JPH04128641A

JPH04128641A - Ｘ線試料検査装置

Info

Publication number: JPH04128641A
Application number: JP2250897A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Horikawa; 嘉明堀川; Hiroaki Nagai; 宏明永井; Mikiko Katou; 加藤　美来子; Shoichiro Mochimaru; 持丸　象一郎; Yoshinori Iketaki; 慶記池滝
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1992-04-30

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、試料に軟Ｘ線を照射し、試料からの反射光や
回折光を測定して試料の性質を調べるＸ線試料検査装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、小型シンクロトロン放射（ＳＲ）光源やレーザプ
ラズマ光源の開発に伴い、今まで簡単に得られなかった
軟Ｘ線領域（波長が数人から数百人）の光を用いた研究
が盛んになってきた。そして、そのような光を用いた従
来のＸ線試料検査装置として例えば第４図に示したよう
なものがある。

それは、真空チャンバー５０と、真空チャンバー５０内
に回転可能に置かれた金属ターゲット５１及び金属ター
ゲット５１に真空チャンバー５０外からレーザ光を照射
して高温・高密度プラズマを作り出し該プラズマから軟
Ｘ線５３を発生させる強力なパルスレーザ光源５２から
成る軟Ｘ線光源部Ａと、真空チャンバー５０内で固定さ
れていて軟Ｘ線光源部Ａからの軟Ｘ！５３を絞る入射ス
リット５４．真空チャンバー５０内に回転可能に設置さ
れていて入射スリット５４を通過した軟Ｘ線を受ける斜
入射型回折格子（凹面回折格子）５５及び真　空チャン
バー５０内で固定されていて斜入射型回折格子５５で回
折された軟Ｘ線５６を絞る射出スリット５７から成る分
光器Ｂと、真空チャンバー５０内で回転可能に配置され
ていて分光器Ｂからの軟Ｘ線５６を受ける試料台５８及
び真空チャンバー５０内で試料台５８を中心に回動可能
に配置された軟Ｘ線検出器５９から成る測定部Ｃとから
構成されている。

尚、分光器Ｂは、入射スリット５４と射出スリット５７
とが固定されている即ち回折格子５５に対する入射軟Ｘ
線５３と反射軟Ｘ線５６とのなす角が常に一定であり、
回折格子５５を回転させると射出スリット５７から射出
する軟Ｘ線の波長が変化する即ち波長走査を行うことが
できる定偏角の分光器となっている。

そして、この従来例において、軟Ｘ線光源部Ａで発生し
た軟Ｘ線５３は分光器Ｂの入射スリット５４を通って斜
入射型回折格子５５に入射し、該回折格子５５によって
分光された軟Ｘ線５６が射出スリット５７を通って試料
台５８上の試料Ｓに入射し、該試料Ｓで回折された軟Ｘ
線は軟Ｘ線検出器５９によって検出される。ここで、検
出器５９を試料台５８を中心に回転させれば、回折角の
変化に応した測定かできる。又、試料台５８を回転させ
れば、試料Ｓに入射する軟Ｘ線の入射角を変えることが
できる。

この従来例は、分光器Ｂの入射スリット５４と射出スリ
ット５６が固定されているので、軟Ｘ線光源部Ａと測定
部Ｃの取付けか簡単である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来例は、高分解能の分光をする場合に
、波長範囲が制限され、分光器が大きくなり、高い回折
効率か得られないという問題があった。

例えば、偏角１６２°、格子密度１８００本／Ｉの回折
格子５５の場合、平均分解能０．１人を得ようとすると
、波長範囲は４０〜１２０人と狭く、入射スリット５４
と回折格子５５の間隔は１ｍで回折格子５５と射出スリ
ット５７との間隔は１．４ｍと形状が大きくなる。又、
波長４０人の時の斜入射角は８°と大きくなるため、高
い回折効率を得ることができない。又、偏角１７２°、
格子密度１８００本／ｍｍの回折格子の場合、平均分解
能０．０１人を得ようとすると、波長範囲は僅か１８〜
２７人となり、入射スリット５４と回折格子５５の間隔
は３ｍで回折格子５５と射出スリット５７との間隔は７
ｍと非常に大型の装置になってしまう。

