(57)【要約】【課題】Ｘ線吸収測定装置において、Ｘ線の吸収スペクトルを短時間で高精度に測定する。【解決手段】測定制御部４１の制御の下で、分光器１０により単色化されたＸ線を試料１に入射させ、分光器１０の角度変化に応じて試料１へのＸ線のエネルギーを変化させながら検出器２１，２２からの検出値を随時取得することで、試料１によるＸ線の吸収スペクトルが測定される。このとき、測定制御部４１は、試料１へのＸ線のエネルギー変化に対する試料１のＸ線吸収量の変化率に応じて、モータコントローラ３１を制御して分光器１０の角度を変化させる際の角度変化速度、または、タイマカウンタ３２のカウント値に基づく検出値の取得間隔の少なくとも一方を変化させながら、タイマカウンタ３２を通じて検出値を取得する。【選択図】図１
2009109386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光器により単色化されたＸ線を試料に入射させ、前記試料によるＸ線の吸収スペクトルを測定するＸ線吸収測定装置において、
前記試料に入射するＸ線のエネルギーを変化させる分光器制御部と、
前記試料へのＸ線のエネルギーの変化に応じて、前記試料のＸ線吸収量の算出に必要な測定値を取得する測定値取得部と、
前記試料へのＸ線のエネルギーの変化に対する前記試料のＸ線吸収量の変化率に応じて、前記試料へのＸ線のエネルギーを変化させる速度、または、前記測定値の取得間隔の少なくとも一方を変化させて、前記測定値取得部から前記測定値を取得する測定制御部と、
を有することを特徴とするＸ線吸収測定装置。
【請求項２】
前記分光器制御部は、前記分光器の角度を段階的に変化させることで前記試料に対するＸ線のエネルギーを変化させ、
前記測定制御部は、前記試料へのＸ線のエネルギーの変化に対する前記試料のＸ線吸収量の変化率に応じて、前記分光器制御部によって前記分光器の角度を変化させる際の角度変化速度、または前記取得間隔の少なくとも一方を変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線吸収測定装置。
【請求項３】
前記測定制御部は、前記分光器の角度が前記試料のＸ線吸収量の変化率が小さいエネルギー領域に対応している場合には、前記角度変化速度または前記取得間隔の少なくとも一方を大きくし、前記分光器の角度が前記Ｘ線吸収量の変化率が大きいエネルギー領域に対応している場合には、前記角度変化速度または前記取得間隔の少なくとも一方を小さくすることを特徴とする請求項２記載のＸ線吸収測定装置。
【請求項４】
前記測定制御部は、前記分光器の角度が前記試料のＸ線吸収量が小さいエネルギー領域に対応している場合には、前記角度変化速度または前記取得間隔の少なくとも一方を大きくし、前記分光器の角度が前記試料のＸ線吸収量が大きいエネルギー領域に対応している場合には、前記角度変化速度または前記取得間隔の少なくとも一方を小さくすることを特徴とする請求項２または３に記載のＸ線吸収測定装置。
【請求項５】
前記測定制御部は、前記試料に対応する標準試料によるＸ線の吸収スペクトルを参照データとしてあらかじめ取得し、前記参照データから得られたＸ線吸収量の変化率に応じて、前記角度変化速度または前記取得間隔の少なくとも一方を変化させて、前記測定値取得部を通じて前記測定値を取得することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のＸ線吸収測定装置。
【請求項６】
分光器により単色化されたＸ線を試料に入射させ、分光器制御部の制御により前記試料へのＸ線のエネルギーを変化させながら、測定値取得部によって測定値を随時取得することで、当該試料によるＸ線の吸収スペクトルを測定するためのＸ線吸収測定方法において、
測定制御部が、前記試料へのＸ線のエネルギーの変化に対する前記試料のＸ線吸収量の変化率に応じて、前記分光器制御部に前記試料へのＸ線のエネルギーを変化させる速度、または、前記測定値取得部における前記測定値の取得間隔の少なくとも一方を変化させて、前記測定値取得部を通じて前記測定値を取得することを特徴とするＸ線吸収測定方法。
【請求項７】
分光器により単色化されたＸ線を試料に入射させ、分光器制御部の制御により前記試料へのＸ線のエネルギーを変化させながら、測定値取得部によって測定値を随時取得することで、当該試料によるＸ線の吸収スペクトルを測定するためのＸ線吸収測定プログラムにおいて、
コンピュータを、
前記試料へのＸ線のエネルギーの変化に対する前記試料のＸ線吸収量の変化率に応じて、前記分光器制御部に前記試料へのＸ線のエネルギーを変化させる速度、または、前記測定値取得部における前記測定値の取得間隔の少なくとも一方を変化させて、前記測定値取得部を通じて前記測定値を取得する測定制御部として機能させることを特徴とするＸ線吸収測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料によるＸ線の吸収スペクトルを測定するＸ線吸収測定装置、方法、およびプログラムに関し、特に、試料に入射させる単色のＸ線を分光器の角度を変化させることで得る手法を用いたＸ線吸収測定装置、方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜プロセスなどに用いる材料の構造や組成の分析、評価のために、Ｘ線をプローブとした手法が広く知られている。その中でも、Ｘ線吸収端微細構造（ＸＡＦＳ：X-ray Absorption Fine Structure）分析法は、試料に照射したＸ線の吸収スペクトルのうち、その試料に含まれる元素の吸収端近傍に現れる微細構造を解析することにより、吸収元素の周囲の局所構造を原子スケールで評価することのできる分析手法である。
【０００３】
