JPH01141343A - Ｘ線分析装置及びｘ線分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＸ線分析装置に係り、特に蛍光Ｘ線分祈及びＸ
線回折を行なうＸ線分析装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、微細結晶のＸ線回折を行なうためには。

ピンホール型コリメータのピンホールを微細化する方法
か、又はガラス細管内壁でのＸ線全反射を利用したＸ線
導管による方法が提案されていた（日本金属学会会報、
第２４巻、第１１号、９３９〜９４５頁（１９８５））
。後者の方法は、ガラス細管によってＸ線を遠方に導く
もので、Ｘ線の微細化及び集光による高輝度化を目的と
する。そして計算機シミュレーションにより、回転放物
面集光型Ｘ線導管又は回転楕円体型Ｘ線導管等が提案さ
れている。

一方、蛍光Ｘ線分析装置では、微小結晶を分析できる装
置は提案されていなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 上記ピンホール型コリメータを用いたＸ線回折装置では
、試料に到達するＸ線の輝度が低くなる点については配
慮されていなかった。これは、Ｘ線発生源であるターゲ
ットの焦点に近接してコリメータのＸ線入射側端部を設
置すことが困難であす、Ｘ線ターゲットより放射状に放
出するＸ線の一部しかコリメータに入射せず、又そのピ
ンホールから放射されるＸ線は放射状に発散し、試料へ
の照射領域を絞ることができないためである。従って微
小結晶や微小領域のＸ線回折を行なうことが困難である
という問題があった。

又、ガラス細管を用いる場合は、前記シミュレーション
に基づいてガラス製Ｘ線導管を作製し、Ｘ線の集光性を
評価しても、シミュレーションのようにＸ線が集光され
ないという問題があることが明らかになった。

さらに上記いずれの場合も、測定は大気中で行なわれて
おり、蛍光Ｘ線分析に関しては配慮がされておらず、Ｘ
線回折と蛍光Ｘ線分析とを同一装置で行なうことができ
ないという問題があった。

本発明の目的は、微小部分のＸ線回折と蛍光Ｘ線分析を
行なうＸ線分析装置を提供することにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記目的は、Ｘ線源、該Ｘ線源からのＸ線を集束するた
めのＸ線導管、該Ｘ線導管の端部に近接し、上記Ｘ線に
よって照射される試料を載置するための試料台及びＸ線
検出器を有し、蛍光Ｘ線及びＸ線回折を行なうことを特
徴とするＸ線分析装置によって達成される。

本発明のＸ線分析装置は、−台の装置でエネルギ分散型
Ｘ線回折、波長分散型Ｘ線回折及び蛍光Ｘ線分析が可能
である。低エネルギの蛍光Ｘ線を検出する必要がある場
合は、試料台及びＸ線検出器を同一真空槽内に設置し、
またＸ線導管内部が真空に保たれることが必要である。

さらに上記真空槽とＸ線導管内部との真空状態が連続し
ていることが好ましい、大気中では低エネルギの蛍光Ｘ
線は減衰し、検出器に到達しない。

又、試料台とＸ線検出器は、同軸で、かつそれぞれ独立
に回転し得る構造とすることが好ましい。

蛍光Ｘ線分析では、微弱な蛍光Ｘ線を効率良く検出する
ために、Ｘ線検出器は、可能な限り試料に接近させるこ
とが好ましく、一方、Ｘ線回折、特に波長分散型Ｘ線回
折では、Ｘ線波長を固定し、試料と検出器を回転し、ブ
ラッグの回折条件を満足する条件でピークが現われる回
折角を測定するものであり１回折角の分離が容易なよう
に、Ｘ線検出器を試料から離して設置することが好まし
い。

