JP2004101404A

JP2004101404A - Ｘ線分析装置

Info

Publication number: JP2004101404A
Application number: JP2002265128A
Authority: JP
Inventors: Yuji Morihisa; 森久　祐司
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】Ｘ線分析装置において、Ｘ線の焦点位置をＸ線の集光方向から目視観察すること。
【解決手段】Ｘ線集光光学系と光学観察系とを光学的同軸上に配置する構成として、Ｘ線源１と、Ｘ線源１から発せられたＸ線を焦点に集光するＸ線集光光学手段２と、少なくとも光学観察時においてＸ線源１とＸ線集光光学手段２とを結ぶ光軸上に有する斜鏡手段３と、斜鏡手段３により形成される像点に接眼手段４ｃを配置した光学観察手段４を備える構成とし、Ｘ線集光光学系と光学観察系とを光学的同軸上に配置する構成とすることによって、Ｘ線の焦点位置にある試料をＸ線の集光方向から目視観察する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面分析を行うＸ線分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光Ｘ線分析や光電子分光分析など、プローブとしてＸ線を試料に照射し、このＸ線照射により試料から得られ特性Ｘ線や二次電子、反射電子、光電子を検出することによって試料の表面分析を行うＸ線分析装置が知られている。
【０００３】
このようなＸ線分析装置では、Ｘ線管球、放射光、レーザプラズマＸ線などのＸ線源から得られたＸ線を、単層膜や多層膜成膜を施した直入射鏡や斜入射鏡、あるいは湾曲分光結晶を用いて集光し、この集光点に試料を配置している。
【０００４】
図４は、Ｘ線分析装置における従来のＸ線集光光学手段を説明するために概略図である。図４（ａ）は直入射鏡を用いたＸ線集光光学手段の一構成例である。
Ｘ線源１から発せられたＸ線は、シュワルツシルド直入射鏡等により構成されるＸ線集光光学手段１０２Ａにより集光され、この集光点Ｐに分析試料Ｓを配置する（シュワルツシルド型ミラーを用いたＸ線集光装置としては、例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、図４（ｂ）は斜入射鏡や湾曲分光結晶を用いたＸ線集光光学手段の一構成例である。Ｘ線源１から発せられたＸ線は、斜入射鏡や湾曲分光結晶等により構成されるＸ線集光光学手段１０２Ｂにより集光され、この集光点Ｐに分析試料Ｓを配置する。
【０００６】
分析試料ＳはＸ線の集光により、例えば特性Ｘ線や二次電子、反射電子、光電子等を放出する。検出器１０５は、これら特性Ｘ線、二次電子、反射電子、光電子等を検出することにより試料の表面分析を行う。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２１１８９５号公報　（従来技術の項）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
Ｘ線集光光学手段において、高い分析精度を得るためには焦点位置に試料を配置されるように試料を位置決めする必要がある。この際、狭い焦点深度の範囲内に試料を位置決めしなければならない。特に、直入射鏡による集光光学手段では焦点深度が浅いため、焦点位置に試料を配置することが困難である。
【０００９】
そのため、焦点位置に試料を位置決めするに、焦点位置付近の試料を観察する必要がある。また、上記の焦点位置に試料を位置決めする他に、試料上において分析点を設定するためにおいても、焦点位置付近の試料を目視で観察する必要がある。
