Ｘ線分析装置
【課題】試料や試料の所望位置に、Ｘ線を、短時間で精度良く照射させることができるＸ線分析装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線分析装置１００は、Ｘ線マイクロビーム３を形成する集光装置２と、Ｘ線マイクロビームが照射された微小照射点を含んだ試料表面観察する観察用カメラ１０と、微小照射点から発生したＸ線マイクロビームを検出するＸ線検出器９と、試料を搭載している回転ステージ４と、回転ステージに載置されている第１並進駆動ステージ６と、回転ステージを上方に載置している第２並進駆動ステージ５と、観察用カメラを搭載している第１位置調整装置と、Ｘ線検出器を搭載している第２位置調整装置とを備えたＸ線分析装置であって、微小照射点が表面に位置するように配置されており、測定用試料の仮試料である基板７を備え、基板が、表面上に、基板の密度と異なる密度を有する微細な線模様を有している。
【解決手段】Ｘ線分析装置１００は、Ｘ線マイクロビーム３を形成する集光装置２と、Ｘ線マイクロビームが照射された微小照射点を含んだ試料表面観察する観察用カメラ１０と、微小照射点から発生したＸ線マイクロビームを検出するＸ線検出器９と、試料を搭載している回転ステージ４と、回転ステージに載置されている第１並進駆動ステージ６と、回転ステージを上方に載置している第２並進駆動ステージ５と、観察用カメラを搭載している第１位置調整装置と、Ｘ線検出器を搭載している第２位置調整装置とを備えたＸ線分析装置であって、微小照射点が表面に位置するように配置されており、測定用試料の仮試料である基板７を備え、基板が、表面上に、基板の密度と異なる密度を有する微細な線模様を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小結晶構造解析等を行うためのＸ線分析装置に関するものであり、特に、Ｘ線マイクロビームが照射された試料から発生した散乱Ｘ線あるいは回折Ｘ線を分析するＸ線分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、材料の構造解析原子レベルにおいて行う装置として、Ｘ線回折装置が用いられている。例えば、下記特許文献１の装置では、試料にＸ線を照射するとともにＸ線光軸と異なる光軸を有する可視光線（レーザー光）を試料に照射し、これを肉眼で観察することによってＸ線の照射位置を確認し、Ｘ線の照射位置の位置合わせを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２９９４４号公報
【０００４】
しかし、上記特許文献１に係る装置では、異なる２つの光軸間で位置合わせを行うため、位置合わせの精度が十分でない。また、可視光を肉眼で観察するため観察精度が十分でなく、これらの影響が重なって、Ｘ線マイクロビームほど微小な大きさの位置決めに必要な分解能を十分に得ることができない。
【０００５】
また、集光装置を用いてＸ線ビームを集光させ、集光したＸ線の集光点を試料の所望の位置（領域）に一致させ、分析精度を高くするＸ線分析装置がある。このような装置では、一般的に試料を搭載する回転ステージが用いられる。そして、測定の際には、試料の所望位置（微小な測定領域）と、Ｘ線の集光点と、回転ステージの中心軸とを一致させる必要がある。このため、試料表面上の分析点（試料の所望位置）がきわめて微小である場合、回転ステージの中心軸と試料の所望位置（微小な測定領域）とＸ線の集光点とを一致させるための位置合わせに高い精度が必要になる。
【０００６】
ここで、回転ステージを有する上記Ｘ線分析装置における位置合わせの操作を説明する。まず、回転ステージの上方に載置されている試料位置調整用ステージ（ここでは、回転軸方向をＺ方向、Ｚ方向に対して垂直な平面上において、Ｘ線照射方向をＸ方向、該平面上においてＸ方向に対して垂直な方向をＹ方向とし、試料位置調整用ステージは、この互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向へ可動自在なステージとする）の上に、細いピンを直立させ、このピンをＸ線照射方向に配置されたカメラで観察することにより位置合わせを行う。以下に、具体的に説明する。まず、回転ステージを走査させ、回転ステージの回転角度によって生じるピンの中心軸（長手方向の軸）と回転ステージの回転軸とのずれが小さくなるように調整する。なお、通常は、回転ステージの回転角として幾つかの角度を設定しておき、この中から選択した角度位置においてピン先端と回転ステージの回転軸とが一致するように回転ステージ上の試料位置調整用ステージを操作して調整する。この操作は、従来はマニュアル（手動）操作によって行われており、ピン先端部を撮影したカメラ画像を確認しながら行われる。そして、上記操作が完了した時点で、回転ステージの軸とピン先端とがある程度の精度で一致したものとする。
【０００７】
次に、Ｘ線マイクロビームを試料位置に照射し、回転ステージの下方の回転ステージが載置された回転ステージ位置調整用の並進ステージ（ここでは、回転ステージ位置調整用の並進ステージが、上記試料位置調整用ステージと同様な互いに直交する３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に可動自在なものとする）を操作させて、ピン先端部の位置とＸ線の光軸とを一致させる位置合わせを行う。この位置合わせは、ピンから発せられた特性Ｘ線の強度変化又は透過Ｘ線像をみながら、回転ステージ位置調整用並進ステージを走査することによって行う。この操作も、従来はマニュアル操作によって行われることが多い。そして、この位置合わせの調整が完了した状態において、回転ステージの回転軸とＸ線の光軸とが一致したことする。この時のピン先端の位置を試料観察用カメラで撮像したものを記録し、試料の分析位置を該ピン先端位置に移動させ、試料の測定を行っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記Ｘ線分析装置における位置合わせの調整では、回転ステージの設定角度ごとに回転軸自体が移動してしまうことがあり、調整時に採用した設定角度でない角度では、Ｘ線マイクロビーム照射位置が試料の分析点から外れやすいことがある。特に精密な結晶構造解析を行う場合などでは、ブラッグ角の異なる複数の回折信号を計測する必要があり、この測定では、測定角度ごとに生じる上記回転軸のぶれを考慮した補正を試料の測定前に行う必要があった。また、この補正は、回折角度ごとにマニュアル（手動）操作によって行われるので、操作が複雑になるとともに、準備作業に時間がかかりやく、容易に精密な構造解析を行いにくい。さらに、上記Ｘ線分析装置においては、ピンなどのピン形状を有するものを用いて調整を行っており、ピン等の切削加工において、μｍ単位の精度を有する精密形状が容易に得られにくい。このため、μｍ単位又はそれに近い精度が必要となる微細な位置合わせの調整は容易に行いにくい。
【０００９】
そこで、本発明は、容易に、短時間で、回転ステージの回転軸とＸ線マイクロビームとの位置合わせの調整を行うことができ、試料や試料の所望位置に、Ｘ線を、短時間で精度良く照射させることができるＸ線分析装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＸ線分析装置は、Ｘ線源から発せられるＸ線ビームを整形しＸ線マイクロビームを形成する集光装置と、前記集光装置で形成されたＸ線マイクロビームが照射される試料における微小照射点を含む前記試料表面を拡大観察する顕微鏡型レンズを有する観察用カメラと、前記微小照射点から発生した信号Ｘ線を検出するＸ線検出器と、前記試料を搭載しており、前記試料の回折角度の設定および走査を行う回転ステージと、前記回転ステージの上に載置され且つ前記試料が載置されており、前記試料の位置を調整する第１並進駆動ステージと、前記回転ステージが載置されており、前記回転ステージの位置を調整する第２並進駆動ステージと、前記観察用カメラを搭載しており、前記観察用カメラの位置を調整する第１位置調整装置と、前記Ｘ線検出器を搭載しており、前記Ｘ線検出器の位置を調整する第２位置調整装置とを備えたＸ線分析装置であり、前記Ｘ線分析装置は、測定用試料の仮試料である基板をさらに備えており、前記基板は、前記基板の平面に前記微小照射点が位置するように配置されており、且つ、前記基板の平面上に、前記基板の密度と異なる密度を有した微細な線模様を有している。
【００１１】
上記構成によれば、測定用試料を測定する前に、仮試料である基板の表面上の微細な線模様と回転ステージの回転軸とを一致させることによって、Ｘ線マイクロビームの微小照射点と試料位置との位置合わせの調整を予め行うことができるので、試料や試料の所望位置に、Ｘ線を短時間で精度良く照射させることができる。また、線模様が微細なもののため、Ｘ線マイクロビームに相当するミクロン単位又はサブミクロン単位の精度でＸ線マイクロビームの照射位置の位置合わせを行うことができる。これによって、位置合わせの精度が高まる。
【００１２】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記Ｘ線検出器から送られた信号を電気信号へ処理する第１処理装置と、前記観察用カメラで撮影された映像を信号へ処理する第２処理装置と、前記第１処理装置によって処理された電気信号と前記第２処理装置によって処理された信号とを記録する記録部と、前記電気信号と前記第２処理装置によって処理された信号とに基づいて前記回転ステージの回転量、前記第１並進駆動ステージの駆動量及び前記第２並進駆動ステージの駆動量を計算する計算部とを備えた計算装置と、前記計算部において計算された回転量と駆動量とに基づいて、前記回転ステージの回転と第１並進駆動ステージの駆動と第２並進駆動ステージの駆動とを制御する制御部を有していることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、試料又は試料の所望位置とＸ線照射点とが一致するように、Ｘ線検出器によって検出された結果及び試料表面が撮影された画像に基づいて、回転ステージの回転量、第１並進駆動ステージの駆動量及び第２並進駆動ステージとの駆動量が計算装置によって計算され、この計算された回転量及び駆動量に基づいて制御装置が回転ステージと第１並進駆動ステージと第２並進駆動ステージとの操作を制御して、試料を自動的にＸ線照射点へ位置するように移動させる。これによって、試料や試料の所望位置にＸ線をより高精度に照射させることができる。また、位置合わせの調整を自動的に行うことができるので、測定用試料の分析を行う前の位置合わせを短時間で行うことができるとともに、試料表面上のＸ線の回折角度領域ごとに迅速な調整を行うことができる。
【００１４】
また、本発明のＸ線分析装置において、前記制御装置が、前記仮試料である基板を用いて前記回転ステージの回転軸と前記基板における線模様とＸ線照射点とを一致させる位置合わせの調整を行った後、前記計算装置において計算された回転量および駆動量に基づいて、前記回転ステージの回転と第１並進駆動ステージの駆動と第２並進駆動ステージの駆動とを調整する調整部をさらに備えていることが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、測定用試料を用いて行った位置合わせの調整によって得られた制御情報、すなわち、測定用試料位置および測定用試料の回折条件に基づいて計算された回転ステージの回転量と第１並進駆動ステージ及び第２並進駆動ステージの駆動量とによって試料又は試料の所望位置とＸ線照射位置とを一致させる制御情報に基づいて、試料位置に配置された測定用試料が自動的に回転ステージ、第１並進駆動ステージ及び第２並進駆動ステージによって移動する。これによって、試料や試料の所望位置に、Ｘ線をより高精度に照射させることができる。
【００１６】
また、本発明のＸ線分析装置において、前記基板の線模様が、線幅の広いものから狭いものへと順に複数配列されていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、線幅の広いものから狭いものへと順にＸ線を照射させて、最終的にＸ線サイズの微少な線幅の線模様を利用することによって試料位置を調整することができるので、試料や試料の所望位置により高精度にＸ線を照射させることができる。
