特開 2023-74559 Ｘ線分析装置、Ｘ線分析方法、及び、Ｘ線分析用プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023074559

(43)【公開日】2023-05-30

(54)【発明の名称】Ｘ線分析装置、Ｘ線分析方法、及び、Ｘ線分析用プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/223 20060101AFI20230523BHJP

   G01B 11/25 20060101ALI20230523BHJP

【ＦＩ】

G01N23/223

G01B11/25 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021187525

(22)【出願日】2021-11-18

(71)【出願人】

【識別番号】000155023

【氏名又は名称】株式会社堀場製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】小松原 隆司

(72)【発明者】

【氏名】青山 淳一

【テーマコード（参考）】

2F065

2G001

【Ｆターム（参考）】

2F065AA53

2F065BB05

2F065DD03

2F065FF01

2F065FF04

2F065FF08

2F065FF09

2F065GG00

2F065HH05

2F065HH06

2F065JJ03

2F065JJ26

2G001AA01

2G001AA07

2G001BA04

2G001BA29

2G001CA01

2G001CA07

2G001EA03

2G001KA01

(57)【要約】

【課題】試料の表面が非平面であっても、一次Ｘ線の照射領域を特定して、二次Ｘ線の発生箇所を知ることができる。
【解決手段】試料Ｗに一次Ｘ線ＸＲ１を照射するＸ線照射部２と、試料Ｗから生じる二次Ｘ線ＸＲ２を検出するＸ線検出部３と、試料Ｗの三次元形状情報を取得する三次元形状情報取得部４と、三次元形状情報を用いて一次Ｘ線ＸＲ１の照射領域ＩＡを特定する照射領域特定部５とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料に一次Ｘ線を照射するＸ線照射部と、
前記試料から生じる二次Ｘ線を検出するＸ線検出部と、
前記試料の三次元形状情報を取得する三次元形状情報取得部と、
前記三次元形状情報を用いて前記一次Ｘ線の照射領域を特定する照射領域特定部とを備える、Ｘ線分析装置。

【請求項2】

前記三次元形状取得部は、
前記試料にパターン光を照射するパターン光照射部と、
前記パターン光が照射された前記試料を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像画像に基づいて、前記試料の三次元形状情報を求める演算部とを備える、請求項１に記載のＸ線分析装置。

【請求項3】

前記照射領域特定部は、前記三次元形状情報と、前記Ｘ線照射部の出射角度と、前記試料に対する前記Ｘ線照射部の幾何学的配置とを用いて、前記照射領域を特定する、請求項１又は２に記載のＸ線分析装置。

【請求項4】

前記撮像画像に前記照射領域を重畳してディスプレイに表示する表示制御部をさらに備える、請求項１乃至３の何れか一項に記載のＸ線分析装置。

【請求項5】

前記表示制御部は、前記照射領域が重畳された前記撮像画像とともに、前記二次Ｘ線のスペクトル又は当該スペクトルを用いた分析結果を前記ディスプレイに表示する、請求項４に記載のＸ線分析装置。

【請求項6】

前記表示制御部は、前記照射領域において前記Ｘ線検出部により前記二次Ｘ線が検出できない検出不可領域又は前記二次Ｘ線を検出できる検出可能領域を前記ディスプレイに表示する、請求項４又は５に記載のＸ線分析装置。

【請求項7】

前記表示制御部は、前記Ｘ線照射部により一次Ｘ線が照射される前に、前記撮像画像に前記一次Ｘ線が照射した場合の仮想照射領域を重畳して前記ディスプレイに表示する、請求項４乃至６の何れか一項に記載のＸ線分析装置。

【請求項8】

試料に一次Ｘ線を照射して前記試料から生じる二次Ｘ線を検出するＸ線分析方法であって、
前記試料の三次元形状情報を取得し、前記三次元形状情報を用いて前記一次Ｘ線の照射領域を特定する、Ｘ線分析方法。

【請求項9】

試料に一次Ｘ線を照射するＸ線照射部と、前記試料から生じる二次Ｘ線を検出するＸ線検出部とを備えるＸ線分析装置に用いられるＸ線分析用プログラムであって、
前記試料の三次元形状情報を取得する三次元形状情報取得部、及び、
前記三次元形状情報を用いて前記一次Ｘ線の照射領域を特定する照射領域特定部としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする、Ｘ線分析用プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｘ線分析装置、Ｘ線分析方法、及び、Ｘ線分析用プログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種のＸ線分析装置は、例えば特許文献１に示すように、試料に一次Ｘ線を照射して当該試料から発生する二次Ｘ線（蛍光Ｘ線）を検出し、その検出した二次Ｘ線に基づいて試料を分析する。

