JP3712531B2

JP3712531B2 - Ｘａｆｓ測定方法及びｘａｆｓ測定装置

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Publication number: JP3712531B2
Application number: JP16228098A
Authority: JP
Inventors: 武慶田口
Original assignee: Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Corp
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: JPH11352079A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に関するＸ線吸収線図に現れる吸収係数の振動構造、例えばＥＸＡＦＳ及びＸＡＮＥＳを測定するためのＸＡＦＳ測定方法及びＸＡＦＳ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、試料に照射するＸ線のエネルギを徐々に変えてゆき、その各々のエネルギについて試料に入射するＸ線の強度（Ｉ0 ｃｐｓ）と試料を透過したＸ線の強度（Ｉｃｐｓ）との比（Ｉ0 ／Ｉ）を求め、それらに基づいて質量吸収係数μ＝ｌｏｇ e（Ｉ0 ／Ｉ）を算出して、それをグラフ上にプロットすると、図８に示すようなＸ線吸収線図が得られる。なお、ｃｐｓは単位時間当たりのＸ線カウント値（count／second）である。
【０００３】
このＸ線吸収線図において、吸収端Ａよりも高エネルギ側５０ｅＶ程度の狭い領域に現れる吸収端微細構造は、通常、ＸＡＮＥＳ（ゼーネス：X-Ray Absorption Near Edge Structure）と呼ばれている。また、ＸＡＮＥＳよりも高いエネルギ側へ１０００ｅＶ程度の広い領域に現れるＸ線強度比の振動構造、すなわち吸収係数の振動構造は、ＥＸＡＦＳ（イグザフス：Extended X-Ray Absorption Fine Structure）と呼ばれている。
【０００４】
これらのＸＡＮＥＳ及びＥＸＡＦＳには、Ｘ線吸収原子とそのまわりの原子との間の化学結合、分子の立体構造、原子間距離、あるいは原子配位等に関する情報が含まれている。よって、未知試料について図８に示すようなＸ線吸収線図を求めれば、それに基づいてその未知試料の構造解析を行うことができる。本発明に係るＸＡＦＳ測定方法及びＸＡＦＳ測定装置は、そのようなＸＡＮＥＳ及びＥＸＡＦＳに基づいて試料の構造解析を行うものである。
【０００５】
従来のＸＡＦＳ測定装置では、一般に、図９に示すように、直径が一定不変である仮想の集中円Ｃr の上に、Ｘ線源５２、湾曲結晶モノクロメータ５３及び受光スリット５４を配設する。湾曲結晶モノクロメータ５３は、集中円Ｃr と実質的に同じ曲率で湾曲する。受光スリット５４は、入射Ｘ線検出器５５、試料Ｓ及び透過Ｘ線検出器５７と共に支持台５８の上に設けられる。
【０００６】
測定に際しては、図９において（ａ）→（ｂ）→（ｃ）で示すように、湾曲結晶モノクロメータ５３を集中円Ｃr に沿って移動させ、同時に支持台５８を同じく集中円Ｃr に沿って移動させる。このとき、位置不動のＸ線源５２と湾曲結晶モノクロメータ５３との間の距離Ｌ1 は徐々に変化し、そして湾曲結晶モノクロメータ５３と受光スリット５４との間の距離Ｌ２は、常に、Ｌ１＝Ｌ２の条件を満たすように制御される。このような制御は、湾曲結晶モノクロメータ５３及び支持台５８を複雑なリンク機構の上に搭載し、さらに、両者を高精度なパルスモータを用いて駆動することによって実現している。
【０００７】
