Ｘ線分析装置及びＸ線分析方法
【課題】 凹凸のある試料でも装置と試料との衝突を回避することが可能なＸ線分析装置及びＸ線分析方法を提供すること。
【解決手段】 試料Ｓ上の照射ポイントに１次Ｘ線Ｘ１を照射するＸ線管球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、信号を分析する分析器４と、試料Ｓを載置する試料ステージ１と、該試料ステージ１上の試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３とを相対的に移動可能な移動機構６と、試料Ｓの最大高さを測定可能な高さ測定機構７と、測定した試料Ｓの最大高さに基づいて移動機構６を制御して試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を調整する制御部８と、を備えている。
【解決手段】 試料Ｓ上の照射ポイントに１次Ｘ線Ｘ１を照射するＸ線管球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、信号を分析する分析器４と、試料Ｓを載置する試料ステージ１と、該試料ステージ１上の試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３とを相対的に移動可能な移動機構６と、試料Ｓの最大高さを測定可能な高さ測定機構７と、測定した試料Ｓの最大高さに基づいて移動機構６を制御して試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を調整する制御部８と、を備えている。
【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】
従来、例えば特許文献１には、試料を載置する試料ステージと、Ｘ線を照射するＸ線管と、該Ｘ線照射により試料から生ずる蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、この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が入力されるコンピュータと、このコンピュータの出力を処理して画像処理する画像処理装置と、コンピュータからの制御信号に基づいて試料ステージを所定方向に移動させるステージコントローラと、を備えた蛍光Ｘ線分析装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−１７５６４８号公報（特許請求の範囲、第３図）
【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、蛍光Ｘ線分析を行う際、良好な感度で分析するために、できるだけ試料にＸ線源及びＸ線検出器を近づける必要があるが、図４に示すように、実装基板等のように凹凸のある試料Ｓの場合や画像処理装置等の観察系や目視で視認し難い細いピン状や細線状の凸部（ワイヤーボンディングによる金属細線等）等がある試料の場合、Ｘ線の照射距離合わせの際に、試料ステージ１上の試料ＳにＸ線管球２やＸ線検出器３を近づけすぎて誤ってＸ線管球２やＸ線検出器３と試料Ｓとが衝突してしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、凹凸のある試料でも装置と試料との衝突を回避することが可能な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、前記試料を載置する試料ステージと、該試料ステージ上の前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器とを相対的に移動可能な移動機構と、前記試料の最大高さを測定可能な高さ測定機構と、測定した前記試料の最大高さに基づいて前記移動機構を制御して前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を調整する制御部と、を備えてい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と共に、分析器により前記信号を分析するＸ線検出方法であって、高さ測定機構が、前記試料の最大高さを測定するステップと、移動機構が、試料ステージ上の前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器とを相対的に移動させて前記照射ポイントを位置決めするステップと、を有し、前記照射ポイントを位置決めするステップにおいて、制御部が、測定した前記試料の最大高さに基づいて前記移動機構を制御して前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を調整することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、これらのＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、制御部が、測定した試料の最大高さに基づいて移動機構を制御して試料と放射線源及びＸ線検出器との距離を調整するので、放射線源及びＸ線検出器の高さ位置と試料の最大高さとを比較し、試料の最大高さ位置より放射線源及びＸ線検出器が下がらないように移動機構による移動範囲（試料ステージの高さ方向の可動範囲等）を制限して、試料と装置との衝突を回避することができる。
【００１０】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記照射ポイントと前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を計測する距離測定手段を備え、前記制御部が、前記照射ポイントの高さが前記試料の最大高さより低いとき、前記移動機構で前記試料の最大高さより上方に前記放射線源及び前記Ｘ線検出器を配し、前記分析器で分析したデータから定量分析するための計算をする際に、放射線の標準照射位置と前記距離測定手段で測定した照射ポイントの高さ位置との差に応じて前記計算で使用するパラメータを補正することを特徴とする。
また、本発明のＸ線分析方法は、前記制御部が、前記照射ポイントの高さが前記試料の最大高さより低いとき、前記移動機構で前記試料の最大高さより上方に前記放射線源及び前記Ｘ線検出器を配し、前記照射ポイントを位置決めするステップ後に、距離測定手段が前記照射ポイントと前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を計測するステップを有し、前記制御部が、前記分析器で求めたデータから定量分析するための計算をする際に、放射線の標準照射位置と前記照射ポイントの高さ位置との差に応じて前記計算で使用するパラメータを補正することを特徴とする。
【００１１】
試料を載置した試料ステージの高さ方向の可動範囲を制限するために、試料の凹凸形状に応じて放射線の標準照射位置と実際の照射ポイントの高さ位置とがずれて分析値に影響を与えてしまうが、上記本発明のＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、分析器で求めたデータから定量分析するための計算をする際に、放射線の標準照射位置と照射ポイントの高さ位置との差に応じて計算で使用するパラメータを補正するので、距離が変化する分の影響を受けることなく正確な分析結果を得ることができる。
【００１２】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記高さ測定機構が、前記試料にレーザ光を照射すると共に前記試料と前記レーザ光との位置関係を相対的に変化させて、該レーザ光が前記試料に遮光された際の遮光量若しくは遮光位置又は反射された際の反射光量で前記試料の最大高さを求める機能を備え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、試料にレーザ光を照射すると共に前記試料と前記レーザ光との位置関係を相対的に変化させて、該レーザ光が前記試料に遮光された際の遮光量又は反射された際の反射光量若しくは遮光位置で試料の最大高さを求めるので、非接触で試料の最大高さを正確に測定することが可能になる。