従って、波長範囲を広げる為には回折格子５５を取り替
える必要があるが、偏角１４２°、格子密度５５０本／
ｌｌｌｌ１１の回折格子５５の場合は、波長範囲が１０
０〜５００人と広がるものの軟Ｘ線領域からずれ、入射
スリット５４と回折格子５５の間隔及び回折格子５５と
射出スリット５７の間隔が共に３２０閣と小型になるも
のの平均分解能が３人と低下してしまう。

尚、定偏角であるが使用できる波長域が広範囲に亘るよ
うにした、ＳＲ光源を利用した軟Ｘ線分光器として、例
えば第５図（Ａ）に示した入射角固定型のものと第５図
（Ｂ）に示した回折角固定型のものとがある（前沢秀樹
氏　文部省科学研究費　重点領域研究「Ｘ線結像学」第
一回公開シンポジュウム講演資料集（１９９０）Ｐ５１
〜）。

この場合、両者とも、シンクロトロン放射光源６０から
放射された軟Ｘ線は、シリンドリカルミラー６１．楕円
鏡６２により夫々横方向、縦方向に集光され、スリット
６３を通じて斜入射型回折格子６４に入射して分光され
るようになっている。

６５．６６は通常のミラーである。

しかし、この軟Ｘ線分光器は、多数のミラーを組み合わ
せているため、構成が複雑で大型化すると共に、反射に
よる光量域の回数が多いので、大強度のシンクロトロン
放射光源６０を用いなければならず、小型のＸ線試料検
査装置にとっては不適当であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、小型であり且つ分解能も
高いと共に広い波長範囲に亘って使用でき更に回折効率
も高いＸ線試料検査装置を提供することを目的としてい
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によるＸ線試料検査装置は、軟Ｘ線光源部と、該軟Ｘ線光源部からのＸ線を受ける斜
入射型回折格子を有する分光器と、該斜入射型回折格子
のローランド円上に設けられていて該斜入射型回折格子
で回折射出された軟Ｘ線を受ける測定部とを備え、該測
定部が試料台と該試料台を中心として回動可能な軟Ｘ線
検出器とを有しているＸ線試料検査装置において、前記測定部が前記ローランド円の円周に沿って一緒に移
動自在に設けられていることを特徴としている。

〔作　用〕

上記構成によれば、分光器の射出部と測定部が一緒に回
折格子のローランド円の円周に沿って移動し得るので、
分光器が定偏角でなくなり、その結果小型で分解能も高
く而も広い波長範囲に亘って使用できる。又、斜入射角
も小さくし得るので、高い回折効率が得られる。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する
。

第１図は本発明によるＸ線試料検査装置の第１実施例の
概略図であって、１は構成部材を振動を殺しながら支え
る除振台である。

２は除振台１上に設置された真空容器であって、ガラス
製の透明窓３と開口４，５を有していると共に、内部に
金等の金属材料で成るターゲ・ソト６が軸７のまわりに
回転できるように設けられ、更に透明窓３の内側には該
窓３とほぼ同じ大きさのガラス製の透明な遮蔽板８が設
けられている。９は除振台１上に設置された主にＮｄ：
ＹＡＧ等の高出力パルスレーザ光源、１０はレーザ光集
光用の集光レンズであって、パルスレーザ−光源９から
のレーザ光を集光レンズ１０により透明窓３及び遮蔽板
８を介してターゲット６に照射すると、ターゲット６の
一部が溶けて蒸発してプラズマ化し、この高温・高密度
のプラズマから軟Ｘ線が発生するようになっている。こ
の時、遮蔽板８は飛散する汚染物質が透明窓３に蒸着す
るのを防ぐ。

尚、透明窓３及び遮蔽板８は、それらによるレーザ光の
反射光がレーザ光源９に戻ってレーザ光の発振を不安定
にしないようにレーザ光源９及び集光レンズ１０の光軸
に対して約３°傾けて設置され、更にレーザ光を効率的
にターゲット６に照射できるように反射防止膜が施され
ている。そして、以上の部材が軟Ｘ線光源部１１を構成
している。

