JP2991253B2 - X-ray fluorescence spectroscopy method and apparatus - Google Patents
X-ray fluorescence spectroscopy method and apparatusInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料中の軽元素
不純物から放射される蛍光Ｘ線を検出し、これにより前
記不純物を定性的に知ることにより、半導体用の良質な
材料の作製を可能とする材料評価技術における好適な蛍
光Ｘ線分光方法および装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the detection of fluorescent X-rays emitted from light element impurities in a semiconductor material, and qualitatively knowing the impurities to produce a high quality semiconductor material. The present invention relates to a suitable X-ray fluorescence spectroscopy method and apparatus in a material evaluation technology that can be used.
【０００２】[0002]
【従来の技術】周知のように、固体材料中の元素の化学
結合状態を解析する分光装置として、蛍光Ｘ線分光装置
が知られている。この蛍光Ｘ線分光装置は、被解析材料
に電子、イオン、光などのプローブを入射して材料中の
不純物原子を励起してこの不純物原子に固有なＸ線（蛍
光Ｘ線）を放出させ、この蛍光Ｘ線のエネルギー分布を
測定する構成の装置である。2. Description of the Related Art As is well known, a fluorescent X-ray spectrometer is known as a spectrometer for analyzing the chemical bonding state of elements in a solid material. In this X-ray fluorescence spectrometer, a probe of electrons, ions, light, or the like is incident on a material to be analyzed to excite impurity atoms in the material to emit X-rays (fluorescent X-rays) unique to the impurity atoms. This is an apparatus configured to measure the energy distribution of the fluorescent X-ray.
【０００３】従来の蛍光Ｘ線分光装置における入射プロ
ーブとしては、（ｉ）電子線、（ｉｉ）Ｘ線管球からの
Ｘ線、（ｉｉｉ）陽子等のイオン、（ｉｖ）シンクロト
ロン放射光（偏向電磁石光源）、がある。As incident probes in a conventional X-ray fluorescence spectrometer, (i) an electron beam, (ii) X-rays from an X-ray tube, (iii) ions such as protons, (iv) synchrotron radiation ( Bending electromagnetic light source).
【０００４】ところが、分析対象元素が、ベリリウム
（Ｂｅ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸
素（Ｏ）、などの蛍光Ｘ線の収率が１％以下の軽元素の
場合、測定ができないか、できても不充分となる問題が
ある。However, the analysis target element is beryllium (Be), boron (B), carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O), or any other light element whose fluorescent X-ray yield is 1% or less. In the case of (1), there is a problem that the measurement cannot be performed or the measurement is insufficient.
【０００５】入射プローブとして（ｉ）電子線を用いる
場合では、電子線はイオン化断面積が大きいために、比
較的強度の強い蛍光Ｘ線を放出させることはできるもの
の、化学効果の大きいＸ線吸収端近傍に関する蛍光Ｘ線
の情報を得ることができない。[0005] When (i) an electron beam is used as an incident probe, the electron beam has a large ionization cross-sectional area, so that it can emit a relatively strong fluorescent X-ray, but has a large chemical effect. X-ray fluorescence information on the vicinity of the end cannot be obtained.
【０００６】同じく、（ｉｉ）Ｘ線管球からのＸ線を用
いる場合では、軽元素を効率良く励起できるエネルギー
を持つＸ線源はないので、結果として軽元素からの蛍光
Ｘ線を測定に充分な強度で発生させることができない。[0006] Similarly, (ii) in the case of using X-rays from an X-ray tube, there is no X-ray source having energy capable of efficiently exciting light elements, and as a result, fluorescent X-rays from light elements are measured. It cannot be generated with sufficient strength.
【０００７】また、（ｉｉｉ）陽子等のイオンを用いる
場合では、軽元素の励起効果が大きいため、充分な強度
の蛍光Ｘ線を放射させることができるものの、測定対象
以外の蛍光Ｘ線も同時に発生させてしまう。そのため、
得られた蛍光Ｘ線の解析が複雑になる。さらに、Ｘ線吸
収端近傍における蛍光Ｘ線収量の化学効果を観測するこ
とができない。(Iii) In the case of using ions such as protons, the effect of exciting light elements is large, so that fluorescent X-rays of sufficient intensity can be emitted. Cause it to occur. for that reason,
The analysis of the obtained fluorescent X-rays becomes complicated. Furthermore, the chemical effect of the fluorescent X-ray yield near the X-ray absorption edge cannot be observed.
【０００８】さらに、（ｉｖ）シンクロトロン放射光を
用いた場合では、シンクロトロン放射光の励起効率は低
いものの入射光の光子数が１０8 〜１０10個／ｓと比較
的高いため、観測可能な量の蛍光Ｘ線を放射させること
ができる。しかし、化学結合状態の解析に必要な高分解
能な蛍光Ｘ線分光を行うためには、この光子数では測定
に充分な蛍光Ｘ線信号強度を得ることができない。(Iv) In the case of using synchrotron radiation, the excitation efficiency of the synchrotron radiation is low, but the number of photons of the incident light is relatively high at 10 8 to 10 10 / s, so that observation is possible. An appropriate amount of fluorescent X-rays can be emitted. However, in order to perform high-resolution X-ray fluorescence spectroscopy required for analyzing the state of chemical bonding, the number of photons cannot provide a sufficient X-ray fluorescence signal intensity for measurement.
