(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の解析を行うためのＸ線、中性子線又は電子線回折方法であって、
回折線を得るために、前記被検体の所定領域に、ビーム軸が一定方向を向いたＸ線、中性子線又は電子線のビームを照射する過程と、
前記Ｘ線、中性子線又は電子線のビームが照射される前記所定領域を実質的に変化させないように、かつ前記Ｘ線、中性子線又は電子線のビームのビーム軸と前記所定領域の接平面とのなす角度を実質的に変化させないように、前記被検体を回転させる過程と、
イメージングプレートを用い、前記被検体の所定角度幅の回転ごとに前記被検体からの回折線の像を形成させる過程と、
前記イメージングプレートに形成された像のデータを読み出し、前記被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データを得る過程と、
前記出力データを演算処理して所要の解析情報を得る過程とを備え、前記被検体の回転が、０度〜１８０度の角度にわたって一定の回転速度で行われることを特徴とするＸ線、中性子線又は電子線回折方法。
【請求項２】
被検体の解析を行うためのＸ線、中性子線又は電子線回折方法であって、
回折線を得るために、前記被検体の所定領域に、ビーム軸が一定方向を向いたＸ線、中性子線又は電子線のビームを照射する過程と、
前記Ｘ線、中性子線又は電子線のビームが照射される前記所定領域を実質的に変化させないように、かつ前記Ｘ線、中性子線又は電子線のビームのビーム軸と前記所定領域の接平面とのなす角度を実質的に変化させないように、前記被検体を回転させる過程と、
イメージングプレートを用い、前記被検体の所定角度幅の回転ごとに前記被検体からの回折線の像を形成させる過程と、
前記イメージングプレートに形成された像のデータを読み出し、前記被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データを得る過程と、
前記出力データを演算処理して所要の解析情報を得る過程とを備え、前記被検体は単結晶であることを特徴とするＸ線、中性子線又は電子線回折方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種材料、デバイス等の被検体を非破壊かつ非接触で検査するＸ線、中性子線又は電子線回折方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種材料、デバイス等の被検体を非破壊、非接触で検査する装置として、Ｘ線回折を利用したものが広く使用されている。この種の検出器としては、半導体検出器、シンチレーション検出器、比例計数管、フィルム等が従来から使用されており、最近ではイメージングプレート（揮尽性蛍光体シート）、位置敏感型比例計数管検出器やアレイ型半導体検出器が開発されてきている。
【０００３】
これらの各種検出器の中でも、イメージングプレートは、極めて高感度で、ダイナミックレンジが広く（Ｘ線強度が５桁変化しても出力が比例する）、高精細な２次元検出器であるという利点を持つ。また、イメージングプレートはその画像データを光読み出し装置により、２次元のデジタルデータに変換できるので、以後のデータ処理が容易であるという利点もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のイメージングプレートはエネルギー分解能を有していない。即ち、イメージングプレートを用いて回折Ｘ線画像を形成させた場合、該イメージングプレートの各ピクセルの画像データは被検体を全走査角度にわたって走査している間に、様々なエネルギーの光子の集まりとして観測される。このようにして得た回折データを単純に合計したものとして得られるだけである。このため、検査対象の構成元素によって著しく増大する蛍光や、空気、その他の装置部材からの散乱Ｘ線あるいは非弾性散乱などに起因するノイズを、回折Ｘ線から分離することができず、その結果、Ｓ／Ｎ比が悪く、著しく検出性能が低下するといった問題があった。具体例としては、基板上に超電導体薄膜を支持させた被検体を解析する場合、本来必要である薄膜の情報のみでなく、基板からの蛍光や回折の情報も一緒に検出されてしまい、十分な検出性能ではなかった。
【０００５】
本発明は、イメージングプレートを用いた従来の回折装置の問題点を解決するためになされたもので、蛍光や散乱Ｘ線の発生量が大きい被検体であっても非破壊、非接触で、かつＳ／Ｎ比よく解析することができる技術を提供することをその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、前記目的を達成するため、被検体の解析を行うためのＸ線、中性子線又は電子線回折方法であって、
回折線を得るために、前記被検体の所定領域に、ビーム軸が一定方向を向いたＸ線、中性子線又は電子線のビームを照射する過程と、