【００１３】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記高さ測定機構が、前記試料ステージ上に載置された状態で前記試料の最大高さを測定可能に設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、高さ測定機構が、試料ステージ上に載置された状態で試料の最大高さを測定可能に設置されているので、分析直前に試料ステージ上の試料を直接測定することができ、試料ステージ設置前に試料の最大高さを測定する場合に比べて分析時の試料と放射線源及びＸ線検出器との距離をより正確に得ることができる。
【００１４】
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、前記高さ測定機構が、前記筐体の最大高さを前記試料の最大高さとして測定することを特徴とする。
【００１５】
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、前記最大高さを測定するステップにおいて、前記筐体の最大高さを前記試料の最大高さとして測定することを特徴とする。
【００１６】
これらＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、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試料について、筐体の最大高さを試料の最大高さとして測定することで、筐体と装置との衝突を回避しつつ、筐体内部の試料と放射線源及びＸ線検出器との距離を適切に調整し、筐体に覆われたままの状態で内部の試料を分析することが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
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、制御部が、測定した試料の最大高さに基づいて移動機構を制御して試料と放射線源及びＸ線検出器との距離を調整するので、移動機構による移動範囲を制限して、試料と装置との衝突を回避することができる。したがって、試料の高さ情報取得によって、試料の凹凸状態に応じた分析性能の最適化を図ることができる。
これにより、作業者が衝突を憂慮することなく安全に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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３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。
【００１９】
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Ｐ１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、Ｘ線検出器３に接続され上記信号を分析する分析器４と、図示しない照明手段で照明された試料Ｓの画像を画像データとして取得する光学顕微鏡等を有した観察系５と、試料ステージ１上の試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３とを相対的に移動可能な移動機構６と、試料Ｓの最大高さを測定可能な高さ測定機構７と、分析器４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制御部８と、を備えている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
上記分析器４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（マルチチャンネルアナライザー）である。
上記観察系５は、複数設置されたミラー５ａを介して試料Ｓの拡大画像等を視認及び撮像可能な光学顕微鏡及び観察用カメラ等で構成されている。なお、少なくとも一部のミラー５ａは、可動式であって、分析時には１次Ｘ線Ｘ１の進路上から退避可能になっている。また、観察系５は、フォーカス調整機構を有している。
【００２３】
上記試料ステージ１は、試料Ｓを固定した状態で上下左右の水平移動及び高さ調整可能なＸＹＺステージである。
また、上記移動機構６は、試料ステージ１に接続又は内蔵されて試料ステージ１を上下左右に移動させるステッピングモータ等で構成されている。
【００２４】
上記制御部８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４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線強度を判別する制御部本体８ａと、これに基づいて分析結果を表示するディスプレイ部８ｂと、照射ポイントＰ１の位置入力等の各種命令や分析条件等を入力可能な操作部８ｃと、を備えている。
【００２５】
上記高さ測定機構７は、試料ステージ１上に載置された状態で試料Ｓの最大高さを測定可能に設置されている。例えば、高さ測定機構７は、試料ステージ１の側方に設けられ、試料Ｓにレーザ光Ｌを照射すると共に試料Ｓとレーザ光Ｌとの位置関係を移動機構６により相対的に変化させ、該レーザ光Ｌが試料Ｓに反射された際の反射光量で試料Ｓの最大高さを求めるエリアセンサが採用される。すなわち、この高さ測定機構７では、試料ステージ１の載置面に対して垂直に幅一定で広がった帯状のレーザ光Ｌを水平に出射可能な半導体レーザ等のレーザ光源（図示略）と、試料ステージ１上の試料Ｓで反射して戻るレーザ光Ｌを受光する受光部（図示略）と、を備えている。
【００２６】
また、制御部８は、測定した試料Ｓの最大高さに基づいて移動機構６を制御して試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を調整するように設定されている。
さらに、制御部８は、図２に示すように、照射ポイントＰ１の高さが試料Ｓの最大高さより低いとき、移動機構６で試料Ｓの最大高さより上方にＸ線管球２及びＸ線検出器３を配するように制御を行う。
【００２７】
そして、観察系５は、図示しない照明手段で照明された試料Ｓの画像を観察系５の光学顕微鏡及び観察用カメラ等のフォーカスを調整することにより、試料Ｓ上の照射ポイントＰ１とＸ線管球１との距離を求める距離測定手段としても機能する。
また、制御部８は、距離測定手段である観察系５で求めた距離から算出される高さ位置と、Ｘ線管球１からの１次Ｘ線Ｘ１の照射軸とＸ線検出器３の（最良感度の）向きが交差する点におけるＸ線管球１との距離である標準照射位置との差を求め、その差に応じて制御部８で定量計算に使用するＸ線照射距離等のパラメータを補正するように設定されている。
尚、本実施形態では、観察系５はフォーカスを調整することにより、間接的に照射ポイントＰ１とＸ線管球１との距離を求めたが、照射ポイントＰ１とＸ線検出器３との距離を求めてもよい。
【００２８】
これら試料ステージ１、Ｘ線管球２、Ｘ線検出器３、観察系５及び高さ測定機構７等は、減圧可能な試料室９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９内が減圧されるようになっている。
【００２９】
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及び図２を参照して説明する。なお、試料Ｓとして、例えば実装基板Ｓ１上に高さの異なる複数の電子部品Ｅ１，Ｅ２が実装されたものを用いた。
【００３０】
まず、試料ステージ１上に試料Ｓをセットした後、図２に示すように、試料室９内で高さ測定機構７によって試料Ｓの最大高さＴを測定する。すなわち、高さ測定機構７のレーザ光源から縦方向に帯状のレーザ光Ｌを出射した状態で、試料ステージ１の載置面高さ位置が、帯状のレーザ光Ｌの下端に一致する高さまで試料ステージ１を移動させる。その後、移動機構６により、試料ステージ１を水平方向にレーザ光Ｌに対して移動させる。
【００３１】
このとき、試料Ｓの電子部品Ｅ１，Ｅ２にレーザ光Ｌが出射されると、電子部品Ｅ１，Ｅ２が帯状のレーザ光Ｌの一部を遮ると共に遮光した分に応じてレーザ光Ｌを反射する。高さ測定機構７の受光部では、反射してきたレーザ光Ｌを受光し、その際の受光部の出力変化を記憶する。試料Ｓの全面にわたって上記測定を行った後、予め記憶してある受光部の出力変化と試料Ｓの高さとの関係に基づいて、最も低下した出力値から試料Ｓの最大高さＴを算出する。