【０００９】このように、従来の蛍光Ｘ線分光装置にお
いては、固体材料中の軽元素の蛍光Ｘ線をとらえて軽元
素の化学結合状態を解析することは困難であった。ま
た、Ｃ、Ｎ、Ｏ等を主な構成元素とする希薄な気体試料
からの蛍光Ｘ線を測定することも、従来は、困難であっ
た。As described above, in the conventional X-ray fluorescence spectrometer, it was difficult to analyze the chemical bonding state of the light element by capturing the X-ray of the light element in the solid material. Conventionally, it has been difficult to measure fluorescent X-rays from a dilute gas sample containing C, N, O, etc. as main constituent elements.
【００１０】一方、従来の蛍光Ｘ線分析法においては、
蛍光Ｘ線を高い分解能で分光し、検出する手段として、
ローランド円の上に配置された湾曲結晶や凹面回折格子
を用いて分光した蛍光Ｘ線を比例計数管で検出する波長
分散方式がある。このローランド円上に分光体を置く光
学系では、一般に試料から放射される蛍光Ｘ線を一度入
射スリットに通す配置が多用されている。On the other hand, in the conventional fluorescent X-ray analysis method,
As a means for spectroscopy and detecting fluorescent X-rays with high resolution,
There is a wavelength dispersion method in which fluorescent X-rays separated using a curved crystal or a concave diffraction grating arranged on a Roland circle are detected by a proportional counter. In an optical system in which a spectral body is placed on a Rowland circle, an arrangement is generally used in which fluorescent X-rays emitted from a sample are once passed through an entrance slit.
【００１１】この入射スリットを用いた方式では、入射
スリットにおいて蛍光Ｘ線の一部を遮断して蛍光Ｘ線ビ
ームを成形する。そのために、この方式では、蛍光Ｘ線
の検出効率が低下してしまう。その結果、この方式で
は、蛍光収率の小さな軽元素からの蛍光Ｘ線を充分な信
号強度で分光することができない。In the method using the incident slit, a part of the fluorescent X-ray is blocked at the incident slit to form a fluorescent X-ray beam. Therefore, in this method, the detection efficiency of the fluorescent X-rays decreases. As a result, in this method, it is not possible to disperse fluorescent X-rays from a light element having a small fluorescence yield with a sufficient signal intensity.
【００１２】これに対し、検出効率を高めるためにプロ
ーブを微細に絞り、これによってプローブの照射位置を
入射スリット位置と見なすことのできる配置も、すでに
実施されている。On the other hand, an arrangement has been already implemented in which the probe is finely squeezed in order to enhance the detection efficiency, whereby the irradiation position of the probe can be regarded as the entrance slit position.
【００１３】しかし、この改良方法では、比例計数管等
の検出器と出射スリット自体をローランド円上に沿って
駆動しなければならないことになり、このため、装置構
成が大型・複雑になるという欠点がある。However, in this improved method, the detector such as a proportional counter and the exit slit must be driven along the Rowland circle, which results in a disadvantage that the configuration of the apparatus becomes large and complicated. There is.
【００１４】また、高分子有機薄膜から入射窓を形成し
た比例計数管を高真空室内で使用する場合、従来は入射
窓を二重にしてその窓間を真空排気する方法が実施され
ている。しかし、この場合、窓によるＸ線の吸収が２倍
になるため検出強度が弱くなる欠点があった。When a proportional counter tube having an entrance window formed from a polymer organic thin film is used in a high vacuum chamber, a method of doubling the entrance window and evacuating the space between the windows has conventionally been used. However, in this case, there is a disadvantage that the detection intensity is weakened because the absorption of X-rays by the window is doubled.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術には、材料中の軽元素不純物から放射される蛍光Ｘ線
を、高効率かつ高分解能に分光することが困難であると
いう欠点があった。また、希薄材料である気体状態の軽
元素試料からの蛍光Ｘ線を捕らえることができなかっ
た。As described above, the prior art has a drawback that it is difficult to spectrally and efficiently analyze fluorescent X-rays emitted from light element impurities in a material with high resolution. there were. Further, X-ray fluorescence from a gaseous light element sample which is a dilute material could not be captured.
【００１６】したがって、本発明の目的は、固体材料中
または気体試料中の軽元素不純物からの蛍光Ｘ線を、効
率よく、かつ高い分解能でとらえ、これら軽元素の化学
結合状態の解析を可能にすることである。Therefore, an object of the present invention is to efficiently and with high resolution X-ray fluorescence from light element impurities in a solid material or a gas sample, and to analyze the chemical bonding state of these light elements. It is to be.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的は、試料から放
射される蛍光Ｘ線を回折格子によって分光して蛍光Ｘ線
のエネルギー分布を測定する波長分散型の蛍光Ｘ線分光
方法および装置において、以下の手段を講ずることによ
り達成される。The object of the present invention is to provide a wavelength-dispersive X-ray fluorescence spectroscopic method and apparatus for measuring the energy distribution of X-ray fluorescence by dispersing X-ray fluorescence emitted from a sample by a diffraction grating. This can be achieved by taking the following measures.