それ故、Ｘ線検出器を上記回転の半径方向に移動可能と
することが好ましい。

試料台は、直角座標系の少なくとも２軸方向に独立に移
動可能であること、また試料面を傾斜せしめ得るように
、試料台を回転させる回転軸に直角方向を軸として、試
料台を回転可能とすることが好ましい。このような回転
機構は、Ｘ線回折による内部応力測定における応力の異
方性評価に用いることができる。

又、試料を加熱する手段を有することが好ましい。この
ような手段は、例えば試料台に抵抗型ヒータを備えれば
よい。このような加熱手段は、応力や反応過程の′ＩＡ
察に用いることができる。

本発明のＸ線分析装置は、同一装置内で蛍光Ｘ線分析と
エネルギ分散型ＸＲＩＡ回折を行なうことが可能である
ので、例えば、所望試料からの回折ピ−クのエネルギ値
を蛍光Ｘ線のエネルギ値から決定することができる。又
、さらに弾性散乱により検出されるＸ線源材料の特性Ｘ
線のエネルギ値より、又はこれに蛍光Ｘ線エネルギ値の
エネルギ値を併せ用いることにより、回折ピークエネル
ギ値を決定することができる。

又、例えば、上記方法で得られたエネルギ値より入射Ｘ
線束に対する試料台及び検出器の回転角度を定め、装置
の回転系の角度を補正すること、又この補正回転角度を
試料台及び検出器の相対回転角度とし、波長分散型Ｘ線
回折を可能ならしめることができる。

本発明のＸ線分析装置は、Ｘ線ビームの平行性が高いた
め、試料に対する入射ビームの全反射条件の設定が容易
になり、例えば、いわゆる全反射蛍光Ｘ線分析が可能と
なる。この条件では試料面に対し、はぼ直角方向に設置
された検出器への入射Ｘ線の到達はほとんどなくなり、
蛍光Ｘ線検出におけるＳ／Ｎ比が飛躇的に向上する。

つぎに本発明に用いるＸ線導管の好ましい一例について
説明する。

前記シミュレーションにより提案されている従来のＸ線
導管は、第４図（ａ）、（ｂ）に示す如く。

Ｘ線導管２に入射したＸ線２６をその内壁による全反射
を利用し、各焦点２２に集光することにより、照射Ｘ線
ビームの微細化と高輝度化を計っている。

しかし、出射端の内径１５．、外径ＩＩＩＩＩ１１のガ
ラス製回転放物面集光型Ｘ線導管の出射端に直接写真フ
ィルムを接触させ、管の入射端からＸ線を照射し。

フィルム上の感光スポット径を測定すると、実際の開口
径より約５倍大きい７３−にビームが拡がっている。ま
た管の焦点位置である出射端から２０＋ｎ＋＋＋の位置
ではＸ線ビームは４１〇−径に拡大している。

上記のように出射端の内径と端部でのＸ線ビーム径が大
幅に異なるのは、第４図（ｃ）のように。

出射端部の拡大図に示す如く、出射端部近傍内壁に全反
射臨界角以上の高角度で照射されたＸ線が管壁の内部を
透過し外部に放射されるため、実効的にＸ線ビーム径が
端部の内径より拡がるものと考えられる。

それ故、Ｘ線導管のＸ線出射側端部領域において、全反
射の臨界角以上の高角度で管内壁に入射したＸ線が、出
射方向に対し実質的に漏えいしない構造とすることが好
ましい。例えば、端部領域の管の肉厚を他より厚くする
か若しくは端部領域の内径変化を第５図（ａ）、（ｂ）
に示す如く他の領域よりも緩和するか又は平行とするこ
とが好ましい。この場合、第５図（ｂ）に示す如く、端
部領域にＸ線透過領域２４が小部分残っていても差し支
えない。

このようなＸ線導管を用いることにより、Ｘ線源から効
率良くＸ線を管端部まで導くことができ、かつＸ線出射
側端部では管壁からのＸｔＩＡ漏えいを防止できる構造
となっているため、高輝度で微細なＸ線ビームが得られ
る。また、シンクロトロン放射光と同程度の平行Ｘ線ビ
ームを得ることもできる。