【００１０】
図４において、点Ｑに視野から焦点位置に配置された試料を目視で観察することが望まれる。このために、観察用の光学系を別途用意し視点Ｑの位置に配置する構成が考えられるが、この観察用光学系の視野とＸ線集光光学系視野とは別となるため、表面の凹凸が大きな試料などについては見る視野によって観察する角度が異なるため、Ｘ線の焦点位置を観察できないという問題が生じることになる。
【００１１】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、Ｘ線の焦点位置をＸ線の集光方向から目視観察すること目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｘ線集光光学系と光学観察系とを光学的同軸上に配置する構成とすることによって、Ｘ線の焦点位置にある試料をＸ線の集光方向から目視観察する。
【００１３】
本発明のＸ線分析装置は、Ｘ線集光光学系と光学観察系とを光学的同軸上に配置する構成として、Ｘ線源と、Ｘ線源から発せられたＸ線を焦点に集光するＸ線集光光学手段と、少なくとも光学観察時においてＸ線源とＸ線集光光学手段とを結ぶ光軸上に有する斜鏡手段と、斜鏡手段により形成される像点に接眼手段を配置した光学観察手段を備える構成とする。
【００１４】
この構成によれば、Ｘ線はＸ線源とＸ線集光光学手段によるＸ線集光光学系によって焦点位置に集光する。一方、光学観察においては、Ｘ線の焦点位置に配置した試料の像を、Ｘ線源とＸ線集光光学手段とを結ぶ光軸上に配置した斜鏡手段によって像点に結び接眼手段で観察する。
【００１５】
少なくとも光学観察時において、斜鏡手段をＸ線源とＸ線集光光学手段とを結ぶ光軸上に配置することで、Ｘ線集光光学系と光学観察系とは光学的に同軸上に配置され、Ｘ線の焦点位置にある試料をＸ線の集光方向から目視観察することができる。
【００１６】
本発明のＸ線分析装置が備えるＸ線集光光学手段は、Ｘ線を集光する構成として、可視光を全反射するＸ線集光用成膜を施してなる直入射鏡又は斜入射鏡、あるいは可視光を表面で全反射する湾曲分光結晶の何れか一つとすることができる。
【００１７】
また、本発明のＸ線分析装置が備える斜鏡手段の一態様は、可視光に対して反射性を有する斜鏡をＸ線集光光学系の光軸上に対して移動自在とする。この態様によれば、Ｘ線集光光学系の光軸上に斜鏡を配置することによって試料の像を光学観察系に方向付け、焦点位置の光学像を観察することができ、一方、Ｘ線集光光学系の光軸上から斜鏡を外すことによってＸ線源からのＸ線を焦点位置に集光することができる。
【００１８】
本発明のＸ線分析装置が備える斜鏡手段の他の態様は、可視光を全反射しＸ線に対して透過性を有する薄膜をＸ線集光光学系の光軸上に固定配置する。この態様によれば、薄膜は焦点位置の光学像を全反射すると共に、Ｘ線を透過して焦点に集光させることができるため、Ｘ線を集光しながら同時に集光方向から目視観察が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下では、Ｘ線集光光学手段が直入射鏡又は斜入射鏡（あるいは湾曲分光結晶）の場合、及び、斜鏡手段が移動自在な鏡面体又は固定したＸ線透過薄膜の場合の各組み合わせによる実施の形態について説明する。
【００２０】
図１はＸ線集光光学手段が直入射鏡で斜鏡手段が移動自在な斜鏡の場合の構成例を示し、図２はＸ線集光光学手段が直入射鏡で斜鏡手段が固定したＸ線透過薄膜の場合の構成例を示し、図３はＸ線集光光学手段が斜入射鏡（あるいは湾曲分光結晶）で斜鏡手段が移動自在な斜鏡と固定したＸ線透過薄膜の場合の各構成例を示している。