【００１８】（ｉ） 周知のように、アンジュレータ
（ｕｎｄｕｌａｔｏｒ）は、電子ビームを交互磁場によ
って蛇行運動させ、電子のエネルギーの一部を赤外線か
らＸ線までの広い領域の光子に変換することができる。
このアンジュレータから放射される放射光は、従来の蓄
積リングからの放射光と比較すると、高輝度で１０2 〜
１０3 倍の準単色性の放射光である。したがって、この
放射光を軽元素に照射すれば、測定に充分な蛍光Ｘ線を
発生させることができる。(I) As is well known, an undulator can meander an electron beam by an alternating magnetic field and convert a part of the energy of electrons into photons in a wide range from infrared rays to X-rays. .
Radiated light from the undulator, compared with radiation from the conventional storage ring, 10 2 to a high intensity
10 3 times quasi-monochromatic radiation. Therefore, by irradiating this light with a light element, it is possible to generate fluorescent X-rays sufficient for measurement.
【００１９】このようなアンジュレータにおいて光子数
１０11個／ｓ以上とした装置から得たアンジュレータ放
射光を入射プローブとし、この入射プローブを試料に照
射する。この試料面上の照射位置を光源点とみなした場
合のこの光源点からの蛍光Ｘ線（入射光）の照射経路上
に回折格子を設ける。この回折格子は、入射した光を回
折し、その回折分散光を平面上に集光（結像）させる平
面結像型の回折格子である。この回折格子による平面状
分散（集光）面に沿って、出射スリットとガスフロー型
比例計数管からなるユニットを直線駆動する機構を構成
するか、または位置敏感型検出器を設ける。In such an undulator, undulator radiation light obtained from an apparatus having a number of photons of 10 11 / s or more is used as an incident probe, and the incident probe irradiates a sample. When the irradiation position on the sample surface is regarded as the light source point, a diffraction grating is provided on the irradiation path of the fluorescent X-ray (incident light) from this light source point. This diffraction grating is a plane imaging type diffraction grating that diffracts incident light and condenses (images) the diffracted and dispersed light on a plane. A mechanism for linearly driving a unit consisting of an exit slit and a gas flow type proportional counter tube is provided along a plane dispersion (light collecting) plane formed by the diffraction grating, or a position-sensitive detector is provided.
【００２０】（ｉｉ） 試料に入射するアンジュレータ
放射光の幅と長さを調整するための絞りスリットを設け
て、照射スポットの幅を１ｍｍ以下に成形する。これに
より蛍光Ｘ線を高い分解能で分光する。さらに、絞りス
リットの前後にオリフィスを設けるとともに、この絞り
スリットを含むチャンバーを差動排気するアンジュレー
タ放射光導入装置を設けることにより、１０-8Ｔｏｒｒ
以下の高真空に維持する必要があるアンジュレータ放射
光ビームラインと蛍光Ｘ線分光装置とを接続する。(Ii) An aperture slit for adjusting the width and length of the undulator radiation incident on the sample is provided, and the width of the irradiation spot is formed to 1 mm or less. As a result, the fluorescent X-rays are separated with high resolution. Further, an orifice is provided before and after the aperture slit, and an undulator radiation light introducing device for differentially evacuating a chamber including the aperture slit is provided, thereby providing 10 -8 Torr.
The following undulator radiation light beam line that needs to be maintained in a high vacuum is connected to the X-ray fluorescence spectrometer.
【００２１】（ｉｉｉ） 高分子有機薄膜を窓材にした
ガスフロー型比例計数管を含む蛍光Ｘ線分光室と測定室
とを別体構造とし、両室との間にオリフィスの役割を持
つアパーチャを設けるとともに、蛍光Ｘ線分光室に差動
排気ポンプを設ける。(Iii) An X-ray fluorescence spectroscopy room including a gas flow type proportional counter using a polymer organic thin film as a window material and a measurement room are formed as separate structures, and an aperture having a role of an orifice is provided between the two rooms. And a differential evacuation pump is provided in the X-ray fluorescence spectroscopic chamber.
【００２２】（ｉｖ） 気体試料の測定を可能にするた
めに、アンジュレータ放射光が通過する測定室内の試料
面位置の真上にガス導入ノズルを設けるとともに、この
ノズル対向位置に排気ダクトを設けて測定室を直接差動
排気する排気ポンプを備える。(Iv) In order to enable measurement of a gas sample, a gas introduction nozzle is provided just above the sample surface position in the measurement chamber through which the undulator radiation passes, and an exhaust duct is provided at a position facing the nozzle. An exhaust pump for directly differentially exhausting the measurement chamber is provided.