なお、このような導管は、通常のＸ線分−新装置に用い
ることができる。

〔作用〕

Ｘ線を導くＸ線導管の入射端は、Ｘ線源ターゲット近傍
に設置されるため、ターゲット焦点から発散して放射さ
れるＸ線を効率良くＸ線導管内に取り込める。またＸ線
導管の出射側端部は、試料に接近して設置でき、かつ導
管から放射されたＸ線は、管内を全反射して通過してき
たものであり、発散が少ない。このため高輝度で平行性
の高い又は微細に絞った微細Ｘ線ビームを試料の微小部
分に照射できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

実施例１ 本実施例では高輝度のＸ線を得るため、周知のファイン
フォーカスの回転対陰極型Ｘ線発生装置（６０ｋＶ、　
３００ｍＡ）　１を用いた。Ｘ線源から試料へＸ線束を
導くＸ線導管２として、入射端内径が１００、で試料側
の出射端内径が３−長さが６０ｃｍのガラス細管を用い
た。Ｘ線ターゲット焦点から約１ｃ＋ｎ１ＩＩれた距離
にＸａ導管２の開放端を取り付け、Ｘ線導管の他端はゴ
ニオメータ３上に取り付けられた試料台４から約１ｃｍ
ｆｉれた距離に設置した。

Ｘ線源、Ｘ線導管そして試料室５を連結し、これらの内
部を真空状態にした。回折Ｘ線及び蛍光Ｘ線は約１００
ｍｍ２の大面積ＬｉドープＳｉ半導体検出器６を作製し
適用した。試料上のＸ線照射位置は、レーザ光源７より
放射されたレーザ光をＸ線導管２に平行し、同軸になる
ように導き、試料に照射されたレーザ・スポットをテレ
ビ・カメラ８により撮り、モニタ９によりＭ察した。試
料台４と検出器６は同軸で互いに独立して回転せしめる
ようにした。試料台移動用のゴニオメータ３は上記回転
以外に、直角座標系ｘｙｚ軸、試料台傾斜（チルト）及
び試料の面内回転を可能ならしめる構造とした。また検
出器６はその回転半径方向にも移動できるようにした（
第２図）。これは、蛍光Ｘ線分析では検出器を可能な限
り試料に接近させ、微弱蛍光Ｘ線を効率良く検出し、一
方、Ｘ線回折では、エネルギ分散型Ｘ線回折測定ばかり
でなく。

波長分散型Ｘ線回折測定（Ｘ線波長を固定し、試料と検
出器を回転し、ブラッグの回折条件を満足する条件でピ
ークが現われる回折角を測定する）を可能とするため、
検出器を試料より離して設置し、回折角の分離を容易に
するためである。試料台４は抵抗型ヒータにより１００
０℃まで加熱可能とした。本発明による装置性能を確認
するため、Ｘ線発生源としてＭｏターゲットを用いたと
きの写真乾板によりＸ線導管出射側端部からのＸ線ビー
ムの拡がりを測定した。出射側端部では約４〜５ｐ、試
料台上では７〜８−径のスポットが観察され、その発散
角は１Ｏ−３ラジアン以下であり、シンクロトロン放射
光で得られるＸ線と同等の極めて、平行性の良いＸ線ビ
ームが得られることを確認した。

また試料台上でのＸ線ビームの輝度は３Ｉ！ｍ径のピン
ホール型のコリメータを利用したとき得られる値（計算
機シミユレーション値）より約３桁高い値が得られた。

第３図は本発明の装置により、５ｉ（１１１）単結晶の
室温における約７〜８／Ｉｒｎ径領域からの蛍光Ｘ線と
エネルギ分散型回折ピークを測定した結果である。図に
示されているように、Ｓｉの蛍光Ｘ線以外にＸ線源のＭ
ｏターゲットから弾性散乱により検出器に入射したＭｏ
のにα線も同時にａｍされていた。そして、Ｓｉの蛍光
Ｘ線だけを用いてＸ線回折ピークエネルギ値を決定した
場合より、Ｓｉの蛍光Ｘ線とＭＯのにα線の両者を用い
て回折ピークエネルギを求めた場合のほうが、高エネル
ギ領域の回折ピークまで高精度で決定できた。なお、エ
ネルギ値決定にあたっては、エネルギ・スペクトルのガ
ウシアン・フィッティングを適用した。