図１０は、典型的なＫ吸収端近傍の吸収スペクトルを示す図である。
吸収スペクトルは、分光器を用いて入射Ｘ線のエネルギーを低エネルギー側から高エネルギー側へ変化させた際の、試料によるＸ線の吸収係数の変化を表したものである。ここでは例として、Ｎｉ（ニッケル）箔を試料とした場合を示している。
【０００４】
吸収端近傍の数十ｅＶの領域（例えば、図中の領域Ａ１）におけるスペクトルの形状やスペクトルの位置は、着目元素の価数や酸化状態などの電子状態や構造の対称性に関する情報を含んでいる。また、吸収端から数百ｅＶの領域（例えば、図中の領域Ａ２）にわたって出現する振動構造を解析することにより、着目元素周囲に存在する元素や距離、配位数を評価することができる。
【０００５】
ところで、ＸＡＦＳ測定法は、一般に、平板結晶などからなる分光器を用いて白色のＸ線を分光し、試料に入射させることで行われる。従って、上記のような吸収スペクトルを得るためには、あるエネルギーのＸ線に対する吸収を測定した後、分光器を回転させて、次のエネルギーのＸ線に対する吸収を測定するという手順を繰り返すことになる。このような手法では、入射Ｘ線のエネルギーを変化させるたびに分光器を停止させる必要があるため、１試料について数十分といった長い測定時間が必要となる場合がある。その結果、限られた時間で測定試料を大量に測定することや、構造の時間変化を追跡することは非常に困難であるという問題があった。
【０００６】
これに対して、近年、分光器の動きを止めずに連続的に高速走査しながら試料の吸収スペクトルを測定するＱＸＡＦＳ（Quick XAFS）測定法が開発されている。この手法を用いると、数秒から数分程度の時間で１つの吸収スペクトルを得ることが可能である。また、この他に、分光器として平板結晶の代わりに湾曲型のポリクロメータ結晶を用いることで、分光器の角度を変化させずにＸ線の吸収スペクトルを測定する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１１６１５９号公報（段落番号〔００４０〕〜〔００４３〕、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のＱＸＡＦＳ測定法では、測定対象の全領域で同じ角度走査速度、および同じデータ取得間隔で測定を行うため、図１０の領域Ａ１のような、吸収端の近傍で吸収スペクトルが大きく変動するエネルギー領域でも、領域Ａ２のような、吸収端から離れた吸収スペクトルの変化が小さいエネルギー領域でも、Ｘ線吸収量の検出精度が同じにならざるを得ない。その結果、吸収スペクトルが大きく変動するエネルギー領域において、十分な精度の検出値を得るために測定を何度も繰り返す必要が生じる場合がある。このように、ＱＸＡＦＳ法では、測定時間が短縮されたとしても測定データの精度を上げにくいという問題があった。
【０００８】
また、分光器として湾曲型のポリクロメータ結晶を用いた場合には、利用できるＸ線のエネルギー領域に制限があることや、試料位置に常にＸ線を集光させるための調整が難しいことから、汎用的なＸ線吸収分析には不向きであるという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、Ｘ線の吸収スペクトルを短時間で高精度に測定することが可能なＸ線吸収測定装置、方法、およびプログラム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】
【００１０】
上記目的を達成するために、分光器により単色化されたＸ線を試料に入射させ、前記試料によるＸ線の吸収スペクトルを測定するＸ線吸収測定装置が提供される。このＸ線吸収特定装置は、前記試料に入射するＸ線のエネルギーを変化させる分光器制御部と、前記試料へのＸ線のエネルギーの変化に応じて、前記試料のＸ線吸収量の算出に必要な測定値を取得する測定値取得部と、前記試料へのＸ線のエネルギーの変化に対する前記試料のＸ線吸収量の変化率に応じて、前記試料へのＸ線のエネルギーを変化させる速度、または、前記測定値の取得間隔の少なくとも一方を変化させて、前記測定値取得部から前記測定値を取得する測定制御部と、を有する。
【００１１】
ここで、分光器制御部は、測定対象の試料に入射するＸ線のエネルギーを変化させ、測定値取得部は、試料へのＸ線のエネルギーの変化に応じて、試料のＸ線吸収量の算出に必要な測定値を取得する。測定値の例としては、試料へのＸ線の強度および試料を透過したＸ線の強度などが挙げられる。また、測定制御部は、試料へのＸ線のエネルギーの変化に対する試料のＸ線吸収量の変化率に応じて、試料へのＸ線のエネルギーを変化させる速度、または、測定値の取得間隔の少なくとも一方を変化させながら、測定値取得部を通じて所定の測定値を取得する。
【発明の効果】
【００１２】
上記のＸ線吸収測定装置によれば、試料のＸ線吸収量を短時間で高精度に測定できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施の態様について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係るＸ線吸収測定装置の全体構成を示す図である。
図１に示すＸ線吸収測定装置は、試料１に対してＸ線を照射し、その吸収量を測定して吸収スペクトルを得るＸＡＦＳ測定法のための装置であり、分光器１０、検出器２１，２２、モータコントローラ３１、タイマカウンタ３２、およびＰＣ（パーソナルコンピュータ）４０を備えている。
【００１４】
分光器１０は、白色Ｘ線を平板結晶に反射させることで単色化し、試料１に対して入射させる装置であり、ここでは例として、２枚の平板結晶１１，１２を備えている。これらの平板結晶１１，１２は、ステッピングモータ１３の動力によって、それぞれ同じ角度θｍだけ同じ方向に回転可能なように構成されている。そして、平板結晶１１，１２の回転角度の変化に応じて、試料１に対して入射させるＸ線のエネルギー（すなわち波長）を変化させることが可能になっている。
