(57)【要約】【課題】適切なエッチング条件を算出すること。【解決手段】本発明は、ピットにより放射線を計測する試料をエッチングするエッチング溶液の濃度と、前記エッチング溶液の温度と、を入力変数とする（Ｓ２０）第１ユニットと、前記試料をエッチングするエッチング時間と、前記試料のエッチングにより発生する発生熱量と、を目的関数とし（Ｓ２６）て最適解を算出する（Ｓ３０）第２ユニットと、を具備する算出装置である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングピットにより放射線を計測する試料をエッチングするエッチング溶液の濃度と、前記エッチング溶液の温度と、を入力変数とする第１ユニットと、
前記試料をエッチングするエッチング時間と、前記試料のエッチングにより発生する発生熱量と、を目的関数として最適解を算出する第２ユニットと、
を具備することを特徴とする算出装置。
【請求項２】
前記エッチング時間および前記発生熱量は、それぞれ前記エッチング溶液の濃度および前記エッチング溶液の温度の関数であることを特徴とする請求項１記載の算出装置。
【請求項３】
前記第２ユニットは、エッチング深さが一定となるように前記最適解を算出することを特徴とする請求項１または２記載の算出装置。
【請求項４】
前記第２ユニットは、前記エッチング溶液の昇温のための熱量と、前記エッチング溶液の溶解熱と、から前記発生熱量を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の算出装置。
【請求項５】
前記第２ユニットは、前記エッチング溶液の沸点を前記エッチング溶液の温度の制限条件とすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の算出装置。
【請求項６】
前記第２ユニットは、前記エッチング溶液の飽和濃度を前記エッチング溶液の濃度の制限条件とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の算出装置。
【請求項７】
コンピュータが実行する算出方法であって、
エッチングピットにより放射線を計測する試料をエッチングするエッチング溶液の濃度と、前記エッチング溶液の温度と、を入力変数とするステップと、
前記試料をエッチングするエッチング時間と、前記試料のエッチングにより発生する発生熱量と、を目的関数として最適解を算出するステップと、
を具備することを特徴とする算出方法。
【請求項８】
コンピュータに
エッチングピットにより放射線を計測する試料をエッチングするエッチング溶液の濃度と、前記エッチング溶液の温度と、を入力変数とさせ、
前記試料をエッチングするエッチング時間と、前記試料のエッチングにより発生する発生熱量と、を目的関数として最適解を算出させることを特徴とする算出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
算出装置、算出方法および算出プログラムに関し、例えば放射線が照射された試料をエッチングするエッチング溶液の濃度および温度を算出する算出装置、算出方法および算出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
低線量のアルファ線を検出する方法として真空アルファ線トラッキング法が提案されている（例えば非特許文献１）。真空アルファ線トラッキング法は、α粒子の検出に特殊なプラスチック板を使用するものである。プラスチック板をエッチングによりプラスチック板内のα粒子の飛跡をエッチングピットによりに変換する。その後、顕微鏡を用いエッチングピットを計数することにより、α線量を計測する。
【０００３】
ニュラルネットワークを用いエッチング条件を算出する技術が知られている（例えば特許文献１および２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０６３８７号公報
【特許文献２】特開平６−３４８６７９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Fujitsu, 61, 1, p37-40 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エッチングピットにより放射線を計測する試料をエッチングする場合、エッチング条件および／またはエッチング環境によって計測されるエッチングピット数が異なってしまう。このため、再現性のある放射線の計測が求められる。また、効率化のため短時間のエッチングが可能なエッチング条件が求められ、かつ安全なエッチングが行なえるエッチング条件が求められる。
【０００７】
本算出装置、算出方法および算出プログラムは、適切なエッチング条件を算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
