの画素として、上記検出で求めたＸ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定し、図３に示すように、ディスプレイ部６ａにおいて照射ポイントに対応した位置に画像として二次元的に表示する。この際、Ｘ線マッピング処理部６は、試料Ｓ上の標準物質７で検出したＸ線強度を基準にして、各照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定する。また、Ｘ線マッピング処理部６は、図２に示すように、標準物質７の一定領域７ａ内における複数の照射ポイントで得たＸ線強度の平均値を上記基準として、上記強度コントラストの設定を行う。なお、一定領域７ａを設定する際、例えば円形又は四角形で一定領域７ａの境界を決めてＸ線マッピング処理部６に入力する。
【００３３】
例えば、図３に示すように、鉛について標準物質７のＸ線強度以下のＸ線強度が検出された照射ポイントについては、標準物質７のＸ線強度と同じ明度及び色の強度コントラスト９ａで画像表示し、標準物質７のＸ線強度より高いＸ線強度が検出された照射ポイントについては、基準となる標準物質７のＸ線強度の場合よりも高い明度又は別の色の強度コントラスト９ｂで画像表示する。
【００３４】
すなわち、本実施形態では、標準物質７に含有される鉛が１０００ｐｐｍであるので、試料Ｓ上で鉛が１０００ｐｐｍ以下の低い濃度である部位は、標準物質７と同じ強度コントラスト９ａで画像表示され、試料Ｓ上で鉛が１０００ｐｐｍを超える高い濃度である部位は、標準物質７よりも明度の高い又は異なる色の強度コントラスト９ｂで視覚的に明確な差をもって画像表示される。
【００３５】
次に、標準物質７を超える濃度の鉛を含有する部位のみを明確に表示するため、Ｘ線マッピング処理部６の画像処理の設定を変更し、標準物質７のＸ線強度を強度コントラストの上限値または下限値に設定して画像表示を行う。例えば、標準物質７のＸ線強度を強度コントラストの下限値に設定した場合、図４に示すように、基準である標準物質７のＸ線強度以下のＸ線強度が検出された部位は全て黒く表示され（図４中では、見易くするため黒い部分は図示せず白く表示している）、標準物質７より高いＸ線強度であった部位は黒以外の色（例えば、赤色）又は高い明度の強度コントラスト９ｂで高い視認性をもって画像表示される。すなわち、１０００ｐｐｍを超える高濃度部位だけが目立つように表示されるため、高濃度部位を一目で特定することができる。
【００３６】
なお、標準物質７のＸ線強度を強度コントラストの上限値に設定した場合、例えば、基準である標準物質７のＸ線強度以下のＸ線強度が検出された部位は全て白く表示され、標準物質７より高いＸ線強度であった部位は白以外の色又は黒等の低い明度の強度コントラスト（黒色等）で高い視認性をもって画像表示させても構わない。
【００３７】
次に、Ｘ線強度の分布（鉛の濃度分布）と実際の試料Ｓ上の半田材Ｈや電子部品Ｅとの位置関係を把握するため、Ｘ線マッピング処理部６の画像処理の設定を変更し、図５に示すように、光学顕微鏡４で撮影した光学顕微鏡像を上記Ｘ線マッピングしたＸ線強度の画像と重ね合わせてディスプレイ部６ａに表示する。これにより、Ｘ線マッピングによる鉛の濃度分布と電子回路基板上の半田材Ｈや電子部品Ｅの配置との関連性を、同じ画面上で容易に把握することが可能になる。
【００３８】
このように、本実施形態のＸ線分析装置では、Ｘ線マッピング処理部６が、予め組成元素及びその濃度が既知の標準物質７について判別したＸ線強度を基準にして、照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定するので、基準として既知である標準物質７のＸ線強度と試料Ｓにおける照射ポイントのＸ線強度とを比較して二次元画像にマッピングすることで、基準よりも特定の元素濃度が高いか低いかを視覚的に容易に認識することが可能である。
【００３９】
また、マッピング領域Ｍ内に設置された標準物質７について試料Ｓと共にＸ線強度を判別して画像表示するので、標準物質７と試料Ｓとを同時にＸ線マッピングでき、標準物質７のＸ線強度を別途測定する手間を省くことができる。また、標準物質７と試料Ｓとで、Ｘ線強度を判別する際の分析条件（Ｘ線検出器３との距離や雰囲気等）を互いに揃え易くなり、分析環境によるばらつきを抑えることができる。特に、標準物質７が試料Ｓ上に載置されているので、試料Ｓ上の電子部品Ｅや半田材Ｈと標準物質７との高さがほぼ同じになり、Ｘ線検出器３との距離が同じになってＸ線強度の高い検出精度が得られる。
【００４０】