【００１８】
また、本発明のＸ線分析装置において、前記基板の線模様が、前記回転ステージの回転軸方向と前記回転軸方向に対して垂直な方向とに形成された線模様を有していることが好ましい。さらに、前記基板の線模様は、Ｌ字型のものであることが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、線模様に沿って、第１並進駆動ステージの駆動、第２並進駆動ステージの駆動及び回転ステージの回転による基板の位置調整が行いやすくなるので、試料や試料の所望位置に、より容易に且つ高精度にＸ線を照射させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、容易に、短時間で、回転ステージの回転軸とＸ線マイクロビームとの位置合わせの調整を行うことができる。また、試料や試料の所望位置にＸ線を短時間で精度良く照射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線分析装置の模式構成図である。
【図２】図１に示す仮試料である基板の模式図である。
【図３】（ａ）の左図は、本発明の実施形態に係るＸ線分析装置において、回転ステージをθ角回転させたときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図であり、（ａ）の右図は、基板の線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図である。（ｂ）の左図は、本発明の実施形態に係るＸ線分析装置において、回転ステージをθ＋Δθ角回転させたときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図であり、（ｂ）の右図は、基板の線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図である。
【図４】左図は、本発明の実施形態に係るＸ線分析装置において、回転ステージをθ角回転させ、最小線幅を有する線模様と回転ステージの回転軸とが一致したときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図であり、右図は、最小線幅を有する線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図である。
【図５】図１における仮試料である基板と透過Ｘ線検出装置とを示す拡大模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る回転ステージの回転軸と基板の線模様との位置合わせの調整を示すフローチャート図である。
【図７】本発明の実施形態に係るＸ線マイクロビームと基板の線模様との位置合わせの調整を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るＸ線分析装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＸ線分析装置の模式構成図である。図２は、図１の仮試料である基板の模式である。図３（ａ）は、図１における回転ステージをθ角回転させたときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図および基板の線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図であり、図３（ｂ）は回転ステージをθ＋Δθ角回転させたときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図および基板の線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図である。図４は、図１における回転ステージをθ角回転させ、最小線幅を有する線模様と回転ステージの回転軸とが一致したときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図および最小線幅を有する線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図である。図５は、図１のＸ線分析装置における仮試料である基板と透過Ｘ線検出装置とを示す模式構成図である。
【００２３】
図１において、Ｘ線分析装置１００は、（図示しない）Ｘ線源と、Ｘ線源から発せられたＸ線ビーム１を整形してＸ線マイクロビーム３を形成する集光装置２と、集光装置２で形成されたＸ線マイクロビームが照射される測定用試料の仮試料である基板７における微小照射点を含んだ基板７の表面を拡大観察する顕微鏡型レンズを有する観察用カメラ（撮影装置）１０と、測定用試料の微小照射点から発生した信号Ｘ線の回折信号８を計測するＸ線検出器９と、基板７を通過した透過Ｘ線を測定する透過Ｘ線検出装置１１と、仮試料である基板７を搭載しており、試料の回折角度の設定および走査を行う回転ステージ４と、回転ステージ４に載置されており、仮試料である基板７の位置を調整する第１並進駆動ステージ６と、回転ステージ４が載置されており、回転ステージ４を支持するとともにＸ線の光軸に対して回転ステージ４の位置調整を行う第２並進駆動ステージ５と、回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５とのそれぞれの位置を正確に検出する図示しない位置読み取り装置と、観察用カメラ（撮影装置）１０を搭載しており、試料の周辺において、観察用カメラ１０の位置を調整する第１位置調整装置（図示せず）と、Ｘ線検出器９を搭載しており、Ｘ線検出器９の位置を調整する第２位置調整装置（図示せず）とを備えているものである。さらに、観察用カメラ（撮影装置）１０と図示しない配線で接続されている第１信号処理装置１２と、Ｘ線検出器９と図示しない配線で接続されている第２信号処理装置１３と、回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５とに図示しない配線で接続されている制御装置１４と、第１信号処理装置１２と第２信号処理装置１３と制御装置１４とに図示しない配線で接続されている計算装置１５とをさらに備えている。
【００２４】
集光装置２は、図示しないＸ線源から発せられたＸ線ビーム１を整形して、Ｘ線マイクロビーム３を形成する。Ｘ線マイクロビーム３は、測定用試料又は基板７へと導かれる。
【００２５】
基板７は、測定用試料を分析する前に、Ｘ線マイクロビームの照射点と試料位置との位置を合わせるために用いられる仮試料である。基板７は、第１並進駆動ステージ６に載置されており、集光装置２とＸ線検出器９との間のＸ線光路上に配置される。ここで、本実施形態に係る基板７を、図２を用いて詳細に説明する。基板７は、シリコン基板１８からなり、シリコン基板１８の表面（平面）に金が用いられた微細な線模様１７が形成されている。なお、シリコン（密度２．３３g／cm３）と金（密度１９．３g／cm３）とは密度が約１０倍異なる。この線模様１７は、回転ステージ４の軸方向（図１におけるＺ方向）及び回転ステージ４の軸方向に対して垂直な方向（図１においてＸ方向又はＹ方向）に形成されたＬ字型のものである。Ｌ字型の模様は、基板７の中心側（内側）へ向けて線幅が順に小さくなるように複数配列されており、Ｘ線マイクロビーム３よりも大きい線幅を有するものからＸ線マイクロビーム３と同程度の線幅を有するものまでが配列されている。なお、線模様の線幅は、線幅の広いものから狭いものへと順に配列されていることが好ましく、Ｘ線マイクロビームと同程度の線幅を有していないもの、例えば、Ｘ線マイクロビームとより大きい線幅や小さい線幅のものを用いてもよい。この微細な線模様１７は、半導体製造工程における微細加工手段を利用してシリコン基板１８に形成されており、この方法を用いると微細な模様へ形成することができる。なお、線模様１７は、基板７の密度と異なる密度を有していればよく、本実施形態に係る、シリコンや金からなるものに限られない。透過Ｘ線を利用する場合、Ｘ線の吸収の違いを利用してコントラストを得るため、模様１７と基板７との密度差およびＸ線透過方向における厚さで決まるＸ線透過率が、微細な模様のある領域と無い領域との間で１０倍以上異なることが好ましい。例えば、光子エネルギが１０ ｋｅＶ のＸ線に対して、シリコン基板（厚さ５００μｍ）の上に形成された金（厚さ５０μｍ）を利用した場合、金のある基板領域で透過率は５×１０−７であるのに対して、金の無い基板領域では２×１０−２であることから、透過像上でのコントラストが形成されやすい。また、線模様１７とシリコン基板１８との間に段差があるように形成されていることが好ましい。段差が生じることにより、段のエッジ部に明瞭なコントラスト像が得られ、観察用カメラ(撮影装置)１０で撮影したＸ線照射点が線模様１７上に位置するかの判断が行いやすくなる。なお、基板７に照射されたＸ線マイクロビーム３は、図示しない半導体検出器を用いて特性Ｘ線測定が行われ、線模様１７に対する強度分布として計測されたり、透過Ｘ線検出装置１１により２次元透過像として観察されたりする。
【００２６】
観察用カメラ（撮影装置）１０は、基板７におけるＸ線マイクロビーム３の微小照射点を撮影することができるように基板７の周囲に配置されている。そして、観察用カメラ（撮影装置）１０は、図示しない第１位置調整装置に搭載されており、第１位置調整装置によって微小照射点を含めた領域をいつでも撮影できるように位置が調整される。また、観察用カメラ（撮影装置）１０は、基板（試料）７における微小照射点を拡大観察することができるように顕微鏡型レンズを有している。なお、観察用カメラ（撮影装置）１０は、仮試料である基板７にＸ線マイクロビーム３を照射する際に用いられ、測定用試料の分析を行う際には使用されない。このときは、第１位置調整装置（図示せず）によって測定用試料の分析に関係しない場所へ移動される。
【００２７】
Ｘ線検出器９は、測定用試料に照射されたＸ線マイクロビーム３の回折信号を受信する検出器であり、第２位置調整装置（図示せず）に搭載されている。本実施形態においては、Ｘ線検出器９に２次元検出器が用いられている。また、透過Ｘ線検出装置１１（Ｘ線検出器）は、基板７に照射されたＸ線の透過Ｘ線を受信する装置である。なお、Ｘ線検出器９及び透過Ｘ線検出装置１１を配置する位置を示すため、図１では、両方の装置を図示しているが、測定用試料にＸ線マイクロビーム３を照射するとき（測定用試料を分析するとき）は、透過Ｘ線検出装置１１を測定用試料の分析に関係しない場所へ移動させ、Ｘ線検出器９を図１に示す位置に設置する。また、基板７にＸ線マイクロビーム３を照射するとき（位置合わせをするとき）は、Ｘ線検出器９を位置合わせに関係しない場所へ移動させ、透過Ｘ線検出装置１１を図１に示す位置に設置する。
【００２８】
回転ステージ４には、第１並進駆動ステージ６を介して、基板７が搭載されている。回転ステージ４を回転させることによって、試料の回折角度の設定や走査、試料の表面におけるＸ線照射点の位置調整を行うことができる。第１並進駆動ステージ６は、回転ステージ４の上方に載置されており、回転ステージ４の軸方向（図１におけるＺ方向）及び軸方向に垂直な２方向（図１におけるＸ方向及びＹ方向）の合計３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）へ並進駆動可能な装置である。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は互い直交している。第１並進駆動ステージ６を駆動させることによって、基板７の位置調整を行う。また、第２並進駆動ステージ５には回転ステージ４が載置されており、第２並進駆動ステージ５が回転ステージ４を支持している。第２並進駆動ステージ５は、第１並進駆動ステージ６と同様に、回転ステージ４の軸方向（図１におけるＺ方向）、軸方向に垂直な２方向（図１におけるＸ方向及びＹ方向）の合計３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）へ並進駆動可能な装置である。第２並進駆動ステージ５を駆動させることによって、Ｘ線の光軸に対する回転ステージ４の回転軸２０の位置調整を行う。図示しない位置読み取り装置は、回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との位置を正確に検出し、後述する位置決めの制御に用いられる。ここで、位置読み取り装置には、例えば、エンコーダ装置等を用いることができる。