【0003】

このＸ線分析装置では、Ｘ線源から射出される一次Ｘ線は円錐状に放射される。このため、試料の表面が平面の場合には、一次Ｘ線の照射領域は楕円形状で表現することができ、試料の表面とＸ線源との相対位置が分かれば、照射領域を特定することができる。その結果、二次Ｘ線の発生箇所を知ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１９／２４００１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、試料の表面が非平面の場合には、照射領域を楕円形状で表現することができず、一次Ｘ線が試料表面のどこに当たっているのかが分からない。このため、検出された二次Ｘ線が試料のどこから発生したのかを知ることができない。

【0006】

そこで、本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、試料の表面が非平面であっても、一次Ｘ線の照射領域を特定して、二次Ｘ線の発生箇所を知ることをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち、本発明に係るＸ線分析装置は、試料に一次Ｘ線を照射するＸ線照射部と、前記試料から生じる二次Ｘ線を検出するＸ線検出部と、前記試料の三次元形状情報を取得する三次元形状情報取得部と、前記三次元形状情報を用いて前記一次Ｘ線の照射領域を特定する照射領域特定部とを備えることを特徴とする。

【0008】

このＸ線分析装置であれば、試料の三次元形状情報を用いて一次Ｘ線の照射領域を特定するので、試料の表面が非平面であっても、二次Ｘ線の発生箇所を知ることができる。

【0009】

具体的な実施の態様としては、前記三次元形状取得部は、前記試料にパターン光を照射するパターン光照射部と、前記パターン光が照射された前記試料を撮像する撮像部と、前記撮像部の撮像画像に基づいて、前記試料の三次元形状情報を求める演算部とを備えることが望ましい。

【0010】

具体的な実施の態様としては、前記照射領域特定部は、前記三次元形状情報と、前記Ｘ線照射部の出射角度と、前記試料に対する前記Ｘ線照射部の幾何学的配置とを用いて、前記照射領域を特定することが望ましい。

【0011】

照射領域をユーザが目視できるようにするためには、前記撮像画像に前記照射領域を重畳してディスプレイに表示する表示制御部をさらに備えることが望ましい。

【0012】

二次Ｘ線のスペクトル又は当該スペクトルを用いた分析結果と、その発生源である照射領域とをユーザが目視できるようにするためには、前記表示制御部は、前記照射領域が重畳された前記撮像画像とともに、前記二次Ｘ線のスペクトル又は当該スペクトルを用いた分析結果を前記ディスプレイに表示することが望ましい。

【0013】

前記表示制御部は、前記照射領域において前記Ｘ線検出部により前記二次Ｘ線が検出できない検出不可領域又は前記二次Ｘ線を検出できる検出可能領域を前記ディスプレイに表示することが望ましい。
検出不可領域を併せて表示することにより、ユーザは検出された二次Ｘ線の発生源となっている領域をさらに正確に知ることができる。同様に、検出可能領域を併せて表示することにより、ユーザは検出された二次Ｘ線の発生源となっている領域をさらに正確に知ることができる。

【0014】

前記表示制御部は、前記Ｘ線照射部により一次Ｘ線が照射される前に、前記撮像画像に前記一次Ｘ線が照射した場合の仮想照射領域を重畳して前記ディスプレイに表示することが望ましい。
この構成であれば、ユーザは仮想照射領域を見ながら、実際に一次Ｘ線を照射するかどうかを判断することができる。

【0015】

また、本発明に係るＸ線分析方法は、試料に一次Ｘ線を照射して前記試料から生じる二次Ｘ線を検出するＸ線分析方法であって、前記試料の三次元形状情報を取得し、前記三次元形状情報を用いて前記一次Ｘ線の照射領域を特定することを特徴とする。

【0016】

さらに、本発明に係るＸ線分析用プログラムは、試料に一次Ｘ線を照射するＸ線照射部と、前記試料から生じる二次Ｘ線を検出するＸ線検出部とを備えるＸ線分析装置に用いられるＸ線分析用プログラムであって、前記試料の三次元形状情報を取得する三次元形状情報取得部、及び、前記三次元形状情報を用いて前記一次Ｘ線の照射領域を特定する照射領域特定部としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

以上に述べた本発明によれば、試料の表面が非平面であっても、一次Ｘ線の照射領域を特定して、二次Ｘ線の発生箇所を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係るＸ線分析装置の全体模式図である。

【図2】同実施形態のＸ線分析装置の機能ブロック図である。

【図3】同実施形態の試料表面における照射領域を示す模式図である。

【図4】同実施形態の撮像画像に照射領域を重畳した画像を示す図である。

【図5】同実施形態の撮像画像に照射領域及び検出不可領域を重畳した画像を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の一実施形態に係るＸ線分析装置について、図面を参照して説明する。なお、以下に示すいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略または誇張して模式的に描かれている。