【００２１】
はじめに、図１を用いて、Ｘ線集光光学手段が直入射鏡で斜鏡手段が移動自在な斜鏡の場合の構成例を説明する。
図１に示す構成例において、Ｘ線分析装置のＸ線集光光学系は、Ｘ線源１と直入射鏡よりなるＸ線集光光学手段２Ａとを備える。Ｘ線集光光学手段２Ａは、例えばシュワルツシルド直入射鏡により構成することができ、開口部を有する凹面鏡２ａと凸面鏡２ｂとをＸ線源１と結ぶ光軸上に配置する。なお、直入射鏡には、Ｘ線集光用の成膜を施すことができる。
【００２２】
一方、Ｘ線分析装置の光学観察系は、斜鏡３Ａと光学観察手段４とを備える。斜鏡３Ａは、可視光に対して反射性を有すると共に、Ｘ線集光光学系の光軸上に対して図示しない移動機構によって移動自在とする。また、光学観察手段４はＸ線の集光位置に配置された試料Ｓを照明する照明手段４ａと、照明手段４ａで照明された試料Ｓの像を接眼手段４ｃと、照明手段４ａからの照明光と接眼手段４ｃが観察する像とを分離するハーフミラー４ｂを備える。照明手段４ａと接眼手段４ｃの配置位置は、Ｘ線集光光学系の光軸上の斜鏡３Ａを介した像点上とする。
【００２３】
図１（ａ）は光学観察時を示している。Ｘ線の集光位置に配置された試料Ｓを光学的に観察する場合には、照明手段４ａの照明光をハーフミラー４ｂにより斜鏡３Ａ側に曲げた後、斜鏡３ＡによってＸ線集光光学系の光軸上を進ませ、Ｘ線集光光学手段２ＡによりＸ線の集光位置に集光させる。このとき、Ｘ線の集光位置に試料Ｓを配置することにより、試料Ｓの表面は照明される。
【００２４】
照明された試料Ｓの光学像は、再びＸ線集光光学手段２Ａを通ってＸ線集光光学系の光軸上を進み、斜鏡３Ａによって光学観察手段４側に曲げられ、ハーフミラー４ｂを透過して接眼手段４ｃに結像する。この像を観察することで、試料Ｓの光学観察を行うことができる。
【００２５】
試料Ｓの光学像を観察することにより、試料Ｓの分析位置の設定や、集光位置への位置合わせを、Ｘ線の集光方向からの視野で行うことができる。
一方、図１（ｂ）はＸ線集光時を示している。集光位置にＸ線を集光する場合には、斜鏡３Ａを移動させてＸ線集光光学系の光軸上から外す。これによって、Ｘ線源１から発したＸ線は斜鏡３Ａに妨げられることなく、Ｘ線集光光学系の光軸上の凸面鏡２ｂと凹面鏡２ａで反射した後、集光位置Ｐに集光する。
【００２６】
この集光位置Ｐに試料Ｓが配置された場合には、Ｘ線集光光学手段２ＡによるＸ線集光によって試料Ｓから例えば特性Ｘ線、反射電子、二次電子、光電子等が放出される。これら放出されたＸ線や電子は、それぞれ対応する検出器５により検出することができる。
【００２７】
次に、図２を用いて、Ｘ線集光光学手段が直入射鏡で斜鏡手段が固定したＸ線透過薄膜の場合の構成例を説明する。
【００２８】
図２に示す構成例において、Ｘ線分析装置のＸ線集光光学系は、前記図１で示した構成と同様とすることができる。
【００２９】
一方、Ｘ線分析装置の光学観察系は、Ｘ線透過薄膜製斜鏡３Ｂと光学観察手段４とを備える。Ｘ線透過薄膜製斜鏡３Ｂは、可視光を全反射しＸ線に対して透過性を有する薄膜とし、Ｘ線集光光学系の光軸上に固定配置する。この薄膜は波長３ｎｍのＸ線に対するチタン薄膜とすることができ、可視光に対しては全反射し、Ｘ線に対しては、膜の通過によって試料Ｓに対する集光Ｘ線の強度減衰が十分に無視できる透過率とすることができる。Ｘ線透過薄膜製斜鏡３Ｂは、可視光に対しては全反射しＸ線に対しては透過性を有しているため、Ｘ線集光光学系の光軸上に固定配置した状態で、光学観察のための可視光の光路と、Ｘ線集光のためのＸ線の光路とを同一の光軸上に形成することができる。