さらに、高さ測定機構７は、測定した試料Ｓの最大高さＴを制御部８へ出力して、制御部８がこれを記憶する。なお、受光部の出力変化の記憶と、最も低下した出力値から試料Ｓの最大高さＴを算出する演算処理と、を高さ測定機構７ではなく、制御部８側で行っても構わない。
【００３２】
次に、試料室９内を所定の減圧状態とし、蛍光Ｘ線分析を行うため、制御部８は、移動機構６によって試料ステージ１を駆動して試料Ｓを移動し、Ｘ線管球２の直下に配すると共に、１次Ｘ線Ｘ１の照射距離合わせを行って照射ポイントＰ１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。
【００３３】
ただし、この照射ポイントＰ１を位置決めするとき、制御部８は、測定した試料Ｓの最大高さＴに基づいて移動機構６を制御して試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を調整する。すなわち、制御部８は、照射ポイントＰ１の高さ（１次Ｘ線Ｘ１の標準照射位置の高さ）が試料Ｓの最大高さＴより低いとき、移動機構６で試料Ｓの最大高さＴより上方にＸ線管球２及びＸ線検出器３を配するように試料ステージ１を移動させる。なお、図１において、符号１０ａは、試料ステージ１の本来の可動範囲を示し、符号１０ｂは、試料ステージ１の制限された可動範囲を示す。
【００３４】
このように試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との位置を互いに接触しないように調整した状態で、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。
Ｘ線を検出したＸ線検出器３は、その信号を分析器４に送り、分析器４はその信号からエネルギースペクトルを取り出し、制御部８へ出力する。
【００３５】
制御部８では、分析器４から送られたエネルギースペクトルから特定元素に対応するＸ線強度を判別し、これらの分析結果をディスプレイ部８ｂに表示する。
この際、図２に示すように、試料Ｓを載置した試料ステージ１の高さ方向の可動範囲を制限しているために、試料Ｓの凹凸形状に応じて１次Ｘ線Ｘ１の照射最適位置（１次Ｘ線Ｘ１の標準照射位置Ｐ２）と実際の照射ポイントＰ１の高さ位置とがずれて分析値に影響を与えてしまう。このため、本実施形態では、制御部８が、１次Ｘ線Ｘ１の標準照射位置Ｐ２と照射ポイントＰ１の高さ位置との差に応じて分析器４で求められたエネルギースペクトルの波高値のデータから、制御部８で定量分析するために計算に用いるパラメータを補正して計算する。
【００３６】
このとき、補正するパラメータ（以下、補正パラメータとも称す）としては、Ｘ線管球１から照射ポイントＰ１の距離、照射ポイントＰ１からＸ線検出器３の距離、Ｘ線検出器３の向きと照射ポイントＰ１のなす角度などが適用される。
これは、標準照射位置Ｐ２と照射ポイントＰ１の高さ位置との差が生じると、Ｘ線管球１から照射ポイントＰ１の距離、照射ポイントＰ１からＸ線検出器３の距離、Ｘ線検出器３の向きと照射ポイントＰ１などが変化することにより、試料Ｓ上に照射される１次Ｘ線Ｘ１のエネルギー密度や照射領域が変化し、試料Ｓから放出される蛍光Ｘ線や散乱Ｘ線の強度等が変化したり、Ｘ線検出器３で検出される蛍光Ｘ線や散乱Ｘ線の強度が変化したりするので、補正パラメータを加えて計算することで定量分析を正確に行うことが可能になる。
【００３７】
尚、本実施形態では、観察系５の光軸とＸ線管球１の光軸とは、ミラー５ａを用いることにより高さ位置との差において同軸であるので、Ｘ線管球１の向きと照射ポイントＰ１のなす角度に変化はないが、ミラー５ａを用いない構成においては、観察系５の光軸とＸ線管球１の光軸とは異なるので、Ｘ線管球１の向きと照射ポイントＰ１のなす角度の補正パラメータを用いることもある。
【００３８】
このように本実施形態のＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、制御部８が、測定した試料Ｓの最大高さＴに基づいて移動機構６を制御して試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を調整するので、Ｘ線管球２及びＸ線検出器３の高さ位置と試料Ｓの最大高さＴとを比較し、試料Ｓの最大高さ位置よりＸ線管球２及びＸ線検出器３が下がらないように移動機構６による試料ステージ１の高さ方向の可動範囲を制限して、試料Ｓと装置との衝突を回避することができる。
【００３９】
また、１次Ｘ線Ｘ１の標準照射位置Ｐ２と照射ポイントＰ１の高さ位置との差に応じて制御部８で定量分析するための計算をする際に、標準照射位置Ｐ２と照射ポイントＰ１の高さ位置との差に応じて上記計算に使用するパラメータを補正することで、距離が変化する分の影響を受けることなく正確な分析結果を得ることができる。
また、高さ測定機構７が、試料Ｓにレーザ光Ｌを照射すると共に試料Ｓとレーザ光Ｌとの位置関係を相対的に変化させ、該レーザ光Ｌが試料Ｓに反射された際の反射光量で試料Ｓの最大高さＴを求めるので、非接触で試料Ｓの最大高さＴを正確に測定することが可能になる。
【００４０】
さらに、高さ測定機構７が、試料ステージ１上に載置された状態で試料Ｓの最大高さＴを測定可能に設置されているので、分析直前に試料ステージ１上の試料Ｓを直接測定することができ、試料ステージ１設置前に試料Ｓの最大高さＴを測定する場合に比べて分析時の試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離をより正確に得ることができる。
【００４１】
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５及び図６を参照して説明する。
【００４２】
この分析方法では、図５及び図６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Ｋ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、高さ測定機構７は、図５に示すように、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を設置した状態で、筐体Ｋの最大高さＴを測定して、この値を試料Ｓの最大高さとし、制御部８が、測定した筐体Ｋの最大高さＴに基づいて移動機構６を制御して試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を調整する。
【００４３】
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Ｋで覆われており、筐体Ｋ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Ｋ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、分析結果をマッピングしようとしても、測定に非常に長時間を要してしまい、実用にならないという不都合があった。
【００４４】
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Ｋに内蔵されている試料Ｓについて、筐体Ｋの最大高さＴを試料Ｓの最大高さとして測定することで、筐体Ｋと装置との衝突を回避しつつ、筐体Ｋ内部の試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を適切に調整し、図６の（ｂ）に示すように、筐体Ｋに覆われたままの状態で内部の試料Ｓを定性的にマッピング分析することが可能になる。
【００４５】
すなわち、筐体Ｋの高さを考慮して内部の試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を適切に調整することで、試料ＳからのＸ線強度が十分に強くなる位置（通常、最も近接した位置が多い）に設定することができ、筐体Ｋ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６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６の（ｂ）に示すように、内部の試料Ｓにおける鉛（Ｐｂ）等の分析画像を得ることができる。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、高さ測定機構として、レーザ光が試料に反射された際の反射光量で試料の最大高さを求める発光部及び受光部を有するエリアセンサが採用されているが、他の例として、図３に示すように、レーザ光が試料に遮光された際の遮光量で試料の最大高さを求める高さ測定機構２７を採用しても構わない。この高さ測定機構２７は、例えば、試料ステージ１の側方の一方に設置されて該試料ステージ１の載置面に対して垂直に幅一定で広がった帯状のレーザ光Ｌを水平に出射可能な半導体レーザ等のレーザ光源２７ａと、試料ステージ１の側方の他方に前記レーザ光源２７ａに対向状態に設置されてレーザ光Ｌを受光可能な受光部２７ｂと、を備えている。