【００２３】[0023]
【作用】上記構成の本発明の蛍光Ｘ線分光装置では、ア
ンジュレータ放射光の幅と長さを絞りスリットにより微
小に成形し、軽元素不純物を含む固体または気体試料の
微小部にアンジュレータ放射光を照射させる。その後、
試料中の不純物原子から放出される蛍光Ｘ線を平面結像
型回折格子に入射させて、蛍光Ｘ線を平面状の分散面に
集光させる。この平面分散面に沿ってガスフロー型比例
計数管とスリットからなる検出器ユニットを移動させる
か、または、チャンネルプレート等の位置敏感型検出器
をこの平面上に配置させることにより、蛍光Ｘ線の分光
スペクトルを得る。また、アンジュレータ放射光ビーム
ラインが必要とする１０-8Ｔｏｒｒ以下の超高真空に支
障を来さないようにするため、（ｉ）絞りスリットとオ
リフィスを含むアンジュレータ光導入室を差動排気し、
（ｉｉ）測定室と蛍光Ｘ線分光室との間にオリフィスを
兼ねたアパーチャを設けて蛍光Ｘ線分光室を差動排気
し、さらに、（ｉｉｉ）気体試料を用いる場合には、ガ
ス導入ノズルの真下に設けた排気ダクトから測定室を直
接排気する。In the X-ray fluorescence spectrometer of the present invention having the above-described structure, the width and length of the undulator radiation light are minutely formed by the aperture slit, and the undulator radiation light is applied to a minute portion of a solid or gas sample containing light element impurities. Irradiate. afterwards,
Fluorescent X-rays emitted from impurity atoms in the sample are made incident on a plane imaging type diffraction grating, and the fluorescent X-rays are focused on a planar dispersion surface. By moving the detector unit consisting of a gas flow type proportional counter and a slit along this plane dispersion plane, or by disposing a position sensitive detector such as a channel plate on this plane, the fluorescent X-ray Obtain a spectral spectrum. Further, in order not to hinder the ultra-high vacuum of 10 -8 Torr or less required by the undulator radiation light beam line, (i) the undulator light introduction chamber including the aperture slit and the orifice is differentially evacuated,
(Ii) An aperture serving as an orifice is provided between the measurement chamber and the X-ray fluorescence spectroscopy chamber to differentially evacuate the X-ray fluorescence spectroscopy chamber. (Iii) When a gas sample is used, a gas introduction nozzle The measurement chamber is evacuated directly from the exhaust duct provided just below the
【００２４】[0024]
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００２５】図１および図２は、本発明による蛍光Ｘ線
分光装置の構成を示す図である。図１は一部断面視した
上面図であり、図２はアンジュレータ放射光の入射方向
から見た側断面図である。FIG. 1 and FIG. 2 are views showing the configuration of a fluorescent X-ray spectrometer according to the present invention. 1 is a top view in partial cross-section, and FIG. 2 is a side cross-sectional view as seen from the incident direction of undulator radiation.
【００２６】本発明の蛍光Ｘ線分光装置は、主に、測定
室１、アンジュレータ放射光導入室２、および蛍光Ｘ線
分光室３から構成される。本装置では、任意に放射光エ
ネルギーを選択できるアンジュレータ放射光４をアンジ
ュレータ放射光導入室２を通して測定室１に導き、固体
試料５またはガス導入ノズル６から導入される気体試料
に照射する。The X-ray fluorescence spectrometer of the present invention mainly comprises a measurement room 1, an undulator radiation light introduction room 2, and an X-ray fluorescence room 3. In this apparatus, undulator radiation 4 from which radiant light energy can be arbitrarily selected is guided to the measurement chamber 1 through the undulator radiation light introduction chamber 2, and irradiates the solid sample 5 or the gas sample introduced from the gas introduction nozzle 6.
【００２７】周知のようにアンジュレータ放射光４のビ
ームラインは、超高真空に維持する必要がある。したが
って、絞りスリット７の前後に設けたオリフィス８に光
を通し、アンジュレータ放射光導入室２を排気ポンプ９
により差動排気する。これにより、アンジュレータ放射
光導入室２とアンジュレータ放射光ビームラインとの差
圧を１桁確保するとともに、アンジュレータ放射光導入
室２と測定室１との差圧を３桁確保することができる。As is well known, the beam line of the undulator radiation 4 needs to be maintained in an ultra-high vacuum. Therefore, light passes through the orifices 8 provided before and after the aperture slit 7 and the undulator radiation light introduction chamber 2 is
Differential exhaust. Thereby, a one-digit pressure difference between the undulator radiation light introduction chamber 2 and the undulator radiation light beam line can be secured, and a three-digit pressure difference between the undulator radiation light introduction chamber 2 and the measurement chamber 1 can be secured.