また、Ｘ線マッピング処理部６が、標準物質７の一定領域７ａ内におけるＸ線強度の平均値を基準とするので、ある程度元素分布にばらつきがあってもＸ線強度の平均化によって、ばらつきの少ない高精度な基準値を得ることができる。
なお、試料Ｓ上に標準物質７を載置した状態でＸ線強度を検出してＸ線マッピングを行っているので、分析対象の試料Ｓ上の半田材Ｈ等と標準物質７との高さがほぼ同じになり、Ｘ線強度の高い検出精度が得られる。
【００４１】
さらに、Ｘ線マッピング処理部６が、標準物質７のＸ線強度を強度コントラストの上限値または下限値に設定して画像表示を行うので、基準を超える元素濃度が検出された部位のみを強度コントラストで明確に視認可能に表示することで、さらに視覚的に高濃度部位を容易に特定することができる。
【００４２】
また、Ｘ線マッピング処理部６が、Ｘ線強度の画像と試料Ｓの光学顕微鏡像とを重ね合わせて表示可能であるので、各部位においてＸ線強度（すなわち、元素濃度）の情報だけでなく、試料Ｓの光学顕微鏡像で得られる半田材Ｈや電子部品Ｅ等の配置情報を同時に視覚的に認識することができ、問題部位の特定がさらに容易になる。
【００４３】
次に、本実施形態のＸ線分析装置を用いて、筐体に内蔵された試料を分析する方法について、図６及び図７を参照して説明する。
【００４４】
この分析方法では、図６及び図７の（ａ）に示すように、例えば電子機器製品としてノート型パーソナルコンピュータＰＣの筐体Ｋ０に内蔵された回路基板等を試料Ｓとして分析する。
この分析を行う場合、試料ステージ１上にノート型パーソナルコンピュータＰＣと共に標準物質７を載置する。この際、標準物質７は、筐体Ｋ０と同じ材質及び厚さのカバー部材Ｋ１で覆った状態にして設置される。
【００４５】
この状態で、Ｘ線マッピング処理部６は、カバー部材Ｋ１で覆った状態の標準物質７についてカバー部材Ｋ１を介して判別したＸ線強度を基準にして、図７の（ｂ）に示すように、照射ポイントにおけるＸ線強度の強度コントラストを決定する。
【００４６】
従来、ノート型パーソナルコンピュータＰＣ等の電子機器製品は、プラスティックや薄いアルミニウム等の外装材で構成された筐体Ｋ０で覆われており、筐体Ｋ０に覆われたまま内部の回路基板等の試料Ｓを元素分析しても、対象元素からのＸ線は筐体Ｋ０で吸収されてしまい、その強度が非常に弱くなってしまう。このため、試料ＳからのＸ線強度マッピングをしても、吸収によるＸ線強度の減少が大きく、試料Ｓの元素濃度の把握をする事が難しかった。
【００４７】
しかしながら、本実施形態では、１次Ｘ線が透過可能な材質で形成された筐体Ｋ０に内蔵されている試料Ｓのマッピング分析について、Ｘ線マッピング処理部６が、画像表示する際に、筐体Ｋ０と同じ材質及び厚さのカバー部材Ｋ１で標準物質７を覆った状態で測定した該標準物質７のＸ線強度を基準とするので、カバー部材Ｋ１を介して試料Ｓと同様の環境で測定した標準物質７のＸ線強度と筐体Ｋ０内部の試料ＳのＸ線強度とを比較して二次元画像にマッピングすることで、分解することなく筐体Ｋ０に覆われたままの試料Ｓを分析することができる。
【００４８】
すなわち、カバー部材Ｋ１を通して測定した標準物質７のＸ線強度を基準とすることで、筐体Ｋ０のＸ線吸収を考慮することができ、筐体Ｋ０で覆われたままで内部の回路基板等の試料Ｓの元素分析が可能となる。例えば、本分析方法によれば、図７の（ａ）に示すノート型パーソナルコンピュータＰＣのカメラ画像に対し、図７の（ｂ）に示すように、内部の試料Ｓにおける鉛（Ｐｂ）等の分析画像を表示することができる。
【００４９】
この際、鉛についてカバー部材Ｋ１を通した標準物質７のＸ線強度以下のＸ線強度が検出された筐体Ｋ０内部の照射ポイントについては、標準物質７のＸ線強度と同じ明度及び色の強度コントラスト９ａで画像表示され、カバー部材Ｋ１を通した標準物質７のＸ線強度より高いＸ線強度が検出された筐体Ｋ０内部の照射ポイントについては、基準となる標準物質７のＸ線強度の場合よりも高い明度又は別の色の強度コントラスト９ｂで画像表示される。
【００５０】
このように、電子機器製品内部の有害元素の有無を検査する際に、電子機器製品内部に有害元素が存在するものを分解することなくスクリーニングすることができ、検査の大幅な省力化を図ることができる。
なお、検出する対象元素をＸ線のエネルギーの高いものに変更することで、内部の基板形状等を分析画像として得ることも可能である。
【００５１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５２】