【００４９】
この高さ測定機構２７では、レーザ光源２７ａから水平にレーザ光Ｌを出射して受光部２７ｂで受光している状態で、移動機構６によって試料ステージ１を水平方向に移動させる。このとき、試料Ｓの表面全体のうち最も高い電子部品Ｅ２がレーザ光Ｌを遮ると、受光部２７ｂでのレーザ光Ｌの受光量が最も減る。この減少した受光量が、レーザ光Ｌが試料Ｓに遮光された際の遮光量に相当する。試料Ｓの全面にわたって上記測定を行った後、予め記憶してある受光部２７ｂの出力変化と試料Ｓの高さとの関係に基づいて、最も低下した出力値から試料Ｓの最大高さＴを算出する。
【００５０】
また、上記実施形態では、高さ測定機構によって試料ステージ上に載置した試料を帯状のレーザ光に対して水平方向の一方向に移動させて試料の最大高さを測定しているが、レーザ光に対して試料を互いに直交する２方向の水平方向に向きを変えて二度同様に測定を行い、２次元的に試料の高さデータを取得して、２次元的な測定範囲内で最も高い部分を最大高さとしても構わない。この場合、２次元的に最大高さとなる領域を特定可能であるので、局所的に高い領域があってもその領域以外でＸ線管球やＸ線検出器と試料とが干渉しない部分では、無駄にＸ線管球やＸ線検出器を試料から離す必要が無く、さらに良好な感度を得ることが可能になる。
【００５１】
上記高さ測定機構では、縦方向に帯状のレーザ光を出射しているが、横方向（水平方向）に一定幅で広がった帯状のレーザ光を出射して、移動機構により試料ステージをレーザ光に対して上下させても構わない。この場合でも、上下される試料ステージ上の試料が帯状のレーザ光を遮る又は反射することで、受光部での出力が変化するため、この出力変化と試料の上下位置とから試料の最大高さを算出することができる。
【００５２】
また、上記高さ測定機構では、レーザ光が試料に遮光された際の相対的な光量変化である遮光量又は反射光量を受光部で測定して試料の最高高さの測定を行っているが、レーザ光が試料に遮光された際の遮光位置で試料の最大高さを求める方式を採用しても構わない。例えば、複数の受光素子が少なくとも高さ方向に配列されたＣＣＤタイプの受光部をレーザ光源に対向する位置に設置し、ＣＣＤタイプ受光部の素子毎にレーザ光の感知状態を検出することで、レーザ光が遮光された素子の最も高い位置座標を出力して、試料の最大高さを検知することが可能である。
【００５３】
なお、高さ測定機構として、上述したように非接触で測定可能なレーザ方式が好ましいが、試料に対して影響がなければ、接触感知型のセンサを採用しても構わない。
また、上述したように高さ測定機構を試料室内に設けて試料ステージ上に設置された状態の試料について最大高さを測定することが好ましいが、試料を搬送するロードロック室内等に高さ測定機構を設置して搬送途中等で試料の最大高さを測定しても構わない。
【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。
また、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。
【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、高さ測定機構による試料の最大高さの測定方法を説明する説明図である。
【図３】本実施形態において、高さ測定機構の他の例による試料の最大高さの測定方法を示す説明図である。
【図４】本発明に係るＸ線分析装置及びＸ線分析方法の従来例において、分析時の試料とＸ線管球及びＸ線検出器との位置関係を示す説明図である。
【図５】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最大高さ測定を説明する図である。
【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、２…Ｘ線管球（放射線源）、３…Ｘ線検出器、４…分析器、５…観察系（距離測定手段）、７，２７…高さ測定機構、８…制御部、Ｓ…試料、Ｋ…筐体、Ｐ１…照射ポイント、Ｔ…試料の最大高さ
【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】
従来、例えば特許文献１には、試料を載置する試料ステージと、Ｘ線を照射するＸ線管と、該Ｘ線照射により試料から生ずる蛍光Ｘ線を検出するＸ線検出器と、この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が入力されるコンピュータと、このコンピュータの出力を処理して画像処理する画像処理装置と、コンピュータからの制御信号に基づいて試料ステージを所定方向に移動させるステージコントローラと、を備えた蛍光Ｘ線分析装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−１７５６４８号公報（特許請求の範囲、第３図）
【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、蛍光Ｘ線分析を行う際、良好な感度で分析するために、できるだけ試料にＸ線源及びＸ線検出器を近づける必要があるが、図４に示すように、実装基板等のように凹凸のある試料Ｓの場合や画像処理装置等の観察系や目視で視認し難い細いピン状や細線状の凸部（ワイヤーボンディングによる金属細線等）等がある試料の場合、Ｘ線の照射距離合わせの際に、試料ステージ１上の試料ＳにＸ線管球２やＸ線検出器３を近づけすぎて誤ってＸ線管球２やＸ線検出器３と試料Ｓとが衝突してしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、凹凸のある試料でも装置と試料との衝突を回避することが可能な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、前記試料を載置する試料ステージと、該試料ステージ上の前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器とを相対的に移動可能な移動機構と、前記試料の最大高さを測定可能な高さ測定機構と、測定した前記試料の最大高さに基づいて前記移動機構を制御して前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を調整する制御部と、を備えてい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と共に、分析器により前記信号を分析するＸ線検出方法であって、高さ測定機構が、前記試料の最大高さを測定するステップと、移動機構が、試料ステージ上の前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器とを相対的に移動させて前記照射ポイントを位置決めするステップと、を有し、前記照射ポイントを位置決めするステップにおいて、制御部が、測定した前記試料の最大高さに基づいて前記移動機構を制御して前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を調整することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、これらのＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、制御部が、測定した試料の最大高さに基づいて移動機構を制御して試料と放射線源及びＸ線検出器との距離を調整するので、放射線源及びＸ線検出器の高さ位置と試料の最大高さとを比較し、試料の最大高さ位置より放射線源及びＸ線検出器が下がらないように移動機構による移動範囲（試料ステージの高さ方向の可動範囲等）を制限して、試料と装置との衝突を回避することができる。