【００３０】
また、光学観察手段４は、図１で示した構成例と同様に、照明手段４ａと接眼手段４ｃとハーフミラー４ｂとを備える。照明手段４ａと接眼手段４ｃの配置位置は、Ｘ線集光光学系の光軸上のＸ線透過薄膜製斜鏡３Ｂを介した像点上とする。
【００３１】
図２（ａ）は光学観察時を示している。Ｘ線の集光位置に配置された試料Ｓを光学的に観察する場合には、照明手段４ａの照明光をハーフミラー４ｂによりＸ線透過薄膜製斜鏡３Ｂ側に曲げた後、Ｘ線透過薄膜製斜鏡３Ｂによって全反射させてＸ線集光光学系の光軸上を進ませ、Ｘ線集光光学手段２ＡによりＸ線の集光位置に集光させる。このとき、Ｘ線の集光位置に試料Ｓを配置することにより、試料Ｓの表面は照明される。
【００３２】
照明された試料Ｓの光学像は、再びＸ線集光光学手段２Ａを通ってＸ線集光光学系の光軸上を進み、Ｘ線透過薄膜製斜鏡３Ｂによって光学観察手段４側に曲げられ、ハーフミラー４ｂを透過して接眼手段４ｃに結像する。この像を観察することで試料Ｓの光学観察を行うことができ、試料Ｓの分析位置の設定や集光位置への位置合わせをＸ線の集光方向から行うことができる。
【００３３】
一方、図２（ｂ）はＸ線集光時を示している。集光位置にＸ線を集光する場合には、Ｘ線源１から発したＸ線はＸ線透過薄膜製斜鏡３Ｂを透過する。透過したＸ線は、Ｘ線集光光学系の光軸上の凸面鏡２ｂと凹面鏡２ａで反射した後、集光位置Ｐに集光する。この集光位置Ｐに試料Ｓが配置された場合には、前記図１の構成例と同様に、検出器５によって検出することができる。
【００３４】
次に、図３を用いて、Ｘ線集光光学手段が斜入射鏡あるいは湾曲分光結晶の場合の構成例を説明する。なお、図３（ａ）は斜鏡手段が移動自在な斜鏡の場合の構成例を示し、図３（ｂ）は斜鏡手段が固定したＸ線透過薄膜の構成例を示している。
【００３５】
図３（ａ），（ｂ）に示す構成例において、Ｘ線分析装置のＸ線集光光学系は、Ｘ線源１と、Ｘ線集光光学手段２Ｂとを備える。Ｘ線集光光学手段２Ｂは、例えば斜入射鏡や湾曲分光結晶により構成することができ、Ｘ線源１からのＸ線を集光位置Ｐに集光する。なお、斜入射鏡にはＸ線集光用の成膜を施すことができ、また、湾曲分光結晶は目的とするＸ線を分光する分光結晶材を用いる。
【００３６】
一方、Ｘ線分析装置の光学観察系は、前記図１，２で示した構成と同様とすることができ、斜鏡３Ａと光学観察手段４とを備え、斜鏡３ＡをＸ線集光光学系の光軸上に対して移動自在とした構成（図３（ａ））、あるいはＸ線透過薄膜製斜鏡３Ｂと光学観察手段４とを備え、Ｘ線透過薄膜製斜鏡３Ｂを光軸上に対して固定した構成た（図３（ｂ））とすることができる。
【００３７】
図３（ａ）において、光学観察時には、斜鏡３ＡをＸ線集光光学系の光軸上に移動させた状態とし、照明手段４ａの照明光をハーフミラー４ｂにより斜鏡３Ａ側に曲げた後、斜鏡３Ａによって全反射させてＸ線集光光学系の光軸上を進ませ、Ｘ線集光光学手段２ＢによりＸ線の集光位置に集光させる。このとき、Ｘ線の集光位置に試料Ｓを配置することにより、試料Ｓの表面は照明される。試料Ｓの光学像は、再びＸ線集光光学手段２Ｂを通ってＸ線集光光学系の光軸上を進み、斜鏡３Ａによって光学観察手段４側に曲げられ、ハーフミラー４ｂを透過して接眼手段４ｃに結像する。この像を観察することで試料Ｓの光学観察を行うことができ、試料Ｓの分析位置の設定や集光位置への位置合わせをＸ線の集光方向から行うことができる。
【００３８】
一方、Ｘ線集光時には、斜鏡３ＡをＸ線集光光学系の光軸上から外した状態とし、Ｘ線源１から発したＸ線をＸ線集光光学手段２Ｂにより集光位置Ｐに集光させる。この集光位置Ｐに試料Ｓが配置された場合には、前記各構成例と同様に、検出器５によって検出することができる。