【００２９】
信号処理装置（第２処理装置）１２は、観察用カメラ（撮影装置）１０で撮影された映像を電気信号へ処理する装置であり、図示しない配線により観察用カメラ（撮影装置）１０と接続されている。信号処理装置（第１処理装置）１３は、Ｘ線検出器９から送られた回折信号を電気信号へ処理する装置である。信号処理装置（第１処理装置）１３は、測定用試料を測定するときに図示しない配線によりＸ線検出器９に接続されており、基板７にＸ線を照射するとき（試料測定前の位置合わせを行うとき）は図示しない配線により透過Ｘ線検出装置１１に接続されている。また、制御装置１４は、回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との各々に図示しない配線によって接続されており、記録部１５ａと計算部１５ｂとを有している。制御部は、回転ステージ４の回転角度、第１並進駆動ステージ６の駆動量及び第２並進駆動ステージ５の駆動量を制御する。具体的には、計算装置１５によって計算された回転量及び駆動量に基づいて回転ステージ４を回転させるとともに第１並進駆動ステージ６及び第２並進駆動ステージ５を駆動させる。調整部は、測定用試料の分析点とＸ線マイクロビームとを一致させるために回転ステージ４を回転させるとともに第１並進駆動ステージ６及び第２並進駆動ステージ５を駆動させて、分析点とＸ線マイクロビームとの位置を調整する。なお、この調整部は、仮試料である基板７を用いて位置合わせを行った際に後述する計算装置１５において計算された回転量および駆動量に基づいて、回転ステージ４の回転及び第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との駆動を調整する。計算装置１５は、第１信号処理装置１２と第２信号処理装置１３と制御装置１４との各々に図示しない配線で接続されており、第１信号処理装置１２によって処理された電気信号と第２信号処理装置１３により処理された電気信号とを受信して記録する記録部１５ａと、記録された電気信号に基づいて、回転ステージの回転角度、第１並進駆動ステージの駆動量及び第２並進駆動ステージの駆動量を計算する計算部１５ｂとを有し、この計算された回転角度及び駆動量を制御装置１４へ伝達する装置である。
【００３０】
次に、本実施形態のＸ線分析装置１００における試料位置とＸ線の照射位置の位置合わせ（試料と回転ステージ４の回転軸２０とＸ線マイクロビーム３との位置合わせ）の操作について、図６、７を用いて説明する。図６は、仮試料である基板の線模様とＸ線マイクロビームとの位置合わせを示すフローチャート図である。図７は、仮試料である基板の線模様と回転軸２０との位置合わせを示すフローチャート図である。
【００３１】
測定用試料を試料位置に配置する前に、仮試料である基板７を試料位置に配置し、基板の線模様１７と回転軸２０とＸ線マイクロビーム３の照射位置との位置合わせを行う。なお、この位置あわせは、回転軸２０と基板の線模様１７との位置合わせを行い、その後、基板７の線模様１７とＸ線マイクロビーム３との位置合わせを行い、これらの位置合わせを終了した時点において、基板７の縞模様１７（試料位置）と回転軸２０とＸ線マイクロビーム３の照射位置とが一致したものとする。
【００３２】
まず、回転軸２０と基板７の線模様１７との位置合わせについて図６を用いて説明する（Ｓ１）。なお、下記の位置合わせの操作は、一部の初期設定を除いて、予め計算装置１５に記憶されたプログラムにより自動的に行われる。仮試料である基板７を試料位置に配置（Ｓ２）し、回転ステージを測定範囲のある角度位置に移動させる（Ｓ３）。そして、観察用カメラ（撮影装置）１０を、回転ステージの角度位置に応じて、基板の表面の法線方向とカメラの視野方向とが一致するように（図３（ａ）参照）第１位置調整装置によって移動させる（Ｓ４）。ここで、マニュアル調整により、予め、最初に使用する線模様１７ａを、回転軸２０の近くに移動させておき、この線模様１７ａが観察用カメラ１０の視野範囲内にあるように設定しておくことが好ましい。さらに、観察用カメラ１０の拡大率も１本の線模様１７ａのみを撮影できるように設定されていることが好ましい。
【００３３】
そして、第１並進駆動ステージ６を回転ステージ４の回転軸２０に対して垂直な方向（Ｘ、Ｙ方向）へ駆動させることによって、基板７の位置を調整する（Ｓ５）。ここで、各駆動位置において、回転ステージ４を現在の角度位置の周りに微小角度(Δθ)回転させて走査する（Ｓ６）。このとき、観察用カメラ１０によって１本の線模様１７ａを画像（観察用カメラ１０の画像）に撮影できるように撮影し、この画像をみながら、回転ステージ４の回転軸２０と画像上の線模様１７ａとが一致しているか確認する。線模様１７ａが画像上で左右にドリフトし、回転軸２０と画像上の線模様１７ａとが一致しない場合（Ｓ７、ＮＯ）、第１並進駆動ステージ６を回転ステージ４の回転軸２０に対して垂直な方向（Ｘ方向、Ｙ方向）へ駆動させて（Ｓ５）、基板７の位置を再度調整する。そして、回転ステージ４を現在の角度位置の周りに微小角度(Δθ)回転させて（Ｓ６）、画像に映った線模様１７ａを左右方向にずらし、線模様１７ａと回転軸２０とを一致させる。そして、線模様１７ａが画像上で左右にドリフトしなくなると（Ｓ７、ＹＥＳ）、回転軸２０と画像上の線模様１７ａとが一致する。この線模様１７ａの線幅が基板７に形成された線模様１７の中の一番狭い線幅を有した線模様１７ｃでない場合（Ｓ８、ＮＯ）、隣接する次に線幅の狭い線模様１７ｂと回転軸２０を一致させる操作を行う。具体的には、観察用カメラ１０で次に線幅の狭い線模様１７ｂを撮影し（Ｓ９）、上述の第１並進駆動ステージ６の駆動及び回転ステージ４の回転により行う（Ｓ５〜Ｓ７）。ここで、線模様１７ａを用いたときの第１並進駆動ステージ６と回転ステージ４との走査（Ｓ６、Ｓ７）について説明する。観察用カメラ１０で撮影した画像のおける線模様１７ａが画像２１上の中心線２１ａに位置しているか確認する（図３（ａ））。観察用カメラ１０で撮影した画像２１において、線模様１７ａが画像２１上の中心線２１ａに位置していない場合（Ｓ７、ＮＯ）、第１並進駆動ステージ６の駆動及び回転ステージ４の回転を繰り返し行い（Ｓ５、Ｓ６）、線模様１７ａを左右方向にずらす（図３（ｂ）参照）。ここで、線模様がこの画像２１上の中心線２１ａに一致しているかの評価は、計算装置１５において、観察用カメラ１０によって撮影した線模様の画像２１の輪郭を画像解析して中心位置を算出し、各回転位置及び各駆動位置における相互の画像間で位置を比較することによって評価する。なお、線模様１７ａが画像２１上の中心線に位置し、線模様１７ａの中心線２１ａからのぶれが起こらなくなったときに、計算装置１５で算出された画像２１の中心位置（線模様）を、観察用カメラ１０で撮影した画像の中心位置又は画像上で基準とするピクセル位置に一致させて、この時点での第１並進駆動ステージ６のパルス数を計算装置１５の記録部１５ａへ記録する。上述の各線幅の線模様による、観察用カメラ１０の移動、調整部（第１並進駆動ステージ６）の座標、回転ステージ４の角度、第１並進駆動ステージ６の位置、観察用カメラ１０の画像上における最小線幅である基準線（線模様１７ａ）パターンの位置座標を画像処理で算出（回転軸位置に相当するもの）は、記録部１５ａに保存（データベース化）される。そして、画像２１において、線模様のぶれが起こらない位置に第１並進駆動ステージ６があるときに、観察用カメラ１０の視野方向において、線模様１７ａと回転軸２０とが一致した状態になる。
【００３４】
線幅の異なる線模様１７ｂへ順にかえていき、回転軸２０と最小線幅を有する線模様１７ｃとが一致した場合（Ｓ８、ＹＥＳ）、観察用カメラ１０の視野方向において回転軸２０と最小線幅を有する線模様１７ｃとが一致し（図４）、基板７の線模様１７ｃと回転軸２０とが一致することになる。なお、上記と同様に、各線模様と回転軸２０とを一致させ、各線幅を有する線模様１７が画像２１上の中心線に位置し、線模様１７ａの中心線２１ａからのぶれが起こらなくなったときに、各線幅において、第１並進駆動ステージ６のパルス数が計算装置１５の記録部１５ａへ記録される。
【００３５】
ここで、最小線幅を有する線模様１７ｃにおける位置合わせの調整について詳細に説明する。観察用カメラ１０の視野方向において、最小線幅を有する線模様１７ｃの位置調整が行われる。このとき、第１並進駆動ステージ６の駆動を観察用カメラ１０の視野方向およびこれに直交する水平方向に対して行いながら、回転ステージ４の微小角度走査を繰り返す。ここで、回転ステージ４を、画像上で線模様１７ｃが画像２１上の中心線からぶれを生じない位置を探しながら走査する。このぶれが無くなった状態において、最小線幅の線模様１７ｃの表面が完全に回転軸２０と一致したことになる（図４）。このときの画像２１が、第１信号処理装置１２において信号へ処理され、この信号が計算装置１５へ伝達され、計算装置１５において、線模様１７ｃの中央の位置が画像２１上におけるピクセル座標として画像処理により算出される。
【００３６】
次に、上記操作により、回転ステージ４の回転軸２０と一致した最小線幅を有する線模様１７ｃとＸ線マイクロビーム３との位置合わせの調整について説明する。なお、下記の位置合わせの操作は、一部の初期設定を除いて、予め計算装置１５に記憶されたプログラムにより自動的に行われるものである。
【００３７】
回転軸２０に垂直な方向（Ｘ、Ｙ方向）へ第２並進駆動ステージ５を駆動させる（Ｓ１０１）。なお、第２並進駆動ステージ５の駆動は、回転ステージ４における現在の設定角度をから計算装置１５において算出された駆動量に基づいて、制御装置１４によって制御される。ここで、Ｘ方向における各位置において、Ｙ方向へ駆動させ、透過Ｘ線検出装置１１においてＹ方向へ第２並進駆動ステージ５駆動させたときの線模様の透過像を検出する（図５参照）。そして、この透過像が計算装置１５へ伝達され、計算装置１５において、この透過像における線模様の線幅が演算処理され算出される。この操作を、Ｘ方向の異なる複数の位置において行い、Ｘ方向の各位置における線幅を比較して、最小線幅となるＸ位置およびＹ位置を探す。最小線幅となるＸ位置およびＹ位置に到達しない場合（Ｓ１０２、ＮＯ）、第２並進駆動ステージ５をＸ、Ｙ方向へ駆動させて最小線幅となる位置を探す（Ｓ１０１）。そして、最小線幅となるＸ位置およびＹ位置に到達した場合（Ｓ１０２、ＹＥＳ）には、最小線幅の線模様とＸ線マイクロビーム３の集光点位置とが水平方向において（Ｘ方向及びＹ方向の存在する平面において）一致したことになる（Ｓ１０３）。この一致したときの線模様の位置を、画像２１上のピクセル座標として計算装置１５の記録部１５ａへ記憶する。次に、第２並進駆動ステージ５を、回転ステージ４の回転軸２０方向（Ｚ方向）へ駆動（Ｓ１０４）させることによりＺ方向の位置合わせを行う。このとき、回転軸２０に対して垂直な方向に形成されている線模様１７の配列を用いて、回転軸２０と同方向におけるＸ線マイクロビーム３の集光点位置を確認しながら、最小線幅となるＺ位置を探す。最小線幅となるＺ位置に到達しない場合（Ｓ１０５、ＮＯ）は、第２並進駆動ステージ５をＺ方向へ駆動させ（Ｓ１０４）、最小線幅となるＺ位置を探す。そして、最小線幅となるＺ位置に到達すると（Ｓ１０５、ＹＥＳ）、回転軸２０とＸ線マイクロビーム３の集光位置とが一致する（Ｓ１０６）。この状態において、試料表面の線模様１７に観察用カメラ１０の焦点を固定する。そして、上記回転ステージ４の角度位置及び第２並進駆動ステージ５の位置座標（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）を記録装置に保存（データベース化）する（Ｓ１０７）そして、回転ステージにより走査する全ての角度走査範囲で回転軸とＸ線マイクロビームの集光位置とが一致するかを確認する（Ｓ１０８）。一致しない場合は（Ｓ１０８、ＮＯ）、次の角度に回転ステージ４を駆動させ、第２並進駆動ステージ５をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へ駆動させる（Ｓ１０１〜Ｓ１０７）。そして、全ての角度走査範囲で回転軸とＸ線マイクロビームの集光位置とが一致すると（Ｓ１０８、ＹＥＳ）、回転ステージ４の角度毎のデータベースに基づいて第２並進駆動ステージ５の駆動により回転軸２０とＸ線マイクロビームの集光位置とが一致したことになる（Ｓ１０９）。
