(57)【要約】  集光Ｘ線ビームによる分析において、分析領域の変更を可能とした装置及びその方法を提供する。  分析条件を制御装置１１に入力することにより、自動的にステージの駆動範囲と駆動速度を演算し、その情報をステージ制御部６に伝える。この情報から試料ステージ５を自動的に駆動させながらＸ線２を照射する。照射中、粒子検出器７及び計数回路９において試料４の表面から発生する粒子を測定することにより入力された分析領域の分析を行う。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線発生手段と、Ｘ線発生部からのＸ線ビームを試料上に集光するＸ線ビーム集光手段と、集光されたＸ線ビームの照射により試料表面から発生する粒子を検出する粒子検出器と、試料を載置するための試料ステージと、ステージ制御部とから構成され、試料の表面情報を分析するＸ線分析装置において、試料ステージの駆動により集光Ｘ線ビームの照射領域を拡大し、この拡大した領域を分析領域とすることを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】
分析条件を入力することにより、上記試料ステージの駆動方法を自動的に決定する制御装置を有することを特徴とする請求項１記載のＸ線分析装置。
【請求項３】
上記分析条件が分析領域または分析時間である請求項２記載のＸ線分析装置。
【請求項４】
上記粒子が蛍光Ｘ線または光電子である請求項１から３のいずれか１項に記載のＸ線分析装置。
【請求項５】
上記試料の表面情報が試料の構成元素比率または試料表面の薄膜の厚みである請求項４記載のＸ線分析装置。
【請求項６】
集光Ｘ線分析装置のＸＹ２軸の駆動軸を持つ試料ステージを連続的に駆動することにより、Ｘ線照射領域を広げ、この広げたＸ線照射領域を分析領域として試料の表面分析を行うことを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項７】
前記試料ステージの駆動方法が、Ｘ線を照射しながらＸ軸方向に指定距離だけステージを駆動する動作を、Ｙ軸位置をずらしながら繰り返し、分析領域内に平均的にＸ線が照射されることを特徴とした請求項６記載のＸ線分析方法。
【請求項８】
以下の２種の駆動方法を連続して行い、分析領域内に平均的にＸ線が照射されるようにしたことを特徴とした請求項６記載のＸ線分析方法。
（イ）Ｘ線を照射しながらＸ軸方向に指定距離だけステージを駆動する動作を、Ｙ軸位置をずらしながら繰り返す駆動方法。
（ロ）Ｘ線を照射しながらＹ軸方向に指定距離だけステージを駆動する動作を、Ｘ軸位置をずらしながら繰り返す駆動方法。
【請求項９】
Ｘ線源に対してステージがほぼ一定の速度で移動することを特徴とした請求項６記載のＸ線分析方法。
【請求項１０】
ステージ駆動により、Ｘ線照射スポットが試料表面上で同心円状に移動することを特徴とした請求項９記載のＸ線分析方法。
【請求項１１】
ステージ駆動により、Ｘ線照射スポットが試料表面上で渦巻状に移動することを特徴とした請求項９記載のＸ線分析方法。
【請求項１２】
集光Ｘ線分析装置のＸＹ２軸の駆動軸を持つ試料ステージを離散的に駆動することにより、Ｘ線照射領域を広げ、この広げたＸ線照射領域を分析領域として試料の表面分析を行うことを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項１３】
Ｘ線照射領域内の指定領域を照射している時だけに試料表面から発生する粒子を検出することを特徴とする請求項６から１１のいずれか１項に記載のＸ線分析方法。
【請求項１４】
Ｘ線照射中の全時間で試料表面から発生する粒子を検出することを特徴とする請求項６から１１のいずれか１項に記載のＸ線分析方法。
【請求項１５】
連続的に駆動するステージにより、Ｘ線が照射される線状の照射領域と隣接する線状の照射領域を、Ｘ線照射スポットの径より長く離すことを特徴とする請求項６に記載のＸ線分析方法。
【請求項１６】
以下の２段階以上の駆動方法を連続して行い、分析領域内に平均的にＸ線が照射されるようにすることを特徴とした請求項６記載のＸ線分析方法。
（１段階目）連続的に駆動するステージにより、Ｘ線が照射される線状の照射領域と次に照射される隣接する線状の照射領域を、Ｘ線照射スポットの径より長く離す駆動方法。
（２段階目以降）連続的に駆動するステージにより、前段で照射された隣接する線状の照射領域の間にＸ線を照射させる駆動方法。
【請求項１７】