１２は除振台１上に設置され且つ開口４を介して真空容
器２と接続された他の真空容器であって、開口１３．１
４を有していると共に、内部に入射スリット１５及び斜
入射型回折格子（凹面回折格子）１６が設置されている
。そして、以上の部材が分光器２１を構成している。

１７は一端が開口１３を介して真空容器１２に接続され
た伸縮自在のベローズ、１８はベローズ１７の他端に接
続された更に他の真空容器であって、真空容器１８は例
えばベローズ１７の長手方向と短手方向の両方向に移動
可能とすることにより回折格子１６のローランド円の円
周に沿って移動可能とした台座１９を介して除振台１上
に設置されている。２０は真空容器１８内であって台座
１９と一致する位置に設置されている即ち台座１９の移
動に伴って回折格子１６のローランド円上を移動するよ
うになっている射出スリットである。

２２は真空容器１８内において回転可能に設置された試
料台、２３は真空容器１８内において試料台２２を中心
として回動可能に設置されたチャンネルトロン等の第１
の軟Ｘ線検出器であって、回折格子１６の中心と射出ス
リット２０と試料台２２の中心は常に一直線上に位置す
るようになっている。そして、以上の部材が測定部２７
を構成している。

２４は真空容器２内に設置されていて軟Ｘ線光源部ＩＩ
での軟Ｘ線の強度をモニターする第２の軟Ｘ線検出器で
ある。２５は第１の軟Ｘ線検出器２３及び第２の軟Ｘ線
検出器２４からの出力信号に基づき所定の式に従って演
算処理を行ない、その結果を表示装置２６に表示するコ
ンピュータである。コンピュータ２５は、パルスレーザ
光源９の発振、ターゲット６の回転２台座１９の移動。

試料台１１の回転、軟Ｘ線検出器２３の回転も制御する
ようになっている。

２８は一端が開口５を介して真空容器２と接続され且つ
除振台１上に設置された振動の少ない磁気浮上型のター
ボ分子ポンプ、２９は振動を伝えにくいゴム製のチュー
ブ３ｏを介してターボ分子ポンプ２８の他端と接続され
且っ除振台１外に設置された振動の大きい荒引き用のロ
ータリーポンプであって、これらが真空容器２内の真空
引きを行う真空ポンプ部３１を構成している。

３２は一端が開口１４を介して真空容器１２と接続され
且つ除振台１上に設置された磁気浮上型のターボ分子ポ
ンプ、３３はゴム製のチューブ３４を介してターボ分子
ポンプ３２の他端と接続され且つ除振台１外に設置され
た荒引き用のロータリーポンプであって、これらが真空
容器１２内。

ベローズ１７内及び真空容器１８内の真空引きを行う真
空ポンプ部３５を構成している。

本実施例は上述の如く構成されているから、パルスレー
ザ光源９を発振させてレーザ光をターゲット６に照射す
ると、ターゲット６の一部が溶けて蒸発してプラズマ化
し、このプラズマから軟Ｘ線３６が発生する。尚、ター
ゲット６の一部が蒸発して凹んだら、ターゲット６を回
転させて新しい面にレーザ光か当たるようにする。発生
した軟Ｘ線３６は、真空容器２の開口４を通って入射ス
リット１５に導かれ、入射スリット１５を通って回折格
子１６に入射し分光される。回折格子１６で分光された
軟Ｘ線３７は、射出スリット２０を通って試料台２２上
の試料Ｓに入射し、該試料Ｓで回折された軟Ｘ線３８が
軟Ｘ線検出器２３により検出される。この場合、射出ス
リット２０からは入射スリット１５と回折格子Ｉ６と射
出スリット２０との位置関係に応じて定まる特定波長の
軟Ｘ線３７のみが射出してくるので、台座１９の移動に
より射出スリット２０を移動せしめると射出スリット２
０を通過する軟Ｘ線３７の波長が変わる即ち波長走査が
行われる。従って、試料Ｓに入射する軟Ｘ線３７の波長
が変わるので、試料Ｓの分光反射率等を測定することが
できる。又、試料台２２を回動することにより試料Ｓに
対する軟Ｘ線３７の入射角を任意に設定できる。更に、
軟Ｘ線検出器２３を試料台２２の周りに回動することに
より任意の回折角で試料Ｓからの軟Ｘ線３８を検出する
ことができる。