【００３８】
上記操作により、仮試料である基板７を用いて、回転軸２０とＸ線の照射位置との位置合わせの調整が終了する。上記調整後、試料位置に配置されている基板７を移動させて、測定用試料を第１並進駆動ステージ６上に搭載する。なお、この測定用試料の表面における分析点は、観察用カメラ１０で確認できる分析点であったり、測定用の試料表面に設けられた基準点が試料表面上にあり、この基準点からの距離によって分析点が予めわかっているものであったりすることが好ましい。
【００３９】
次に、測定用試料の分析点とＸ線照射位置との位置合わせの調整について説明する。
【００４０】
まず第１並進駆動ステージ６をマニュアル操作により駆動させて、観察用カメラ１０の画像の視野範囲に試料の分析点があるように設定する。この最初の位置決め（マニュアル）操作は精度を要しないため、図示しないレーザマーカ等を用いて行うことができる。レーザマーカの調整としては、予め調整されている線模様を基準にして、線模様にレーザ照射位置を合わせておく。そして、分析点の形状、あるいは基準点（線模様）を、観察用カメラ１０で撮影し、第１信号処理装置１２において撮影された画像２１を信号へ処理し、この処理された信号が計算装置１５へ伝達されて、計算装置１５の記録部１５ａにおいて記録し、画像認識させる。この画像と上述した仮試料である基板による位置合わせの調整で得られ記録部１５ａで記録された位置合わせの調整の情報とに基づいて、測定用試料の分析点にＸ線が照射されるように制御する。すなわち、この画像と、上述した仮試料である基板による位置合わせの調整で得られ記録部１５ａで記録された位置合わせの情報とに基づいて、Ｘ線マイクロビーム３の照射位置に試料を移動させるための移動量及び回転軸２０に試料を移動させるための移動量が、計算装置１５の計算部１５ｂに画像２１上のピクセルサイズで算出され、これが実際の第１並進駆動ステージ６の駆動量に変換される。そして、この駆動量が、制御装置１４の調整部へ伝達され、伝達された駆動量に基づいて、調整部が、回転ステージ４の回転及び第１並進駆動ステージ６と第１並進駆動ステージ６との駆動を制御、調整して、分析点の位置合わせ調整を行う。なお、観察用カメラ１０は、観察用カメラ１０の視野方向（試料表面の法線方向）に、観察用カメラ１０のピントが合うように第１位置調整装置（図示せず）により位置調整が行われる。この操作も計算装置１５により自動的に制御されることが好ましい。これによって、Ｘ線マイクロビームと試料表面上の分析点との位置合わせを、精度良く行うことができる。
【００４１】
本実施形態によると、測定用試料を測定する前に、仮試料である基板７の表面上の微細な線模様１７と回転ステージ４の回転軸２０とを一致させることによって、Ｘ線マイクロビーム３の微小照射点と試料位置との位置合わせの調整を予め行うことができるので、試料や試料の所望位置に、Ｘ線を短時間で精度良く照射させることができるＸ線分析装置１００を提供することができる。また、線模様が微細なものであるので、Ｘ線マイクロビーム３に相当するミクロン単位又はサブミクロン単位の精度において、Ｘ線マイクロビーム３の照射位置の位置合わせを行うことができる。
【００４２】
また、試料又は試料の所望位置とＸ線照射点とが一致するように、Ｘ線検出器９によって検出された結果及び試料表面が撮影された画像に基づいて、回転ステージ４の回転量、第１並進駆動ステージ６の駆動量及び第２並進駆動ステージ７の駆動量が計算装置１５において計算され、該回転量及び駆動量に基づいて、制御装置１４が回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との操作を制御して、試料を自動的にＸ線照射点へ位置するように移動させることができるので、試料や試料の所望位置に、Ｘ線をより高精度に照射させることができる。また、位置合わせの調整を自動的に行うことができるので、測定用試料の分析を行う前の位置合わせを短時間で行うことができるとともに、試料表面上における回折角度領域ごとに迅速な調整を行うことができる。
【００４３】
また、測定用試料を用いて行われた位置合わせの調整において得られた制御情報、すなわち、試料位置および試料の回折条件に基づいて計算された、回転ステージ４の回転量と、第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との駆動量によって、試料又は試料の所望位置とＸ線照射位置とを一致させる制御情報に基づいて、測定用試料を試料位置に配置させると、配置位置に応じて、自動的に回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との作動を制御して、試料又は試料の所望位置とＸ線マイクロビーム３の照射位置との位置合わせの調整が行われるので、試料や試料の所望位置に、Ｘ線をより高精度に照射させることができるＸ線分析装置１００を提供することができる。
【００４４】
また、仮試料である基板の表面における線模様１７が、線幅の広いものから狭いものへと順に、複数配列して形成されているので、線幅の広いものから狭いものへと順にＸ線を照射させて、最終的にＸ線サイズの微少な線幅において試料位置を調整することができる。これによって、試料や試料の所望位置に、より高精度にＸ線を照射させることができる。
【００４５】
また、基板７の線模様１７が、回転ステージ４の回転軸２０方向と回転軸２０方向（Ｚ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）とに形成されているＬ字型の縞模様であるので、回転ステージ４の回転軸と直交する方向にある第１並進駆動ステージ６の２つの軸（Ｘ方向及びＹ方向）を走査させながら、回転ステージ４を微小角度だけ走査を行っても、回転軸方向と一致する方向の線模様がずれることなく同じ位置に留まる状態となった段階で、回転軸と縞模様とが一致したこととなる。続いて、第２並進駆動ステージ５を駆動走査させながら透過像を観察することにより、両方向の縞模様について幅方向の中心とＸ線マイクロビームの位置とを一致させることができる。以上のように第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との駆動及び回転ステージ４の回転による基板７の位置調整が行いやすくなる。これにより、試料や試料の所望位置に、容易に、より高精度にＸ線を照射させることができる。
【００４６】
基板７上に線幅の異なる線模様１７が複数設けられているので、線幅の大きいものから位置調整を行うと、調整を迅速に行える。特に、数ミクロンのＸ線ビームを精密に位置決めするためには同程度の線幅で調整することが必要となる場合でも、位置合わせを始める手順が容易になる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態の表面処理装置について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、本実施形態において、基板の線模様は、回転ステージの軸方向にのみ形成されているものや、該軸方向に垂直な方向のみに形成されているものでもよい。また、回転ステージの軸方向及び該軸方向に対して垂直方向に形成されているものとして、Ｌ字型のものに限られず、十字型に形成されているものでもよい。
【００４８】
また、本実施形態において、位置合わせの調整は、試料に応じた測定角度領域ごとに自動的に行われて該角度ごとに自動的に補正されるように設定されているものでもよい。これにより、常時、試料表面上の一定の分析点にＸ線マイクロビームを照射することが可能となるとともに、同じ分析点の構造を反映した複数の回折信号を測定することができる。この結果、信頼性の高い局所構造解析結果が保たれる。
【００４９】
また、本実施形態において、試料の基準位置（仮試料である基板の線模様の位置）に対する複数の所望位置の相対位置を予め観察用カメラで撮影した画像によって確認し、第１信号処理装置においてこの画像が処理された信号に基づいて、計算装置および制御装置により自動的に制御できるようにされているものでよい。これにより、複数個の試料に連続してＸ線マイクロビームを照射させて分析できるとともに、各試料の所望位置にＸ線マイクロビームを照射させて分析を行うことができるので、複数の分析を短時間で精度のよい分析を行うことができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ Ｘ線ビーム
２ Ｘ線集光装置
３ Ｘ線マイクロビーム
４ 回転ステージ
５ 第２並進駆動ステージ系
６ 第１並進駆動ステージ系
７ 仮試料である基板
８ 回折信号
９ Ｘ線検出装置
１０ 観察用カメラ（撮影装置）
１１ 透過Ｘ線検出装置
１２ 第１信号処理装置
１３ 第２信号処理装置
１４ 制御装置
１５ 計算装置
１７ 線模様
１８ 基板
１９ 線模様
２０ 回転軸
２１ 画像
２１ａ 中心線
１００ Ｘ線分析装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小結晶構造解析等を行うためのＸ線分析装置に関するものであり、特に、Ｘ線マイクロビームが照射された試料から発生した散乱Ｘ線あるいは回折Ｘ線を分析するＸ線分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、材料の構造解析原子レベルにおいて行う装置として、Ｘ線回折装置が用いられている。例えば、下記特許文献１の装置では、試料にＸ線を照射するとともにＸ線光軸と異なる光軸を有する可視光線（レーザー光）を試料に照射し、これを肉眼で観察することによってＸ線の照射位置を確認し、Ｘ線の照射位置の位置合わせを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２９９４４号公報
【０００４】
しかし、上記特許文献１に係る装置では、異なる２つの光軸間で位置合わせを行うため、位置合わせの精度が十分でない。また、可視光を肉眼で観察するため観察精度が十分でなく、これらの影響が重なって、Ｘ線マイクロビームほど微小な大きさの位置決めに必要な分解能を十分に得ることができない。
【０００５】
また、集光装置を用いてＸ線ビームを集光させ、集光したＸ線の集光点を試料の所望の位置（領域）に一致させ、分析精度を高くするＸ線分析装置がある。このような装置では、一般的に試料を搭載する回転ステージが用いられる。そして、測定の際には、試料の所望位置（微小な測定領域）と、Ｘ線の集光点と、回転ステージの中心軸とを一致させる必要がある。このため、試料表面上の分析点（試料の所望位置）がきわめて微小である場合、回転ステージの中心軸と試料の所望位置（微小な測定領域）とＸ線の集光点とを一致させるための位置合わせに高い精度が必要になる。
【０００６】
ここで、回転ステージを有する上記Ｘ線分析装置における位置合わせの操作を説明する。まず、回転ステージの上方に載置されている試料位置調整用ステージ（ここでは、回転軸方向をＺ方向、Ｚ方向に対して垂直な平面上において、Ｘ線照射方向をＸ方向、該平面上においてＸ方向に対して垂直な方向をＹ方向とし、試料位置調整用ステージは、この互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向へ可動自在なステージとする）の上に、細いピンを直立させ、このピンをＸ線照射方向に配置されたカメラで観察することにより位置合わせを行う。以下に、具体的に説明する。まず、回転ステージを走査させ、回転ステージの回転角度によって生じるピンの中心軸（長手方向の軸）と回転ステージの回転軸とのずれが小さくなるように調整する。なお、通常は、回転ステージの回転角として幾つかの角度を設定しておき、この中から選択した角度位置においてピン先端と回転ステージの回転軸とが一致するように回転ステージ上の試料位置調整用ステージを操作して調整する。この操作は、従来はマニュアル（手動）操作によって行われており、ピン先端部を撮影したカメラ画像を確認しながら行われる。そして、上記操作が完了した時点で、回転ステージの軸とピン先端とがある程度の精度で一致したものとする。
【０００７】