請求項６から１６記載のＸ線分析方法を用いることを特徴とする請求項２記載のＸ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の表面情報を分析するＸ線分析装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、電子部品の環境対策として実装基板の鉛フリー化が進められている。当該の品質管理の現場においては、基板上の微小部の極薄めっき膜厚測定（数〜数十ｎｍの金属膜測定）と、鉛フリー半田中の微量の鉛の濃度測定を行う要求がある。分析対象によってはφ０．１ｍｍ以下の微小部の分析が要求される場合もある。【０００３】
試料の構成元素に関する詳細な情報を得ることができる分析装置として、蛍光Ｘ線分析装置がある。この分析技術では、試料表面にＸ線を照射することにより発生する蛍光Ｘ線のエネルギーを測定することにより、試料の構成元素を分析することができる。【０００４】
Ｘ線発生源の多くは、比較的大きな焦点を有するＸ線ビームを生じるため、上記のような微小部の分析を行うためにはビーム照射径を狭く抑えることが必要である。照射径を狭い範囲に抑えつつ、Ｘ線ビームの強度を強く保つために集光レンズとしてＸ線集束鏡やキャピラリーレンズなどを用いる事例がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００２−５２１６７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、Ｘ線発生源から放射されるＸ線を分析領域まで範囲を絞る手段としてコリメーターが用いられてきた。さらに複数のコリメーターを切り替えることによって、分析領域の変更が可能であった。しかしながら、集光レンズを用いた集光Ｘ線ビームの照射径は、その集光レンズ特有のある一定値に固定されてしまう。また、集光Ｘ線ビームの照射径自体が従来のコリメーターのピンホール径以下に集光されているため、コリメーターの切り替えによる分析領域の変更をすることができない。【０００６】
本発明は上記の問題点を解決するためのものであり、集光Ｘ線ビームによる分析において、分析領域の変更と拡大を可能とした装置及びその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】
上記課題を解決するために、本発明におけるＸ線分析装置は、Ｘ線発生手段と、Ｘ線発生手段からのＸ線ビームを試料上に集光するＸ線ビーム集光手段と、集光されたＸ線ビームの照射により試料表面から発生する粒子を検出する粒子検出器と、試料を載置するための試料ステージと、ステージ制御部とから構成され、試料ステージの駆動により集光Ｘ線ビームの照射領域を拡大し、この拡大した領域を分析領域とすることを特徴とする。【０００８】
また、ステージ制御部を制御する制御装置を備え、制御装置は、分析条件が入力されることにより、自動的にステージの駆動範囲と駆動速度を演算し、その情報をステージ制御部に伝える。この情報から試料ステージを自動的に駆動させながらＸ線ビームを照射する。照射中、粒子検出器及び計数回路において試料表面から発生する粒子を測定することにより入力された分析領域の分析を行う。【０００９】
また、本発明におけるＸ線分析方法に用いる試料ステージの駆動方法に関しては、分析条件により様々な方法が考えられる。矩形領域が指定された場合は、試料上でＸ線がＸ、Ｙ軸方向に領域をうめるようにＸ線を照射しながらステージを駆動することにより指定領域の分析を実現する。さらに、円形領域が指定された場合は、試料上で同心円状や渦巻状にＸ線を照射しながらステージを駆動することにより指定領域に均一にＸ線を照射できる。ステージの駆動上、指定領域外にＸ線が照射される場合は、指定領域外で取得したデータを破棄することにより必要なデータのみを取得することができる。
また、Ｘ線の照射及び分析を離散的に行うことで領域をうめていくことも可能である。
【発明の効果】
【００１０】
試料ステージを駆動することにより、集光Ｘ線ビームの照射径以上の領域の分析が行えるだけでなく、分析領域の拡大も可能となる。また、駆動方法や分析領域を設定することで、分析領域内でのＸ線照射量が均一になるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。図１は本発明の実施例を示すシステム構成図を示す。Ｘ線発生源１から放出されたＸ線２は集光レンズ３を通り試料４上に集光、照射される。Ｘ線２が試料４に照射されることにより放出される蛍光Ｘ線または光電子は粒子検出器７により検出され、計数回路９により計測されたデータが取得データとして制御装置１１に入力される。また、Ｘ線発生源１及び集光レンズ３の下部に試料ステージ５を設ける。ステージ制御部６は、制御装置１１からの信号により試料ステージ５を駆動する。試料表面を観察するために、カメラ８と撮像回路１０を設置する。制御装置の情報はモニタ１２において表示される。また、取得されたデータにより試料４の構成元素比率または試料４表面の薄膜の厚みが制御装置１１により算出され、モニタ１２において表示される。【００１２】