【００１０】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記照射ポイントと前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を計測する距離測定手段を備え、前記制御部が、前記照射ポイントの高さが前記試料の最大高さより低いとき、前記移動機構で前記試料の最大高さより上方に前記放射線源及び前記Ｘ線検出器を配し、前記分析器で分析したデータから定量分析するための計算をする際に、放射線の標準照射位置と前記距離測定手段で測定した照射ポイントの高さ位置との差に応じて前記計算で使用するパラメータを補正することを特徴とする。
また、本発明のＸ線分析方法は、前記制御部が、前記照射ポイントの高さが前記試料の最大高さより低いとき、前記移動機構で前記試料の最大高さより上方に前記放射線源及び前記Ｘ線検出器を配し、前記照射ポイントを位置決めするステップ後に、距離測定手段が前記照射ポイントと前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を計測するステップを有し、前記制御部が、前記分析器で求めたデータから定量分析するための計算をする際に、放射線の標準照射位置と前記照射ポイントの高さ位置との差に応じて前記計算で使用するパラメータを補正することを特徴とする。
【００１１】
試料を載置した試料ステージの高さ方向の可動範囲を制限するために、試料の凹凸形状に応じて放射線の標準照射位置と実際の照射ポイントの高さ位置とがずれて分析値に影響を与えてしまうが、上記本発明のＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、分析器で求めたデータから定量分析するための計算をする際に、放射線の標準照射位置と照射ポイントの高さ位置との差に応じて計算で使用するパラメータを補正するので、距離が変化する分の影響を受けることなく正確な分析結果を得ることができる。
【００１２】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記高さ測定機構が、前記試料にレーザ光を照射すると共に前記試料と前記レーザ光との位置関係を相対的に変化させて、該レーザ光が前記試料に遮光された際の遮光量若しくは遮光位置又は反射された際の反射光量で前記試料の最大高さを求める機能を備え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、試料にレーザ光を照射すると共に前記試料と前記レーザ光との位置関係を相対的に変化させて、該レーザ光が前記試料に遮光された際の遮光量又は反射された際の反射光量若しくは遮光位置で試料の最大高さを求めるので、非接触で試料の最大高さを正確に測定することが可能になる。
【００１３】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記高さ測定機構が、前記試料ステージ上に載置された状態で前記試料の最大高さを測定可能に設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、高さ測定機構が、試料ステージ上に載置された状態で試料の最大高さを測定可能に設置されているので、分析直前に試料ステージ上の試料を直接測定することができ、試料ステージ設置前に試料の最大高さを測定する場合に比べて分析時の試料と放射線源及びＸ線検出器との距離をより正確に得ることができる。
【００１４】
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、前記高さ測定機構が、前記筐体の最大高さを前記試料の最大高さとして測定することを特徴とする。
【００１５】
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、前記最大高さを測定するステップにおいて、前記筐体の最大高さを前記試料の最大高さとして測定することを特徴とする。
【００１６】
これらＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、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試料について、筐体の最大高さを試料の最大高さとして測定することで、筐体と装置との衝突を回避しつつ、筐体内部の試料と放射線源及びＸ線検出器との距離を適切に調整し、筐体に覆われたままの状態で内部の試料を分析することが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
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、制御部が、測定した試料の最大高さに基づいて移動機構を制御して試料と放射線源及びＸ線検出器との距離を調整するので、移動機構による移動範囲を制限して、試料と装置との衝突を回避することができる。したがって、試料の高さ情報取得によって、試料の凹凸状態に応じた分析性能の最適化を図ることができる。
これにより、作業者が衝突を憂慮することなく安全に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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３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。
【００１９】
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Ｐ１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、Ｘ線検出器３に接続され上記信号を分析する分析器４と、図示しない照明手段で照明された試料Ｓの画像を画像データとして取得する光学顕微鏡等を有した観察系５と、試料ステージ１上の試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３とを相対的に移動可能な移動機構６と、試料Ｓの最大高さを測定可能な高さ測定機構７と、分析器４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制御部８と、を備えている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
上記分析器４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（マルチチャンネルアナライザー）である。
上記観察系５は、複数設置されたミラー５ａを介して試料Ｓの拡大画像等を視認及び撮像可能な光学顕微鏡及び観察用カメラ等で構成されている。なお、少なくとも一部のミラー５ａは、可動式であって、分析時には１次Ｘ線Ｘ１の進路上から退避可能になっている。また、観察系５は、フォーカス調整機構を有している。
【００２３】
上記試料ステージ１は、試料Ｓを固定した状態で上下左右の水平移動及び高さ調整可能なＸＹＺステージである。
また、上記移動機構６は、試料ステージ１に接続又は内蔵されて試料ステージ１を上下左右に移動させるステッピングモータ等で構成されている。
【００２４】
上記制御部８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４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線強度を判別する制御部本体８ａと、これに基づいて分析結果を表示するディスプレイ部８ｂと、照射ポイントＰ１の位置入力等の各種命令や分析条件等を入力可能な操作部８ｃと、を備えている。
【００２５】
上記高さ測定機構７は、試料ステージ１上に載置された状態で試料Ｓの最大高さを測定可能に設置されている。例えば、高さ測定機構７は、試料ステージ１の側方に設けられ、試料Ｓにレーザ光Ｌを照射すると共に試料Ｓとレーザ光Ｌとの位置関係を移動機構６により相対的に変化させ、該レーザ光Ｌが試料Ｓに反射された際の反射光量で試料Ｓの最大高さを求めるエリアセンサが採用される。すなわち、この高さ測定機構７では、試料ステージ１の載置面に対して垂直に幅一定で広がった帯状のレーザ光Ｌを水平に出射可能な半導体レーザ等のレーザ光源（図示略）と、試料ステージ１上の試料Ｓで反射して戻るレーザ光Ｌを受光する受光部（図示略）と、を備えている。
