JPH05101797A - X-ray light source device - Google Patents

X-ray light source device

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Publication number
JPH05101797A
JPH05101797A JP25764091A JP25764091A JPH05101797A JP H05101797 A JPH05101797 A JP H05101797A JP 25764091 A JP25764091 A JP 25764091A JP 25764091 A JP25764091 A JP 25764091A JP H05101797 A JPH05101797 A JP H05101797A
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JP
Japan
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ray
light source
free
rays
source device
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Pending
Application number
JP25764091A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Iketaki
慶記 池滝
Yoshiaki Horikawa
嘉明 堀川
Hiroaki Nagai
宏明 永井
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05101797A publication Critical patent/JPH05101797A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an X ray light source device being able to realize an X ray spectral system, in which the light amount variation of a dispersed X ray is small so as to be excellent in stability, in a laser plasma light source which disperses and utilizes the X ray. CONSTITUTION:In an X ray light source, a laser light is irradiated to target material 6 placed in a vacuum vessel 2, and the target material is turned into a plasma state so as to generate an X ray. Here the target material 6 is composed of elements whose atomic numbers are larger than nineteen.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線光源装置に関する
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray light source device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体の材料表面の分析を始め、
特に炭素を含む有機物の解析,CVD等の半導体製造プ
ロセス,有機エレクトロニクスデバイスの評価及び生体
物質の分析などの分野において、数Å以上の軟X線領域
の光をプローブとする蛍光X線分析,ESCA(Electr
on Spectrocopy for Chemical Analysis)又はオージェ
(Auger)分光等の方法を利用した評価装置が必要
になっている。
2. Description of the Related Art In recent years, the analysis of semiconductor material surfaces has begun,
In particular, in the fields of analysis of organic substances containing carbon, semiconductor manufacturing processes such as CVD, evaluation of organic electronic devices and analysis of biological materials, fluorescent X-ray analysis using light in the soft X-ray region of several Å or more as a probe, ESCA (Electr
There is a need for an evaluation device that uses a method such as on spectrocopy for chemical analysis) or Auger spectroscopy.

【0003】ところが、現在、市販されている評価装置
はX線管を利用しているために、数Å以下の短波長の所
謂、特性X線のみしか使用することができない。このよ
うな短波長の特性X線領域では、炭素を中心として構成
される有機物質に対する吸収係数が小さくなり二次電子
やAuger電子の生成率が低下して、分析感度は悪く
なる。そして更に特定波長のX線のみしか使用すること
ができないので、装置の適用範囲が制限され、多角的な
分析を行うことができない。
However, since the evaluation apparatus currently on the market uses an X-ray tube, only a so-called characteristic X-ray having a short wavelength of several Å or less can be used. In such a short-wavelength characteristic X-ray region, the absorption coefficient for an organic substance composed mainly of carbon is reduced, the production rate of secondary electrons and Auger electrons is reduced, and the analysis sensitivity is deteriorated. Furthermore, since only X-rays of a specific wavelength can be used, the scope of application of the device is limited and multifaceted analysis cannot be performed.

【0004】一方、数十Å程度の超電導用の人工格子等
の研究が進んできており、かかる人工格子の内部構造を
非破壊で観察したいという要望がある。しかし、従来の
X線管では高々数Å程度の波長のX線を利用し得るのに
留まるので、直入射領域でのX線回折法による分析は不
可能であった。このため、軟X線領域まで白色発光する
放射光(SOR)光源を利用して上記の分析が行われて
いた。なお、このSOR光を発生させるためには大規模
な設備を必要とするので、一般のユーザーにおいて極め
て入手困難である。
On the other hand, research on an artificial lattice for superconductivity of about several tens of liters has progressed, and there is a demand for nondestructive observation of the internal structure of such an artificial lattice. However, since the conventional X-ray tube can only use X-rays having a wavelength of several Å at most, analysis by the X-ray diffraction method in the direct incidence region is impossible. For this reason, the above analysis has been performed using a synchrotron radiation (SOR) light source that emits white light up to the soft X-ray region. Since a large-scale facility is required to generate this SOR light, it is extremely difficult for general users to obtain it.

【0005】ところで、最近、コンパクトに構成された
白色X線光源が開発され、上述したこの種の分析法が普
及され得るようになってきている。即ち、レーザープラ
ズマ光源と呼ばれるX線光源で、それは、10-4Tor
r以下の真空中において金属を始めとするターゲット上
に1012W/cm2 以上の強度のレーザー光を照射する
と、上記ターゲット金属がプラズマ状態になって5Å以
上の波長の白色X線光源が発生するというものである。
このレーザープラズマ光源は高輝度で白色のX線光源で
あることから、それを用いた軟X線回折装置,光電子分
光器及びX線音響分光法等が既に提案されている(特願
平2−26241号,特願平3−161746号等)。
By the way, recently, a compact white X-ray light source has been developed, and the above-mentioned analysis method of this kind has become popular. That is, in the X-ray light source called a laser plasma light source, it is, 10 -4 Tor
When a target such as a metal is irradiated with a laser beam having an intensity of 10 12 W / cm 2 or more in a vacuum of r or less, the target metal becomes a plasma state and a white X-ray light source having a wavelength of 5 Å or more is generated. Is to do.
Since this laser plasma light source is a high-intensity and white X-ray light source, a soft X-ray diffractometer, a photoelectron spectrometer, an X-ray acoustic spectroscopy method and the like using the same have already been proposed (Japanese Patent Application No. 2- No. 26241, Japanese Patent Application No. 3-161746, etc.).