【００２８】また、気体試料を測定する場合には、測定
室１のガス導入ノズル６の対向位置に大口径の排気ダク
ト１０と排気ポンプ１１を設ける。前記ガス導入ノズル
６の先端部と前記排気ダクト１０の先端吸気部とは可能
な限り近接しており、放射光を通過した後のガスを迅速
に排気するようになっている。この排気ダクト１０と排
気ポンプ１１は、測定室１本体の排気ポンプ１２ととも
に測定室１内を高真空に保つように排気する。When measuring a gas sample, a large-diameter exhaust duct 10 and an exhaust pump 11 are provided in the measurement chamber 1 at a position facing the gas introduction nozzle 6. The distal end of the gas introduction nozzle 6 and the distal end intake of the exhaust duct 10 are as close as possible to quickly exhaust the gas after passing the radiated light. The exhaust duct 10 and the exhaust pump 11 evacuate the measurement chamber 1 together with the exhaust pump 12 of the measurement chamber 1 so as to keep the inside of the measurement chamber 1 at a high vacuum.
【００２９】固体試料５または気体試料から放出される
蛍光Ｘ線１３のスペクトルを高い分解能で得るために、
入射アンジュレータ放射光４の幅と長さを絞りスリット
７により１ｍｍ（幅）×１０ｍｍ（長さ）以下に成形す
る。アンジュレータ放射光４の照射により試料から放射
される蛍光Ｘ線１３は、図２に示す蛍光Ｘ線分光室３内
の分光用の平面結像型回折格子１４に導かれる。In order to obtain a spectrum of the fluorescent X-rays 13 emitted from the solid sample 5 or the gas sample with high resolution,
The width and length of the incident undulator radiation 4 are formed to be 1 mm (width) × 10 mm (length) or less by the aperture slit 7. The fluorescent X-rays 13 emitted from the sample by the irradiation of the undulator radiation 4 are guided to a spectral plane imaging type diffraction grating 14 in the fluorescent X-ray spectroscopic chamber 3 shown in FIG.
【００３０】なお、測定室１と蛍光Ｘ線分光室３との間
にはオリフィスを兼ねたアルミニウムのアパーチャ１５
を設け、さらに蛍光Ｘ線分光室３を排気ポンプ１６で差
動排気することにより、測定室１内の高真空度を維持す
ることが可能になる。An aluminum aperture 15 also serving as an orifice is provided between the measuring chamber 1 and the fluorescent X-ray spectroscopic chamber 3.
Is provided, and the fluorescent X-ray spectroscopy chamber 3 is differentially evacuated by the evacuation pump 16 to maintain a high degree of vacuum in the measurement chamber 1.
【００３１】回折格子１４により分光された蛍光Ｘ線１
７は各エネルギーの順に平面状の分散面１８に集光され
る。この分光された蛍光Ｘ線１７を検出するために、高
分子有機薄膜からなる窓１９を持ったガスフロー型比例
計数管２０と出射スリット２１とを一体化した検出ユニ
ットを用いる。この検出ユニットは、分散面１８に沿っ
て移動可能に構成する。Fluorescent X-rays 1 separated by the diffraction grating 14
Numerals 7 are condensed on a planar dispersion surface 18 in the order of energy. In order to detect the separated fluorescent X-rays 17, a detection unit in which a gas flow type proportional counter 20 having a window 19 made of a polymer organic thin film and an emission slit 21 are integrated is used. The detection unit is configured to be movable along the dispersion surface 18.
【００３２】この検出ユニットを分散面１８に沿って移
動して前記分光された蛍光Ｘ線を検出することにより、
試料に含まれる軽元素不純物の蛍光Ｘ線スペクトルを高
い分解能で得ることができる。By moving the detection unit along the dispersion surface 18 and detecting the separated fluorescent X-rays,
A fluorescent X-ray spectrum of a light element impurity contained in a sample can be obtained with high resolution.
【００３３】なお、ガスフロー型比例計数管２０のかわ
りにチャンネルプレートなどの位置敏感型検出器を分散
面１８に沿って配置することにより、蛍光Ｘ線スペクト
ルを高い分解能で高速に測定することが可能になる。By disposing a position-sensitive detector such as a channel plate along the dispersion surface 18 instead of the gas flow type proportional counter 20, it is possible to measure the fluorescent X-ray spectrum at a high speed with a high resolution. Will be possible.
【００３４】また、本装置によれば、蛍光Ｘ線のエネル
ギー検出器の検出範囲を固定して、入射アンジュレータ
放射光のエネルギーに対する蛍光Ｘ線検出値の強度を測
定すれば、試料５中の不純物のＸ線吸収端近傍の構造を
測定することが可能になる。図３および図４は、本発明
により実現した固体状ホウ素（Ｂ）試料２２と固体状窒
化ホウ素（ＢＮ）試料２３とからそれぞれ放射されたＢ
−Ｋα蛍光Ｘ線のスペクトル測定図である。図３は、入
射アンジュレータ放射光のエネルギーを約２１０ｅＶに
固定して、この放射光を照射した各試料から放射される
Ｂ−Ｋα蛍光Ｘ線のエネルギーを分光し、これを検出し
て得たスペクトル測定図（Ｂ−Ｋα線スペクトル）であ
る。また、図４は、Ｂ−Ｋα線のみを検出するように蛍
光Ｘ線検出器の測定エネルギーを固定し、入射アンジュ
レータ放射光のエネルギーを変化させ、試料から放射し
た蛍光Ｘ線を分光した後、前記検出器により測定して得
られたスペクトル測定図（Ｂ−Ｋα線吸収端近傍の発光
スペクトル）である。Further, according to the present apparatus, if the detection range of the energy detector of the fluorescent X-ray is fixed and the intensity of the fluorescent X-ray detection value with respect to the energy of the incident undulator radiation light is measured, the impurity in the sample 5 can be obtained. It becomes possible to measure the structure near the X-ray absorption edge. FIG. 3 and FIG. 4 show B radiated from solid boron (B) sample 22 and solid boron nitride (BN) sample 23 realized by the present invention, respectively.