エッチングピットにより放射線を計測する試料をエッチングするエッチング溶液の濃度と、前記エッチング溶液の温度と、を入力変数とする第１ユニットと、前記試料をエッチングするエッチング時間と、前記試料のエッチングにより発生する発生熱量と、を目的関数として最適解を算出する第２ユニットと、を具備することを特徴とする算出装置を用いる。
【０００９】
コンピュータが実行する算出方法であって、エッチングピットにより放射線を計測する試料をエッチングするエッチング溶液の濃度と、前記エッチング溶液の温度と、を入力変数とするステップと、前記試料をエッチングするエッチング時間と、前記試料のエッチングにより発生する発生熱量と、を目的関数として最適解を算出するステップと、を具備することを特徴とする算出方法を用いる。
【００１０】
コンピュータに、エッチングピットにより放射線を計測する試料をエッチングするエッチング溶液の濃度と、前記エッチング溶液の温度と、を入力変数とさせ、前記試料をエッチングするエッチング時間と、前記試料のエッチングにより発生する発生熱量と、を目的関数として最適解を算出させることを特徴とする算出プログラムを用いる。
【発明の効果】
【００１１】
本算出装置、算出方法および算出プログラムによれば、適切なエッチング条件を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、真空アルファ線トラッキング法のフローを示すフローチャートである。
【図２】図２は、エッチング装置を示す模式図である。
【図３】図３は、エッチング深さに対するエッチングピットのカウント数を示す図である。
【図４】図４は、エッチング溶液の濃度と温度に対するエッチングレートの応答曲面を示す図である。
【図５】図５は、実施例を実行するコンピュータのブロック図である。
【図６】図６は、実施例に係る算出方法のフローチャートである。
【図７】図７は、最適化の結果を示す図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、条件ＡからＣにおける顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、実施例について説明する。
【実施例】
【００１４】
まず、以下の実施例が用いられる例として、真空アルファ線トラッキング法について説明する。図１は、真空アルファ線トラッキング法のフローを示すフローチャートである。トラック板を放射線に曝露させる（ステップＳ１０）。例えば、放射線（例えばアルファ線）に曝露されると分子レベルの傷がつくトラック板（例えばプラスチック板）を用いる。トラック板に観測対象のサンプルを張り合わせる。真空中において、観測対象サンプルから飛散する放射線にトラック板を曝露させる。真空中において放射線に曝露させる理由は、自然に存在する放射線に由来するバックグランドノイズを軽減するためである。以下の実施例は、真空中以外において曝露したトラック板を用いてもよい。また、アルファ線以外の放射線に曝露されたトラック板を用いてもよい。
【００１５】
次に、トラック板をエッチングするエッチング条件を決定する（ステップＳ１２）。エッチング条件としては、例えばエッチング時間、エッチング溶液の濃度およびエッチング溶液の温度である。
【００１６】
次に、トラック板をエッチング溶液を用いエッチングする（ステップＳ１４）。エッチング溶液としては、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液を用いる。トラック板に放射線を曝露したことによりトラック板の表面についた分子レベルの傷は光学顕微鏡では検出できない。トラック板の表面をエッチングすると、分子レベルの傷は光学顕微鏡により検出可能な肥大化された傷（例えばエッチングピット）となる。
【００１７】
次に、光学顕微鏡を用いエッチングピットを計数する（ステップＳ１６）。エッチングピットの数により曝露した放射線量を計測できる。このように、トラック板のエッチングピットを計数することにより放射線を計測することができる。なお、エッチングピットの計数は光学顕微鏡以外を用いてもよい。
【００１８】
次に、ステップＳ１４においてエッチングを行なうエッチング装置の例を説明する。図２は、エッチング装置を示す模式図である。エッチング装置５０は、ビーカ２４、攪拌子２６、ホットスターラ２８およびコンピュータ１０を備えている。ビーカ２４内には、エッチング溶液２２が溜められている。トラック板２０をエッチング溶液２２に浸漬する。エッチング溶液２２は、例えば水酸化ナトリウム水溶液である。ビーカ２４は、例えば耐アルカリ性のステンレス製である。攪拌子２６は、エッチング溶液２２の濃度が一様になるようにエッチング溶液２２を攪拌する。ホットスターラ２８は、エッチング溶液２２を加熱し温度を一定に保つ。また、攪拌子２６の回転数を設定する。攪拌子２６の回転数は例えば３００ｒｐｍである。コンピュータ１０は、ステップＳ１２において、エッチング条件を算出する。また、コンピュータ１０は、ホットスターラ２８にエッチング条件を設定させてもよい。
