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JP2995361B2 - 照射領域モニター付きx線照射装置 - Google Patents

照射領域モニター付きx線照射装置

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JP2995361B2
JP2995361B2 JP4043979A JP4397992A JP2995361B2 JP 2995361 B2 JP2995361 B2 JP 2995361B2 JP 4043979 A JP4043979 A JP 4043979A JP 4397992 A JP4397992 A JP 4397992A JP 2995361 B2 JP2995361 B2 JP 2995361B2
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JP
Japan
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ray
visible light
lens
sample
total reflection
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JP4043979A
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修三 須藤
邦雄 中島
弘幸 鈴木
Original Assignee
セイコーインスツルメンツ株式会社
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、照射領域モニターを備
えたX線照射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】X線照射装置における、従来のX線照射
モニター装置としては、例えば、特開昭58−1332
39号公報に示すものがある。これは、X線照射装置と
試料との間に、X線は透過するが可視光線は反射するX
線透過鏡を、X線光軸に対してその面を略45度に傾け
て介在させる。また可視光線源を、一旦X線透過鏡に当
てて試料表面のX線照射領域を照射するように配置す
る。なお、試料とX線透過鏡との間には、X線および可
視光線を絞り込み、並行光線にするためのコリメータが
設けられている。この構成により、X線照射装置から発
生したX線は、X線透過鏡を透過して、コリメータによ
り絞り込まれ、並行X線となって試料表面を照射する。
また、可視光線源から発した可視光線は、X線透過鏡に
X線光軸に対して略直角に照射し、反射する。これによ
り可視光線はX線光軸と同軸になり、そして、コリメー
タにより絞り込まれ、並行光線となって試料表面を照射
する。つまり、X線にて試料表面を照射される領域を、
可視光線が照射する。この可視光線を照射部分を他の手
段にて観察することにより、X線照射領域をモニターす
るものである。
【0003】また、他従来例として、例えば、特開平1
−185500号公報に示すものがある。この構成は、
X線を細長いガイドチューブにて、X線を試料表面にス
ポットにて照射する。X線照射装置と試料との間に、X
線を反射する反射鏡を、X線光軸に対してその面を略4
5度に傾けて介在させ、その中心にはガイドチューブが
通る穴が設けられている。また可視光線源を、一旦反射
鏡に当てて試料表面のX線照射領域を照射するように配
置する。更に、可視光線軸上には、試料表面上に可視光
線が焦点を結ぶように光学レンズが配置されている。こ
の例も、X線にて試料表面を照射される領域を、可視光
線が照射し、この可視光線を照射部分を他の手段にて観
察することにより、X線照射領域をモニターするもので
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特開昭58−1332
39号公報に示すものにおいては、X線および可視光線
を、中空円筒状のコリメータにて絞り込み、径の細いビ
ーム状にして試料表面に照射するため、X線源からのX
線放射立体角が小さくなる為大きなX線強度が得られな
い点、および回折現象のためにコリメータの内径を数十
μm程度以下にすることは困難である。つまり、微小の
ビーム径を得ることができない。
【0005】また、特開平1−185500号公報に示
すものにおいても、細管状のガイドチューブにてX線を
絞りかつ径の細いビーム状にして試料表面に照射し、ま
た、可視光線は光学レンズにてビーム状に絞られるた
め、それぞれの焦点位置を一致させるのにアライメント
を調整する必要があり、また試料位置がずれた場合、焦
点が一致しなくなるという課題がある。
【0006】さらに、前述の従来例では、ビーム状の可
視光線の試料照射位置を確認するための手段である可視
光観察装置(可視光撮像装置)を試料周りの別の位置に
配置する必要がある。試料に傾斜回転機構など、試料に
大きな自由度が要求される場合や、装置構成上、可視光
観察装置の配置場所に制限がなる場合、X線照射位置を
確認できない場合がでてくる。目視による直接可視光線
の照射領域(つまり、X線照射領域)を観察する場合
は、精々数百μm程度まてしか確認できない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、X線を発生するX線発生装置と、前記X線
をその鏡面状態の内面において全反射し、集光する全反
射型X線レンズと、前記X線発生装置と前記全反射型X
線レンズとの間に、前記X線の光軸に対してその面を傾
けて介在し、X線を透過し、可視光線を反射するX線透
過鏡と、前記X線透過鏡を反射し、前記全反射型X線レ
ンズにより反射した可視光線が、前記X線の光軸と同軸