【００１５】
分光器１０からの単色Ｘ線は、検出器２１を介して試料１に入射する。検出器２１は、試料１に入射したＸ線の強度を検出する。一方、検出器２２は、試料１を透過したＸ線の強度を検出する。
【００１６】
モータコントローラ３１は、ＰＣ４０から供給される駆動制御信号に基づいて、分光器１０のステッピングモータ１３に対して駆動電流を与えるドライブ回路である。このモータコントローラ３１は、指定されたステップ角度分だけステッピングモータ１３を回転させるとともに、駆動電流波形に対する矩形駆動、台形駆動、Ｓ字駆動などの加減速シーケンスを用いることで、その回転速度が可変となっている。
【００１７】
従って、分光器１０における平板結晶１１，１２の回転角度は、ＰＣ４０からの駆動制御信号に応じて、ステッピングモータ１３のステップ角度を最小単位として任意の速度（時間間隔）で走査され、その角度変化に応じたエネルギーのＸ線が試料１に入射される。なお、以下の説明では、分光器１０における平板結晶１１，１２のステップ角度を単位とした回転角度を“分光器１０の角度”と呼び、その回転速度を“走査速度”と呼ぶことにする。また、モータコントローラ３１は、ステッピングモータ１３を回転させたとき、例えばスタート信号およびストップ信号からなる同期信号をタイマカウンタ３２に出力する。
【００１８】
タイマカウンタ３２は、モータコントローラ３１からのスタート信号に応じて計数を行い、その計数値に基づいて検出器２１，２２からの検出値を取り込み、ＰＣ４０に出力する。具体的には、タイマカウンタ３２は、モータコントローラ３１からのスタート信号に応じて計数を開始し、ＰＣ４０から設定された計数蓄積時間ごとに計数値をクリアするとともに、検出器２１，２２からの検出値を取り込み、ＰＣ４０に出力する。従って、ＰＣ４０から計数蓄積時間を指定することで、検出値の取得間隔（後述する検出データ密度）を変化させることが可能になっている。
【００１９】
なお、本実施の形態では、タイマカウンタ３２は一定の周期で計数を行うこととするが、ＰＣ４０からの設定により計数の周期を変化させることで、検出値の取得間隔を変化させることができるようにしてもよい。また、本実施の形態では、タイマカウンタ３２で計数値がクリアされるごとに検出値がＰＣ４０に出力されるものとするが、一定量の検出値がタイマカウンタ３２で蓄積された後、それらがまとめてＰＣ４０に出力されるようにしてもよい。
【００２０】
ＰＣ４０は、主として、モータコントローラ３１およびタイマカウンタ３２の動作を制御することでＸ線スペクトルの測定処理を制御する測定制御部４１として機能する。測定制御部４１は、モータコントローラ３１に対して、分光器１０のステッピングモータ１３を駆動するための駆動制御信号を出力することで、分光器１０の角度およびその走査速度を制御して、試料１に対する入射Ｘ線のエネルギーを任意の速度で変化させることが可能になっている。また、ステッピングモータ１３の回転に同期して計数を開始するタイマカウンタ３２に対して計数蓄積時間を設定するための計数制御情報を出力することで、任意の間隔で検出器２１，２２からの検出値を取り込むことが可能になっている。
【００２１】
本実施の形態では、測定制御部４１は、試料１の吸収スペクトルの参照データ４２を参照し、この参照データ４２から得られたＸ線吸収量やその変化率に応じてモータコントローラ３１およびタイマカウンタ３２の動作を制御することで、試料１におけるＸ線吸収量を詳細に測定する。
【００２２】
図２は、ＰＣのハードウェア構成例を示す図である。
図２に示すように、ＰＣ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０２、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０３、グラフィック処理部１０４、入力Ｉ／Ｆ（インタフェース）１０５、および通信Ｉ／Ｆ１０６によって構成され、これらはバス１０７を介して相互に接続されている。
【００２３】
ＣＰＵ１０１は、ＰＣ４０全体に対する制御をつかさどる。ＲＡＭ１０２は、ＣＰＵ１０１に実行させるプログラムの少なくとも一部や、このプログラムによる処理に必要な各種データを一時的に記憶する。ＨＤＤ１０３には、ＯＳ（Operating System）やアプリケーションプログラム、各種データが格納される。特に、本実施の形態では、図１に示した測定制御部４１の処理手順を記述した測定制御プログラムが、ＨＤＤ１０３に記憶される。そして、この測定制御プログラムがＣＰＵ１０１で実行されることで、測定制御部４１の機能が実現される。なお、図１に示した吸収スペクトルの参照データ４２も、例えばＨＤＤ１０３に記憶される。
【００２４】
グラフィック処理部１０４には、モニタ１０４ａが接続されている。このグラフィック処理部１０４は、ＣＰＵ１０１からの命令に従って、モニタ１０４ａの画面上に画像を表示させる。入力Ｉ／Ｆ１０５には、例えばキーボード１０５ａやマウス１０５ｂなどの入力デバイスが接続されている。この入力Ｉ／Ｆ１０５は、入力デバイスからの信号を、バス１０７を介してＣＰＵ１０１に送信する。通信Ｉ／Ｆ１０６は、図示しない通信ケーブルを介して外部機器と接続され、その外部機器との間でデータの送受信を行う。本実施の形態では、ＰＣ４０とモータコントローラ３１およびタイマカウンタ３２との間では、通信Ｉ／Ｆ１０６を介して情報が送受信される。
【００２５】