今、集光レンズ３を通った集光Ｘ線ビームは集光レンズ固有の照射径に絞られている。試料ステージ５上の試料４にはその照射径でＸ線２が照射される。Ｘ線２の試料上の照射位置は、Ｘ線２の照射中に試料ステージ５を駆動させることにより移動させる事ができる。分析領域によりそのＸ線２の移動量を求め、またこの移動量と分析時間によりその移動速度を制御装置１１において演算して求める。求められたＸ線２の移動量と移動速度をステージ制御部６に入力することによりステージ駆動を制御し分析を行う。【００１３】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明における試料ステージの駆動方法を示す図であり、試料ステージ５上の試料４を上面（Ｘ線源側）から見たものである。図２（ａ）はステージ駆動前の状態であり、Ｘ線照射スポット１４は分析領域１３内の点Ｐの位置にある。Ｘ線照射スポット径の定義には複数の種類があるが、ここでは以下のように定義する。ＸＹ平面内に２次元的に分布する照射Ｘ線の強度分布を１次元（例えばＸ方向）で扱えるように一方向（Ｙ方向）の強度を全て積分する。積分後の1次元の強度分布において、最大強度に対して半分の強度になる幅（半値幅）を照射スポット径と定義する。【００１４】
ここで、例えばＸ方向にα、Ｙ方向にβの大きさの矩形領域Ａの分析範囲が入力されたとする。すると、Ｘ線が照射された状態で、試料ステージ５は図２（ａ）に示される矢印の方向へαの大きさだけ移動され、Ｘ線照射スポット１４は図２（ｂ）のＱの位置に移動する。これにより試料４上の点Ｐから点Ｑの間の分析が行える。Ｘ線照射スポット１４が、図２（ｂ）の分析領域１３内のＱの位置に移動した後、図２（ｂ）に示される矢印の方向へγの大きさだけ試料ステージ５を移動する。これにより、Ｘ線照射スポット１４は図２（ｃ）の分析領域１３内のＲの位置に移動する。Ｘ線照射スポット１４が、図２（ｃ）の分析領域１３内のＲの位置に移動した後、図２（ｃ）に示される矢印の方向へαの大きさだけ試料ステージ５を移動する。【００１５】
上記のように、Ｘ軸方向へαの大きさだけ試料ステージ５を移動した後、Ｙ軸方向へγの大きさだけ試料ステージ５を移動することを繰り返す。このγとして、Ｘ線照射スポット径、あるいはそれより短い長さを設定し、Ｘ線照射量が極端に少ない領域が発生しないようにする。これにより、領域ＡをうめるようにＸ線照射スポット１４が移動することになる。Ｘ線照射スポット１４が、図２（ｄ）の分析領域１３内のＳの位置まで移動した時点で、Ｙ軸方向への試料ステージ５の移動量がβとなり、領域Ａ内にＸ線２が照射されたことになる。【００１６】
また、図２（ｂ）から図２（ｃ）へ移動する際には、Ｘ線を照射したまま移動し移動中に取得したデータを破棄する方法と、移動中はＸ線の照射を停止することによりデータを取得しない方法と、移動中に取得したデータも区別無く蓄積する方法が考えられる。これらの駆動方法と分析方法により領域Ａの範囲の分析を行うことができる。【００１７】
上述の矩形のステージ駆動に関して、図３（ａ）〜（ｃ）のような駆動方法が考えられる。まず図２（ａ）〜（ｄ）の駆動方法におけるＸ線照射位置の移動を図３（ａ）に矢印で示す。試料４上のＸ線照射スポット１４は、領域ＡをＸ方向、Ｙ方向に指定領域をなぞるように移動する。この際、Ｘ線を照射しながら移動するため、ステージの駆動方向が変化する領域角部においてはＸ線照射時間の差が出てしまう。その差を減らすために、図３（ｂ）のような駆動方法が考えられる。図３（ｂ）では、領域外において折り返しを行う。これにより、試料上にＸ線が照射される時間をほぼ一定にすることができる。この際、領域外において取得したデータに関しては破棄する。図３（ａ）、（ｂ）では、Ｘ方向を基準にステージを駆動しているが、Ｙ方向を基準にしても構わない。さらに図３（ｃ）のようにＸ方向を基準にして駆動したあと、Ｙ方向を基準にして駆動しても構わない。図３（ｃ）の方法を用いれば、試料４にさらに均一にＸ線が照射されることになる。【００１８】