前記Ｘ線、中性子線又は電子線のビームが照射される前記所定領域を実質的に変化させないように、かつ前記Ｘ線、中性子線又は電子線のビーム軸と前記所定領域の接平面とのなす角度を実質的に変化させないように、前記被検体を回転させる過程と、
イメージングプレートを用い、前記被検体の所定角度幅の回転ごとに前記被検体からの回折線の像を形成させる過程と、
前記イメージングプレートに形成された像のデータを読み出し、前記被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データを得る過程と、
前記出力データを演算処理して所要の解析情報を得る過程とを備えたことを特徴とするＸ線、中性子線又は電子線回折方法が提供される。
【０００７】
本発明のＸ線、中性子線又は電子線回折方法の好ましい実施態様を示すと以下の通りである。
（１）当該被検体の回転は、０度〜１８０度の角度にわたって一定の回転速度で行われる。
（２）当該所定角度幅は１０度以下に設置される。
（３）当該出力データの演算処理が、当該被検体の所定角度幅ごとの出力データの差分処理である。
（４）当該出力データの演算処理が、単結晶回折ピーク情報を除去することを含む、当該被検体の所定角度幅ごとの出力データの積分処理である。
（５）当該被検体が単結晶である。
（６）当該被検体がアモルファス又は多結晶である。
【０００８】
また、本発明によれば、被検体の所定領域に、ビーム軸が一定方向に向いたＸ線、中性子線又は電子線のビームを照射して、その回折線を検出することにより、前記被検体の解析を行うＸ線、中性子線又は電子線回折装置であって、
前記Ｘ線、中性子線又は電子線のビームが照射される前記所定領域を実質的に変化させないように、かつ前記Ｘ線、中性子線又は電子線のビーム軸と前記所定領域の接平面とのなす角度を実質的に変化させないように、前記被検体を回転させる回転手段と、
前記被検体の所定角度幅の回転ごとに前記被検体からの回折線の像を形成させるためのイメージングプレートと、
前記イメージングプレートに形成された像のデータを読み出し、前記被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データを得るデータ検出手段と、
前記データ検出手段から前記被検体の所定角度幅の回転ごとに得られた出力データを演算処理して所要の解析情報を得る演算処理手段とを備えたことを特徴とするＸ線、中性子線又は電子線回折装置が提供される。
【０００９】
本発明によるＸ線、中性子線又は電子線回折装置の好ましい実施態様を示すと以下の通りである。
（１）前記被検体と前記イメージングプレートとの間に、複数の薄板を一定角度ごとに前記被検体のＸ線、中性子線又は電子線照射領域を中心として放射状に配置した構造を有するスリットが、前記被検体のＸ線、中性子線又は電子線照射領域を中心として回転可能に設置される。
【００１０】
以下、本発明について詳述する。
本発明の回折方法においては、被検体にＸ線、中性子線又は電子線を照射して解析を行う。
【００１１】
本発明において、被検体としては球状、柱状等の各種形状のバルク、薄膜、粉末等のものを使用することができ、回折方法も被検体に応じた従来公知の各種回折法を利用することができる。
本発明が適用される好ましい被検体としては、基板上に支持された薄膜があり、当該薄膜は単結晶薄膜、アモルファス薄膜、多結晶薄膜のいずれであってもよい。
【００１２】
本発明では、被検体を回転させながら被検体の所定領域に一定の入射角でＸ線、中性子線又は電子線を照射し、回折線を得るが、この場合の被検体を回転させるための条件は次の通りである。
（ｉ）Ｘ線、中性子線又は電子線が照射される被検体の所定領域を実質的に変化させない。
（ii）Ｘ線、中性子線又は電子線のビーム軸と被検体の所定領域の接平面とのなす角度を実質的に変化させない。
ここで被検体が薄膜の場合は、所定領域の接平面は薄膜の表面と一致するが、被検体が湾曲形状である場合は、接平面はその湾曲面の曲率半径に垂直でかつ当該湾曲面に接する平面となる。
【００１３】
被検体は通常０〜１８０度の角度範囲にわたって回転させることが好ましく、この場合、回転は連続回転でもよいし、所定角度幅ごとの画像形成に対応した一定角度幅ごとの回転でもよい。回転速度は一定であることが好ましい。
被検体の回転には、Ｘ線回折等で常用される従来公知の回転手段を用いることができる。
【００１４】
本発明では、回折線の検出器としてイメージングプレートを用いるが、ここでこのイメージングプレートについて説明する。
イメージングプレートは、基板上に輝尽性蛍光体（ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+など）の微結晶が一様に塗布されたものから構成される。このイメージングプレートに例えばＸ線、中性子線又は電子線が入射すると、蛍光体中にＦセンターと呼ばれる準安定な色中心が生成される。このＦセンターは可視光の照射により消滅するが、同時に輝尽性蛍光を発光する。そしてその発光強度は入射したＸ線、中性子線又は電子線の強度に比例する。イメージングプレートはこのような現象を利用して構成された２次元の積分型Ｘ線、中性子線又は電子線検出器である。読み取り後の残像はさらに可視光を照射することにより完全に消去され、繰り返し使用することが可能である。