次に、具体的な測定例として、試料台２２の軟Ｘ線３７
からの回転角をθ、軟Ｘ線検出器２３の回転角を２６と
して測定することにより行われる試料Ｓの軟Ｘ線分光反
射率の角度依存性の測定について説明する。

まず、台座１９を所望の波長位置に移動する。

次に、検出器２３を回転して軟Ｘ線３７が直接第１の検
出器２３に入射するようにする（２θ＝１８０°）。こ
のとき、試料台２２が僅かに軟Ｘ線３７の光軸よりずれ
て試料Ｓによって軟Ｘ線３７が検出器２３に入射しなく
なるのを防止している。

次にパルスレーザ光源９を発振させて軟Ｘ線３６を発生
させる。このとき、検出器２３によって検出された値■
、が試料Ｓに入射する光量となる。

またこのとき、軟Ｘ線光源部１１に設けられた第２の検
出器２４によって光源の光量をモニターし、その時の値
をＫ。とする。これで光源の光量変動がモニターされる
。次に、試料台２２を回転して測定開始の入射角θを設
定する。次に、検出器２３を回転して試料Ｓからの正反
射を測定する角度２θに設定する。再びパルスレーザ光
源９を発振させ、検出器２３により試料Ｓから反射して
きた光量を検出し、そのときの値をＩ、とする。又、そ
の時第２の検出器２４によってモニターした値をに１と
する。次に、試料台２２と検出器２３を回転して次の入
射角を設定し、Ｉ２．Ｋｌを測定する。このように測定
を繰り返して行ない角度反射率の測定値ＩＩ、光源光量
変動のモニター値に１を得る（ｉ−１〜Ｎ）。

反射率Ｒ１は、コンピュータ２５を用いて、次式％式％）に従って演算することにより求められる。

尚、光源と分光器２１の入射スリット１５との間にトロ
イダル集光鏡を設けると軟Ｘ線の利用効率が向上するの
で好ましい。

次に、真空容器１８内の真空引きがベローズ１７を介し
て行うようになっている点について説明する。

真空容器には外部から大気圧が均等にかかっているが、
真空ポンプを動作させて真空に引くと真空ポンプに接続
されている開口の部分には大気かかからなくなるため、
この開口と反対側から大気圧により真空容器全体にその
方向からの力が加わる。例えば、開口の直径が僅か３０
ｍ＋ｎであっても、約７ｋｇｗの力が作用する。その結
果、真空容器全体がその力の方向に移動したり、容器が
変形したりするという問題が生ずる。例えば、ベローズ
１７と直交する方向に力が加わると、真空容器１８を移
動させるために設けたレールなどの側面に真空容器１８
を無理に押し付けるようになるため、真空容器１８が変
形し易く、しかも移動機構に無理な力が加わった結果、
移動機構がいたんでスムーズな移動が阻害される恐れも
ある。又、このような無理な力がひいては分光器２１に
も悪影響を及ぼすこともあり、例えば分光器２１が傾い
たり変形したりした場合には検査装置の光学的性能が劣
化することもある。こみため、真空容器１８の内部を真
空に引くためにどのような構成にするかが重要である。

本実施例では、回折格子１６を収納した真空容器１２を
介して検出器２３を入れた真空容器１８の内部を真空に
引くようにしているので、この真空容器１８に加わる力
はベローズ１７の伸縮する方向と一致している。この方
向はもともと真空容器１８か移動できるように構成され
ている方向であるから、力か加わっても真空容器１８の
変形等が起きにくい。

尚、真空容器を２．１．２．１８と三つに分けないで一
つの真空容器にしても良く、そうすればベローズ１７の
ような部品も不要で、真空排気による光学性能の劣化等
の問題も発生しない。