この従来のＸＡＦＳ測定装置では、Ｘ線源５２から放射されて発散する連続Ｘ線を湾曲結晶モノクロメータ５３で単色Ｘ線に分光して試料Ｓに入射し、そのＸ線の透過率をＸ線のエネルギ量との対応で測定する。試料Ｓに入射するＸ線のエネルギを変化させるため、湾曲結晶モノクロメータ５３を集中円Ｃr に沿って移動させることにより、その湾曲結晶モノクロメータ５３に入射するＸ線の入射角度を変化させる。そして、そのように時々刻々エネルギ量が変化するＸ線を試料Ｓに照射することによって図８に示すＸ線吸収線図を得る。
【０００８】
しかしながら従来のＸＡＦＳ測定装置では、Ｘ線源５２に対して湾曲結晶モノクロメータ５３及び検出器支持台５８を上記の特定の移動条件の下で移動させなければならず、そのためのリンク機構の構造及び動作が極めて複雑で、しかも大型になっていた。機械が複雑であるため、各要素の光学的な位置関係を調整するのも非常に難しかった。
【０００９】
この問題を解決するため、本発明者は、特開平９−８９８１３号公報において、コリメータ及び平板結晶モノクロメータを用いたＸＡＦＳ測定装置を提案した。この測定装置によれば、平板結晶モノクロメータを用いたことにより、ゴニオメータとしてθ−２θ型の極一般的なゴニオメータを用いることが可能となり、よって、ＸＡＦＳ測定装置の構造及び動作を非常に簡単にすることができた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−８９８１３号公報に開示された上記従来のＸＡＦＳ測定装置を用いれば実用上十分な精度でＸＡＦＳ測定を行うことができるのであるが、強度の強い正確な平行Ｘ線ビームをコリメータによって形成することが必ずしも希望通り十分に行うことができない場合もあり、そのため、分解能の点で若干の不満が残っていた。
【００１１】
本発明は、従来のＸＡＦＳ測定装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、単色化したＸ線の強度を高めることにより、より一層分解能の高いＸＡＦＳ測定ができるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の目的を達成するため、本発明に係るＸＡＦＳ測定方法は、（ａ）試料に入射するＸ線のエネルギを変化させたときに得られる質量吸収係数の振動構造を測定するＸＡＦＳ測定方法において、（ｂ）Ｘ線源から放射されたＸ線を、Ｘ線入射側の端面面積がＸ線出射側の端面面積よりも小さくなるように曲率を持った１次側キャピラリ束によって平行Ｘ線ビームに成形し、（ｃ）その平行Ｘ線ビームを平板結晶モノクロメータへ照射してその平板結晶モノクロメータから特定波長の平行Ｘ線ビームを取り出し、（ｄ）その取り出した平行Ｘ線ビームを、Ｘ線入射側の端面面積がＸ線出射側の端面面積よりも大きくなるように曲率を持った２次側キャピラリ束によって集束Ｘ線ビームに成形し、（ｅ）その集束Ｘ線ビームを試料に入射させると共に、試料に入射する前のＸ線強度値及び試料を透過した後のＸ線強度値を測定し、そして（ｆ）平板結晶モノクロメータへの平行Ｘ線ビームの入射角度を変化させることにより試料へ入射するＸ線のエネルギを変化させることを特徴とする。
【００１３】
（２）また、本発明に係るＸＡＦＳ測定装置は、（ａ）試料に入射するＸ線のエネルギを変化させたときに得られる質量吸収係数の振動構造を測定するＸＡＦＳ測定装置において、（ｂ）Ｘ線を放射するＸ線源と、（ｃ）該Ｘ線源から放射されたＸ線を平行Ｘ線ビームとして取り出すためにＸ線入射側の端面面積がＸ線出射側の端面面積よりも小さくなるように曲率を持った１次側キャピラリ束と、（ｄ）前記平行Ｘ線ビームを受け取って特定波長の平行Ｘ線ビームを出射する平板結晶モノクロメータと、（ｅ）該平板結晶モノクロメータから出射した平行Ｘ線ビームを試料へ向かう集束Ｘ線ビームとして取り出すためにＸ線入射側の端面面積がＸ線出射側の端面面積よりも大きくなるように曲率を持った