It is a spectrum measurement figure of -Kα fluorescent X-ray. FIG. 3 shows a spectrum obtained by fixing the energy of the incident undulator radiation light to about 210 eV, dispersing the energy of B-Kα fluorescent X-rays emitted from each sample irradiated with the radiation light, and detecting this. It is a measurement figure (B-K (alpha) ray spectrum). FIG. 4 shows that after fixing the measurement energy of the fluorescent X-ray detector so as to detect only the B-Kα ray, changing the energy of the incident undulator radiation, and dispersing the fluorescent X-ray emitted from the sample, FIG. 4 is a spectrum measurement diagram (emission spectrum near the B-Kα ray absorption edge) obtained by measuring with the detector.
【００３５】前記Ｂ−Ｋα蛍光Ｘ線スペクトル（図３）
から、ホウ素の結合状態によって変化する２ｐ−１ｓ間
の電子軌道エネルギー順位を解析することが可能とな
る。そして、Ｂ−Ｋα線吸収端近傍の発光スペクトル
（図４）から内殻励起状態の化学効果を解析することが
可能となる。The B-Kα fluorescent X-ray spectrum (FIG. 3)
From this, it is possible to analyze the electron orbital energy order between 2p-1s that changes depending on the bonding state of boron. Then, it becomes possible to analyze the chemical effect of the inner-shell excited state from the emission spectrum near the B-Kα ray absorption edge (FIG. 4).
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、高輝
度光であるアンジュレータ放射光を試料に照射し、試料
上の照射位置を光源点とした場合の光照射経路上に平面
結像型回折格子を設けることにより従来必要とされてき
た入射スリットが不要な光学系を構成したので、本発明
によれば、試料から放射される蛍光Ｘ線を効率良く検出
することが可能となる。As described above, the present invention irradiates a sample with undulator radiation light, which is high-intensity light, and forms a planar imaging type light on a light irradiation path when the irradiation position on the sample is a light source point. By providing a diffraction grating, an optical system that does not require an incident slit, which has been conventionally required, is configured. Therefore, according to the present invention, fluorescent X-rays emitted from a sample can be efficiently detected.
【００３７】さらに、本発明では、試料に入射するアン
ジュレータ放射光の幅と長さを調整するための絞りスリ
ットを設けて照射スポットの幅を１ｍｍ以下に成形する
ことにより、蛍光Ｘ線を高分解能に分光することが可能
となる。Further, according to the present invention, by providing an aperture slit for adjusting the width and length of the undulator radiation light incident on the sample, and forming the irradiation spot width to 1 mm or less, the fluorescent X-ray can be converted to a high resolution. It becomes possible to split the light.
【００３８】また、本発明では、アンジュレータ放射光
の導入室にオリフィスを設けるとともに差動排気を行
い、さらに蛍光Ｘ線分光室と測定室との間にオリフィス
となるアパーチャを設けるとともに、蛍光Ｘ線分光室を
差動排気することにより、アンジュレータ放射光ビーム
ラインと測定室との真空度差圧を４桁以上確保すること
が可能となり、したがって、１０-8Ｔｏｒｒ以下の高真
空に維持する必要があるアンジュレータ放射光ビームラ
インと蛍光Ｘ線分光装置との接続が可能になる。この場
合、蛍光Ｘ線分光室内の比例計数管の高分子有機薄膜の
入射膜を一重で使用できるため、蛍光Ｘ線を高効率で検
出することが可能となる。According to the present invention, an orifice is provided in the chamber for introducing undulator radiation light, differential exhaust is performed, and an aperture serving as an orifice is provided between the fluorescent X-ray spectroscopic chamber and the measuring chamber. By differentially evacuating the spectroscopic chamber, it is possible to secure a vacuum pressure difference between the undulator radiation light beam line and the measuring chamber of four digits or more, and therefore, it is necessary to maintain a high vacuum of 10 -8 Torr or less. A connection between an undulator radiation light beam line and an X-ray fluorescence spectrometer becomes possible. In this case, since the incident film of the polymer organic thin film of the proportional counter in the X-ray fluorescence spectroscopic chamber can be used as a single layer, it is possible to detect X-ray fluorescence with high efficiency.