【００１９】
エッチング深さに対しエッチングピットの検出効率が最大となるエッチング深さが存在することがわかった。以下、その実験について説明する。アルファ線源をＡｍ２４１とし、トラック板２０をアルファ線に曝露した。トラック板２０のエッチング条件は以下である。エッチング溶液２２は、水酸化ナトリウムの濃度が６．２５ｍｏｌ／ｌの水酸化ナトリウム水溶液であり、エッチング溶液２２の温度は８５℃である。トラック板のうち数箇所を抜き出して０．５ｍｍ２の範囲のエッチングピットを計数した。
【００２０】
図３は、エッチング深さに対するエッチングピットのカウント数を示す図である。丸は平均値、バーは誤差を示す。図３を参照し、エッチング深さが約５０μｍのとき、カウント数が最大となる。エッチングが５０μｍより浅い場合は、十分エッチングピットが形成されない。エッチングが５０μｍより深くなると、浅い侵入角で入射した放射線の飛跡が消失してしまう。このように、エッチンング深さを一定とすることにより、エッチングピットの検出効率が最大となることがわかった。上記理由から、エッチングピットの計数は、エッチング時間でなくエッチング深さに相関すると考えられる。
【００２１】
実施例は、一定のエッチング深さを得るためのエッチング溶液２２の条件を算出する。トラック板２０をエッチングする時間はエッチングレートにより決まる。エッチングレートは、エッチング溶液２２の濃度とエッチング溶液２２の温度により決まる。そこで、エッチング条件（エッチング溶液の濃度および温度）を１２点選択し、選択したエッチング条件においてトラック板２０のエッチングレートを実験により求めた。実験は、トラック板２０をエッチング溶液２２に浸漬させ、３０分おきにトラック板２０の厚さを測定した。２時間のエッチングを行ない、回帰直線よりエッチングレートを求めた。各エッチング条件におけるエッチングレートの実験結果から濃度と温度とに対するエッチングレートの近似曲面を数学的に算出する。この近似曲面を、予測変数がエッチング溶液の濃度と温度であり、応答がエッチングレートのときの応答曲面とした。
【００２２】
図４は、エッチング溶液の濃度と温度に対するエッチングレートの応答曲面を示す図である。図４内の実線は、エッチングレートが０．０５μｍ／時間から０．９５μｍ／時間の等高線である。このように、エッチング条件を複数点選択し、近似曲面を算出することにより、濃度および温度に対するエッチングレートの応答曲面を決定する。このため、各条件においてエッチングレートを実験において求める方法に比べ、時間およびコストを削減できる。応答曲面が平面に近ければ、応答曲面を求めるためのエチング条件は３点でもよい。
【００２３】
実施例においては、エッチング溶液２２の濃度とエッチング溶液２２の温度を入力変数とし、エッチング時間と発生熱量を目的関数として多目的最適化法を用い最適なエッチング条件の探索を行った。
【００２４】
最短のエッチング時間を目的とすれば、エッチング溶液２２の温度を高く、かつエッチング溶液２２の濃度を高くすればよい。しかしながら、エッチング溶液２２の温度および濃度を高くするとエッチング溶液２２の取り扱いが危険になる。このように、時間と安全性とはトレードオフとなる。そこで、安全性に関する指標を目的関数とする。
【００２５】
安全性の指標として発生熱量を目的関数とする。発生熱量には、エッチング溶液２２の昇温させるための熱量と、エッチング溶液２２の溶解熱がある。エッチング溶液２２の設定温度をＴ℃、室温をＴ０℃とすると、昇温のための熱量Ｑ１は数式１である。
Ｑ１＝（Ｔ−Ｔ０）×０．８×４．１８    ［ｋＪ］    （数式１）
【００２６】
水酸化ナトリウム溶液の濃度をＣｍｏｌ／ｌとすると、溶解熱量Ｑ２は数式２である。
Ｑ２＝０．８×Ｃ×４４．５    ［ｋＪ］            （数式２）
発生熱量Ｑは、数式３となる。
Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２                                    （数式３）
【００２７】
さらに、制約条件を設定することが好ましい。制約条件として以下の２つを設定する。１つ目は、エッチング溶液２２の温度がエッチング溶液２２の沸点を越えないことである。例えば、温度が水の沸点である１００℃を越えないことである。２つ目は、エッチング溶液２２の濃度が飽和水溶液濃度を越えないことである。例えば水酸化ナトリウムの飽和水溶液濃度以上に水酸化ナトリウム濃度を上げない。飽和水溶液濃度はエッチング溶液の温度に依存する。
【００２８】