イメージングプレート上に照射された回折像はＦセンターの濃度分布として蓄積され、潜像を形成する。この潜像の読み取りのための励起光源としては例えばＨｅ−Ｎｅレーザー（発振波長：６３３ｎｍ）が有効であり、また輝尽性発光のスペクトルは３９０ｎｍ付近にピークをもつため光電子増倍管が効果的に利用できる。即ち、回折像が形成されたイメージングプレート上を、収束したレーザービームにより２次元走査し、その時発光する輝尽性発光のスペクトルの強度を光電子増倍管により測定し、そのアナログデータをデジタルデータに変換して、コンピュータにより２次元データに再構成する。
【００１５】
このイメージングプレートは、０．１ｃｐｓの検出感度、１０5以上のダイナミックレンジ、８０μｍ角の空間分解能をそれぞれ有するなど優れた性能を有している。ところが、前述したようにこのイメージングプレートはエネルギー分解能をもたないため、例えばＸ線回折の場合、蛍光Ｘ線や散乱Ｘ線などを大きく発生する被検体に対しては、これらノイズと回折Ｘ線とを分離することができず、Ｓ／Ｎ比が小さく、検出性能は低いものであった。
そこで、本発明では、従来のように全回転角度にわたる被検体からの回折線の像をイメージングプレートに形成させるのではなく、被検体の所定角度幅の回転ごとに、被検体からの回折線の像を、イメージングプレート上に形成させる手法を採用する。前記所定角度の好ましい値は、１０度以下であり、例えば０度〜５度、５度〜１０度、１０度〜１５度のように幅をもたせた角度範囲で回折を行う。
【００１６】
イメージングプレートに所定角度幅の回転ごとに形成された回折線の像は、例えば前記のようなレーザービームを用いた画像読取、光電子増倍管による信号検出により、被検体からの所定角度幅の回転ごとの出力データ（各２次元ピクセルにおける回折強度）を得る。
【００１７】
本発明では、被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データに演算処理を施し、所要の情報を得るが、代表的な演算処理としては次のものを挙げることができる。
（ｉ）被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データを差分処理（微分処理を含む）する。これにより、Ｓ／Ｎ比の大きい回折パターンデータが得られる。
（ii）被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データの積分処理する。この積分処理において単結晶に起因する回折パターンデータの除去（平滑化処理）を含ませることにより、例えば多結晶あるいはアモルファス試料からのデータのみが得られる。
【００１８】
本発明においては、被検体とイメージングプレートとの間に回転式スリットを配置させることができる。この回転式スリットは、複数枚の薄板を被検体のＸ線、中性子線又は電子線照射領域を中心に放射状に一定角度ごとに配置した構造を有し、これを被検体のＸ線、中性子線又は電子線照射領域を中心に回転可能に配置するものである。薄板の材質としてはＸ線では、鉄、ステンレス鋼を使用できる。該スリットを回転させるのは、該スリットによりＸ線、中性子線又は電子線が照射されない部分をなくすためである。
この回転式スリットの設置により、蛍光Ｘ線や散乱Ｘ線の影響をより少なくすることができ、本発明の前記手法とあいまって、Ｓ／Ｎ比をより高めることが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、ここに例示の実施形態ではＸ線回折の場合について説明するが、当然中性子線回折及び電子線回折にも適用できることはいうまでもない。
図１は本発明の実施形態であるＸ線ワイセンベルグカメラを用いたＸ線回折装置の概略構成を示す外観斜視図である。
図１において、１はＸ線発生装置、２は分光器、３はＸ線ビーム、４は試料回転機構、５は試料、６は図示しないＸ線ワイセンベルグカメラに装着されるイメージングプレート、７は回転式スリット、８はイメージングプレート６に形成された回折Ｘ線像を読み取るための画像処理装置、９はデータ処理装置、１０は記憶装置である。ここで試料５としてはＳｒＴｉＯ3基板上に成長させたＢａＣｕＯ2薄膜を用いた。また、Ｘ線発生装置１のＸ線発生源としてはＭｏＫαを用いた。
【００２０】
Ｘ線発生装置１から放射されるＸ線は、分光器２により平行性がよく波長幅の小さなＸ線ビーム３となる。このＸ線ビーム３は試料５の表面に対して一定の入射角（α＝６度）で照射させ、その回折線の像をイメージングプレート６に形成させた。ここで試料回転機構４はＸ線ビーム３が照射される試料５の照射領域を実質的に変化させないように、かつＸ線ビーム３のビーム軸と試料４の表面のなす角度を実質的に変化させないように、試料５を回転できるように調節した。また、試料５は薄膜の面内方向にＸ線照射領域を中心に５度の角度幅ごとに２度／分の回転速度で回転させながら１８０度にわたってＸ線照射を行った。