２次側キャピラリ束と、（ｆ）Ｘ線の進行方向に関して前記２次側キャピラリ束の後方位置であって試料の前方位置に配置されていて試料へ入射するＸ線のＸ線強度値を測定する入射Ｘ線検出器と、（ｇ）試料を透過したＸ線のＸ線強度値を測定する透過Ｘ線検出器と、（ｈ）平板結晶モノクロメータを支持すると共にそのモノクロメータのＸ線回折面を通るθ回転軸線を中心としてθ回転するθ回転台と、（ｉ）入射Ｘ線検出器、試料、及び透過Ｘ線検出器を支持すると共にθ回転軸線を中心としてθ回転の２倍の角速度で同じ回転方向へ２θ回転する２θ回転アームとを有することを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、「曲率を持ったキャピラリ束」とは、Ｘ線源から放射された発散Ｘ線ビームを平行Ｘ線ビームとして出射するための光学的要素である。このキャピラリ束は、例えば、微細径で適宜の長さのキャピラリチューブ、例えばガラスキャピラリチューブを用いて図５のように形成できる。図５に示すキャピラリ束１は、内径が１０〜２０μｍ程度の複数本のガラスキャピラリチューブ２を、それぞれ放物線状の曲率をもって曲げた状態で束ねることによって形成される。
【００１５】
このキャピラリ束１のＸ線入射側の端面１ａの面積はＸ線出射側の端面１ｂよりも小さく形成される。例えば、入射側端面１ａは１６ｍｍ×１６ｍｍの正方形状に形成され、出射側端面１ｂは２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形状に形成され、そして、入射側端面１ａから出射側端面１ｂまでのガラスキャピラリチューブ２の長さは、例えば８０ｍｍに設定する。このキャピラリ束１を用いれば、Ｘ線焦点Ｆから放射されて発散するＸ線ビームＲ１を入射側端面１ａから取り込んで、出射側端面１ｂから平行Ｘ線ビームＲ２として取り出すことができる。
【００１６】
発散Ｘ線ビームＲ１は、入射側端面から個々のガラスキャピラリチューブ２に取り込まれ、さらに、それらのガラスキャピラリチューブ２の内部を全反射しながら伝播した後、出射側端面から外部へ出射するので、発散Ｘ線ビームＲ１は、ほとんど減衰することなく強度の強い平行Ｘ線ビームＲ２としてその出射側端面に取り出される。
【００１７】
本発明に係るＸＡＦＳ測定方法及びＸＡＦＳ測定装置では、Ｘ線源から放射されたＸ線がキャピラリ束によって平行Ｘ線ビームとして取り出され、平板結晶モノクロメータの働きによってその平行Ｘ線ビームから特定波長すなわち特定エネルギのＸ線が取り出される。このときに取り出されるＸ線も平行Ｘ線ビームである。
【００１８】
本発明では、Ｘ線源から発散するＸ線ビームをキャピラリ束によって平行Ｘ線ビームに成形されてからモノクロメータへ入射するようにしたので、モノクロメータとして湾曲形状でない平板形状のものを使用できる。こうして、平板結晶モノクロメータを用いれば、湾曲結晶モノクロメータを用いた場合に比べて分解能が向上する。すなわち、Ｘ線エネルギの細かい変化に関して質量吸収係数μの変動を正確に測定できる。
【００１９】
ところで、一般的なＸ線装置に用いられるゴニオメータとして、θ−２θ型ゴニオメータが知られている。このθ−２θ型ゴニオメータは、位置不動のθ回転軸線を中心として回転（いわゆる、θ回転）するθ回転台と、同じくθ回転軸線を中心としてθ回転と同じ方向へ２倍の角速度で回転する２θ回転台とを有する。粉末試料等を測定対象とした通常のＸ線回折装置では、θ回転台によって試料を支持し、２θ回転台によってＸ線カウンタ等を支持し、そしてＸ線源から放射されるＸ線をθ回転する試料に照射する。θ回転角度がいわゆるブラッグの回折条件を満足する角度に到来すると、試料から回折Ｘ線が発生し、その回折Ｘ線がＸ線カウンタによって検出される。
【００２０】