なお、測定制御部４１の機能は、ＰＣ４０に限らず、図２と同様な構成を有する各種のコンピュータ装置によって実現することができる。また、測定制御部４１の少なくとも一部の機能をソフトウェアでなく、ハードウェアによって実現してもよい。さらに、図１において、測定制御部４１だけでなく、モータコントローラ３１やタイマカウンタ３２の機能（あるいはそれらの機能の一部）を、ＰＣ４０のようなコンピュータ装置によって実現してもよい。
【００２６】
次に、測定制御部４１によって実行されるＸ線の吸収スペクトルの測定処理について、詳しく説明する。図３は、吸収スペクトルの参照データの例を示す図である。また、図４は、参照データから得られた変化率の逆数の分布例を示す図である。
【００２７】
図３は、参照データ４２としてあらかじめ取得され、ＰＣ４０に記憶された試料１の吸収スペクトルの例を示している。この参照データ４２は、例えば、実際の測定で使用する試料１に対応する標準試料から得られたものを使用することができる。また、後述するように、分光器１０の走査速度や測定データの取得間隔を可変とした本測定処理の前に、同じ試料１から前測定処理を行うことで取得したものを使用することもできる。
【００２８】
この参照データ４２としては、基本的に、分光器１０の走査速度および測定データの取得間隔をともに一定とした状態で測定されたものが使用される。また、分光器１０の走査速度や測定データの取得間隔を可変とする本測定処理より高速に（すなわち短時間で）測定されたものでよい。
【００２９】
測定制御部４１は、この参照データ４２におけるＸ線吸収量（あるいは吸収係数）、およびその変化率を基に、分光器１０の走査速度や検出器２１，２２からの検出値の取得間隔の制御値を決定して、Ｘ線吸収量をより高精度に測定する。本実施の形態では、このような制御値の例として、入射Ｘ線のエネルギーＥに対応する分光器１０の走査速度ｖ（Ｅ）と、エネルギーＥの近傍での検出値の取得間隔を示す検出密度Ｄ（Ｅ）とを、参照データ４２を基に演算する。なお、検出密度Ｄ（Ｅ）は、タイマカウンタ３２による検出値の取得間隔を示し、測定制御部４１からタイマカウンタ３２に設定する計数蓄積時間の逆数に比例するものである。
【００３０】
ここで、本実施の形態では、上記の各制御値を決定するためのパラメータとして、参照データ４２におけるＸ線吸収量の変化率の逆数（以下“変化率逆数”と呼ぶ）１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）と、参照データ４２におけるＸ線吸収量に応じた関数である重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））とを用いる。図４には、図３の参照データ４２から得られた変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）の例を示している。なお、Ｘ線吸収量の変化率｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜は、例えば、参照データ４２におけるエネルギーＥでのＸ線吸収量とその直前に検出されたＸ線吸収量との差分の絶対値として求められる。あるいは、対象のエネルギーＥを含む所定のエネルギー幅の領域におけるＸ線吸収量の最小値と最大値との差分などとして求めてもよい。
【００３１】
そして、本実施の形態において、測定制御部４１は、上記の各パラメータを用いて、“｛１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）｝×｛１／ｖ（Ｅ）｝×Ｄ（Ｅ）×ｋ（Ａ（Ｅ））が一定”という制御値決定条件により、走査速度ｖ（Ｅ）および検出密度Ｄ（Ｅ）を算出し、それらの算出結果に応じた制御値、すなわち、モータコントローラ３１の駆動制御信号およびタイマカウンタ３２に対する計数蓄積時間を出力する。
【００３２】
上記の制御値決定条件によれば、例えば重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を一定とした場合、参照データ４２におけるＸ線吸収量の変化率が大きい（すなわち、変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）が小さい）エネルギー領域では、少なくとも、走査速度ｖ（Ｅ）が小さくされるか、あるいは、検出密度Ｄ（Ｅ）が大きくされる。逆に、参照データ４２におけるＸ線吸収量の変化率が小さい（すなわち、変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）が大きい）エネルギー領域では、少なくとも、走査速度ｖ（Ｅ）が大きくされるか、あるいは、検出密度Ｄ（Ｅ）が小さくされる。
【００３３】
また、重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））は、上記のように変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）を基に決定される検出精度を、エネルギーごとのＸ線吸収量の大きさに応じて補正するための係数である。例えば、Ｘ線吸収量が大きいエネルギー領域での検出精度をより高めたい場合には、Ｘ線吸収量が大きいエネルギー領域において、少なくとも、走査速度ｖ（Ｅ）を小さくするか、あるいは、検出密度Ｄ（Ｅ）を大きくするように、重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））が設定される。なお、この重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））は、例えば、Ｘ線吸収量に対応付けられた重み因子テーブルとして、ＨＤＤ１０３などの記憶領域にあらかじめ用意されていればよい。
【００３４】