【００３９】さらに、本発明では、アンジュレータ放射
光が通過する測定室内の試料面位置の真上にガス導入ノ
ズルを設けるとともに、このノズル対向位置に排気ダク
トを設けて測定室を直接に差動排気する排気ポンプを備
えることにより、気体試料の測定を可能にする。したが
って、本発明の蛍光Ｘ線分光方法および装置を用いるこ
とによって、蛍光収率が１％以下と小さいために、従来
装置では検出が困難であった軽元素からの蛍光Ｘ線を高
効率かつ高分解能に測定することが可能となり、固体材
料中の軽元素不純物さらには軽元素を主成分とする気体
希薄試料の化学状態を分析することが可能となる。ま
た、軽元素を含む原料ガスを用いた材料作製において、
作製過程中に同時にアンジュレータ放射光を試料に照射
して試料から放射される蛍光Ｘ線を観測すれば、材料作
製プロセスのモニターとしての応用も期待できる。Further, according to the present invention, a gas introduction nozzle is provided just above a sample surface position in the measurement chamber through which the undulator radiation passes, and an exhaust duct is provided at a position facing the nozzle to directly differentially exhaust the measurement chamber. A gas sample can be measured by providing an exhaust pump that performs the measurement. Therefore, by using the X-ray fluorescence spectroscopy method and apparatus of the present invention, since the fluorescence yield is as low as 1% or less, X-rays from light elements, which were difficult to detect with the conventional apparatus, can be obtained with high efficiency and high efficiency. It is possible to measure at a high resolution, and it is possible to analyze a light element impurity in a solid material and a chemical state of a gas-diluted sample containing a light element as a main component. In addition, in material production using a source gas containing a light element,
By simultaneously irradiating the sample with undulator radiation during the manufacturing process and observing the fluorescent X-rays emitted from the sample, application as a monitor of the material manufacturing process can be expected.
【図１】本発明の蛍光Ｘ線分光装置の上面構成図であ
る。FIG. 1 is a top view showing the configuration of an X-ray fluorescence spectrometer according to the present invention.
【図２】本発明の蛍光Ｘ線分光装置のアンジュレータ放
射光の入射方向から見た断面構成図である。FIG. 2 is a cross-sectional configuration view of the X-ray fluorescence spectrometer of the present invention as viewed from the incident direction of undulator radiation light.
【図３】本発明装置により実現した固体状ホウ素試料と
窒化ホウ素試料とから放射されたＢ−Ｋα線スペクトル
測定図である。FIG. 3 is a BKα ray spectrum measurement diagram emitted from a solid boron sample and a boron nitride sample realized by the apparatus of the present invention.
【図４】本発明装置により実現した固体状ホウ素試料と
窒化ホウ素試料とから放射されたＢ−Ｋα線吸収端近傍
の発光スペクトル測定図である。FIG. 4 is an emission spectrum measurement diagram in the vicinity of a B-Kα ray absorption edge emitted from a solid boron sample and a boron nitride sample realized by the apparatus of the present invention.
１ 測定室 ２ アンジュレータ放射光導入室 ３ 蛍光Ｘ線分光室 ４ アンジュレータ放射光 ５ 試料 ６ ガス導入ノズル ７ 絞りスリット ８ オリフィス ９ 排気ポンプ １０ 排気ダクト １１ 排気ポンプ １２ 排気ポンプ １３ 試料から放出される蛍光Ｘ線 １４ 平面結像型回折格子 １５ アパーチャ １６ 排気ポンプ １７ 分光された蛍光Ｘ線 １８ 分散面 １９ 高分子有機薄膜の窓 ２０ ガスフロー型比例計数管 ２１ 出射スリット ２２ ホウ素固体試料からのスペクトル ２３ 窒化ホウ素固体試料からのスペクトル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement room 2 Undulator radiation light introduction room 3 Fluorescence X-ray spectroscopy room 4 Undulator radiation light 5 Sample 6 Gas introduction nozzle 7 Aperture slit 8 Orifice 9 Exhaust pump 10 Exhaust duct 11 Exhaust pump 12 Exhaust pump 13 Fluorescent X emitted from sample Line 14 Planar imaging diffraction grating 15 Aperture 16 Exhaust pump 17 Spectroscopic X-ray fluorescence 18 Dispersion surface 19 Window of polymer organic thin film 20 Gas flow type proportional counter 21 Outlet slit 22 Spectrum from boron solid sample 23 Boron nitride Spectrum from solid sample
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庄司 孝 大阪府高槻市赤大路町14番８号 理学電 機工業株式会社内 (72)発明者 池下 昭弘 大阪府高槻市赤大路町14番８号 理学電 機工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−186133（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−242945（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−111125（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−149050（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 23/223 G21K 1/06 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Takashi Shoji 14-8, Akaoji-machi, Takatsuki-shi, Osaka Prefecture Inside Rigaku Denki Kogyo Co., Ltd. (72) Akihiro Ikeshita 14-8, Akaoji-cho, Takatsuki-shi, Osaka Rigaku Denki Kogyo Co., Ltd. (56) References JP-A-63-186133 (JP, A) JP-A-1-242945 (JP, A) JP-A-60-111125 (JP, A) 149050 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 23/223 G21K 1/06 JICST file (JOIS)
Claims (10)
し、このアンジュレータ放射光の試料上の照射位置を光
源点とした場合の光の照射経路上に平面結像型回折格子
を配し、この回折格子により分光された前記蛍光Ｘ線を
集光する平面状分離面に沿って検出することを特徴とす
る蛍光Ｘ線分光方法。An undulator radiation light is used as an incident probe, and a plane imaging type diffraction grating is arranged on an irradiation path of light when an irradiation position of the undulator radiation light on a sample is used as a light source point. An X-ray fluorescence spectroscopy method, comprising detecting the separated X-ray fluorescence along a planar separation surface that converges the X-ray fluorescence.