実施例２ 実施例１において、Ｘ線を通すためのＸ線導管２の入射
側端部にＢｅ薄板を接着することにより、Ｘ線発生装置
１とＸ線導管２及び試料室５の系を独立させ、それぞれ
別の排気装置により真空にした。実施例１では、Ｘ線導
管とＸ線源が接続されているため、回転対陰極の回転時
の振動がＸ線導管に伝わり、その結果、Ｘ線導管出射側
端部も振動し、試料上照射領域が拡がる傾向にあった。

本実施例では、Ｘ線導管はＸ線源系と接触していないた
め、回転陰極部の振動の影響が無く、試料上でのＸ線照
射領域は６〜７−径に改善された。

実施例３ 本実施例は実施例１と同一装置構成で蛍光Ｘ線分析の高
感度化を行なったものである。前記のとおり、Ｘ線導管
から出射されるＸ線ビームはきわめて平行性が高い。こ
の平行性を利用した高感度蛍光Ｘ線分析の例である。Ｓ
ｉ基板上に１ｔｍ２゜０．６４／／１１”　、　０．２
５Ｉ１ｍ”のタングステン（Ｗ）からなるパターンを形
成した。Ｗ厚さが５００．１００．そして５０ｎｍの試
料を作製した。Ｗの密度を１９．３ｇ／ｃｍ’とすると
、１−２で厚さ５００ｒｖのＷパターンは約９．７ｐｇ
の重さになり、０．２５／７ｍ＋”で厚さが５０ｎｍの
場合の１パターンの重さは０．２４ｐｇになる。今、回
転対陰極型のＭｏターゲットＸ線源を用い、６０ｋＶで
３００ｍＡの条件でＸ線を発生させ、Ｘ線導管から出射
され、試料へ入射されるＸＩＩＡ角度を６０°に設定し
た。この場合、２．４ｐｇのパターンまでＷの蛍光Ｘ線
が検出できた。それ以下の重さのパターンになると、入
射ｘｉによる雑音のため検出不可能となった、一方、入
射Ｘｍが試料に対し、全反射条件になるよう、第１図の
シンチレーションカウンタ１０により位置決めし、半導
体検出器をＳＬ基板面に対し垂直方向で、できるだけ近
接して設置し。

同様に蛍光Ｘ線分析を行なった。この場合は、入射Ｘ線
によるバックグラウンド雑音が少なくなり、かつ検出器
を試料に近接した効果により、０．４８ｐｇの極微量タ
ングステンの蛍光Ｘ線を検出できた。

実施例４ Ｘ線導管の構造について検討した例を示す、まず内径１
ｍｍ、外径１０ａｍのソーダ・ガラス管を局部的に加熱
する温度と引張り速度を制御しながら管を伸ばし、Ｘ線
入射側の内径が９０ミクロンメータ。

出射側端部の内径が５ミクロンメータ、そして焦点距離
がその端部から２０ミリメータの位置になるような回転
放物面集光型Ｘ線導管を製作し、これを基本構造とした
。このＸ線導管は第４図（ａ）に示した構造である。次
に上記と同一条件でガラス管を伸ばした後、端部が５ミ
クロンメータになった段階で引張り速度を急速に速め、
第５図（ａ）に示すごとく１回転放物面端部に平行管部
２３を約２ミリメータ付加した。この平行管状のＸ線出
射側端部内径を約５ミクロンメータとした。これら２本
のＸ線導管のＸ線ビームの拡がりを写真フィルムにより
測定した。前者の構造では出射側端部で２３ミクロンメ
ータ、焦点部で１２０ミクロンメータにビーム径が発散
した。これに対し、後者の構造では導管端部で７ミクロ
ンメータ、焦点部で８ミクロンメータであり、Ｘ線の分
散を抑止し、集光効率が向上し、ビームの微細化効果が
あった。