次に、上記の制御値決定条件の下での制御値の算出例を挙げる。まず、図５は、参照データにおけるＸ線吸収量の変化率に応じた走査速度の制御例を示す図である。
この図５では、図３に示した参照データ４２を基に、上記の制御値決定条件において検出密度Ｄ（Ｅ）および重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））をともに一定として、走査速度ｖ（Ｅ）を変化させた場合の例を示す。この例では、測定制御部４１は、参照データ４２におけるＸ線吸収量の変化率のみに応じて駆動制御信号を変化させて分光器１０の角度の変化速度を制御し、なおかつ、タイマカウンタ３２に対する計数蓄積時間を常に一定とする。
【００３５】
この図５において、点線で示した参考制御例１−０は走査速度を一定とした場合を示しており、このときの走査速度を基準値“１”と仮定している。制御例１−１は、上記の制御値決定条件の下で、走査速度ｖ（Ｅ）の最小値が、参考制御例１−０における走査速度に一致するように制御した場合を示している。制御例１−２は、上記の制御値決定条件の下で、全エネルギー領域における走査速度ｖ（Ｅ）の平均値が、参考制御例１−０における走査速度と一致するように制御した場合を示している。
【００３６】
これらの制御例１−１，１−２のいずれの場合でも、参照データ４２におけるＸ線吸収量の変化率が大きいエネルギー領域ほど、走査速度ｖ（Ｅ）を低くするように制御される。これにより、エネルギーの変化に対する検出値の取得間隔が小さくなり、そのエネルギー領域における検出値の取得点数が増加して、Ｘ線吸収量の検出精度が向上する。例えば、試料１の吸収端の近傍のエネルギー領域、特に、吸収端を起点とする数十ｅＶのエネルギー領域において、高精度な検出値を得ることが可能となる。逆に、高い検出精度が必要とされない、Ｘ線吸収量の変化率が小さいエネルギー領域では、検出時間が短縮される。
【００３７】
また、制御例１−１では、Ｘ線吸収量の変化率が最も高いエネルギー領域では、参考制御例１−０の場合と同程度の検出精度が得られるが、それより高い検出精度が必要とされない、Ｘ線吸収量の変化率が低いエネルギー領域では、走査速度ｖ（Ｅ）が最高で２．５倍程度となって、検出時間が短縮される。すなわち、制御例１−１では、高い検出精度が必要なエネルギー領域では参考制御例１−０と同等の検出精度が得られながらも、全体の測定時間を参考制御例１−０より短縮することができる。
【００３８】
一方、制御例１−２では、全エネルギー領域にわたる検出値の取得に要する時間は、参考制御例１−０の場合と同じになる。そして、高い検出精度が必要とされない、Ｘ線吸収量の変化率が小さいエネルギー領域では、検出時間が短縮される。その一方、Ｘ線吸収量の変化率が大きいエネルギー領域では、参考制御例１−０と比較して最低で０．２倍程度の走査速度ｖ（Ｅ）となって、より高精度の検出値を得ることができる。すなわち、制御例１−２では、全体の測定時間を長くすることなく、必要なエネルギー領域においてのみ、より高精度な検出値を確実に得ることができる。
【００３９】
なお、以上の図５の例では、検出密度Ｄ（Ｅ）を一定とし、走査速度ｖ（Ｅ）を可変とした場合の制御例を示したが、逆に、走査速度ｖ（Ｅ）を一定とし、検出密度Ｄ（Ｅ）を可変とした場合には、測定制御部４１は、モータコントローラ３１に対する駆動制御信号を一定とし、参照データ４２におけるエネルギーごとのＸ線吸収量に対応付けられた重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））に応じて、タイマカウンタ３２に設定する計数蓄積時間を変化させる。
【００４０】
上記の制御値決定条件の下で走査速度ｖ（Ｅ）および重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を一定とした場合、入射Ｘ線のエネルギー変化に対する検出密度Ｄ（Ｅ）の遷移は、概ね、図５に示した制御例１−１，１−２とは上下が逆となったカーブを描く。すなわち、参照データ４２におけるＸ線吸収量の変化率が大きいエネルギー領域ほど検出密度Ｄ（Ｅ）が大きくなるので、測定制御部４１は、タイマカウンタ３２に対する計数蓄積時間を小さくする。これにより、タイマカウンタ３２を通じて検出器２１，２２から取得される検出値のエネルギー間隔が小さくなり、そのエネルギー領域における検出値の取得点数が増加して、それらの検出精度を高めることができる。逆に、参照データ４２におけるＸ線吸収量の変化率が小さいエネルギー領域ほど検出密度Ｄ（Ｅ）が小さくなるので、測定制御部４１は、タイマカウンタ３２に対する計数蓄積時間を大きくし、検出値の取得点数を減少させる。
【００４１】
このような制御により、例えば、従来と同じエネルギー範囲において同じ走査速度で測定を行った場合でも、全体の測定時間が同じでありながらも、必要なエネルギー領域（すなわちＸ線吸収量の変化率が大きいエネルギー領域）においてより高精度の検出値を得ることができるようになる。
【００４２】
図６は、参照データにおけるＸ線吸収量に応じた重み因子の算出例を示す図である。
図１に示したような測定システムでは、試料１のＸ線吸収量が大きいほど検出器２２に入射するＸ線の強度が弱くなるために、Ｘ線吸収量の細かい変動を検出しにくくなってしまう。そこで、参照データ４２におけるＸ線吸収量が大きいエネルギー領域ほど、少なくとも、走査速度ｖ（Ｅ）を小さくするか、あるいは、検出密度Ｄ（Ｅ）を大きくするように重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））が設定されることで、このエネルギー領域での検出精度を高めることができる。すなわち、この場合には、Ｘ線吸収量が大きいエネルギー領域ほど、重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））の値を小さく設定すればよい。