本発明に係るＸＡＦＳ測定方法及びＸＡＦＳ測定装置によれば、Ｘ線源から放射されて発散するＸ線を曲率を持ったキャピラリ束によって平行Ｘ線ビームに成形してからモノクロメータへ入射するようにしたので、モノクロメータを図９に示したように集中円Ｃr に沿って移動させる必要がなくなり、単に、一定の位置で回転させることが可能になった。その結果、図９に示した複雑で大型の測角機構、すなわちゴニオメータを用いることなく、上述した簡単で小型なθ−２θ型ゴニオメータを用いることができる。
【００２１】
具体的には、θ回転台によって平板結晶モノクロメータを支持し、２θ回転台によって入射Ｘ線検出器及び透過Ｘ線検出器を支持する。なお、入射Ｘ線検出器及び透過Ｘ線検出器は、それぞれ、個別のＸ線検出器によって構成することもでき、あるいは１個のＸ線検出器によってそれらを兼用させることもできる。１個のＸ線検出器によって入射Ｘ線検出器及び透過Ｘ線検出器を兼用する場合には、試料の後方位置にＸ線検出器を配設し、試料をＸ線経路から退避させることによって試料を通過する前のＸ線強度を測定し、そして試料をＸ線経路を遮る位置に置くことによって試料を透過するＸ線強度値を測定する。
【００２２】
（３）上記（２）記載のＸＡＦＳ測定装置において、前記Ｘ線源としてはポイント状Ｘ線ビームを放射するものを用いることができる。
【００２３】
（４）上記（２）又は（３）記載のＸＡＦＳ測定装置において、前記キャピラリ束のＸ線源側すなわちＸ線入射側の端面形状及び平板結晶モノクロメータ側すなわちＸ線出射側の端面形状は共に種々の形状、例えば、正方形、円形、多角形等とすることができる。
【００２４】
（５）上記ＸＡＦＳ測定装置において、前記キャピラリ束は放物線状の曲率を持って曲がった状態のキャピラリチューブを複数本束ねることによって形成でき、さらに、Ｘ線源側の端面が平板結晶モノクロメータ側の端面よりも面積が小さくなるように形成できる。この構成により、Ｘ線源から発散するＸ線を減衰させることなく平行Ｘ線ビームに変換できる。
【００２５】
（６）上記構成のＸＡＦＳ測定装置において、前記平板結晶モノクロメータと前記試料との間に縦方向又は横方向のＸ線の発散を規制するソーラスリットを配設することができる。この構成によれば、より一層正確な平行Ｘ線ビームを試料へ照射することができる。
【００２６】
（７）上記構成のＸＡＦＳ測定装置において、前記平板結晶モノクロメータで回折したＸ線を断面積の小さいＸ線ビームとしてとり出すための曲率を持った２次側キャピラリ束を設けることができる。この構成によれば、平板結晶モノクロメータによって単色化された平行Ｘ線ビームを断面積の小さなＸ線ビームに絞ることができるので、微小試料又は試料の微小部分に関して強度の強いＸ線ビームを照射できる。
【００２７】
（８）上記構成のＸＡＦＳ測定装置において、前記平板結晶モノクロメータは、湾曲形状でない平板形状のゲルマニウムやシリコン等の単結晶によって形成されるモノクロメータである。このモノクロメータとしては、図６に示すような、対称カットのモノクロメータ３を用いることもできるし、図７に示すような、非対称カットのモノクロメータ４を用いることもできる。
【００２８】
対称カットのモノクロメータというのは、単結晶を結晶格子面に対して平行にカットしてＸ線回折面３ａを形成したものであり、入射Ｘ線Ｒ１に対して対称に回折Ｘ線Ｒ２を取り出すようにしたモノクロメータである。一方、非対称カットモノクロメータというのは、単結晶を結晶格子面に対して斜めにカットしてＸ線回折面４ａを形成したものであり、入射Ｘ線Ｒ１に対して非対称に回折Ｘ線Ｒ２を取り出すようにしたモノクロメータである。非対称というのは、回折Ｘ線Ｒ２のビーム幅が入射Ｘ線Ｒ１のビーム幅に対して広がったり、あるいは狭まったりすることである。図７では、回折Ｘ線Ｒ２のビーム幅が入射Ｘ線Ｒ１のビーム幅よりも狭まった状態を示している。
【００２９】