【００３９】
図３（ｂ）において、光学観察時には、照明手段４ａの照明光をハーフミラー４ｂによりＸ線透過薄膜製斜鏡３Ｂ側に曲げた後、Ｘ線透過薄膜製斜鏡３Ｂによって全反射させてＸ線集光光学系の光軸上を進ませ、Ｘ線集光光学手段２ＢによりＸ線の集光位置に集光させる。このとき、Ｘ線の集光位置に試料Ｓを配置することにより、試料Ｓの表面は照明される。試料Ｓの光学像は、再びＸ線集光光学手段２Ｂを通ってＸ線集光光学系の光軸上を進み、Ｘ線透過薄膜製斜鏡３Ｂによって光学観察手段４側に曲げられ、ハーフミラー４ｂを透過して接眼手段４ｃに結像する。この像を観察することで試料Ｓの光学観察を行うことができ、試料Ｓの分析位置の設定や集光位置への位置合わせをＸ線の集光方向から行うことができる。
【００４０】
一方、Ｘ線集光時には、Ｘ線源１から発したＸ線をＸ線透過薄膜製斜鏡３Ｂと透過させた後、Ｘ線集光光学手段２Ｂにより集光位置Ｐに集光させる。この集光位置Ｐに試料Ｓが配置された場合には、前記各構成例と同様に、検出器５によって検出することができる。
【００４１】
また、本発明の態様によれば、Ｘ線集光光学系と光学観察系とを光学的同軸上に配置する構成とすることによって、Ｘ線の焦点位置をＸ線の集光方向から目視観察が可能となり、試料の焦点合わせや分析位置の設定が容易となる。
【００４２】
また、本発明の態様によれば、Ｘ線を透過する薄膜製の斜鏡を光路上に固定することによって、Ｘ線を集光しながら、同時に集光方向からの目視観察が可能となす。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＸ線分析装置によれば、Ｘ線の焦点位置をＸ線の集光方向から目視観察することができる。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線分析装置において、Ｘ線集光光学手段が直入射鏡で斜鏡手段が移動自在な斜鏡の場合の構成例を示す図である。
【図２】本発明のＸ線分析装置において、Ｘ線集光光学手段が直入射鏡で斜鏡手段が固定したＸ線透過薄膜の場合の構成例を示す図である。
【図３】本発明のＸ線分析装置において、Ｘ線集光光学手段が斜入射鏡（あるいは湾曲分光結晶）で、斜鏡手段が移動自在な斜鏡と固定したＸ線透過薄膜の場合の構成例を示す図である。
【図４】Ｘ線分析装置における従来のＸ線集光光学手段を説明するために概略図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線源、２Ａ，２Ｂ…Ｘ線集光光学手段、２ａ…凹面鏡、２ｂ…凸面鏡、３Ａ…斜鏡、３Ｂ…Ｘ線透過薄膜製斜鏡、４…光学観察手段、４ａ…照明手段、４ｂ…ハーフミラー、４ｃ…接眼手段、５…検出器、Ｐ…集光位置、Ｓ…試料。

Claims

Ｘ線源と、
前記Ｘ線源から発せられたＸ線を焦点に集光するＸ線集光光学手段と、
少なくとも光学観察時において前記Ｘ線源と前記Ｘ線集光光学手段とを結ぶ光軸上に有する斜鏡手段と、
前記斜鏡手段により形成される像点に接眼手段を配置した光学観察手段を備えることを特徴とするＸ線分析装置。
前記Ｘ線集光光学手段は、可視光を全反射するＸ線集光用成膜を施してなる直入射鏡又は斜入射鏡、あるいは可視光を表面で全反射する湾曲分光結晶の何れか一つを含むことを特徴とする、請求項１に記載のＸ線分析装置。
前記斜鏡手段は、可視光に対して反射性を有する斜鏡を前記光軸上に対して移動自在に配置することを特徴とする、請求項１又は２に記載のＸ線分析装置。
前記斜鏡手段は、可視光を全反射しＸ線に対して透過性を有する薄膜を前記光軸上に固定配置することを特徴とする、請求項１又は２に記載のＸ線分析装置。