【００４３】
図６では例として、参照データ４２におけるＸ線吸収量Ａ（Ｅ）の平方根の逆数に略比例するように、重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を設定している。なお、この例では、エネルギー領域を複数のエネルギー範囲に分割し、分割したエネルギー範囲ごとに重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を設定している。この場合例えば、Ｘ線吸収量Ａ（Ｅ）の平方根の逆数を、エネルギー範囲ごとに平均した値を重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））として設定すればよい。
【００４４】
また、参照データ４２が標準試料を基にあらかじめ得られたものである場合、例えば、この参照データ４２に基づく重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））も、エネルギー領域ごと（あるいは上記のエネルギー範囲ごと）に対応付けて記憶した重み因子テーブルとしてあらかじめ用意しておき、参照データ４２とともにＨＤＤ１０３などに記憶しておけばよい。また、参照データ４２のみが得られている場合には、例えば、測定制御部４１が参照データ４２を読み込んで、そのＸ線吸収量Ａ（Ｅ）から重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を演算し、重み因子テーブルを生成すればよい。
【００４５】
図７は、図６の重み因子を適用した場合の検出密度の制御例を示す図である。
図７は、上記の制御値決定条件において走査速度ｖ（Ｅ）および変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）をともに一定とし、図６に示した重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を適用して、この重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））に応じて検出密度Ｄ（Ｅ）を変化させた場合の例を示す。すなわちこの例では、測定制御部４１は、参照データ４２におけるＸ線吸収量のみに応じて、タイマカウンタ３２に対する計数蓄積時間を制御し、なおかつ、モータコントローラ３１への駆動制御信号を常に一定値とする。
【００４６】
この図７において、点線で示した参考制御例２−０は検出密度Ｄ（Ｅ）を一定とした場合を示しており、このときの検出密度Ｄ（Ｅ）を基準値“１”と仮定している。制御例２−１は、上記の制御値決定条件の下で、検出密度Ｄ（Ｅ）の最小値が、参考制御例２−０における検出密度に一致するように制御した場合を示している。制御値２−２は、上記の制御値決定条件の下で、全エネルギー領域における検出密度Ｄ（Ｅ）の平均値が、参考制御例２−０における検出密度と一致するように制御した場合を示している。
【００４７】
これらの制御例２−１，２−２のいずれの場合でも、参照データ４２におけるＸ線吸収量が大きいエネルギー領域ほど、検出密度Ｄ（Ｅ）を高くするように制御され、そのエネルギー領域でのＸ線吸収量の検出精度が向上する。従って、検出器２２での検出値が低い場合でも、試料１から透過するＸ線の微少な変動を高精度に検出できるようになる。逆に、高い検出精度が必要とされない、Ｘ線吸収量が小さいエネルギー領域では、検出値の取得点数が減少される。
【００４８】
また、制御例２−１では、Ｘ線吸収量が最も低いエネルギー領域では、参考制御例２−０の場合と同程度の検出精度が得られるが、それよりＸ線吸収量が高いエネルギー領域では検出密度Ｄ（Ｅ）が高められて、より多くの検出値が取り込まれることにより検出精度がさらに向上される。この例では、最もＸ線吸収量が高い吸収端の近傍で検出密度Ｄ（Ｅ）が２倍程度とされ、検出精度を２倍程度向上させることができる。
【００４９】
一方、制御例２−２では、全エネルギー領域にわたる検出値の取り込み回数は、参考制御例２−０の場合とほぼ同じになる。そして、高い検出精度が必要とされない、Ｘ線吸収量が小さいエネルギー領域では、検出値の取り込み間隔が長くされる。その一方、Ｘ線吸収量が大きいエネルギー領域では、参考制御例２−０の場合より多くの回数だけ検出値が取り込まれて、より高精度の検出値が得られる。この例では、最もＸ線吸収量が高い吸収端の近傍で、検出精度を４０％程度向上させることができる。
【００５０】
なお、以上の説明では、上記の制御値決定条件における複数のパラメータを固定値とした場合について例示したが、これらのどのパラメータを可変値あるいは固定値としてもよく、これらの組み合わせによって、必要なエネルギー領域での検出精度を向上させることが可能となる。
【００５１】
図８は、本実施の形態におけるＸ線吸収量の測定処理全体の手順を示すフローチャートである。
この図８では、例として、測定を行う入射Ｘ線のエネルギー領域を複数のエネルギー範囲に分割し、分割したエネルギー範囲ごとに変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）や重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を取得し、それらに応じて走査速度ｖ（Ｅ）や検出密度Ｄ（Ｅ）の制御値を変化させる。
【００５２】
まず、測定制御部４１は、ＨＤＤ１０３に記憶された参照データ４２を読み込む（ステップＳ１１）。なお、ここでは、試料１に対応する標準試料を用いてあらかじめ測定された吸収スペクトルを、参照データ４２としてＨＤＤ１０３にあらかじめ記憶しておくものとする。
【００５３】