（９）本発明に係るＸＡＦＳ測定装置は、例えば次のような具体的な形状及び寸法によって構成できる。すなわち、▲１▼前記Ｘ線源は約０．５ｍｍ×約１．０ｍｍの長方形状のＸ線焦点からポイント状Ｘ線ビームを発生するようにし、▲２▼前記キャピラリ束のＸ線源側すなわちＸ線入射側の端面形状は約１６ｍｍ×約１６ｍｍの正方形状とし、▲３▼そのキャピラリ束の平板結晶モノクロメータ側すなわちＸ線出射側の端面形状は約２０ｍｍ×約２０ｍｍの正方形状とし、そして▲４▼そのキャピラリ束の長さは約８０ｍｍに設定する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るＸＡＦＳ測定装置の一実施形態を模式的に示している。このＸＡＦＳ測定装置は、フィラメント６及び回転ターゲット７を備えたＸ線源としてのＸ線管５と、キャピラリ束１と、θ回転台９に支持された平板結晶モノクロメータ１１と、ソーラスリット１２と、試料Ｓと、その試料Ｓに入射する前のＸ線の強度を測定する入射Ｘ線検出器１３と、試料Ｓを透過した後のＸ線の強度を測定する透過Ｘ線検出器１４とを有する。
【００３１】
フィラメント６は通電によって発熱して熱電子を放出し、その熱電子が高速度で回転ターゲット７に衝突してＸ線焦点Ｆを形成する。このＸ線焦点Ｆは、例えば図５に示すように、ａ×ｂ＝０．５ｍｍ×１．０ｍｍ程度の大きさに形成される。このＸ線焦点Ｆからは、種々の波長のＸ線を含んだＸ線、すなわち連続Ｘ線が発散状態で放射される。このＸ線は、その断面形状がライン状でないポイント状のＸ線ビームである。
【００３２】
キャピラリ束１は、例えば図５に示すように、微細径のガラスキャピラリチューブ２を放物線状に湾曲させて多数本互いに密着状態に束ねて集合させることによって形成される。このキャピラリ束１の入射側端面１ａに入射する発散Ｘ線Ｒ１は、個々のガラスキャピラリ２の働きにより、出射側端面１ｂに平行Ｘ線ビームＲ２として取り出される。
【００３３】
このキャピラリ束１では、個々のキャピラリチューブ２を放物線状に湾曲させることによって発散Ｘ線ビームを平行Ｘ線ビームに成形するので、特開平９−８９８１３号公報に開示された微細管プレートコリメータ等に比べて、より一層強度の強い平行Ｘ線ビームを得ることができる。
【００３４】
図１に戻って、θ回転台９は、θ回転駆動装置１５によって駆動されてθ回転軸線ωを中心として所定の角速度で連続的又は間欠的に回転、すなわちθ回転する。θ回転軸線ωは図１の紙面垂直方向に延びる軸線であって、平板結晶モノクロメータ１１のＸ線回折面に含まれる。平板結晶モノクロメータ１１は、例えば、図６に示すような対称カットの平板結晶によって構成される。
【００３５】
θ回転台９のまわりには、それと同軸に２θ回転台１０が設けられ、その２θ回転台１０に外側へ延びる検出器アーム１６が設けられる。２θ回転台１０は、２θ回転駆動装置１７によって駆動されてθ回転軸線ωを中心としてθ回転台９のθ回転と同じ方向へ２倍の角速度で、そのθ回転に同期して連続的又は間欠的に回転する。このとき、検出器アーム１６は２θ回転台１０と一体になってθ軸線ωを中心として回転する。ソーラスリット１２、入射Ｘ線検出器１３、試料Ｓ及び透過Ｘ線検出器１４の各要素は、いずれも、検出器アーム１６の上に固定支持される。
【００３６】
θ回転駆動装置１５及び２θ回転駆動装置１７は、それ自体周知の回転駆動機構を用いて構成できるが、例えば、ウオームとウオームホイールを用いた回転駆動機構を用いることができる。
【００３７】
入射Ｘ線検出器１３は、いわゆる半透過型のＸ線検出器によって構成される。この半透過型のＸ線検出器は、その内部に取り込んだＸ線の一部分を強度検出のための成分として使用し、残りの部分を後方側へ透過する構造のＸ線検出器である。この入射Ｘ線検出器１３は、試料Ｓに入射する前のＸ線を検出して電気信号を出力し、その出力信号は質量吸収係数演算器１８へ送られる。また、透過Ｘ線検出器１４は、試料Ｓを透過したＸ線を検出して電気信号を出力し、その出力信号は質量吸収係数演算器１８へ送られる。