例えば、上記実施形態は、エネルギー分散型の蛍光Ｘ線分析装置であるが、本発明を、他の分析方式、例えば波長分散型の蛍光Ｘ線分析装置や、照射する放射線として電子線を使用し、二次電子像も得ることができるＳＥＭ−ＥＤＳ（走査型電子顕微鏡・エネルギー分散型Ｘ線分析）装置に適用しても構わない。
また、上記実施形態は、Ｘ線マッピング処理部６がＸ線強度の画像と試料Ｓの光学顕微鏡像とを重ね合わせて表示可能とされているが、ＳＥＭ−ＥＤＳ装置に本発明を採用した場合、Ｘ線強度の画像と二次電子像とを重ね合わせて表示可能にしても構わない。
【００５３】
また、上記実施形態では、元素濃度が既知の標準物質を一つ使用したが、異なる元素濃度の別の標準物質も同時に試料上に載置して、これら２つの標準物質を基準にしてＸ線強度を検出し、Ｘ線マッピングを行っても構わない。この場合、２つの標準物質のＸ線強度をそれぞれ強度コントラストの上限値及び下限値に設定することで、特定の濃度範囲に限定した元素分布を画像表示することが可能になる。例えば、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ等の元素について、濃度範囲を特定してその分布を容易に画像表示することができる。
【００５４】
また、上記実施形態では、試料室内を減圧雰囲気にして分析を行っているが、真空（減圧）雰囲気でない状態で分析を行っても構わない。
さらに、上述したように、標準物質を試料上に載置してＸ線マッピングすることが好ましいが、標準物質をマッピング領域Ｍ内であるが試料の脇に載置して同時にＸ線マッピングしても構わない。
また、上記実施形態では、組成元素の濃度が既知の標準物質を用いて試料の元素濃度についてＸ線マッピングしたが、組成元素の膜厚が既知の標準物質を用い、この標準物質のＸ線強度を基準にして上記と同様の手法で、試料の膜厚についてＸ線マッピングしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るＸ線分析装置及びＸ線分析方法の一実施形態において、Ｘ線分析装置を示す概略的な全体構成図である。
【図２】本実施形態において、試料（電子回路基板）上の測定エリアに標準物質を載置した状態を示す模式的な平面図である。
【図３】本実施形態において、試料（電子回路基板）上の測定エリアをＸ線マッピングした際、Ｘ線強度の画像表示を示す模式図である。
【図４】本実施形態において、試料（電子回路基板）上の測定エリアをＸ線マッピングした際、標準物質のＸ線強度を強度コントラストの下限値に設定して画像表示した模式図である。
【図５】本実施形態において、試料（電子回路基板）上の測定エリアをＸ線マッピングした際、Ｘ線強度の画像と光学顕微鏡像とを重ね合わせて画像表示した模式図である。
【図６】本実施形態において、筐体に内蔵された試料を分析する際の試料及び標準物質の設置状態を示す試料ステージ上の断面図である。
【図７】本実施形態において、筐体に内蔵された試料を分析する際の例として、ノート型パーソナルコンピュータのカメラ画像及び内部の分析画像を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…試料ステージ（移動機構）、２…Ｘ線管球（放射線源）、３…Ｘ線検出器、５…分析器、６…Ｘ線マッピング処理部、７…標準物質、９ａ，９ｂ…強度コントラスト、Ｋ０…筐体、Ｋ１…カバー部材、Ｍ…マッピング領域、Ｓ…試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の照射ポイントに放射線を照射する放射線源と、
前記試料から放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器と、
前記信号を分析する分析器と、
予め設定されたマッピング領域内で前記試料に対して前記照射ポイントを相対的に移動可能な移動機構と、
前記分析器の分析結果から特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、該Ｘ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定して前記マッピング領域の前記照射ポイントに対応した位置に画像表示するＸ線マッピング処理部と、を備え、
該Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別した前記Ｘ線強度を基準にして、前記照射ポイントにおけるＸ線強度の前記強度コントラストを決定することを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線分析装置において、
前記標準物質が、前記マッピング領域内に設置され、