次に、測定制御部４１は、上記のエネルギー範囲ごとに変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）および重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を決定し、ＨＤＤ１０３あるいはＲＡＭ１０２などの記憶領域に一時的に記憶する（ステップＳ１２）。なお、変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）については、例えば、参照データ４２において、上記のエネルギー範囲ごとにＸ線吸収量の最大値と最小値との差分を変化率｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜とすることで、求めることができる。また、重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））については、例えば前述のように、参照データ４２におけるエネルギー範囲ごとのＸ線吸収量の平均値を求め、それらの平均値を重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））として重み因子テーブルを生成して、ＨＤＤ１０３あるいはＲＡＭ１０２など一時的に記憶しておく。あるいは、この重みテーブルを、参照データ４２に対応付けてＨＤＤ１０３にあらかじめ記憶しておいてもよい。
【００５４】
次のステップＳ１３〜Ｓ１７では、測定制御部４１は、エネルギー範囲ごとに制御値を決定しながら、全エネルギー領域からのＸ線吸収量の測定処理を実行する。まず、次に測定対象とするエネルギー範囲に対応する変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）および重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を、ステップＳ１２で記憶した情報の中から読み込む（ステップＳ１３）。
【００５５】
次に、測定制御部４１は、読み込んだ変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）および重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を上記の制御値決定条件に適用し、走査速度ｖ（Ｅ）および検出密度Ｄ（Ｅ）を算出する（ステップＳ１４）。なお、走査速度ｖ（Ｅ）と検出密度Ｄ（Ｅ）のうち、どちらを可変としてどちらを一定とするか、あるいは両方を可変とするかについては、事前に設定しておく。また、走査速度ｖ（Ｅ）および検出密度Ｄ（Ｅ）を演算によって求めるのではなく、これらのパラメータと変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）および重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））とを事前に対応付けておいたテーブルを参照することで求めてもよい。
【００５６】
次に、測定制御部４１は、算出された走査速度ｖ（Ｅ）および検出密度Ｄ（Ｅ）にそれぞれ対応する駆動制御信号および計数蓄積時間を、例えば演算などにより決定し、それぞれモータコントローラ３１およびタイマカウンタ３２に対して設定する（ステップＳ１５）。なお、走査速度ｖ（Ｅ）と駆動制御信号との関係や、検出密度Ｄ（Ｅ）と計数蓄積時間との関係は、それぞれテーブルなどに事前に記憶されていてもよい。
【００５７】
ステップＳ１５の処理により、ステッピングモータ１３が駆動されて、分光器１０が所定角度分だけ所定の速度で回転される。また、タイマカウンタ３２は、モータコントローラ３１の出力するスタート信号に応じて計数を開始し、測定制御部４１から設定された計数蓄積時間ごとに計数値をクリアするとともに、検出器２１，２２からの検出値を取り込む。測定制御部４１は、このようにしてタイマカウンタ３２によって取得された検出値を順次取得し、ＨＤＤ１０３あるいはＲＡＭ１０２などに一時的に記憶する（ステップＳ１６）。
【００５８】
次に、測定制御部４１は、測定対象としていた全エネルギー領域からの検出値の取得が終了したか否かを判定する（ステップＳ１７）。ここで、全エネルギー領域からの検出値の取得が終了していない場合には、ステップＳ１３に戻り、次のエネルギー範囲における測定処理を実行する。そして、全エネルギー領域からの検出値の取得が終了すると、ステップＳ１６で取得された検出値を基に、試料１の吸収スペクトルを算出する（ステップＳ１８）。
【００５９】
なお、以上の図８の処理では、参照データ４２として標準試料からあらかじめ測定された吸収スペクトルのデータを用いたが、次に説明するように、この参照データ４２を、図８の処理の直前に前測定処理を行うことで、試料１から直接得るようにしてもよい。
【００６０】
図９は、Ｘ線スペクトルの参照データを前測定処理によって得る場合のＸ線吸収量の測定処理手順を示すフローチャートである。
測定制御部４１は、まず、走査速度ｖ（Ｅ）および検出密度Ｄ（Ｅ）がそれぞれ一定となるように駆動制御信号および計数蓄積時間を決定し、それぞれモータコントローラ３１およびタイマカウンタ３２に設定する（ステップＳ２１）。これにより、ステッピングモータ１３が駆動されて、分光器１０が一定速度で回転される。また、タイマカウンタ３２は、一定の時間間隔で検出器２１，２２からの検出値を取り込み、測定制御部４１は、これらの検出値をタイマカウンタ３２から取得する（ステップＳ２２）。
【００６１】
測定制御部４１は、このようにして全エネルギー領域から得られた検出値を基に、吸収スペクトルを算出し、参照データ４２として例えばＨＤＤ１０３に一時的に記憶する（ステップＳ２３）。以上の前測定処理を実行した後、測定制御部４１は、図８で説明した手順で本測定処理を実行する（ステップＳ２４）。