【００３８】
質量吸収係数演算器１８は、入射Ｘ線検出器１３の出力信号に基づいて試料Ｓに入射するＸ線強度Ｉ0 （ｃｐｓ：count／second）を算出し、さらに透過Ｘ線検出器１４の出力信号に基づいて試料Ｓを透過したＸ線強度Ｉ（ｃｐｓ）を算出し、さらに両者の比（Ｉ0 ／Ｉ）を求め、そしてさらに質量吸収係数μ＝ｌｏｇ e（Ｉ0 ／Ｉ）を算出する。
【００３９】
この算出結果は、表示装置１９によって視覚によって認識できる形に表示される。この表示装置１９は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ等といった映像表示装置や、プレイヤ等といった印字装置等によって構成できる。ＣＰＵ（中央処理装置）２１は、メモリ２２の内部に格納した所定のプログラムに従って、θ回転駆動装置１５、２θ回転駆動装置１７、質量吸収係数演算器１８及び表示装置１９の各機器の動作を制御する。
【００４０】
本実施形態のＸＡＦＳ測定装置は以上のように構成されているので、平板結晶モノクロメータ１１をθ回転させ、さらに入射Ｘ線検出器１３、試料Ｓ及び透過Ｘ線検出器１４を２θ回転させながら、Ｘ線管５から放射されて発散する連続Ｘ線をキャピラリ束１によって断面径の広い正確な平行Ｘ線ビームに成形し、そのＸ線ビームを平板結晶モノクロメータ１１に照射する。平板結晶モノクロメータ１１は、入射Ｘ線の入射角度に応じて特定波長、すなわち特定エネルギの回折Ｘ線を出射する。
【００４１】
θ回転台９がθ回転すると平板結晶モノクロメータ１１に対する連続Ｘ線の入射角度が変化し、これにより、その平板結晶モノクロメータ１１から放射されて試料Ｓに入射するＸ線の波長すなわちエネルギ値が時々刻々に変化する。入射Ｘ線検出器１３及び透過Ｘ線検出器１４は各エネルギ値のＸ線に関して、それぞれ、入射Ｘ線及び透過Ｘ線を検出し、そして質量吸収係数演算器１８によって入射Ｘ線強度値Ｉ0 、透過Ｘ線強度値Ｉ及び質量吸収係数μ＝ｌｏｇ e（Ｉ0 ／Ｉ）が演算される。
【００４２】
ＣＰＵ２１は、その演算結果に基づいてＸＡＮＥＳ及びＥＸＡＦＳを解析して試料Ｓに関する構造を判別する。この判別結果及び必要に応じて図８に示すＸ線吸収線図が表示装置１９に表示される。
【００４３】
図２は、本発明に係るＸＡＦＳ測定装置の他の実施形態を示している。この実施形態が図１に示した先の実施形態と異なる点は、図１において平板結晶モノクロメータ１１と入射Ｘ線検出器１３との間に設けたソーラスリット１２に代えて、２次側キャピラリ束２３を設けたことである。この２次側キャピラリ束２３は、１次側キャピラリ束１とは逆に、入射側端面２３ａが出射側端面２３ｂに比べて径が大きくなるように、各キャピラリチューブ２に放物線状の曲率が形成されている。
【００４４】
本実施形態によれば、平板結晶モノクロメータ１１によって選択された特定波長すなわち特定エネルギの平行Ｘ線ビームが２次側キャピラリ束２３によって断面積の小さいＸ線ビームに絞られる。このため、試料Ｓが微小試料である場合、あるいは試料Ｓの微小領域を測定対象としたい場合のいずれの場合でも、強度の強いＸ線ビームをその試料Ｓに照射できる。
【００４５】
図３は、本発明に係るＸＡＦＳ測定装置のさらに他の実施形態を示している。この実施形態が図１に示した先の実施形態と異なる点は、図１に示す実施形態が試料Ｓを透過したＸ線を透過Ｘ線検出器１４によって検出する構造の、いわゆる透過配置の装置として構成したのに対して、図３に示した実施形態では、試料Ｓで反射するＸ線を透過Ｘ線検出器１４によって検出する構造の、いわゆる反射配置の装置として構成したことである。このような反射配置を採用すれば、半導体ウエハのように基板の上に薄膜を積層することによって形成される物質に関して、その薄膜を試料としてＸＡＦＳ測定を行うことができる。