【００２６】
また、制御部８は、測定した試料Ｓの最大高さに基づいて移動機構６を制御して試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を調整するように設定されている。
さらに、制御部８は、図２に示すように、照射ポイントＰ１の高さが試料Ｓの最大高さより低いとき、移動機構６で試料Ｓの最大高さより上方にＸ線管球２及びＸ線検出器３を配するように制御を行う。
【００２７】
そして、観察系５は、図示しない照明手段で照明された試料Ｓの画像を観察系５の光学顕微鏡及び観察用カメラ等のフォーカスを調整することにより、試料Ｓ上の照射ポイントＰ１とＸ線管球１との距離を求める距離測定手段としても機能する。
また、制御部８は、距離測定手段である観察系５で求めた距離から算出される高さ位置と、Ｘ線管球１からの１次Ｘ線Ｘ１の照射軸とＸ線検出器３の（最良感度の）向きが交差する点におけるＸ線管球１との距離である標準照射位置との差を求め、その差に応じて制御部８で定量計算に使用するＸ線照射距離等のパラメータを補正するように設定されている。
尚、本実施形態では、観察系５はフォーカスを調整することにより、間接的に照射ポイントＰ１とＸ線管球１との距離を求めたが、照射ポイントＰ１とＸ線検出器３との距離を求めてもよい。
【００２８】
これら試料ステージ１、Ｘ線管球２、Ｘ線検出器３、観察系５及び高さ測定機構７等は、減圧可能な試料室９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９内が減圧されるようになっている。
【００２９】
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及び図２を参照して説明する。なお、試料Ｓとして、例えば実装基板Ｓ１上に高さの異なる複数の電子部品Ｅ１，Ｅ２が実装されたものを用いた。
【００３０】
まず、試料ステージ１上に試料Ｓをセットした後、図２に示すように、試料室９内で高さ測定機構７によって試料Ｓの最大高さＴを測定する。すなわち、高さ測定機構７のレーザ光源から縦方向に帯状のレーザ光Ｌを出射した状態で、試料ステージ１の載置面高さ位置が、帯状のレーザ光Ｌの下端に一致する高さまで試料ステージ１を移動させる。その後、移動機構６により、試料ステージ１を水平方向にレーザ光Ｌに対して移動させる。
【００３１】
このとき、試料Ｓの電子部品Ｅ１，Ｅ２にレーザ光Ｌが出射されると、電子部品Ｅ１，Ｅ２が帯状のレーザ光Ｌの一部を遮ると共に遮光した分に応じてレーザ光Ｌを反射する。高さ測定機構７の受光部では、反射してきたレーザ光Ｌを受光し、その際の受光部の出力変化を記憶する。試料Ｓの全面にわたって上記測定を行った後、予め記憶してある受光部の出力変化と試料Ｓの高さとの関係に基づいて、最も低下した出力値から試料Ｓの最大高さＴを算出する。
さらに、高さ測定機構７は、測定した試料Ｓの最大高さＴを制御部８へ出力して、制御部８がこれを記憶する。なお、受光部の出力変化の記憶と、最も低下した出力値から試料Ｓの最大高さＴを算出する演算処理と、を高さ測定機構７ではなく、制御部８側で行っても構わない。
【００３２】
次に、試料室９内を所定の減圧状態とし、蛍光Ｘ線分析を行うため、制御部８は、移動機構６によって試料ステージ１を駆動して試料Ｓを移動し、Ｘ線管球２の直下に配すると共に、１次Ｘ線Ｘ１の照射距離合わせを行って照射ポイントＰ１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。
【００３３】
ただし、この照射ポイントＰ１を位置決めするとき、制御部８は、測定した試料Ｓの最大高さＴに基づいて移動機構６を制御して試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を調整する。すなわち、制御部８は、照射ポイントＰ１の高さ（１次Ｘ線Ｘ１の標準照射位置の高さ）が試料Ｓの最大高さＴより低いとき、移動機構６で試料Ｓの最大高さＴより上方にＸ線管球２及びＸ線検出器３を配するように試料ステージ１を移動させる。なお、図１において、符号１０ａは、試料ステージ１の本来の可動範囲を示し、符号１０ｂは、試料ステージ１の制限された可動範囲を示す。
【００３４】
このように試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との位置を互いに接触しないように調整した状態で、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。
Ｘ線を検出したＸ線検出器３は、その信号を分析器４に送り、分析器４はその信号からエネルギースペクトルを取り出し、制御部８へ出力する。
【００３５】
制御部８では、分析器４から送られたエネルギースペクトルから特定元素に対応するＸ線強度を判別し、これらの分析結果をディスプレイ部８ｂに表示する。
この際、図２に示すように、試料Ｓを載置した試料ステージ１の高さ方向の可動範囲を制限しているために、試料Ｓの凹凸形状に応じて１次Ｘ線Ｘ１の照射最適位置（１次Ｘ線Ｘ１の標準照射位置Ｐ２）と実際の照射ポイントＰ１の高さ位置とがずれて分析値に影響を与えてしまう。このため、本実施形態では、制御部８が、１次Ｘ線Ｘ１の標準照射位置Ｐ２と照射ポイントＰ１の高さ位置との差に応じて分析器４で求められたエネルギースペクトルの波高値のデータから、制御部８で定量分析するために計算に用いるパラメータを補正して計算する。
【００３６】
このとき、補正するパラメータ（以下、補正パラメータとも称す）としては、Ｘ線管球１から照射ポイントＰ１の距離、照射ポイントＰ１からＸ線検出器３の距離、Ｘ線検出器３の向きと照射ポイントＰ１のなす角度などが適用される。
これは、標準照射位置Ｐ２と照射ポイントＰ１の高さ位置との差が生じると、Ｘ線管球１から照射ポイントＰ１の距離、照射ポイントＰ１からＸ線検出器３の距離、Ｘ線検出器３の向きと照射ポイントＰ１などが変化することにより、試料Ｓ上に照射される１次Ｘ線Ｘ１のエネルギー密度や照射領域が変化し、試料Ｓから放出される蛍光Ｘ線や散乱Ｘ線の強度等が変化したり、Ｘ線検出器３で検出される蛍光Ｘ線や散乱Ｘ線の強度が変化したりするので、補正パラメータを加えて計算することで定量分析を正確に行うことが可能になる。
【００３７】
尚、本実施形態では、観察系５の光軸とＸ線管球１の光軸とは、ミラー５ａを用いることにより高さ位置との差において同軸であるので、Ｘ線管球１の向きと照射ポイントＰ１のなす角度に変化はないが、ミラー５ａを用いない構成においては、観察系５の光軸とＸ線管球１の光軸とは異なるので、Ｘ線管球１の向きと照射ポイントＰ１のなす角度の補正パラメータを用いることもある。
【００３８】
このように本実施形態のＸ線分析装置及びＸ線分析方法では、制御部８が、測定した試料Ｓの最大高さＴに基づいて移動機構６を制御して試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を調整するので、Ｘ線管球２及びＸ線検出器３の高さ位置と試料Ｓの最大高さＴとを比較し、試料Ｓの最大高さ位置よりＸ線管球２及びＸ線検出器３が下がらないように移動機構６による試料ステージ１の高さ方向の可動範囲を制限して、試料Ｓと装置との衝突を回避することができる。
【００３９】
また、１次Ｘ線Ｘ１の標準照射位置Ｐ２と照射ポイントＰ１の高さ位置との差に応じて制御部８で定量分析するための計算をする際に、標準照射位置Ｐ２と照射ポイントＰ１の高さ位置との差に応じて上記計算に使用するパラメータを補正することで、距離が変化する分の影響を受けることなく正確な分析結果を得ることができる。
また、高さ測定機構７が、試料Ｓにレーザ光Ｌを照射すると共に試料Ｓとレーザ光Ｌとの位置関係を相対的に変化させ、該レーザ光Ｌが試料Ｓに反射された際の反射光量で試料Ｓの最大高さＴを求めるので、非接触で試料Ｓの最大高さＴを正確に測定することが可能になる。
【００４０】
さらに、高さ測定機構７が、試料ステージ１上に載置された状態で試料Ｓの最大高さＴを測定可能に設置されているので、分析直前に試料ステージ１上の試料Ｓを直接測定することができ、試料ステージ１設置前に試料Ｓの最大高さＴを測定する場合に比べて分析時の試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離をより正確に得ることができる。