前記Ｘ線マッピング処理部が、前記試料と共に前記標準物質のＸ線強度を判別して前記画像表示を行うことを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線分析装置において、
前記標準物質が、前記試料上に載置されていることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線分析装置において、
前記Ｘ線マッピング処理部が、前記標準物質の一定領域内におけるＸ線強度の平均値を前記基準とすることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線分析装置において、
前記Ｘ線マッピング処理部が、前記標準物質のＸ線強度を前記強度コントラストの上限値または下限値に設定して前記画像表示を行うことを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線分析装置において、
前記Ｘ線マッピング処理部が、前記Ｘ線強度の画像と前記試料の光学顕微鏡像又は二次電子像とを重ね合わせて表示可能であることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線分析装置において、
前記試料が、前記放射線が透過可能な材質で形成された筐体に内蔵されているものであり、
前記Ｘ線マッピング処理部が、前記筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材で前記標準物質を覆った状態で測定した該標準物質のＸ線強度を基準とすることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項８】
放射線源から試料上の照射ポイントに放射線を照射し、Ｘ線検出器により前記試料から放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出方法であって、
分析器により、前記信号を分析するステップと、
移動機構により、予め設定されたマッピング領域内で前記試料に対して前記照射ポイントを相対的に移動するステップと、
Ｘ線マッピング処理部により、前記分析器の分析結果から特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、該Ｘ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定して前記マッピング領域の前記照射ポイントに対応した位置に画像表示するステップと、を有し、
前記画像表示するステップで、Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別した前記Ｘ線強度を基準にして、前記照射ポイントにおけるＸ線強度の前記強度コントラストを決定することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項９】
請求項８に記載のＸ線分析方法において、
前記標準物質を、前記マッピング領域内に設置しておき、
前記画像表示するステップで、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記試料と共に前記標準物質のＸ線強度を判別して前記画像表示を行うことを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のＸ線分析方法において、
前記試料が、前記放射線が透過可能な材質で形成された筐体に内蔵されているものであり、
前記画像表示するステップで、前記筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材で前記標準物質を覆った状態で測定した該標準物質のＸ線強度を基準とすることを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項１】
試料上の照射ポイントに放射線を照射する放射線源と、
前記試料から放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出器と、
前記信号を分析する分析器と、
予め設定されたマッピング領域内で前記試料に対して前記照射ポイントを相対的に移動可能な移動機構と、
前記分析器の分析結果から特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、該Ｘ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定して前記マッピング領域の前記照射ポイントに対応した位置に画像表示するＸ線マッピング処理部と、を備え、
該Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別した前記Ｘ線強度を基準にして、前記照射ポイントにおけるＸ線強度の前記強度コントラストを決定することを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線分析装置において、
前記標準物質が、前記マッピング領域内に設置され、
前記Ｘ線マッピング処理部が、前記試料と共に前記標準物質のＸ線強度を判別して前記画像表示を行うことを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線分析装置において、
前記標準物質が、前記試料上に載置されていることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線分析装置において、
前記Ｘ線マッピング処理部が、前記標準物質の一定領域内におけるＸ線強度の平均値を前記基準とすることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線分析装置において、
前記Ｘ線マッピング処理部が、前記標準物質のＸ線強度を前記強度コントラストの上限値または下限値に設定して前記画像表示を行うことを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線分析装置において、
前記Ｘ線マッピング処理部が、前記Ｘ線強度の画像と前記試料の光学顕微鏡像又は二次電子像とを重ね合わせて表示可能であることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線分析装置において、
前記試料が、前記放射線が透過可能な材質で形成された筐体に内蔵されているものであり、
前記Ｘ線マッピング処理部が、前記筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材で前記標準物質を覆った状態で測定した該標準物質のＸ線強度を基準とすることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項８】
放射線源から試料上の照射ポイントに放射線を照射し、Ｘ線検出器により前記試料から放出される特性Ｘ線及び散乱Ｘ線を検出し該特性Ｘ線及び散乱Ｘ線のエネルギー情報を含む信号を出力するＸ線検出方法であって、
分析器により、前記信号を分析するステップと、
移動機構により、予め設定されたマッピング領域内で前記試料に対して前記照射ポイントを相対的に移動するステップと、
Ｘ線マッピング処理部により、前記分析器の分析結果から特定の元素に対応したＸ線強度を判別し、該Ｘ線強度に応じて色又は明度を変えた強度コントラストを決定して前記マッピング領域の前記照射ポイントに対応した位置に画像表示するステップと、を有し、
前記画像表示するステップで、Ｘ線マッピング処理部が、予め組成元素及びその濃度又はその膜厚が既知の標準物質について判別した前記Ｘ線強度を基準にして、前記照射ポイントにおけるＸ線強度の前記強度コントラストを決定することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項９】
請求項８に記載のＸ線分析方法において、
前記標準物質を、前記マッピング領域内に設置しておき、
前記画像表示するステップで、前記Ｘ線マッピング処理部が、前記試料と共に前記標準物質のＸ線強度を判別して前記画像表示を行うことを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のＸ線分析方法において、
前記試料が、前記放射線が透過可能な材質で形成された筐体に内蔵されているものであり、
前記画像表示するステップで、前記筐体と同じ材質及び厚さのカバー部材で前記標準物質を覆った状態で測定した該標準物質のＸ線強度を基準とすることを特徴とするＸ線分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−３２４８５（Ｐ２０１０−３２４８５Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７７７３１（Ｐ２００８−２７７７３１）
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【Ｆターム（参考）】
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