【００４６】
図４は、本発明に係るＸＡＦＳ測定装置のさらに他の実施形態を示している。この実施形態が図１に示した先の実施形態と異なる点は、図１のソーラスリット１２に代えて２次側キャピラリ束２３を使用し、さらに透過配置に代えて反射配置を採用したことである。
【００４７】
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、図１等に示した実施形態では、Ｘ線源としてポイント状Ｘ線ビームを放射する構造のＸ線源を考えたが、これに代えて、ライン状Ｘ線ビームを放射する構造のＸ線源を用いることもできる。
【００４８】
また、図１等に示した実施形態では、入射Ｘ線検出器１３と透過Ｘ線検出器１４とを、それぞれ、個別のＸ線検出器によって構成したが、これらを１個のＸ線検出器によって兼用できる。この場合には、透過Ｘ線検出器１４と同じ位置に１個のＸ線検出器を配設し、試料ＳをＸ線通路から外した状態でそのＸ線検出器によって入射Ｘ線強度（Ｉ0 ｃｐｓ）を測定し、試料ＳをＸ線通路に置いた状態でＸ線検出器によって透過Ｘ線強度（Ｉｃｐｓ）を測定する。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１記載のＸＡＦＳ測定方法及び請求項２記載のＸＡＦＳ測定装置によれば、Ｘ線源から発散するＸ線ビームをキャピラリ束によって平行Ｘ線ビームに成形してからモノクロメータに照射するようにしたので、そのモノクロメータとして湾曲結晶を使う必要がなくなり、平板結晶を用いることができる。そして、平板結晶モノクロメータを用いることができるということは、図９に示したようにモノクロメータを集中円Ｃr に沿って円周運動させることなく、単に、同じ位置でθ回転させるだけで波長の異なるＸ線を取り出すことができるということである。この結果、図９に示した従来装置に比較してＸＡＦＳ測定装置の全体的な構造を簡単且つ小型に形成できる。また、動作が単純になるので制御が容易となる。
【００５０】
さらに本発明によれば、適宜の長さの曲率を持ったキャピラリ束によって平行Ｘ線ビームを形成するようにしたので、特開平９−８９８１３号公報に開示された装置のような比較的短い直線状のキャピラリチューブを用いる場合に比べて、平行Ｘ線ビームをより一層強い強度で得ることができ、その結果、より一層分解能の高いＸＡＦＳ測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸＡＦＳ測定装置の一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明に係るＸＡＦＳ測定装置の他の実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明に係るＸＡＦＳ測定装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明に係るＸＡＦＳ測定装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図５】曲率を持ったキャピラリ束の一実施形態を部分的に破断して示す斜視図である。
【図６】平板結晶モノクロメータの一実施形態を模式的に示す図である。
【図７】平板結晶モノクロメータの他の実施形態を模式的に示す図である。
【図８】ＸＡＦＳ測定装置を用いて行った測定の結果であるＸ線吸収線図の一例を示すグラフである。
【図９】従来のＸＡＦＳ測定装置の一例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１キャピラリ束
２ガラスキャピラリチューブ
３モノクロメータ
４モノクロメータ
５Ｘ線管