【００４１】
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５及び図６を参照して説明する。
【００４２】
この分析方法では、図５及び図６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Ｋ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、高さ測定機構７は、図５に示すように、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を設置した状態で、筐体Ｋの最大高さＴを測定して、この値を試料Ｓの最大高さとし、制御部８が、測定した筐体Ｋの最大高さＴに基づいて移動機構６を制御して試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を調整する。
【００４３】
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Ｋで覆われており、筐体Ｋ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Ｋ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、分析結果をマッピングしようとしても、測定に非常に長時間を要してしまい、実用にならないという不都合があった。
【００４４】
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Ｋに内蔵されている試料Ｓについて、筐体Ｋの最大高さＴを試料Ｓの最大高さとして測定することで、筐体Ｋと装置との衝突を回避しつつ、筐体Ｋ内部の試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を適切に調整し、図６の（ｂ）に示すように、筐体Ｋに覆われたままの状態で内部の試料Ｓを定性的にマッピング分析することが可能になる。
【００４５】
すなわち、筐体Ｋの高さを考慮して内部の試料ＳとＸ線管球２及びＸ線検出器３との距離を適切に調整することで、試料ＳからのＸ線強度が十分に強くなる位置（通常、最も近接した位置が多い）に設定することができ、筐体Ｋ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６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６の（ｂ）に示すように、内部の試料Ｓにおける鉛（Ｐｂ）等の分析画像を得ることができる。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、高さ測定機構として、レーザ光が試料に反射された際の反射光量で試料の最大高さを求める発光部及び受光部を有するエリアセンサが採用されているが、他の例として、図３に示すように、レーザ光が試料に遮光された際の遮光量で試料の最大高さを求める高さ測定機構２７を採用しても構わない。この高さ測定機構２７は、例えば、試料ステージ１の側方の一方に設置されて該試料ステージ１の載置面に対して垂直に幅一定で広がった帯状のレーザ光Ｌを水平に出射可能な半導体レーザ等のレーザ光源２７ａと、試料ステージ１の側方の他方に前記レーザ光源２７ａに対向状態に設置されてレーザ光Ｌを受光可能な受光部２７ｂと、を備えている。
【００４９】
この高さ測定機構２７では、レーザ光源２７ａから水平にレーザ光Ｌを出射して受光部２７ｂで受光している状態で、移動機構６によって試料ステージ１を水平方向に移動させる。このとき、試料Ｓの表面全体のうち最も高い電子部品Ｅ２がレーザ光Ｌを遮ると、受光部２７ｂでのレーザ光Ｌの受光量が最も減る。この減少した受光量が、レーザ光Ｌが試料Ｓに遮光された際の遮光量に相当する。試料Ｓの全面にわたって上記測定を行った後、予め記憶してある受光部２７ｂの出力変化と試料Ｓの高さとの関係に基づいて、最も低下した出力値から試料Ｓの最大高さＴを算出する。
【００５０】
また、上記実施形態では、高さ測定機構によって試料ステージ上に載置した試料を帯状のレーザ光に対して水平方向の一方向に移動させて試料の最大高さを測定しているが、レーザ光に対して試料を互いに直交する２方向の水平方向に向きを変えて二度同様に測定を行い、２次元的に試料の高さデータを取得して、２次元的な測定範囲内で最も高い部分を最大高さとしても構わない。この場合、２次元的に最大高さとなる領域を特定可能であるので、局所的に高い領域があってもその領域以外でＸ線管球やＸ線検出器と試料とが干渉しない部分では、無駄にＸ線管球やＸ線検出器を試料から離す必要が無く、さらに良好な感度を得ることが可能になる。
【００５１】
上記高さ測定機構では、縦方向に帯状のレーザ光を出射しているが、横方向（水平方向）に一定幅で広がった帯状のレーザ光を出射して、移動機構により試料ステージをレーザ光に対して上下させても構わない。この場合でも、上下される試料ステージ上の試料が帯状のレーザ光を遮る又は反射することで、受光部での出力が変化するため、この出力変化と試料の上下位置とから試料の最大高さを算出することができる。
【００５２】
また、上記高さ測定機構では、レーザ光が試料に遮光された際の相対的な光量変化である遮光量又は反射光量を受光部で測定して試料の最高高さの測定を行っているが、レーザ光が試料に遮光された際の遮光位置で試料の最大高さを求める方式を採用しても構わない。例えば、複数の受光素子が少なくとも高さ方向に配列されたＣＣＤタイプの受光部をレーザ光源に対向する位置に設置し、ＣＣＤタイプ受光部の素子毎にレーザ光の感知状態を検出することで、レーザ光が遮光された素子の最も高い位置座標を出力して、試料の最大高さを検知することが可能である。
【００５３】
なお、高さ測定機構として、上述したように非接触で測定可能なレーザ方式が好ましいが、試料に対して影響がなければ、接触感知型のセンサを採用しても構わない。
また、上述したように高さ測定機構を試料室内に設けて試料ステージ上に設置された状態の試料について最大高さを測定することが好ましいが、試料を搬送するロードロック室内等に高さ測定機構を設置して搬送途中等で試料の最大高さを測定しても構わない。
【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。
また、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。
【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、高さ測定機構による試料の最大高さの測定方法を説明する説明図である。
【図３】本実施形態において、高さ測定機構の他の例による試料の最大高さの測定方法を示す説明図である。
【図４】本発明に係るＸ線分析装置及びＸ線分析方法の従来例において、分析時の試料とＸ線管球及びＸ線検出器との位置関係を示す説明図である。
【図５】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最大高さ測定を説明する図である。
【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、２…Ｘ線管球（放射線源）、３…Ｘ線検出器、４…分析器、５…観察系（距離測定手段）、７，２７…高さ測定機構、８…制御部、Ｓ…試料、Ｋ…筐体、Ｐ１…照射ポイント、Ｔ…試料の最大高さ
【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、
前記試料を載置する試料ステージと、
該試料ステージ上の前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器とを相対的に移動可能な移動機構と、
前記試料の最大高さを測定可能な高さ測定機構と、
測定した前記試料の最大高さに基づいて前記移動機構を制御して前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を調整する制御部と、を備えてい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、
前記照射ポイントと前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を計測する距離測定手段を備え、