【0020】

＜装置構成＞
本実施形態のＸ線分析装置１００は、試料Ｗに一次Ｘ線ＸＲ１を照射し、試料Ｗから発生する二次Ｘ線（蛍光Ｘ線）ＸＲ２を検出することにより、試料Ｗに含まれている元素を定量分析又は定性分析する蛍光Ｘ線分析装置である。

【0021】

具体的にＸ線分析装置１００は、図１に示すように、試料Ｗに一次Ｘ線ＸＲ１を照射するＸ線照射部２と、試料Ｗから生じる蛍光Ｘ線ＸＲ２を検出するＸ線検出部３とを備えている。本実施形態のＸ線照射部２及びＸ線検出部３は、情報処理装置１０に通信ケーブルＫ１で接続されたセンサヘッド２０に搭載されている。その他、センサヘッド２０には、電源ケーブルＫ２を介して電源ユニット３０に接続されている。

【0022】

Ｘ線照射部２は、Ｘ線発生部２１及びコリメータ２２を備えている。Ｘ線発生部２１は、Ｘ線管を備えるものであり、Ｘ線管から発生させた熱電子によりターゲット金属を励起させて一次Ｘ線ＸＲ１を発生させる。また、コリメータ２２は、Ｘ線発生部２１で発生させた一次Ｘ線ＸＲ１を通過させる通過窓を有し、当該通過窓によって一次Ｘ線ＸＲ１を絞るものである。

【0023】

Ｘ線検出部３は、Ｘ線検出器３１と、当該Ｘ線検出器３１からの信号を情報処理装置１０に出力する出力部３２とを備えている。Ｘ線検出器３１は、例えば、Ｓｉ素子等のＸ線検出素子（例えば、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ））を用いて構成されている。また、出力部３２は、Ｘ線検出器３１に試料Ｗから発生した蛍光Ｘ線ＸＲ２が入射することによって生じるエネルギーの大きさに応じた電荷を検出し、検出した電荷を電荷の大きさに対応した高さを持つ台形波信号へ変換するデジタルパルスプロセッサ（ＤＰＰ）等である。

【0024】

そして、情報処理装置１０は、図２に示すように、Ｘ線検出部３の出力に基づいて、蛍光Ｘ線ＸＲ２のスペクトルを生成するスペクトル生成部１１と、蛍光Ｘ線ＸＲ２のスペクトルに基づいて、試料Ｗに含まれる元素の定性分析又は定量分析を行う分析部１２とを備えている。その他、情報処理装置１０は、Ｘ線照射部２を制御するものでもある。

【0025】

なお、情報処理装置１０は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信ポートなどからなるコンピュータ本体１０ａと、このコンピュータ本体１０ａに接続されたキーボード、マウスなどの入力手段１０ｂ及びディスプレイ１０ｃとからなるものである。前記メモリに所定のプログラムをインストールすることによって、この情報処理装置１０が、図２に示すように、スペクトル生成部１１及び分析部１２等としての機能を発揮する。

【0026】

そして、本実施形態のＸ線分析装置１００は、試料Ｗの表面において一次Ｘ線ＸＲ１の照射領域ＩＡを特定できるように構成されている。

【0027】

具体的にＸ線分析装置１００は、図１及び図２に示すように、試料Ｗの三次元形状情報を取得する三次元形状情報取得部４と、三次元形状情報を用いて一次Ｘ線ＸＲ１の照射領域ＩＡを特定する照射領域特定部５とを備えている。

【0028】

三次元形状取得部４は、光学的に試料Ｗの表面の３次元形状情報を取得するものであり、図１及び図２に示すように、試料Ｗにパターン光を照射するパターン光照射部４１と、パターン光が照射された試料Ｗを撮像する撮像部４２と、撮像部４２の撮像画像に基づいて、試料Ｗの三次元形状情報を求める三次元形状演算部４３とを備えている。ここで、パターン光照射部４１及び撮像部４２は、情報処理装置１０に通信ケーブルＫ１で接続されたセンサヘッド２０に搭載されている。また、演算部４３は、情報処理装置１０によりその機能が発揮される。

【0029】

パターン光照射部４１は、図３に示すように、光源４１１と、当該光源４１１からの光をパターン光に変換して試料Ｗに投影するパターン変換素子４１２とを有している。ここでパターン光としては、格子状パターン、グリッド状パターン、同心円状パターン、直線状パターン等の試料Ｗの表面の三次元形状（凹凸形状）においてパターン像が変化するものであれば良い。

【0030】

ここで、試料Ｗの表面が非平面であれば、試料Ｗの表面には歪んだパターン像が形成される。この歪んだパターン像が撮像部４２により撮像される。そして、演算部４３は、試料Ｗの表面に対するパターン光照射部４１（光源４１１）の位置と、試料Ｗの表面に対する撮像部４２の位置と、撮像画像中の歪んだパターン像とから、試料Ｗの表面の三次元形状情報を求める。