次に、Ｘ線マイクロビームを試料位置に照射し、回転ステージの下方の回転ステージが載置された回転ステージ位置調整用の並進ステージ（ここでは、回転ステージ位置調整用の並進ステージが、上記試料位置調整用ステージと同様な互いに直交する３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に可動自在なものとする）を操作させて、ピン先端部の位置とＸ線の光軸とを一致させる位置合わせを行う。この位置合わせは、ピンから発せられた特性Ｘ線の強度変化又は透過Ｘ線像をみながら、回転ステージ位置調整用並進ステージを走査することによって行う。この操作も、従来はマニュアル操作によって行われることが多い。そして、この位置合わせの調整が完了した状態において、回転ステージの回転軸とＸ線の光軸とが一致したことする。この時のピン先端の位置を試料観察用カメラで撮像したものを記録し、試料の分析位置を該ピン先端位置に移動させ、試料の測定を行っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記Ｘ線分析装置における位置合わせの調整では、回転ステージの設定角度ごとに回転軸自体が移動してしまうことがあり、調整時に採用した設定角度でない角度では、Ｘ線マイクロビーム照射位置が試料の分析点から外れやすいことがある。特に精密な結晶構造解析を行う場合などでは、ブラッグ角の異なる複数の回折信号を計測する必要があり、この測定では、測定角度ごとに生じる上記回転軸のぶれを考慮した補正を試料の測定前に行う必要があった。また、この補正は、回折角度ごとにマニュアル（手動）操作によって行われるので、操作が複雑になるとともに、準備作業に時間がかかりやく、容易に精密な構造解析を行いにくい。さらに、上記Ｘ線分析装置においては、ピンなどのピン形状を有するものを用いて調整を行っており、ピン等の切削加工において、μｍ単位の精度を有する精密形状が容易に得られにくい。このため、μｍ単位又はそれに近い精度が必要となる微細な位置合わせの調整は容易に行いにくい。
【０００９】
そこで、本発明は、容易に、短時間で、回転ステージの回転軸とＸ線マイクロビームとの位置合わせの調整を行うことができ、試料や試料の所望位置に、Ｘ線を、短時間で精度良く照射させることができるＸ線分析装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＸ線分析装置は、Ｘ線源から発せられるＸ線ビームを整形しＸ線マイクロビームを形成する集光装置と、前記集光装置で形成されたＸ線マイクロビームが照射される試料における微小照射点を含む前記試料表面を拡大観察する顕微鏡型レンズを有する観察用カメラと、前記微小照射点から発生した信号Ｘ線を検出するＸ線検出器と、前記試料を搭載しており、前記試料の回折角度の設定および走査を行う回転ステージと、前記回転ステージの上に載置され且つ前記試料が載置されており、前記試料の位置を調整する第１並進駆動ステージと、前記回転ステージが載置されており、前記回転ステージの位置を調整する第２並進駆動ステージと、前記観察用カメラを搭載しており、前記観察用カメラの位置を調整する第１位置調整装置と、前記Ｘ線検出器を搭載しており、前記Ｘ線検出器の位置を調整する第２位置調整装置とを備えたＸ線分析装置であり、前記Ｘ線分析装置は、測定用試料の仮試料である基板をさらに備えており、前記基板は、前記基板の平面に前記微小照射点が位置するように配置されており、且つ、前記基板の平面上に、前記基板の密度と異なる密度を有した微細な線模様を有している。
【００１１】
上記構成によれば、測定用試料を測定する前に、仮試料である基板の表面上の微細な線模様と回転ステージの回転軸とを一致させることによって、Ｘ線マイクロビームの微小照射点と試料位置との位置合わせの調整を予め行うことができるので、試料や試料の所望位置に、Ｘ線を短時間で精度良く照射させることができる。また、線模様が微細なもののため、Ｘ線マイクロビームに相当するミクロン単位又はサブミクロン単位の精度でＸ線マイクロビームの照射位置の位置合わせを行うことができる。これによって、位置合わせの精度が高まる。
【００１２】
また、本発明のＸ線分析装置は、前記Ｘ線検出器から送られた信号を電気信号へ処理する第１処理装置と、前記観察用カメラで撮影された映像を信号へ処理する第２処理装置と、前記第１処理装置によって処理された電気信号と前記第２処理装置によって処理された信号とを記録する記録部と、前記電気信号と前記第２処理装置によって処理された信号とに基づいて前記回転ステージの回転量、前記第１並進駆動ステージの駆動量及び前記第２並進駆動ステージの駆動量を計算する計算部とを備えた計算装置と、前記計算部において計算された回転量と駆動量とに基づいて、前記回転ステージの回転と第１並進駆動ステージの駆動と第２並進駆動ステージの駆動とを制御する制御部を有していることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、試料又は試料の所望位置とＸ線照射点とが一致するように、Ｘ線検出器によって検出された結果及び試料表面が撮影された画像に基づいて、回転ステージの回転量、第１並進駆動ステージの駆動量及び第２並進駆動ステージとの駆動量が計算装置によって計算され、この計算された回転量及び駆動量に基づいて制御装置が回転ステージと第１並進駆動ステージと第２並進駆動ステージとの操作を制御して、試料を自動的にＸ線照射点へ位置するように移動させる。これによって、試料や試料の所望位置にＸ線をより高精度に照射させることができる。また、位置合わせの調整を自動的に行うことができるので、測定用試料の分析を行う前の位置合わせを短時間で行うことができるとともに、試料表面上のＸ線の回折角度領域ごとに迅速な調整を行うことができる。
【００１４】
また、本発明のＸ線分析装置において、前記制御装置が、前記仮試料である基板を用いて前記回転ステージの回転軸と前記基板における線模様とＸ線照射点とを一致させる位置合わせの調整を行った後、前記計算装置において計算された回転量および駆動量に基づいて、前記回転ステージの回転と第１並進駆動ステージの駆動と第２並進駆動ステージの駆動とを調整する調整部をさらに備えていることが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、測定用試料を用いて行った位置合わせの調整によって得られた制御情報、すなわち、測定用試料位置および測定用試料の回折条件に基づいて計算された回転ステージの回転量と第１並進駆動ステージ及び第２並進駆動ステージの駆動量とによって試料又は試料の所望位置とＸ線照射位置とを一致させる制御情報に基づいて、試料位置に配置された測定用試料が自動的に回転ステージ、第１並進駆動ステージ及び第２並進駆動ステージによって移動する。これによって、試料や試料の所望位置に、Ｘ線をより高精度に照射させることができる。
【００１６】
また、本発明のＸ線分析装置において、前記基板の線模様が、線幅の広いものから狭いものへと順に複数配列されていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、線幅の広いものから狭いものへと順にＸ線を照射させて、最終的にＸ線サイズの微少な線幅の線模様を利用することによって試料位置を調整することができるので、試料や試料の所望位置により高精度にＸ線を照射させることができる。
【００１８】
また、本発明のＸ線分析装置において、前記基板の線模様が、前記回転ステージの回転軸方向と前記回転軸方向に対して垂直な方向とに形成された線模様を有していることが好ましい。さらに、前記基板の線模様は、Ｌ字型のものであることが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、線模様に沿って、第１並進駆動ステージの駆動、第２並進駆動ステージの駆動及び回転ステージの回転による基板の位置調整が行いやすくなるので、試料や試料の所望位置に、より容易に且つ高精度にＸ線を照射させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、容易に、短時間で、回転ステージの回転軸とＸ線マイクロビームとの位置合わせの調整を行うことができる。また、試料や試料の所望位置にＸ線を短時間で精度良く照射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線分析装置の模式構成図である。
【図２】図１に示す仮試料である基板の模式図である。
【図３】（ａ）の左図は、本発明の実施形態に係るＸ線分析装置において、回転ステージをθ角回転させたときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図であり、（ａ）の右図は、基板の線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図である。（ｂ）の左図は、本発明の実施形態に係るＸ線分析装置において、回転ステージをθ＋Δθ角回転させたときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図であり、（ｂ）の右図は、基板の線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図である。
【図４】左図は、本発明の実施形態に係るＸ線分析装置において、回転ステージをθ角回転させ、最小線幅を有する線模様と回転ステージの回転軸とが一致したときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図であり、右図は、最小線幅を有する線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図である。
【図５】図１における仮試料である基板と透過Ｘ線検出装置とを示す拡大模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る回転ステージの回転軸と基板の線模様との位置合わせの調整を示すフローチャート図である。
【図７】本発明の実施形態に係るＸ線マイクロビームと基板の線模様との位置合わせの調整を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るＸ線分析装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＸ線分析装置の模式構成図である。図２は、図１の仮試料である基板の模式である。図３（ａ）は、図１における回転ステージをθ角回転させたときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図および基板の線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図であり、図３（ｂ）は回転ステージをθ＋Δθ角回転させたときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図および基板の線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図である。図４は、図１における回転ステージをθ角回転させ、最小線幅を有する線模様と回転ステージの回転軸とが一致したときの観察用カメラと仮試料である基板とを上方からみた断面模式図および最小線幅を有する線模様を観察用カメラで撮影した画像の模式図である。図５は、図１のＸ線分析装置における仮試料である基板と透過Ｘ線検出装置とを示す模式構成図である。
【００２３】