前記制御部が、前記照射ポイントの高さが前記試料の最大高さより低いとき、前記移動機構で前記試料の最大高さより上方に前記放射線源及び前記Ｘ線検出器を配し、前記分析器で分析したデータから定量分析するための計算をする際に、放射線の標準照射位置と前記距離測定手段で測定した照射ポイントの高さ位置との差に応じて前記計算で使用するパラメータを補正することを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＸ線分析装置において、
前記高さ測定機構が、前記試料にレーザ光を照射すると共に前記試料と前記レーザ光との位置関係を相対的に変化させて、該レーザ光が前記試料に遮光された際の遮光量若しくは遮光位置又は反射された際の反射光量で前記試料の最大高さを求める機能を備え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、
前記高さ測定機構が、前記試料ステージ上に載置された状態で前記試料の最大高さを測定可能に設置されてい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、
前記高さ測定機構が、前記筐体の最大高さを前記試料の最大高さとして測定することを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項６】
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と共に、分析器により前記信号を分析するＸ線検出方法であって、
高さ測定機構が、前記試料の最大高さを測定するステップと、
移動機構が、試料ステージ上の前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器とを相対的に移動させて前記照射ポイントを位置決めするステップと、を有し、
前記照射ポイントを位置決めするステップにおいて、制御部が、測定した前記試料の最大高さに基づいて前記移動機構を制御して前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を調整することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項７】
請求項６に記載のＸ線分析方法において、
前記制御部が、前記照射ポイントの高さが前記試料の最大高さより低いとき、前記移動機構で前記試料の最大高さより上方に前記放射線源及び前記Ｘ線検出器を配し、
前記照射ポイントを位置決めするステップ後に、距離測定手段が前記照射ポイントと前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を計測するステップを有し、
前記制御部が、前記分析器で求めたデータから定量分析するための計算をする際に、放射線の標準照射位置と前記照射ポイントの高さ位置との差に応じて前記計算で使用するパラメータを補正することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項８】
請求項６又は７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、
前記最大高さを測定するステップにおいて、前記筐体の最大高さを前記試料の最大高さとして測定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、
前記試料を載置する試料ステージと、
該試料ステージ上の前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器とを相対的に移動可能な移動機構と、
前記試料の最大高さを測定可能な高さ測定機構と、
測定した前記試料の最大高さに基づいて前記移動機構を制御して前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を調整する制御部と、を備えてい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、
前記照射ポイントと前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を計測する距離測定手段を備え、
前記制御部が、前記照射ポイントの高さが前記試料の最大高さより低いとき、前記移動機構で前記試料の最大高さより上方に前記放射線源及び前記Ｘ線検出器を配し、前記分析器で分析したデータから定量分析するための計算をする際に、放射線の標準照射位置と前記距離測定手段で測定した照射ポイントの高さ位置との差に応じて前記計算で使用するパラメータを補正することを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＸ線分析装置において、
前記高さ測定機構が、前記試料にレーザ光を照射すると共に前記試料と前記レーザ光との位置関係を相対的に変化させて、該レーザ光が前記試料に遮光された際の遮光量若しくは遮光位置又は反射された際の反射光量で前記試料の最大高さを求める機能を備え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、
前記高さ測定機構が、前記試料ステージ上に載置された状態で前記試料の最大高さを測定可能に設置されてい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、
前記高さ測定機構が、前記筐体の最大高さを前記試料の最大高さとして測定することを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項６】
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と共に、分析器により前記信号を分析するＸ線検出方法であって、
高さ測定機構が、前記試料の最大高さを測定するステップと、
移動機構が、試料ステージ上の前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器とを相対的に移動させて前記照射ポイントを位置決めするステップと、を有し、
前記照射ポイントを位置決めするステップにおいて、制御部が、測定した前記試料の最大高さに基づいて前記移動機構を制御して前記試料と前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を調整することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項７】
請求項６に記載のＸ線分析方法において、
前記制御部が、前記照射ポイントの高さが前記試料の最大高さより低いとき、前記移動機構で前記試料の最大高さより上方に前記放射線源及び前記Ｘ線検出器を配し、
前記照射ポイントを位置決めするステップ後に、距離測定手段が前記照射ポイントと前記放射線源及び前記Ｘ線検出器との距離を計測するステップを有し、
前記制御部が、前記分析器で求めたデータから定量分析するための計算をする際に、放射線の標準照射位置と前記照射ポイントの高さ位置との差に応じて前記計算で使用するパラメータを補正することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項８】
請求項６又は７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、
前記最大高さを測定するステップにおいて、前記筐体の最大高さを前記試料の最大高さとして測定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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−７１９６９（Ｐ２０１０−７１９６９Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７７７３２（Ｐ２００８−２７７７３２）
【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４月２日（２０１０．４．２）
【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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