【0031】

照射領域特定部５は、三次元形状取得部４により取得された三次元形状情報と、Ｘ線照射部２の出射角度等の照射特性と、試料Ｗに対するＸ線照射部２の幾何学的配置とを用いて、一次Ｘ線ＸＲ１の照射領域ＩＡを特定する（図３参照）。なお、本実施形態では、試料Ｗに対するＸ線照射部２の幾何学的配置は、撮像部４２により撮像されたパターン像を用いて算出することができる。つまり、本実施形態では、試料Ｗの表面の三次元形状情報と試料Ｗに対するＸ線照射部２の幾何学的配置は、同時に取得することができる。

【0032】

本実施形態のＸ線分析装置１００は、図４に示すように、撮像画像ＩＭＧに照射領域ＩＡを重畳してディスプレイ１０ｃに表示する表示制御部６をさらに備えている。表示制御部６は、情報処理装置１０によりその機能が発揮される。

【0033】

この表示制御部６は、照射領域ＩＡが重畳された撮像画像ＩＭＧとともに、当該照射領域ＩＡに対応する蛍光Ｘ線のスペクトルＳＰ又は当該スペクトルを用いた分析結果ＡＲをディスプレイ１０ｃに表示するものである。ここで、分析結果ＡＲは、試料Ｗの照射領域ＩＡに含まれる元素の定性的又は定量的な分析結果である。

【0034】

さらに、表示制御部６は、図５に示すように、照射領域ＩＡにおいてＸ線検出部３により蛍光Ｘ線ＸＲ２が検出できない検出不可領域ＵＤＡをディスプレイ１０ｃに表示する。ここで検出不可領域ＵＤＡは、三次元形状取得部４により取得された三次元形状情報と、Ｘ線検出部３の検出角度等の検出特性と、試料Ｗに対するＸ線検出部３の幾何学的配置とを用いて特定される。この検出不可領域ＵＤＡは、試料Ｗから生じる蛍光Ｘ線ＸＲ２が試料Ｗの表面形状（例えば一次Ｘ線ＸＲ１の照射領域にある凸部等）により遮られてＸ線検出部３には届かない領域である。

【0035】

なお、図５では、検出不可領域ＵＤＡをディスプレイ１０ｃに表示した例を示しているが、照射領域ＩＡにおいてＸ線検出部３により蛍光Ｘ線ＸＲ２が検出できる検出可能領域（検出不可領域以外の部分）をディスプレイ１０ｃに表示しても良い。

【0036】

その他、表示制御部６は、Ｘ線照射部２により一次Ｘ線ＸＲ１が照射される前に、撮像画像に一次Ｘ線ＸＲ１を照射した場合の仮想照射領域（不図示）を重畳してディスプレイ１０ｃに表示することもできる。

【0037】

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のＸ線分析装置１００によれば、試料Ｗの三次元形状情報を用いて一次Ｘ線ＸＲ１の照射領域ＩＡを特定するので、試料Ｗの表面が非平面であっても、蛍光Ｘ線ＸＲ２の発生箇所を知ることができる。

【0038】

＜その他の実施形態＞
例えば、前記実施形態では、センサヘッド２０にＸ線照射部２１及びＸ線検出部２２だけでなく、パターン光照射部４１及び撮像部４２を設けているが、パターン光照射部４１及び撮像部４２をセンサヘッド２０とは別に設けても良い。

【0039】

また、前記実施形態では、試料Ｗにパターン光を照射して撮像しつつ、当該試料Ｗに一次Ｘ線ＸＲ１を照射して蛍光Ｘ線ＸＲ２を検出する構成、つまり、三次元形状情報の取得と蛍光Ｘ線分析を同時に行う構成であったが、三次元形状情報は、蛍光Ｘ線分析の前に、予め取得しても良い。

【0040】

さらに、前記実施形態では、外部に配置された試料Ｗに対してＸ線分析装置を移動可能な可搬型のＸ線分析装置であったが、試料Ｗを筐体内のステージに載置して分析する据え置き型のＸ線分析装置としても良い。

【0041】

加えて、三次元形状取得部は、外部の三次元形状計測装置により得られた三次元形状情報を取得するものであっても良い。

【0042】

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。

【符号の説明】

【0043】

１００・・・Ｘ線分析装置
２ ・・・Ｘ線照射部
３ ・・・Ｘ線検出部
４ ・・・三次元形状情報取得部
４１ ・・・パターン光照射部
４２ ・・・撮像部
４３ ・・・演算部
５ ・・・照射領域特定部
６ ・・・表示制御部
１０ｃ・・・ディスプレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】