６フィラメント
７回転ターゲット
９ θ回転台
１０２θ回転台
１１平板結晶モノクロメータ
１２ソーラスリット
１３入射Ｘ線検出器
１４透過Ｘ線検出器
１６検出器アーム
２３２次側キャピラリ束
Ａ吸収端
Ｓ試料
ＦＸ線焦点
ω 軸線

Claims

試料に入射するＸ線のエネルギを変化させたときに得られる質量吸収係数の振動構造を測定するＸＡＦＳ測定方法において、
Ｘ線源から放射されたＸ線を、Ｘ線入射側の端面面積がＸ線出射側の端面面積よりも小さくなるように曲率を持った１次側キャピラリ束によって平行Ｘ線ビームに成形し、
その平行Ｘ線ビームを平板結晶モノクロメータへ照射してその平板結晶モノクロメータから特定波長の平行Ｘ線ビームを取り出し、
その取り出した平行Ｘ線ビームを、Ｘ線入射側の端面面積がＸ線出射側の端面面積よりも大きくなるように曲率を持った２次側キャピラリ束によって集束Ｘ線ビームに成形し、
その集束Ｘ線ビームを試料に入射させると共に、試料に入射する前のＸ線強度値及び試料を透過した後のＸ線強度値を測定し、そして
平板結晶モノクロメータへの平行Ｘ線ビームの入射角度を変化させることにより試料へ入射するＸ線のエネルギを変化させる
ことを特徴とするＸＡＦＳ測定方法。
試料に入射するＸ線のエネルギを変化させたときに得られる質量吸収係数の振動構造を測定するＸＡＦＳ測定装置において、
Ｘ線を放射するＸ線源と、
該Ｘ線源から放射されたＸ線を平行Ｘ線ビームとして取り出すためにＸ線入射側の端面面積がＸ線出射側の端面面積よりも小さくなるように曲率を持った１次側キャピラリ束と、
前記平行Ｘ線ビームを受け取って特定波長の平行Ｘ線ビームを出射する平板結晶モノクロメータと、
該平板結晶モノクロメータから出射した平行Ｘ線ビームを試料へ向かう集束Ｘ線ビームとして取り出すためにＸ線入射側の端面面積がＸ線出射側の端面面積よりも大きくなるように曲率を持った２次側キャピラリ束と、
Ｘ線の進行方向に関して前記２次側キャピラリ束の後方位置であって試料の前方位置に配置されていて試料へ入射するＸ線のＸ線強度値を測定する入射Ｘ線検出器と、
試料を透過したＸ線のＸ線強度値を測定する透過Ｘ線検出器と、
平板結晶モノクロメータを支持すると共にそのモノクロメータのＸ線回折面を通るθ回転軸線を中心としてθ回転するθ回転台と、
入射Ｘ線検出器、試料、及び透過Ｘ線検出器を支持すると共にθ回転軸線を中心としてθ回転の２倍の角速度で同じ回転方向へ２θ回転する２θ回転アームと
を有することを特徴とするＸＡＦＳ測定装置。
請求項２において、前記Ｘ線源はポイント状Ｘ線ビームを放射することを特徴とするＸＡＦＳ測定装置。
請求項２又は請求項３において、前記１次側キャピラリ束のＸ線源側の端面形状及び平板結晶モノクロメータ側の端面形状は共に正方形、円形又は多角形であることを特徴とするＸＡＦＳ測定装置。
請求項２から請求項４のいずれか１つにおいて、前記平板結晶モノクロメータと前記試料との間に縦方向又は横方向のＸ線の発散を規制するソーラスリットを配設したことを特徴とするＸＡＦＳ測定装置。
請求項２から請求項５のいずれか１つにおいて、前記平板結晶モノクロメータは非対称カットモノクロメータであることを特徴とするＸＡＦＳ測定装置。
請求項２から請求項６のいずれか１つにおいて、
前記Ｘ線源は約０．５ｍｍ×約１．０ｍｍの長方形状のＸ線焦点からポイント状Ｘ線ビームを発生し、
前記１次側キャピラリ束のＸ線源側の端面形状は約１６ｍｍ×約１６ｍｍの正方形状であり、
その１次側キャピラリ束の平板結晶モノクロメータ側の端面形状は約２０ｍｍ×約２０ｍｍの正方形状であり、そして
その１次側キャピラリ束の長さは約８０ｍｍである
ことを特徴とするＸＡＦＳ測定装置。
請求項２から請求項７のいずれか１つにおいて、前記透過Ｘ線検出器は前記試料で反射するＸ線を検出する位置に配置されることを特徴とするＸＡＦＳ測定装置。