になるように配置され、且つ前記X線発生装置と前記全
反射型X線レンズとのX線光学距離と、前記全反射型X
線レンズとの可視光光学距離とが等しく配置された可視
光源と、前記全反射型X線レンズと前記可視光源との間
に設けられたハーフミラーと、前記可視光と前記ハーフ
ミラーとの光軸に対して他方の光軸に可視光二次元位置
検出装置を設けたことを特徴とする照射領域モニター付
きX線照射装置である。
【0008】
【作用】X線透過鏡によりX線光軸に重畳された可視光
は、X線発生装置と全反射型X線レンズとのX線光学距
離と、可視光線源と全反射型X線レンズとの可視光光学
距離とが等しく配置されているため、X線と同一の条件
にて全反射型X線レンズに入射する。この全反射型X線
レンズにて、X線と可視光は、鏡の反射原理に従って全
反射する。全反射型X線レンズの内径は、凹面鏡形状を
しているため、X線と可視光は試料表面の同一位置(領
域)を照射することになる。ここで、X線源と可視光線
源がスポット形状をしていれば、スポットとして試料表
面を照射する。この可視光線のスポット照射がX線照射
(スポット)の照射位置を示すことになる。さらに、可
視光線の試料への照射した可視光は、全反射型X線レン
ズを通り、X線透過鏡で反射され、ハーフミラーに到達
する。このハーフミラーにて、試料からの可視光の一部
は可視光線源とは別の他の光軸を通って、可視光二次元
位置検出装置に入力される。この可視光二次元位置検出
装置にて、可視光が試料の何処を照射しているかを観察
することができるものである。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。図1は本発明の一実施例のX線照射装置の
概略断面を示し、1はX線発生装置装置であり、図示し
ないスリットまたはピンホール等にて点状のX線源1a
を有している。X線源1aのスポットサイズは数百μm
から数μmまで可変することができる。X線源1aから
のX線12はX線軸13を有するビーム形状になり、H
e等X線の吸収のすくないガス、あるいは真空に保たれ
たパイプ2を通過する。Heガスの場合、エネルギー5
keV以上のX線12は99%以上通過する。
【0010】通過したX線12は、パイプ2の他端部に
レンズホルダー3が設けられている。レンズホルダー3
は、X線12を集光する全反射型X線レンズ4が5軸移
動可能に、備えられている。全反射型X線レンズ4の内
面は鏡面に仕上げられており、楕円体ミラーであり、凹
面状をしている。本実施例では、パイレックスガラス性
の全反射型X線レンズ4の内面形状は紡錘形状のものを
用いたが、皿状のものでも使用できる。
【0011】一方、X線照射装置には、試料表面のX線
照射位置にスポット状の可視光を照射するための可視光
源10が設けられている。可視光源10から発生した可
視光線14は、光学レンズ9により絞られ、その焦点上
にピンホール8が設けられており、ピンホール8は可視
光線14の光源としてのスポット形が決定される。な
お、可視光源10からの可視光線軸15a方向がX線軸
13方向と平行になるように、可視光源10、光学レン
ズ9およびピンホール8は位置している。
【0012】可視光源10からの可視光軸15a上にハ
ーフミラー7が傾けられて設けられている。その傾き
は、X線軸13の方向に45度で傾けられている。ハー
フミラー7で反射した可視光線14は可視光源10から
の可視光軸15aと直角な可視光軸15bを有し、その
可視光軸15bは、X線軸13と直交することになる。
ハーフミラー7からの可視光軸15bとX線軸13との
交点に、X線光軸13上にX線12を透過し、可視光線
を反射するX線透過鏡6が、X線軸12および可視光軸
15bに対して45度、試料5方向に傾けて、挿入され
ている。これらの配置および傾きは実施例に限定される
ものではなく、要は可視光源10からの可視光線14が
ハーフミラー7を通って、X線透過鏡6にて反射され、
全反射型X線レンズ4の内面に集束されて、試料5の表
面を照射するような配置であればよいものである。つま
り各鏡7、6の傾斜各は一般に45度が最も適している
がその角度に限定されるものではない。
【0013】X線透過鏡6には、一般に、ベリリウム又
はアルミニウムの薄板が用いられる。少なくとも可視光
を反射する面は、鏡面である。ここで、スリット8から
X線透過鏡6までの可視光14の光学距離と、X線発生
装置の図示しないスリット等のX線源位置からX線透過
鏡6までのX線光学距離とが等しくなるように各配置は
設定されている。
【0014】更に、可視光軸15b上にハーフミラー7
の延長線上(X線透過鏡と逆方向)に、可視光二次元位
置検出装置11が設けられている。可視光二次元位置検
出装置11は、光学的に試料5表面観察する装置となっ
ている。ここで、X線12および可視光15の作用につ
いて説明する。つまり、X線発生装置1から発生したX
線12は、試料5方向にX線軸13を有し、X線透過鏡
6を通過して、全反射型X線レンズ4にて反射され、集
束し、試料5表面上にスポットとして照射する。なお、
X線軸13付近を通過するX線12は、全反射型X線レ
ンズ4の中心部を通過するため、試料表面に集束されな
いのでストッパ19がX線軸13上に、全反射型X線レ
ンズ4の入口付近に設けられている。
【0015】また、可視光源10から発生し可視光14
は、ハーフミラー7にて反射して、X線透過鏡6に到達
する。ここで再び、可視光14はX線透過鏡6にて反射
され、前述のX線12と同一のビームとなる。X線透過
鏡6にて反射された可視光14は、X線と同様に、全反
射型X線レンズ4にて反射され、集束し、試料5表面上
にスポットとして照射する。つまり、試料5表面上にス
ポットとして照射されるX線12と可視光14は同一形