【００６２】
なお、上記の前測定処理では、本測定処理と比較して、分光器１０の走査速度ｖ（Ｅ）あるいは検出器２１，２２からの検出密度Ｄ（Ｅ）の少なくとも一方を大きくして、より低い精度の検出値を得るようにして、測定に要する時間をできるだけ短縮することが望ましい。例えば、前測定処理における走査速度ｖ（Ｅ）を、本測定処理における走査速度ｖ（Ｅ）の平均値より少なくすることが望ましい。
【００６３】
なお、以上の説明では、吸収スペクトルの参照データ４２を本測定処理の前に記憶領域にあらかじめ用意しておいたが、この他の処理例として、測定制御部４１が、検出器２１，２２からの検出値に基づくＸ線吸収量を基にリアルタイムに変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）および重み因子ｋ（Ａ（Ｅ））を求め、それらに応じて分光器１０の走査速度ｖ（Ｅ）や検出器２１，２２からの検出密度Ｄ（Ｅ）を変化させるようにしてもよい。このような処理は、例えば、検出器２１，２２からの検出値に基づくＸ線吸収量の変化率を演算するための微分処理機能を設けることで実現可能である。
【００６４】
また、上記の実施の形態では、試料１に対する入射Ｘ線の強度と試料１を透過したＸ線の強度とからＸ線吸収量を測定していたが、これに限らず、例えば、試料１の吸収端の近傍において、Ｘ線吸収量Ａ（Ｅ）に比例して試料１から放出される蛍光Ｘ線を測定する蛍光ＸＡＦＳ測定法を適用することもできる。この場合、上述した制御値決定条件において、入射Ｘ線の吸収量Ａ（Ｅ）および変化率逆数１／（｜ｄＡ（Ｅ）／ｄＥ｜）の代わりに、蛍光Ｘ線の強度Ｉｆ（Ｅ）およびその変化率の逆数１／（｜ｄＩｆ（Ｅ）／ｄＥ｜）を適用すればよい。
【００６５】
さらに、試料１の吸収端の近傍において、Ｘ線吸収量に比例して試料１の表面から放出されるオージェ電子を検出する転換電子収量法を適用することも可能である。
また、上記の実施の形態では、モータコントローラ３１からのスタート信号に応じてタイマカウンタ３２の計数を開始する構成としたが、例えばこの他に、タイマカウンタ３２がステッピングモータ１３への制御パルスに同期して計数を行う構成としてもよい。
【００６６】
また、上記の実施の形態における処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、上記のＸ線吸収測定装置が有すべき機能（例えば、測定制御部４１の機能）の処理内容を記述したプログラムが提供される。そして、そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。また、処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気テープやハードディスクなどの磁気記録媒体、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。
【００６７】
プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録された光ディスクなどの可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、そのプログラムを、サーバコンピュータからネットワークを介して他のコンピュータに転送することもできる。
【００６８】
プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムまたはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自機に接続された記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、その記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施の形態に係るＸ線吸収測定装置の全体構成を示す図である。
【図２】ＰＣのハードウェア構成例を示す図である。
【図３】吸収スペクトルの参照データの例を示す図である。
【図４】参照データから得られた変化率の逆数の分布例を示す図である。
【図５】参照データにおけるＸ線吸収量の変化率に応じた走査速度の制御例を示す図である。
【図６】参照データにおけるＸ線吸収量に応じた重み因子の算出例を示す図である。
【図７】図６の重み因子を適用した場合の検出密度の制御例を示す図である。
【図８】本実施の形態におけるＸ線吸収量の測定処理全体の手順を示すフローチャートである。
【図９】Ｘ線スペクトルの参照データを前測定処理によって得る場合のＸ線吸収量の測定処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】典型的なＫ吸収端近傍の吸収スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  試料
１０  分光器
１１，１２  平板結晶
１３  ステッピングモータ
２１，２２  検出器
３１  モータコントローラ
３２  タイマカウンタ
４０  ＰＣ
４１  測定制御部
４２  参照データ
【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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【図９】
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【図１０】
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