を、ガスフロー型比例計数管とスリットとからなる検出
器ユニットを前記平面状分離面に沿って直線的に駆動す
ることにより、検出することを特徴とする請求項１に記
載の蛍光Ｘ線分光方法。2. A fluorescent X-ray separated by the diffraction grating is detected by linearly driving a detector unit including a gas flow type proportional counter and a slit along the planar separation surface. The X-ray fluorescence spectroscopy method according to claim 1, wherein:
を、前記平面状分離面に沿って設けた位置敏感型検出器
により、検出することを特徴とする請求項１に記載の蛍
光Ｘ線分光方法。3. The fluorescent X-ray according to claim 1, wherein the fluorescent X-ray separated by the diffraction grating is detected by a position-sensitive detector provided along the planar separation surface. Spectroscopic method.
幅と長さを調整するとともに、アンジュレータ放射光導
入路を排気することを特徴とする請求項１に記載の蛍光
Ｘ線分光方法。4. The X-ray fluorescence spectroscopy method according to claim 1, wherein the width and the length of the light beam of the incident undulator radiation light are adjusted, and the undulator radiation light introduction path is exhausted.
光を導入するアンジュレータ放射光導入室と、前記アン
ジュレータ放射光が照射される試料を設置する測定室
と、前記アンジュレータ放射光の前記試料上の照射位置
を光源点とした場合の光の照射経路上に設けられる平面
結像型回折格子が設置されている蛍光Ｘ線分光室と、を
有してなり、 前記アンジュレータ放射光の照射により前記試料上から
放出する蛍光Ｘ線が前記回折格子により分光され集光す
る平面状分離面に沿って検出器ユニットが前記蛍光Ｘ線
分光室内に設置されていることを特徴とする蛍光Ｘ線分
光装置。5. An undulator radiation light introducing chamber for introducing undulator radiation light serving as an incident probe, a measurement chamber for installing a sample irradiated with the undulator radiation light, and an irradiation position of the undulator radiation light on the sample. And a fluorescent X-ray spectroscopy chamber provided with a planar imaging type diffraction grating provided on a light irradiation path in the case of a light source point, and emitted from the sample by irradiation of the undulator radiation light. An X-ray fluorescence spectrometer, wherein a detector unit is provided in the X-ray fluorescence spectroscopic chamber along a planar separation surface on which the X-rays to be emitted are separated and condensed by the diffraction grating.
例計数管とスリットとからなり、前記平面状分離面に沿
って直線的に駆動されることを特徴とする請求項５に記
載の蛍光Ｘ線分光装置。6. The fluorescence X according to claim 5, wherein the detector unit comprises a gas flow type proportional counter and a slit, and is driven linearly along the planar separation surface. X-ray spectrometer.
からなることを特徴とする請求項５に記載の蛍光Ｘ線分
光装置。7. An X-ray fluorescence spectrometer according to claim 5, wherein said detector unit comprises a position-sensitive detector.
射アンジュレータ放射光の光束の幅と長さを調整するた
めの絞りスリットとオリフィスと差動排気ポンプとが設
けられていることを特徴とする請求項５に記載の蛍光Ｘ
線分光装置。8. The undulator radiation light introducing chamber is provided with a throttle slit, an orifice, and a differential pump for adjusting the width and length of the light flux of the incident undulator radiation light. Item X. Fluorescence X according to item 5.
X-ray spectrometer.
を入射窓材に使用したガスフロー型比例計数管と、差動
排気ポンプとが設けられていることを特徴とする請求項
５に記載の蛍光Ｘ線分光装置。9. The X-ray fluorescence spectrometer is provided with a gas flow type proportional counter using a polymer organic thin film as an incident window material, and a differential pump. 3. The X-ray fluorescence spectrometer according to item 1.
このノズルの対向位置に排気用ダクトと排気ポンプとが
取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の
蛍光Ｘ線分光装置。10. The X-ray fluorescence spectrometer according to claim 5, wherein a gas introduction nozzle and an exhaust duct and an exhaust pump are attached to the measurement chamber at positions facing the nozzle.
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|---|---|---|---|
| JP3192927A JP2991253B2 (en) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | X-ray fluorescence spectroscopy method and apparatus |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
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|---|---|
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