図１において、Ｘ線分析装置１００は、（図示しない）Ｘ線源と、Ｘ線源から発せられたＸ線ビーム１を整形してＸ線マイクロビーム３を形成する集光装置２と、集光装置２で形成されたＸ線マイクロビームが照射される測定用試料の仮試料である基板７における微小照射点を含んだ基板７の表面を拡大観察する顕微鏡型レンズを有する観察用カメラ（撮影装置）１０と、測定用試料の微小照射点から発生した信号Ｘ線の回折信号８を計測するＸ線検出器９と、基板７を通過した透過Ｘ線を測定する透過Ｘ線検出装置１１と、仮試料である基板７を搭載しており、試料の回折角度の設定および走査を行う回転ステージ４と、回転ステージ４に載置されており、仮試料である基板７の位置を調整する第１並進駆動ステージ６と、回転ステージ４が載置されており、回転ステージ４を支持するとともにＸ線の光軸に対して回転ステージ４の位置調整を行う第２並進駆動ステージ５と、回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５とのそれぞれの位置を正確に検出する図示しない位置読み取り装置と、観察用カメラ（撮影装置）１０を搭載しており、試料の周辺において、観察用カメラ１０の位置を調整する第１位置調整装置（図示せず）と、Ｘ線検出器９を搭載しており、Ｘ線検出器９の位置を調整する第２位置調整装置（図示せず）とを備えているものである。さらに、観察用カメラ（撮影装置）１０と図示しない配線で接続されている第１信号処理装置１２と、Ｘ線検出器９と図示しない配線で接続されている第２信号処理装置１３と、回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５とに図示しない配線で接続されている制御装置１４と、第１信号処理装置１２と第２信号処理装置１３と制御装置１４とに図示しない配線で接続されている計算装置１５とをさらに備えている。
【００２４】
集光装置２は、図示しないＸ線源から発せられたＸ線ビーム１を整形して、Ｘ線マイクロビーム３を形成する。Ｘ線マイクロビーム３は、測定用試料又は基板７へと導かれる。
【００２５】
基板７は、測定用試料を分析する前に、Ｘ線マイクロビームの照射点と試料位置との位置を合わせるために用いられる仮試料である。基板７は、第１並進駆動ステージ６に載置されており、集光装置２とＸ線検出器９との間のＸ線光路上に配置される。ここで、本実施形態に係る基板７を、図２を用いて詳細に説明する。基板７は、シリコン基板１８からなり、シリコン基板１８の表面（平面）に金が用いられた微細な線模様１７が形成されている。なお、シリコン（密度２．３３g／cm３）と金（密度１９．３g／cm３）とは密度が約１０倍異なる。この線模様１７は、回転ステージ４の軸方向（図１におけるＺ方向）及び回転ステージ４の軸方向に対して垂直な方向（図１においてＸ方向又はＹ方向）に形成されたＬ字型のものである。Ｌ字型の模様は、基板７の中心側（内側）へ向けて線幅が順に小さくなるように複数配列されており、Ｘ線マイクロビーム３よりも大きい線幅を有するものからＸ線マイクロビーム３と同程度の線幅を有するものまでが配列されている。なお、線模様の線幅は、線幅の広いものから狭いものへと順に配列されていることが好ましく、Ｘ線マイクロビームと同程度の線幅を有していないもの、例えば、Ｘ線マイクロビームとより大きい線幅や小さい線幅のものを用いてもよい。この微細な線模様１７は、半導体製造工程における微細加工手段を利用してシリコン基板１８に形成されており、この方法を用いると微細な模様へ形成することができる。なお、線模様１７は、基板７の密度と異なる密度を有していればよく、本実施形態に係る、シリコンや金からなるものに限られない。透過Ｘ線を利用する場合、Ｘ線の吸収の違いを利用してコントラストを得るため、模様１７と基板７との密度差およびＸ線透過方向における厚さで決まるＸ線透過率が、微細な模様のある領域と無い領域との間で１０倍以上異なることが好ましい。例えば、光子エネルギが１０ ｋｅＶ のＸ線に対して、シリコン基板（厚さ５００μｍ）の上に形成された金（厚さ５０μｍ）を利用した場合、金のある基板領域で透過率は５×１０−７であるのに対して、金の無い基板領域では２×１０−２であることから、透過像上でのコントラストが形成されやすい。また、線模様１７とシリコン基板１８との間に段差があるように形成されていることが好ましい。段差が生じることにより、段のエッジ部に明瞭なコントラスト像が得られ、観察用カメラ(撮影装置)１０で撮影したＸ線照射点が線模様１７上に位置するかの判断が行いやすくなる。なお、基板７に照射されたＸ線マイクロビーム３は、図示しない半導体検出器を用いて特性Ｘ線測定が行われ、線模様１７に対する強度分布として計測されたり、透過Ｘ線検出装置１１により２次元透過像として観察されたりする。
【００２６】
観察用カメラ（撮影装置）１０は、基板７におけるＸ線マイクロビーム３の微小照射点を撮影することができるように基板７の周囲に配置されている。そして、観察用カメラ（撮影装置）１０は、図示しない第１位置調整装置に搭載されており、第１位置調整装置によって微小照射点を含めた領域をいつでも撮影できるように位置が調整される。また、観察用カメラ（撮影装置）１０は、基板（試料）７における微小照射点を拡大観察することができるように顕微鏡型レンズを有している。なお、観察用カメラ（撮影装置）１０は、仮試料である基板７にＸ線マイクロビーム３を照射する際に用いられ、測定用試料の分析を行う際には使用されない。このときは、第１位置調整装置（図示せず）によって測定用試料の分析に関係しない場所へ移動される。
【００２７】
Ｘ線検出器９は、測定用試料に照射されたＸ線マイクロビーム３の回折信号を受信する検出器であり、第２位置調整装置（図示せず）に搭載されている。本実施形態においては、Ｘ線検出器９に２次元検出器が用いられている。また、透過Ｘ線検出装置１１（Ｘ線検出器）は、基板７に照射されたＸ線の透過Ｘ線を受信する装置である。なお、Ｘ線検出器９及び透過Ｘ線検出装置１１を配置する位置を示すため、図１では、両方の装置を図示しているが、測定用試料にＸ線マイクロビーム３を照射するとき（測定用試料を分析するとき）は、透過Ｘ線検出装置１１を測定用試料の分析に関係しない場所へ移動させ、Ｘ線検出器９を図１に示す位置に設置する。また、基板７にＸ線マイクロビーム３を照射するとき（位置合わせをするとき）は、Ｘ線検出器９を位置合わせに関係しない場所へ移動させ、透過Ｘ線検出装置１１を図１に示す位置に設置する。
【００２８】
回転ステージ４には、第１並進駆動ステージ６を介して、基板７が搭載されている。回転ステージ４を回転させることによって、試料の回折角度の設定や走査、試料の表面におけるＸ線照射点の位置調整を行うことができる。第１並進駆動ステージ６は、回転ステージ４の上方に載置されており、回転ステージ４の軸方向（図１におけるＺ方向）及び軸方向に垂直な２方向（図１におけるＸ方向及びＹ方向）の合計３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）へ並進駆動可能な装置である。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は互い直交している。第１並進駆動ステージ６を駆動させることによって、基板７の位置調整を行う。また、第２並進駆動ステージ５には回転ステージ４が載置されており、第２並進駆動ステージ５が回転ステージ４を支持している。第２並進駆動ステージ５は、第１並進駆動ステージ６と同様に、回転ステージ４の軸方向（図１におけるＺ方向）、軸方向に垂直な２方向（図１におけるＸ方向及びＹ方向）の合計３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）へ並進駆動可能な装置である。第２並進駆動ステージ５を駆動させることによって、Ｘ線の光軸に対する回転ステージ４の回転軸２０の位置調整を行う。図示しない位置読み取り装置は、回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との位置を正確に検出し、後述する位置決めの制御に用いられる。ここで、位置読み取り装置には、例えば、エンコーダ装置等を用いることができる。
【００２９】
信号処理装置（第２処理装置）１２は、観察用カメラ（撮影装置）１０で撮影された映像を電気信号へ処理する装置であり、図示しない配線により観察用カメラ（撮影装置）１０と接続されている。信号処理装置（第１処理装置）１３は、Ｘ線検出器９から送られた回折信号を電気信号へ処理する装置である。信号処理装置（第１処理装置）１３は、測定用試料を測定するときに図示しない配線によりＸ線検出器９に接続されており、基板７にＸ線を照射するとき（試料測定前の位置合わせを行うとき）は図示しない配線により透過Ｘ線検出装置１１に接続されている。また、制御装置１４は、回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との各々に図示しない配線によって接続されており、記録部１５ａと計算部１５ｂとを有している。制御部は、回転ステージ４の回転角度、第１並進駆動ステージ６の駆動量及び第２並進駆動ステージ５の駆動量を制御する。具体的には、計算装置１５によって計算された回転量及び駆動量に基づいて回転ステージ４を回転させるとともに第１並進駆動ステージ６及び第２並進駆動ステージ５を駆動させる。調整部は、測定用試料の分析点とＸ線マイクロビームとを一致させるために回転ステージ４を回転させるとともに第１並進駆動ステージ６及び第２並進駆動ステージ５を駆動させて、分析点とＸ線マイクロビームとの位置を調整する。なお、この調整部は、仮試料である基板７を用いて位置合わせを行った際に後述する計算装置１５において計算された回転量および駆動量に基づいて、回転ステージ４の回転及び第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との駆動を調整する。計算装置１５は、第１信号処理装置１２と第２信号処理装置１３と制御装置１４との各々に図示しない配線で接続されており、第１信号処理装置１２によって処理された電気信号と第２信号処理装置１３により処理された電気信号とを受信して記録する記録部１５ａと、記録された電気信号に基づいて、回転ステージの回転角度、第１並進駆動ステージの駆動量及び第２並進駆動ステージの駆動量を計算する計算部１５ｂとを有し、この計算された回転角度及び駆動量を制御装置１４へ伝達する装置である。
【００３０】
次に、本実施形態のＸ線分析装置１００における試料位置とＸ線の照射位置の位置合わせ（試料と回転ステージ４の回転軸２０とＸ線マイクロビーム３との位置合わせ）の操作について、図６、７を用いて説明する。図６は、仮試料である基板の線模様とＸ線マイクロビームとの位置合わせを示すフローチャート図である。図７は、仮試料である基板の線模様と回転軸２０との位置合わせを示すフローチャート図である。
【００３１】
測定用試料を試料位置に配置する前に、仮試料である基板７を試料位置に配置し、基板の線模様１７と回転軸２０とＸ線マイクロビーム３の照射位置との位置合わせを行う。なお、この位置あわせは、回転軸２０と基板の線模様１７との位置合わせを行い、その後、基板７の線模様１７とＸ線マイクロビーム３との位置合わせを行い、これらの位置合わせを終了した時点において、基板７の縞模様１７（試料位置）と回転軸２０とＸ線マイクロビーム３の照射位置とが一致したものとする。
【００３２】
まず、回転軸２０と基板７の線模様１７との位置合わせについて図６を用いて説明する（Ｓ１）。なお、下記の位置合わせの操作は、一部の初期設定を除いて、予め計算装置１５に記憶されたプログラムにより自動的に行われる。仮試料である基板７を試料位置に配置（Ｓ２）し、回転ステージを測定範囲のある角度位置に移動させる（Ｓ３）。そして、観察用カメラ（撮影装置）１０を、回転ステージの角度位置に応じて、基板の表面の法線方向とカメラの視野方向とが一致するように（図３（ａ）参照）第１位置調整装置によって移動させる（Ｓ４）。ここで、マニュアル調整により、予め、最初に使用する線模様１７ａを、回転軸２０の近くに移動させておき、この線模様１７ａが観察用カメラ１０の視野範囲内にあるように設定しておくことが好ましい。さらに、観察用カメラ１０の拡大率も１本の線模様１７ａのみを撮影できるように設定されていることが好ましい。
【００３３】