図５は、実施例に係る算出装置として機能するブロック図である。コンピュータ１０は、算出方法および算出プログラムを実行する。コンピュータ１０は、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、入力装置１２、出力装置１３、メモリ１４、記憶媒体用ドライブ１５、インターフェース１６およびバス１７を備えている。入力装置１２は、キーボード、マウスおよびタッチパネル等である。出力装置１３は、表示装置等である。メモリ１４は、不揮発性メモリおよび／または揮発性メモリである。メモリ１４は、エッチング条件の算出プログラムおよびデータを記憶する。記憶媒体用ドライブ１５は、記憶媒体１８に格納されたプログラムをインストールする際に用いる。また、処理後のデータを記憶媒体１８に記憶させる。インターフェース１６は、外部（例えばホットスターラ２８）との接続を行なう。ＣＰＵ１１は、これらの装置を制御する。バス１７は、これらの装置を接続する。コンピュータ１０は、ソフトウエアと協働し、第１ユニットおよび第２ユニットとして機能する。
【００２９】
算出プログラムを格納する記憶媒体１８として可搬型記憶媒体を用いることができる。可搬型記憶媒体としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）ディスク、ＤＶＤ（Digital Video Disc）ディスク、ブルーレイディスクまたはＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等を用いることができる。記憶媒体１８として、フラッシュメモリまたはＨＤＤ等を用いてもよい。
【００３０】
図６は、実施例に係る算出方法のフローチャートである。コンピュータ１０は、入力変数を設定する（ステップＳ２０）。例えば、コンピュータ１０は、入力変数として、エッチング溶液２２の濃度およびエッチング溶液２２の温度を設定する。次に、コンピュータ１０は、制約条件内かを判定する（ステップＳ２２）。コンピュータ１０は、エッチング溶液の濃度およびエッチング溶液２２の温度において、水の沸点以下か否か、および飽和水溶液濃度以下か否かを判定する。次に、コンピュータ１０は、エッチングレートを計算する（ステップＳ２４）。例えば、コンピュータ１０は、図４の応答曲面を用い、エッチングレートを算出する。次に、コンピュータ１０は、目的関数を算出する（ステップＳ２８）。例えば、コンピュータ１０は、エッチングレートからエッチング時間を算出し、エッチング溶液２２の濃度と温度とから発生熱量Ｑを算出する。次に、コンピュータ１０は、終了かを判定する。Ｙｅｓの場合終了する。Ｎｏの場合、コンピュータ１０は、多目的数値最適化アルゴリズムを用い、目的関数が最小化するように、ステップＳ２０からＳ２６を繰り返す。
【００３１】
図７は、最適化の結果を示す図である。横軸はエッチング時間、縦軸は発生熱量である。エッチング溶液を水酸化ナトリウム水溶液とし、エッチング深さを５０μｍとした。図６のステップＳ２４におけるエッチングレートの計算には図５の応答曲面を用いた。発生熱量Ｑの算出には、数式１から３を用いた。図７を参照し、範囲４４は、エッチング溶液の濃度が飽和水溶液濃度を越える範囲である。範囲４６は、エッチング溶液の温度が水の沸点を越える領域である。ドット４２は、計算した時間と発生熱量を示している。ドット４０は、時間と発生熱量との両方を最小化する最適解としてパレート解を示している。
【００３２】
最適解の中から、安全性重視の条件として条件Ａ、時間重視の条件として条件Ｂ、中間の条件として条件Ｃを選択した。最適解でないエッチング条件として条件Ｄを選択した。
【００３３】
表１は、条件ＡからＤにおけるエッチング溶液の濃度、エッチング溶液の温度およびエッチング時間を示す図である。
【表１】
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【００３４】
条件ＡからＣにおいて、同じアルファ線を照射したトラック板をエッチングした後、光学顕微鏡を用いエッチングピットを観察した。図８（ａ）から図８（ｃ）は、条件ＡからＣにおける顕微鏡写真である。条件ＡからＣのそれぞれの０．５ｍｍ２内のエッチングピット個数は４２±６個、４６±７個および４３±７個である。このように、条件ＡからＣにおいて、エッチングピットの深さ、形状、個数はほぼ同じである。
【００３５】
安全重視の条件Ａでは、水酸化ナトリウムの使用量を比較例の条件Ｄに比べ約２８％削減できた。時間重視の条件Ｂでは、条件Ｄに比べ、エッチング時間を約４０％削減できた。中間の条件Ｂでは、条件Ｄに比べ、エッチング時間を約１３％、水酸化ナトリウム使用量を約１４％削減できた。
【００３６】
実施例によれば、コンピュータ１０の第１ユニットは、図６のステップＳ２０のように、トラック板２０（試料）をエッチングするエッチング溶液２２の濃度と、エッチング溶液２２の温度と、を入力変数とする。コンピュータ１０の第２ユニットは、トラック板２０をエッチングするエッチング時間と、トラック板２０のエッチングにより発生する発生熱量と、を入力変数に対する目的関数として最適解を算出する。これにより、計測されるエッチングピット数の再現性があり、エッチング時間と発生熱量を最小化したエッチング条件を算出できる。よって、効率的かつ安全な最適なエッチング条件が算出できる。