又焦点部のＸ線ビームの輝度を測定した結果、後者の構
造のものが前者の構造のものより約１桁半輝度が高くな
ることを確認した。

なお、本実施例ではＸ線導管として、ソーダ・ガラスを
用いたが、他の材質のガラス、たとえばパイレックスガ
ラス及び釦ガラス、さらにＸ線導管をモリブデンなどの
金属を用いた場合においても、Ｘ線の集光性の顕著な改
善がみられることが分かった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、輝度及び平行性の高い又は微小に絞っ
た数−径の微細Ｘ線ビームが得られ、従来、困難と考え
られていた数ｐ〜数十−レベルの微小領域Ｘ線回折及び
蛍光Ｘ線分析が可能となる。

又−台の装置で蛍光Ｘ線分析、エネルギ分散型Ｘ線回折
及び波長分散型Ｘ線回折が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成の一実施例を示す構成図、第
２図は本発明の一実施例の部品の配置を示す上面図、第
３図は実施例１における蛍光Ｘ線と回折線のエネルギス
ペクトルを示す図、第４図及び第５図はＸ線導管の一実
施例の部分断面図である。 １・・・Ｘ線発生装置　　　２・・・Ｘ線導管３・・・
ゴニオメータ　　　４・・・試料台５・・・試料室　　
　　　　６・・・検出器７・・・レーザ光源　　　　８
・・・テレビ・カメラ９・・・モニタ １０・・・シンチレーションカウンタ １１・・・ミラー　　　　　　１２・・・真空排気系２
２・・・焦点　　　　　　　２３・・・Ｘ線発散抑止領
域２４・・・Ｘ線透過領域　　　２５・・・焦点２６・
・・Ｘ線 代理人弁理士　　中　村　純之助 （“峯丑）Ｘド］てｌ＜−１本乙

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｘ線源、該Ｘ線源からのＸ線を集束するためのＸ線
   導管、該Ｘ線導管の端部に近接し、上記Ｘ線によって照
   射される試料を載置するための試料台及びＸ線検出器を
   有し、蛍光Ｘ線及びＸ線回折を行なうことを特徴とする
   Ｘ線分析装置。 ２、上記試料台及び上記Ｘ線検出器が同一真空槽内に設
   置され、かつ上記Ｘ線導管内部が上記真空槽内に開放さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   Ｘ線分析装置。 ３、上記試料台及び上記Ｘ線検出器は、同軸でかつ独立
   に回転することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のＸ線分析装置。 ４、上記Ｘ線検出器は、上記回転の半径方向に移動し得
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のＸ線分
   析装置。 ５、上記試料台は、直角座標系の少なくとも２軸方向に
   独立に移動し得ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のＸ線分析装置。 ６、上記Ｘ線導管は、出射側端部領域において、全反射
   の臨界角以上の高角度で管内壁に入射したＸ線が、出射
   方向に対し、実質的に漏えいすることを防止した構造で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線
   分析装置。 ７、上記Ｘ線導管の出射側端部領域の構造は、内径変化
   を他の領域よりも緩和するか又は内径を実質的に変化さ
   せないことにより、上記Ｘ線の漏えいを防止したことを
   特徴とする特許請求の範囲第６項記載のＸ線分析装置。 ８、上記Ｘ線導管の出射側端部領域の構造は、管の肉厚
   を他より厚くすることにより、上記Ｘ線の漏えいを防止
   したことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載のＸ線
   分析装置。