そして、第１並進駆動ステージ６を回転ステージ４の回転軸２０に対して垂直な方向（Ｘ、Ｙ方向）へ駆動させることによって、基板７の位置を調整する（Ｓ５）。ここで、各駆動位置において、回転ステージ４を現在の角度位置の周りに微小角度(Δθ)回転させて走査する（Ｓ６）。このとき、観察用カメラ１０によって１本の線模様１７ａを画像（観察用カメラ１０の画像）に撮影できるように撮影し、この画像をみながら、回転ステージ４の回転軸２０と画像上の線模様１７ａとが一致しているか確認する。線模様１７ａが画像上で左右にドリフトし、回転軸２０と画像上の線模様１７ａとが一致しない場合（Ｓ７、ＮＯ）、第１並進駆動ステージ６を回転ステージ４の回転軸２０に対して垂直な方向（Ｘ方向、Ｙ方向）へ駆動させて（Ｓ５）、基板７の位置を再度調整する。そして、回転ステージ４を現在の角度位置の周りに微小角度(Δθ)回転させて（Ｓ６）、画像に映った線模様１７ａを左右方向にずらし、線模様１７ａと回転軸２０とを一致させる。そして、線模様１７ａが画像上で左右にドリフトしなくなると（Ｓ７、ＹＥＳ）、回転軸２０と画像上の線模様１７ａとが一致する。この線模様１７ａの線幅が基板７に形成された線模様１７の中の一番狭い線幅を有した線模様１７ｃでない場合（Ｓ８、ＮＯ）、隣接する次に線幅の狭い線模様１７ｂと回転軸２０を一致させる操作を行う。具体的には、観察用カメラ１０で次に線幅の狭い線模様１７ｂを撮影し（Ｓ９）、上述の第１並進駆動ステージ６の駆動及び回転ステージ４の回転により行う（Ｓ５〜Ｓ７）。ここで、線模様１７ａを用いたときの第１並進駆動ステージ６と回転ステージ４との走査（Ｓ６、Ｓ７）について説明する。観察用カメラ１０で撮影した画像のおける線模様１７ａが画像２１上の中心線２１ａに位置しているか確認する（図３（ａ））。観察用カメラ１０で撮影した画像２１において、線模様１７ａが画像２１上の中心線２１ａに位置していない場合（Ｓ７、ＮＯ）、第１並進駆動ステージ６の駆動及び回転ステージ４の回転を繰り返し行い（Ｓ５、Ｓ６）、線模様１７ａを左右方向にずらす（図３（ｂ）参照）。ここで、線模様がこの画像２１上の中心線２１ａに一致しているかの評価は、計算装置１５において、観察用カメラ１０によって撮影した線模様の画像２１の輪郭を画像解析して中心位置を算出し、各回転位置及び各駆動位置における相互の画像間で位置を比較することによって評価する。なお、線模様１７ａが画像２１上の中心線に位置し、線模様１７ａの中心線２１ａからのぶれが起こらなくなったときに、計算装置１５で算出された画像２１の中心位置（線模様）を、観察用カメラ１０で撮影した画像の中心位置又は画像上で基準とするピクセル位置に一致させて、この時点での第１並進駆動ステージ６のパルス数を計算装置１５の記録部１５ａへ記録する。上述の各線幅の線模様による、観察用カメラ１０の移動、調整部（第１並進駆動ステージ６）の座標、回転ステージ４の角度、第１並進駆動ステージ６の位置、観察用カメラ１０の画像上における最小線幅である基準線（線模様１７ａ）パターンの位置座標を画像処理で算出（回転軸位置に相当するもの）は、記録部１５ａに保存（データベース化）される。そして、画像２１において、線模様のぶれが起こらない位置に第１並進駆動ステージ６があるときに、観察用カメラ１０の視野方向において、線模様１７ａと回転軸２０とが一致した状態になる。
【００３４】
線幅の異なる線模様１７ｂへ順にかえていき、回転軸２０と最小線幅を有する線模様１７ｃとが一致した場合（Ｓ８、ＹＥＳ）、観察用カメラ１０の視野方向において回転軸２０と最小線幅を有する線模様１７ｃとが一致し（図４）、基板７の線模様１７ｃと回転軸２０とが一致することになる。なお、上記と同様に、各線模様と回転軸２０とを一致させ、各線幅を有する線模様１７が画像２１上の中心線に位置し、線模様１７ａの中心線２１ａからのぶれが起こらなくなったときに、各線幅において、第１並進駆動ステージ６のパルス数が計算装置１５の記録部１５ａへ記録される。
【００３５】
ここで、最小線幅を有する線模様１７ｃにおける位置合わせの調整について詳細に説明する。観察用カメラ１０の視野方向において、最小線幅を有する線模様１７ｃの位置調整が行われる。このとき、第１並進駆動ステージ６の駆動を観察用カメラ１０の視野方向およびこれに直交する水平方向に対して行いながら、回転ステージ４の微小角度走査を繰り返す。ここで、回転ステージ４を、画像上で線模様１７ｃが画像２１上の中心線からぶれを生じない位置を探しながら走査する。このぶれが無くなった状態において、最小線幅の線模様１７ｃの表面が完全に回転軸２０と一致したことになる（図４）。このときの画像２１が、第１信号処理装置１２において信号へ処理され、この信号が計算装置１５へ伝達され、計算装置１５において、線模様１７ｃの中央の位置が画像２１上におけるピクセル座標として画像処理により算出される。
【００３６】
次に、上記操作により、回転ステージ４の回転軸２０と一致した最小線幅を有する線模様１７ｃとＸ線マイクロビーム３との位置合わせの調整について説明する。なお、下記の位置合わせの操作は、一部の初期設定を除いて、予め計算装置１５に記憶されたプログラムにより自動的に行われるものである。
【００３７】
回転軸２０に垂直な方向（Ｘ、Ｙ方向）へ第２並進駆動ステージ５を駆動させる（Ｓ１０１）。なお、第２並進駆動ステージ５の駆動は、回転ステージ４における現在の設定角度をから計算装置１５において算出された駆動量に基づいて、制御装置１４によって制御される。ここで、Ｘ方向における各位置において、Ｙ方向へ駆動させ、透過Ｘ線検出装置１１においてＹ方向へ第２並進駆動ステージ５駆動させたときの線模様の透過像を検出する（図５参照）。そして、この透過像が計算装置１５へ伝達され、計算装置１５において、この透過像における線模様の線幅が演算処理され算出される。この操作を、Ｘ方向の異なる複数の位置において行い、Ｘ方向の各位置における線幅を比較して、最小線幅となるＸ位置およびＹ位置を探す。最小線幅となるＸ位置およびＹ位置に到達しない場合（Ｓ１０２、ＮＯ）、第２並進駆動ステージ５をＸ、Ｙ方向へ駆動させて最小線幅となる位置を探す（Ｓ１０１）。そして、最小線幅となるＸ位置およびＹ位置に到達した場合（Ｓ１０２、ＹＥＳ）には、最小線幅の線模様とＸ線マイクロビーム３の集光点位置とが水平方向において（Ｘ方向及びＹ方向の存在する平面において）一致したことになる（Ｓ１０３）。この一致したときの線模様の位置を、画像２１上のピクセル座標として計算装置１５の記録部１５ａへ記憶する。次に、第２並進駆動ステージ５を、回転ステージ４の回転軸２０方向（Ｚ方向）へ駆動（Ｓ１０４）させることによりＺ方向の位置合わせを行う。このとき、回転軸２０に対して垂直な方向に形成されている線模様１７の配列を用いて、回転軸２０と同方向におけるＸ線マイクロビーム３の集光点位置を確認しながら、最小線幅となるＺ位置を探す。最小線幅となるＺ位置に到達しない場合（Ｓ１０５、ＮＯ）は、第２並進駆動ステージ５をＺ方向へ駆動させ（Ｓ１０４）、最小線幅となるＺ位置を探す。そして、最小線幅となるＺ位置に到達すると（Ｓ１０５、ＹＥＳ）、回転軸２０とＸ線マイクロビーム３の集光位置とが一致する（Ｓ１０６）。この状態において、試料表面の線模様１７に観察用カメラ１０の焦点を固定する。そして、上記回転ステージ４の角度位置及び第２並進駆動ステージ５の位置座標（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）を記録装置に保存（データベース化）する（Ｓ１０７）そして、回転ステージにより走査する全ての角度走査範囲で回転軸とＸ線マイクロビームの集光位置とが一致するかを確認する（Ｓ１０８）。一致しない場合は（Ｓ１０８、ＮＯ）、次の角度に回転ステージ４を駆動させ、第２並進駆動ステージ５をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へ駆動させる（Ｓ１０１〜Ｓ１０７）。そして、全ての角度走査範囲で回転軸とＸ線マイクロビームの集光位置とが一致すると（Ｓ１０８、ＹＥＳ）、回転ステージ４の角度毎のデータベースに基づいて第２並進駆動ステージ５の駆動により回転軸２０とＸ線マイクロビームの集光位置とが一致したことになる（Ｓ１０９）。
【００３８】
上記操作により、仮試料である基板７を用いて、回転軸２０とＸ線の照射位置との位置合わせの調整が終了する。上記調整後、試料位置に配置されている基板７を移動させて、測定用試料を第１並進駆動ステージ６上に搭載する。なお、この測定用試料の表面における分析点は、観察用カメラ１０で確認できる分析点であったり、測定用の試料表面に設けられた基準点が試料表面上にあり、この基準点からの距離によって分析点が予めわかっているものであったりすることが好ましい。
【００３９】
次に、測定用試料の分析点とＸ線照射位置との位置合わせの調整について説明する。
【００４０】
まず第１並進駆動ステージ６をマニュアル操作により駆動させて、観察用カメラ１０の画像の視野範囲に試料の分析点があるように設定する。この最初の位置決め（マニュアル）操作は精度を要しないため、図示しないレーザマーカ等を用いて行うことができる。レーザマーカの調整としては、予め調整されている線模様を基準にして、線模様にレーザ照射位置を合わせておく。そして、分析点の形状、あるいは基準点（線模様）を、観察用カメラ１０で撮影し、第１信号処理装置１２において撮影された画像２１を信号へ処理し、この処理された信号が計算装置１５へ伝達されて、計算装置１５の記録部１５ａにおいて記録し、画像認識させる。この画像と上述した仮試料である基板による位置合わせの調整で得られ記録部１５ａで記録された位置合わせの調整の情報とに基づいて、測定用試料の分析点にＸ線が照射されるように制御する。すなわち、この画像と、上述した仮試料である基板による位置合わせの調整で得られ記録部１５ａで記録された位置合わせの情報とに基づいて、Ｘ線マイクロビーム３の照射位置に試料を移動させるための移動量及び回転軸２０に試料を移動させるための移動量が、計算装置１５の計算部１５ｂに画像２１上のピクセルサイズで算出され、これが実際の第１並進駆動ステージ６の駆動量に変換される。そして、この駆動量が、制御装置１４の調整部へ伝達され、伝達された駆動量に基づいて、調整部が、回転ステージ４の回転及び第１並進駆動ステージ６と第１並進駆動ステージ６との駆動を制御、調整して、分析点の位置合わせ調整を行う。なお、観察用カメラ１０は、観察用カメラ１０の視野方向（試料表面の法線方向）に、観察用カメラ１０のピントが合うように第１位置調整装置（図示せず）により位置調整が行われる。この操作も計算装置１５により自動的に制御されることが好ましい。これによって、Ｘ線マイクロビームと試料表面上の分析点との位置合わせを、精度良く行うことができる。
【００４１】
本実施形態によると、測定用試料を測定する前に、仮試料である基板７の表面上の微細な線模様１７と回転ステージ４の回転軸２０とを一致させることによって、Ｘ線マイクロビーム３の微小照射点と試料位置との位置合わせの調整を予め行うことができるので、試料や試料の所望位置に、Ｘ線を短時間で精度良く照射させることができるＸ線分析装置１００を提供することができる。また、線模様が微細なものであるので、Ｘ線マイクロビーム３に相当するミクロン単位又はサブミクロン単位の精度において、Ｘ線マイクロビーム３の照射位置の位置合わせを行うことができる。
【００４２】
また、試料又は試料の所望位置とＸ線照射点とが一致するように、Ｘ線検出器９によって検出された結果及び試料表面が撮影された画像に基づいて、回転ステージ４の回転量、第１並進駆動ステージ６の駆動量及び第２並進駆動ステージ７の駆動量が計算装置１５において計算され、該回転量及び駆動量に基づいて、制御装置１４が回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との操作を制御して、試料を自動的にＸ線照射点へ位置するように移動させることができるので、試料や試料の所望位置に、Ｘ線をより高精度に照射させることができる。また、位置合わせの調整を自動的に行うことができるので、測定用試料の分析を行う前の位置合わせを短時間で行うことができるとともに、試料表面上における回折角度領域ごとに迅速な調整を行うことができる。
【００４３】
また、測定用試料を用いて行われた位置合わせの調整において得られた制御情報、すなわち、試料位置および試料の回折条件に基づいて計算された、回転ステージ４の回転量と、第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との駆動量によって、試料又は試料の所望位置とＸ線照射位置とを一致させる制御情報に基づいて、測定用試料を試料位置に配置させると、配置位置に応じて、自動的に回転ステージ４と第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との作動を制御して、試料又は試料の所望位置とＸ線マイクロビーム３の照射位置との位置合わせの調整が行われるので、試料や試料の所望位置に、Ｘ線をより高精度に照射させることができるＸ線分析装置１００を提供することができる。
【００４４】