領域指定方法として、矩形領域以外に円形領域も考えられる。円形の分析領域が指定された場合のステージ駆動に関して、図４（ａ）〜（ｃ）のような駆動方法が考えられる。ここで、例えば直径δの円形領域Ｂの分析範囲が入力されたとする。矩形のステージ駆動で円形領域Ｂの分析を実現するには、図４（ａ）のような駆動方法が考えられる。試料４上のＸ線照射スポット１４は、領域ＢをＸ方向、Ｙ方向に、円形領域Ｂに外接する１辺がδの大きさの正方形の領域をうめるように移動する。指定領域が円形のため、正方形駆動を行うと図４（ａ）上の点線部分での取得データは不要となるため破棄することになる。また、円形領域においては図４（ｂ）のように同心円状に駆動することにより図４（ａ）に比べて短時間でデータ取得が可能である。また、図４（ｃ）のようにステージを渦巻状に駆動することによりステージ駆動速度を一定に保ちながらＸ線を試料に照射することができるため、試料４に均一にＸ線が照射されることになる。【００１９】
また、図５に示したように、ステージ駆動と分析を領域内で離散的に行う駆動方法も考えられる。分析領域Ｃが指定されたとき、領域内に複数個のスポット中心１５を取り各々のスポット中心にＸ線照射スポット１４を合わせてデータを取得する。各スポット中心の間隔をεとすると、Ｘ線照射スポット１４をＸ、Ｙ方向にεずつ移動した後データを取得し、スポット中心を全て網羅していくことにより領域Ｃの分析を行う。また、各スポット中心位置に移動する際には、Ｘ線を照射したまま移動し移動中に取得したデータを破棄する方法と、移動中はＸ線の照射を停止することによりデータを取得しない方法と、移動中に取得したデータもスポット中心で取得したデータと区別無く蓄積する方法が考えられる。【００２０】
分析結果表示までの時間を短縮するために、ステージの駆動を間引く方法も考えられる。分析領域が指定された際、Ｙ方向へのステージ駆動を図６（ａ）のようにζだけ間引き駆動しながらＸ線を照射する。すなわち、連続的に駆動するステージにより、Ｘ線が照射されるＸ方向の線状の照射領域と隣接するＸ方向の線状の照射領域を、Ｘ線照射スポットの径より長い間隔であるζだけ離す。上記の駆動方法により、分析領域全面を密に駆動する方法に比べて、データの取得時間及び、分析結果の表示までの時間を短縮することができる。この時、試料上では図６（ｂ）の点線で囲まれた領域のようにＸ線が照射される領域と、点線で囲まれた領域以外のＸ線が照射されない領域が存在し、分析データとしては不完全である。さらに完全な分析結果を得るためには、次の駆動時に図６（ｃ）のように間引き部分を埋めるようにステージを駆動すれば、分析領域上に平均的にＸ線を照射することができる。【００２１】
例えば、指定された分析条件が広い領域のものであった際に、上記の駆動方法は有効活用できる。分析領域全面を密に駆動しながら分析を行うと、データ取得が完了するまでの時間が長くなり、分析結果の表示に時間がかかってしまう。上記のように、間引き駆動することにより分析途中の表示が分析全領域の平均値に近いものとなるので、分析結果の見通しを早く得ることができる。【００２２】
また、広い領域を粗く測定する場合には間引き駆動をし、狭い領域を漏れなく測定する場合には密に駆動するという使い分けも有効である。【００２３】
以上の駆動方法および分析方法により、集光Ｘ線ビームによる分析において、分析領域の変更を可能とした装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
試料の表面情報を分析するＸ線分析装置において、微小部のＸ線分析のために集光Ｘ線ビームを用いたＸ線分析装置においても、集光Ｘ線ビームの照射径より広い領域の分析が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例を示す装置構成図である。
【図２】本発明のステージ駆動の例を示す図である。
【図３】本発明における、Ｘ線照射スポットの移動の第１の例を示す図である。
【図４】本発明における、Ｘ線照射スポットの移動の第２の例を示す図である。
【図５】本発明における、Ｘ線照射スポットの移動の第３の例を示す図である。
【図６】本発明における、Ｘ線照射スポットの移動の第４の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  Ｘ線発生源
２  Ｘ線
３  集光レンズ
４  試料
５  試料ステージ
６  ステージ制御部
７  粒子検出器
８  カメラ
９  計数回路
１０  撮像回路
１１  制御装置
１２  モニタ
１３  分析領域
１４  Ｘ線照射スポット
１５  スポット中心
【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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【国際調査報告】
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