状を持つことになる。従って、試料5表面の可視光14
のスポットを観察することにより、X線照射領域をモニ
ターすることができる。
【0016】試料5表面をスポットとして照射した可視
光14は試料5表面にて散乱反射する。その一部は、再
び全反射型X線レンズ4に入射され、反射されて、X線
軸13に沿って、X線源1a方向に進行する。再びX線
透過鏡6により、可視光14は反射され、可視光軸15
bに沿って進行する。そして、ハーフミラー7に到達す
る。ハーフミラー7に到達した可視光14の一部は、ハ
ーフミラー7を透過して、可視光二次元検出装置11に
到達する。つまり、可視光二次元検出装置11は画像検
出装置を形成しており、試料5表面への可視光14スポ
ット照射の位置、つまりX線12の照射位置を拡大して
観察、確認することができるものである。
【0017】なお、ここで、試料への可視光14スポッ
ト照射の位置の近傍を観察するために、試料への可視光
14のスポット照射位置の近傍を光で照らす第2の可視
光源20が、試料5の近傍に設けられている。可視光二
次元検出器11での検出画像は、30μm程度の解像度
で検出されるが、そのデータを画像処理装置18を介し
て、テレビモニター17に画像表示させると、可視光ス
ポットの位置を数μm程度の解像度で画像表示すること
ができる。
【0018】試料面を傾けて試料5を配置した場合、試
料5から全反射型X線レンズ4への可視光14の乱反射
光が少なくなっても、可視光14の照射位置近傍を照射
する第2の可視光源20が設けられているので、試料4
表面の観察が容易にできる。ここで、第2の可視光源2
0をファイバーによる照明にした場合、試料の傾斜等に
制約を与えずに、自由に、試料を傾けることができる。
試料を傾けたり、回転させる時可視光線の照射距離は変
化するが、全反射型X線レンズ4の焦点深度が深いた
め、可視光14の照射位置を見失うことが少ない。この
全反射型X線レンズ4においては、収差が大きく存在す
るが、300μm程度以上の視野が得られる。さらに、
収差補正レンズを使用することにより、さらに広い視野
が得られる。全反射型X線レンズ4は、長焦点深度であ
るため、試料5の傾きを80度程度以上傾けても100
μm領域程度の観察が可能である。
【0019】なお、X線源は、微小焦点型X線管に限っ
たものではなく、例えば回転対陰極型X線源やレーザー
プラズマ励起によるX線源、通常のX線管、放射光光源
等を直接X線源とする場合と、それにピンホール、スリ
ット、あるいは、他のX線光学素子による集束点をX線
源とする場合も、本発明に含まれる。鏡面状態をなす全
反射型X線レンズ4は図1に示した筒状の形状のものに
限らず、可視光の反射を起こすような表面を有する平面
または湾曲状の結晶も含まれ、他の材質や形状のもので
も本発明に含まれる。
【0020】また、本実施例の構成に限らず、X線軸1
3に複数のX線透過鏡6を配置する場合や、ハーフミラ
ー7を複数設けてる場合も本発明に含まれる。
【0021】
【発明の効果】この構成により、試料表面上へのX線照
射領域の観察を顕微鏡、望遠鏡、ズームレンズ等の可視
光観察機構を試料位置付近に設置する必要がなく、試料
を自由に回転、傾斜することができ、またを、X線軸長
さ方向に対して多少位置がずれていても正確にX線照射
領域位置を数μm以下の精度で観察モニターすることが
できる。X線照射領域と、可視光線照射領域が同一形状
になるため、全反射型X線レンズの軸調整を、可視光線
のスポットを観察することにより達成することがでい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明にかかわる一実施例の概略断面図
である。
【符号の説明】
1 X線発生装置 1a X線源 2 パイプ 3 レンズホルダー 4 全反射型X線レンズ 5 試料 6 X線透過鏡 7 ハーフミラー 8 スリット 9 光学レンズ 10 可視光源 11 可視光二次元検出器 12 X線 13 X線軸 14 可視光 15a、15b 可視光軸 17 テレビモニター 18 画像処理装置 19 ストッパ 20 第2の可視光源
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21K 1/06 G21K 5/00 G21K 5/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X線を発生するX線発生装置と、 前記X線をその鏡面状態の内面において全反射し、集光
    する全反射型X線レンズと、 前記X線発生装置と前記全反射型X線レンズとの間に、
    前記X線の光軸に対してその面を傾けて介在し、X線を
    透過し、可視光線を反射するX線透過鏡と、 前記X線透過鏡を反射し、前記全反射型X線レンズによ
    り反射した可視光線が、前記X線の光軸と同軸になるよ
    うに配置され、且つ前記X線発生装置と前記全反射型X
    線レンズとのX線光学距離と、前記全反射型X線レンズ
    との可視光光学距離とが等しく配置された可視光源と、 前記全反射型X線レンズと前記可視光源との間に設けら
    れたハーフミラーと、 前記可視光と前記ハーフミラーとの光軸に対して他方の
    光軸に可視光二次元位置検出装置を設けたことを特徴と
    する照射領域モニター付きX線照射装置。
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CN115389538B (zh) * 2022-08-09 2023-12-29 深圳市埃芯半导体科技有限公司 X射线分析装置及方法

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