また、仮試料である基板の表面における線模様１７が、線幅の広いものから狭いものへと順に、複数配列して形成されているので、線幅の広いものから狭いものへと順にＸ線を照射させて、最終的にＸ線サイズの微少な線幅において試料位置を調整することができる。これによって、試料や試料の所望位置に、より高精度にＸ線を照射させることができる。
【００４５】
また、基板７の線模様１７が、回転ステージ４の回転軸２０方向と回転軸２０方向（Ｚ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）とに形成されているＬ字型の縞模様であるので、回転ステージ４の回転軸と直交する方向にある第１並進駆動ステージ６の２つの軸（Ｘ方向及びＹ方向）を走査させながら、回転ステージ４を微小角度だけ走査を行っても、回転軸方向と一致する方向の線模様がずれることなく同じ位置に留まる状態となった段階で、回転軸と縞模様とが一致したこととなる。続いて、第２並進駆動ステージ５を駆動走査させながら透過像を観察することにより、両方向の縞模様について幅方向の中心とＸ線マイクロビームの位置とを一致させることができる。以上のように第１並進駆動ステージ６と第２並進駆動ステージ５との駆動及び回転ステージ４の回転による基板７の位置調整が行いやすくなる。これにより、試料や試料の所望位置に、容易に、より高精度にＸ線を照射させることができる。
【００４６】
基板７上に線幅の異なる線模様１７が複数設けられているので、線幅の大きいものから位置調整を行うと、調整を迅速に行える。特に、数ミクロンのＸ線ビームを精密に位置決めするためには同程度の線幅で調整することが必要となる場合でも、位置合わせを始める手順が容易になる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態の表面処理装置について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、本実施形態において、基板の線模様は、回転ステージの軸方向にのみ形成されているものや、該軸方向に垂直な方向のみに形成されているものでもよい。また、回転ステージの軸方向及び該軸方向に対して垂直方向に形成されているものとして、Ｌ字型のものに限られず、十字型に形成されているものでもよい。
【００４８】
また、本実施形態において、位置合わせの調整は、試料に応じた測定角度領域ごとに自動的に行われて該角度ごとに自動的に補正されるように設定されているものでもよい。これにより、常時、試料表面上の一定の分析点にＸ線マイクロビームを照射することが可能となるとともに、同じ分析点の構造を反映した複数の回折信号を測定することができる。この結果、信頼性の高い局所構造解析結果が保たれる。
【００４９】
また、本実施形態において、試料の基準位置（仮試料である基板の線模様の位置）に対する複数の所望位置の相対位置を予め観察用カメラで撮影した画像によって確認し、第１信号処理装置においてこの画像が処理された信号に基づいて、計算装置および制御装置により自動的に制御できるようにされているものでよい。これにより、複数個の試料に連続してＸ線マイクロビームを照射させて分析できるとともに、各試料の所望位置にＸ線マイクロビームを照射させて分析を行うことができるので、複数の分析を短時間で精度のよい分析を行うことができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ Ｘ線ビーム
２ Ｘ線集光装置
３ Ｘ線マイクロビーム
４ 回転ステージ
５ 第２並進駆動ステージ系
６ 第１並進駆動ステージ系
７ 仮試料である基板
８ 回折信号
９ Ｘ線検出装置
１０ 観察用カメラ（撮影装置）
１１ 透過Ｘ線検出装置
１２ 第１信号処理装置
１３ 第２信号処理装置
１４ 制御装置
１５ 計算装置
１７ 線模様
１８ 基板
１９ 線模様
２０ 回転軸
２１ 画像
２１ａ 中心線
１００ Ｘ線分析装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源から発せられるＸ線ビームを整形しＸ線マイクロビームを形成する集光装置と、
前記集光装置で形成されたＸ線マイクロビームが照射される試料における微小照射点を含む前記試料表面を拡大観察する顕微鏡型レンズを有する観察用カメラと、
前記微小照射点から発生した信号Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
前記試料を搭載しており、前記試料の回折角度の設定および走査を行う回転ステージと、
前記回転ステージの上に載置され且つ前記試料が載置されており、前記試料の位置を調整する第１並進駆動ステージと、
前記回転ステージが載置されており、前記回転ステージの位置を調整する第２並進駆動ステージと、
前記観察用カメラを搭載しており、前記観察用カメラの位置を調整する第１位置調整装置と、
前記Ｘ線検出器を搭載しており、前記Ｘ線検出器の位置を調整する第２位置調整装置とを備えたＸ線分析装置であり、
前記Ｘ線分析装置は、測定用試料の仮試料である基板をさらに備えており、
前記基板は、前記基板の平面に前記微小照射点が位置するように配置されており、且つ、前記基板の平面上に、前記基板の密度と異なる密度を有した微細な線模様を有していることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】
前記Ｘ線検出器から送られた信号を電気信号へ処理する第１処理装置と、
前記観察用カメラで撮影された映像を信号へ処理する第２処理装置と、
前記第１処理装置によって処理された電気信号と前記第２処理装置によって処理された信号とを記録する記録部と、前記電気信号と前記第２処理装置によって処理された信号とに基づいて前記回転ステージの回転量、前記第１並進駆動ステージの駆動量及び前記第２並進駆動ステージの駆動量を計算する計算部とを備えた計算装置と、
前記計算部において計算された回転量と駆動量とに基づいて、前記回転ステージの回転と第１並進駆動ステージの駆動と第２並進駆動ステージの駆動とを制御する制御部を備えた制御装置をさらに有していることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析装置。
【請求項３】
前記制御装置が、前記仮試料である基板を用いて前記回転ステージの回転軸と前記基板における線模様とＸ線照射点とを一致させる位置合わせの調整を行った後、前記計算装置において計算された回転量および駆動量に基づいて、前記回転ステージの回転と第１並進駆動ステージの駆動と第２並進駆動ステージの駆動とを調整する調整部をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線分析装置。
【請求項４】
前記調整部が、
前記第１並進駆動ステージを駆動させて、前記基板に形成された微細な線模様と前記回転ステージの回転軸との位置合わせ調整を行う第１調整部と、
前記第２並進駆動ステージを駆動させて、前記Ｘ線マイクロビームと前記回転軸との位置合わせ調整を行う第２調整部とを有することを特徴とする請求項３に記載のＸ線分析装置。
【請求項５】
前記基板の線模様が、線幅の広いものから狭いものへと順に複数配列されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＸ線分析装置。
【請求項６】
前記基板の線模様が、前記回転ステージの回転軸方向と前記回転軸方向に対して垂直な方向とに形成された線模様を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＸ線分析装置。
【請求項７】
前記基板の線模様が、Ｌ字型に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＸ線分析装置。
【請求項１】
Ｘ線源から発せられるＸ線ビームを整形しＸ線マイクロビームを形成する集光装置と、
前記集光装置で形成されたＸ線マイクロビームが照射される試料における微小照射点を含む前記試料表面を拡大観察する顕微鏡型レンズを有する観察用カメラと、
前記微小照射点から発生した信号Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
前記試料を搭載しており、前記試料の回折角度の設定および走査を行う回転ステージと、
前記回転ステージの上に載置され且つ前記試料が載置されており、前記試料の位置を調整する第１並進駆動ステージと、
前記回転ステージが載置されており、前記回転ステージの位置を調整する第２並進駆動ステージと、
前記観察用カメラを搭載しており、前記観察用カメラの位置を調整する第１位置調整装置と、
前記Ｘ線検出器を搭載しており、前記Ｘ線検出器の位置を調整する第２位置調整装置とを備えたＸ線分析装置であり、
前記Ｘ線分析装置は、測定用試料の仮試料である基板をさらに備えており、
前記基板は、前記基板の平面に前記微小照射点が位置するように配置されており、且つ、前記基板の平面上に、前記基板の密度と異なる密度を有した微細な線模様を有していることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】
前記Ｘ線検出器から送られた信号を電気信号へ処理する第１処理装置と、
前記観察用カメラで撮影された映像を信号へ処理する第２処理装置と、
前記第１処理装置によって処理された電気信号と前記第２処理装置によって処理された信号とを記録する記録部と、前記電気信号と前記第２処理装置によって処理された信号とに基づいて前記回転ステージの回転量、前記第１並進駆動ステージの駆動量及び前記第２並進駆動ステージの駆動量を計算する計算部とを備えた計算装置と、
前記計算部において計算された回転量と駆動量とに基づいて、前記回転ステージの回転と第１並進駆動ステージの駆動と第２並進駆動ステージの駆動とを制御する制御部を備えた制御装置をさらに有していることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析装置。
【請求項３】
前記制御装置が、前記仮試料である基板を用いて前記回転ステージの回転軸と前記基板における線模様とＸ線照射点とを一致させる位置合わせの調整を行った後、前記計算装置において計算された回転量および駆動量に基づいて、前記回転ステージの回転と第１並進駆動ステージの駆動と第２並進駆動ステージの駆動とを調整する調整部をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線分析装置。
【請求項４】
前記調整部が、
前記第１並進駆動ステージを駆動させて、前記基板に形成された微細な線模様と前記回転ステージの回転軸との位置合わせ調整を行う第１調整部と、
前記第２並進駆動ステージを駆動させて、前記Ｘ線マイクロビームと前記回転軸との位置合わせ調整を行う第２調整部とを有することを特徴とする請求項３に記載のＸ線分析装置。
【請求項５】
前記基板の線模様が、線幅の広いものから狭いものへと順に複数配列されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＸ線分析装置。
【請求項６】
前記基板の線模様が、前記回転ステージの回転軸方向と前記回転軸方向に対して垂直な方向とに形成された線模様を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＸ線分析装置。
【請求項７】
前記基板の線模様が、Ｌ字型に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＸ線分析装置。
【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２０１０−２５６１０３（Ｐ２０１０−２５６１０３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０４７４４（Ｐ２００９−１０４７４４）
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【出願人】（５０２２４９７６９）財団法人ひょうご科学技術協会 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【出願人】（５０２２４９７６９）財団法人ひょうご科学技術協会 (1)
【Ｆターム（参考）】
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