以上、本実施例の作動原理について説明したが、本実施
例の構成によれば、分光器２１の射出スリット２０と測
定部２７が一緒に回折格子１６のローランド円の円周に
沿って移動し得るので、分光器２１が定偏角でなくなり
、その結果小型で分解能も高く而も広い波長範囲に亘っ
て使用できる。

又、斜入射角も小さくし得るので、高い回折効率が得ら
れる。

実際、回折格子１６に格子密度１２００本／ＩＩＩＩＩ
ｌのものを用いた場合、平均分解能０．０２人、波長範
囲ｌＯから４５０人が実現できた。この時の射出スリッ
ト２０の移動量は約３００＋ｌｌＩｎ程度で、また入射
スリット１５と回折格子１６との間隔は５０ＩＩＩ１１
、回折格子１６と射出スリット２０との最大間隔は約３
６０印と、非常に小型の構成と成っている。又、波長１
０人の時の斜入射角は３°と小さかった。

第２図は第２実施例の要部を示している。４１はレーザ
プラズマ光源、４２は第１スリツト、４３は凹面鏡、４
４は凹面鏡４３の集光点に配置された第２スリツト、４
５は対物レンズを構成する被検反射鏡、４６は検出面を
被検反射鏡４５に向けたまま回転する検出器であって、
第１スリツト４２、凹面鏡４３．第２スリツト４４は同
一のローランド円上に設置されている。そして、レーザ
光源４１より放射された白色光は、第１スリツト４１を
通過した後、凹面鏡４３に入射してその反射光が第２ス
リツト４４の位置に集光せしめられ、更に第２スリツト
４４を通過して被検反射鏡４５に入射し、被検反射鏡４
５による反射光が検出器４６により検出されるようにな
っている。

従って、本実施例によれば、被検反射鏡４５の白色光で
の反射率及び分光特性を測定することができる。又、検
出器４６が検出面を被検反射１４５に向けたまま回転す
るので、散乱光も測定できる。

尚、凹面鏡４３の代わりにトロイダルミラーを用いても
良い。

第３図は第３実施例の要部を示している。これは第２実
施例から凹面鏡４３と第２スリツト４４を省略して成る
ものであって、これでも第２実施例と同様な作用効果が
得られる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によるＸ線試料検査装置は、小型で
あり且つ分解能も高いと共に広い波長範囲に亘って使用
でき更に回折効率も高いという実用上重要な利点を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＸ線試料検査装置の第１実施例の
概略図、第２図及び第３図は夫々第２及び第３実施例の
要部を示す図、第４図は従来例の概略図、第５図は（Ａ
）、（Ｂ）は夫々従来のＸ線分光器の概略図である。１・・・・除振台、２，１２．１８・・・・真空容器、
３・・・・透明窓、４，５，１３．１４・・・・開口、
６・・・・ターゲット、７・・・・軸、８・・・・遮蔽
板、９・・・・高出力パルスレーザ光源、１０・・・・
集光レンズ１１・・・・軟Ｘ線光源部、１５・・・・入
射スリット、１６・・・・斜入射型回折格子、１７・・
・・ベローズ、１９・・・・台座、２０・・・・射出ス
リット、２１・・・・分光器、２２・・・・試料台、２
３．２４・・・・軟Ｘ線検出器、２５・・・・コンピュ
ータ、２６・・・・表示装置、２７・・・・測定部、２
８．３２・・・・ターボ分子ポンプ、２９．３３・・・
・ロータリーポンプ、３０３４・・・・チューブ、３１
．３５・・・・真空ポンプ部Ｓ・・・・試料。１？２図４’）第３図１Ｐ５図

Claims

【特許請求の範囲】軟Ｘ線光源部と、該軟Ｘ線光源部からのＸ線を受ける斜
入射型回折格子を有する分光器と、該斜入射型回折格子
のローランド円上に設けられていて該斜入射型回折格子
で回折射出された軟Ｘ線を受ける測定部とを備え、該測
定部が試料台と該試料台を中心として回動可能な軟Ｘ線
検出器とを有しているＸ線試料検査装置において、前記測定部が前記ローランド円の円周に沿って移動自在
に設けられていることを特徴とするＸ線試料検査装置。