試料５とイメージングプレート６との間には、ステンレス鋼製の薄板を５度ごとに３０枚、試料５のＸ線照射領域を中心として放射状となるように配置した回転式スリット７を設置し、該回転式スリット７を５度／秒の回転速度で往復回転させ、散乱Ｘ線や蛍光Ｘ線の影響を低減させた。
上記所定角度幅の回転中のＸ線回折像がイメージングプレート６上に形成されると、もう一つ用意しておいた別のイメージングプレート６を交換配置し、Ｘ線回折像が得られたイメージングプレート６は画像処理装置８によりレーザービームによる前記手法を用い、イメージングプレート６を多数個のピクセルに分割した場合の各ピクセルごとのカウント値を求め、２次元回折データを得た。この作業を繰り返し行った。この２次元回折データはデータ処理装置９に送り、図２に示す演算処理を行った。
【００２１】
ここでデータ処理装置９による演算処理について説明する。
結晶を回転させながらイメージングプレート６で形成した像（写真）Ｐｈ（φ）（ステップ２００）に対し、微分処理｛（ΔＰｈ（φ）＝Ｐｈ（φｎ）−Ｐｈ（φｍ）｝を行う（ステップ２０１）と、蛍光Ｘ線や空気等による散乱Ｘ線などのバックグラウンドノイズが除去され（ステップ２０３）、回折Ｘ線のみを検出することができる（ステップ２０４）。
一方、結晶を回転させながらイメージングプレート６で形成した像（写真）Ｐｈ（φ）（ステップ２００）に対し、積分処理を行う（ステップ２０２）。即ち、角度φｎとφｍの像（写真）Ｐｈ（φｎ）とＰｈ（φｍ）を比較する。像（写真）中のピクセル（ｐ，ｑ）の強度をＩ（ｐ，ｑ）とすると、｜Ｉｎ（ｐ，ｑ）−Ｉｍ（ｐ，ｑ）｜＞εのときには周囲のピクセルデータを用いて平滑化を行い、｜Ｉｎ（ｐ，ｑ）−Ｉｍ（ｐ，ｑ）｜＜εのときにはデータは変えない。この処理をすべての像（写真）につき積算（全空間（１８０度にわたる）の情報を積算・平均化）すると、強度の大きい単結晶からの回折Ｘ線が除去され（ステップ２０５）、多結晶・アモルファス試料からのＸ線のみを検出することができる（ステップ２０６）。
【００２２】
前記Ｘ線回折装置によれば、試料５は一定の速度で回転運動をするので、０〜１８０度回転すればすべてのＸ線回折点でのＸ線強度が得られる。図３に従来方式によるワイセンベルグ写真（Ｘ線回折パターン写真）とそのＸ線強度分布結果を示し、図４に本発明の実施形態により得られたワイセンベルグ写真（Ｘ線回折パターン写真）の模式図とそのＸ線強度分布結果を示す。
前記図３及び図４において、それぞれ（ａ）図は（ｂ）図のワイセンベルグ写真中に示すＡ−Ａ’線上のそのＸ線強度分布結果を示す。（ｂ）図中のワイセンベルグ写真の模式図中の黒い斑点部分ＸＰはＸ線回折スポットであり、より黒い点ほどＸ線強度が大きいことを示す。また、模様状の黒い点は（ａ）図中のＸ線強度のピークに相当する。
【００２３】
図３及び図４を比較すると、本発明の実施形態の装置を用いた場合、従来のものに比べ、明らかに、蛍光・散乱によるバックグラウンドノイズが消え、薄膜からのＸ線回折点のみが抽出され、Ｓ／Ｎ比が改善されていることが分かる。図４の場合、図３の場合に比べＳ／Ｎ比は３桁以上改善されていた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、前記構成を採用したので、イメージングプレートが有していた欠点を解消し、イメージングプレートを用いたＸ線、中性子線又は電子線回折をＳ／Ｎ比よく行うことができる。
また、本発明は各種材料、デバイスやそれらより構成される製品等を非接触、非破壊で検査することに好適に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるＸ線ワイセンベルグカメラを用いたＸ線回折装置の概略構成を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図３】Ｘ線源としてＭｏＫαを用いた場合におけるワイセンベルグ写真（Ｘ線回折パターン写真）の模式図とそのＸ線強度分布を示す図である（従来例）。
【図４】Ｘ線源としてＭｏＫαを用いた場合におけるワイセンベルグ写真（Ｘ線回折パターン写真）の模式図とそのＸ線強度分布を示す図である（本発明実施形態）。
【符号の説明】
１  Ｘ線発生装置
２  分光器
３  Ｘ線ビーム
４  試料回転機構
５  試料
６  イメージングプレート
７  回転式スリット
８  画像処理装置
９  データ処理装置
１０  記憶装置
【図１】
0003742200.tif 000002
【図２】
0003742200.tif 000003
【図３】
0003742200.tif 000004
【図４】
0003742200.tif 000005