【００３７】
また、コンピュータ１０の第２ユニットがエッチング深さが一定となるように最適解を算出する。これにより、エッチング条件によるエッチングピット数の再現性を向上できる。
【００３８】
さらに、目的関数であるエッチング時間および発生熱量は、それぞれエッチング溶液の濃度およびエッチング溶液の温度の関数である。これにより、最適解を求めることができる。
【００３９】
さらに、コンピュータ１０の第２ユニットは、エッチング溶液の昇温のための熱量と、エッチング溶液の溶解熱と、から発生熱量を算出する。これにより、発生熱量をより正確に算出できる。
【００４０】
さらに、コンピュータ１０の第２ユニットは、エッチング溶液の沸点をエッチング溶液の温度の制限条件とする。コンピュータ１０の第２ユニットは、エッチング溶液の飽和濃度をエッチング溶液の濃度の制限条件とする。制限条件を設定することにより、最適解を求め易くなる。制限条件は、上記以外でもよい。
【００４１】
さらに、図４のように、コンピュータ１０の第２ユニットは、エッチング溶液の濃度およびエッチング溶液の温度に対応するエッチングレートの関数に基づきエッチング時間を算出する。これにより、簡易的にエッチング時間を算出できる。
【００４２】
放射線としてアルファ線を例に説明したが他の放射線でもよい。トラック板２０に分子レベルの傷をつけるため、放射線は粒子線であることが好ましい。
【００４３】
エッチング溶液として水酸化ナトリウム水溶液を例に説明したが、試料をエッチングできる溶液であればよい。
【００４４】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４５】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）エッチングピットにより放射線を計測する試料をエッチングするエッチング溶液の濃度と、前記エッチング溶液の温度と、を入力変数とする第１ユニットと、前記試料をエッチングするエッチング時間と、前記試料のエッチングにより発生する発生熱量と、を目的関数として最適解を算出する第２ユニットと、を具備することを特徴とする算出装置。
（付記２）前記エッチング時間および前記発生熱量は、それぞれ前記エッチング溶液の濃度および前記エッチング溶液の温度の関数であることを特徴とする付記１記載の算出装置。
（付記３）前記第２ユニットは、エッチング深さが一定となるように前記最適解を算出することを特徴とする付記１または２記載の算出装置。
（付記４）前記第２ユニットは、前記エッチング溶液の昇温のための熱量と、前記エッチング溶液の溶解熱と、から前記発生熱量を算出することを特徴とする付記１から３のいずれか一項記載の算出装置。
（付記５）前記第２ユニットは、前記エッチング溶液の沸点を前記エッチング溶液の温度の制限条件とすることを特徴とする付記１から４のいずれか一項記載の算出装置。
（付記６）前記第２ユニットは、前記エッチング溶液の飽和濃度を前記エッチング溶液の濃度の制限条件とすることを特徴とする付記１から５のいずれか一項記載の算出装置。
（付記７）前記第２ユニットは、前記エッチング溶液の濃度および前記エッチング溶液の温度に対応するエッチングレートの応答曲面に基づき前記エッチング時間を算出することを特徴とする付記１から６のいずれか一項記載の算出装置。
（付記８）前記放射線はアルファ線であることを特徴とする付記１から７のいずれか一項記載の算出装置。
（付記９）前記試料はプラスチック板であることを特徴とする付記１から８のいずれか一項記載の算出装置。
（付記１０）コンピュータが実行する算出方法であって、エッチングピットにより放射線を計測する試料をエッチングするエッチング溶液の濃度と、前記エッチング溶液の温度と、を入力変数とするステップと、前記試料をエッチングするエッチング時間と、前記試料のエッチングにより発生する発生熱量と、を目的関数として最適解を算出するステップと、を具備することを特徴とする算出方法。
（付記１１）コンピュータに、エッチングピットにより放射線を計測する試料をエッチングするエッチング溶液の濃度と、前記エッチング溶液の温度と、を入力変数とさせ、前記試料をエッチングするエッチング時間と、前記試料のエッチングにより発生する発生熱量と、を目的関数として最適解を算出させることを特徴とする算出プログラム。
【符号の説明】
【００４６】
１０        コンピュータ
２０        トラック板
２２        エッチング溶液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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