【0006】ここで、上記レーザープラズマ光源のX線
発生原理を説明する。真空中において、適当な物質の表
面に高いエネルギーのレーザー光を照射すると、該物質
を構成する原子はその強力な電界によって激しく振動
し、多光子吸収や周囲の原子との衝突などのプロセスを
経ることによりプラズマ状態になる。さらに電離したイ
オンと電子とが激しい衝突を繰り返し、より一層高い温
度のプラズマ状態になる。
Here, the principle of X-ray generation of the laser plasma light source will be described. When a high energy laser beam is applied to the surface of an appropriate substance in a vacuum, the atoms constituting the substance violently vibrate due to the strong electric field, and undergo processes such as multiphoton absorption and collision with surrounding atoms. As a result, a plasma state is established. Further, the ionized ions and the electrons repeatedly violently collide with each other, resulting in a plasma state at an even higher temperature.

【0007】そして、このようにイオンと電子とが分離
されたプラズマ状態では、主に次のi)〜iii)の三種類の
形態のX線が発生する。 i) 自由−自由遷移 プラズマ中を自由に動き回る自由電子がイオンの引力に
よってその軌道を変える際、該自由電子の制動輻射によ
りX線が発生する。このとき、プラズマ中で自由電子は
極めて多様な速度及び方向で運動しているため、そのス
ペクトルはほぼ連続している。 ii) 自由−束縛遷移 自由電子がイオンの電子軌道に捕獲されると、該自由電
子の余剰運動エネルギーと熱エネルギーがX線として放
出される。この場合、本質的には連続スペクトルである
が、終期状態では主量子数,角運動量及びスピン状態に
よって決定される不連続なエネルギー準位になっている
ため、鋸歯状の連続スペクトルになる。 iii) 束縛−束縛遷移 プラズマ内のイオンや電子の衝突により、イオンが不連
続な高エネルギー準位に励起されると、再び低エネルギ
ー準位へ脱励起する。この際にもX線が発生するが、こ
の場合には始期状態と終期状態のエネルギー準位が決ま
っているので、幅が極めて狭い線スペクトルになる。
In the plasma state in which ions and electrons are separated in this way, X-rays of the following three types i) to iii) are mainly generated. i) Free-Free Transition When free electrons freely moving around in the plasma change their trajectories by the attractive force of ions, X-rays are generated by the bremsstrahlung of the free electrons. At this time, the spectrum of the free electrons in the plasma is almost continuous because the free electrons are moving at various speeds and directions. ii) Free-bound transition When free electrons are trapped in the electron orbits of ions, surplus kinetic energy and thermal energy of the free electrons are emitted as X-rays. In this case, although it is essentially a continuous spectrum, in the final state, it has a discontinuous energy level determined by the main quantum number, the angular momentum, and the spin state, so that it becomes a sawtooth continuous spectrum. iii) Bound-bound transition When the ions are excited to a discontinuous high energy level by collision of ions and electrons in the plasma, they are deexcited to a low energy level again. X-rays are also generated at this time, but in this case, since the energy levels of the initial state and the final state are determined, the line spectrum has an extremely narrow width.

【0008】図2及び図3は各元素のX線の発光スペク
トルを示している。一般に例えばAl等の軽元素の場
合、束縛状態のエネルギー準位の数が少ないため、上記
iii)の形態に対応する幅が狭いスペクトルが優勢にな
り、それらの強度が支配的となる(図2、グラフ(A)
参照)。また、図2及び図3から明らかなように、重元
素の場合ほどX線の発光スペクトルは連続スペクトルに
なる。一方、電子軌道のうちL,M,N,O殻等の状態
数が多い外殻の準位が関与した場合ほど、上記の傾向は
強くなる。図4は、各元素についてK,L,M,N及び
O殻電子が関与した遷移に対するX線発光強度を示して
おり、L殻よりも外側の軌道の電子が関与した遷移の場
合に強い発光強度を有していることが分かる。なお、図
4において、実線はフォトンエネルギーEが700eV
<Eの場合を、また点線は250<E<800eVの場
合をそれぞれ示している。
2 and 3 show X-ray emission spectra of each element. Generally, in the case of a light element such as Al, the number of energy levels in the bound state is small.
The narrow spectrum corresponding to the form of iii) becomes dominant, and their intensities become dominant (FIG. 2, graph (A)).
reference). Further, as is clear from FIGS. 2 and 3, the X-ray emission spectrum becomes a continuous spectrum in the case of a heavy element. On the other hand, the above tendency becomes stronger as the level of the outer shell having a large number of states such as the L, M, N, and O shells of the electron orbit is involved. FIG. 4 shows the X-ray emission intensities for the transitions involving the K, L, M, N, and O shell electrons for each element, and shows strong emission in the case of transitions involving electrons in the orbits outside the L shell. It can be seen that it has strength. In FIG. 4, the solid line indicates that the photon energy E is 700 eV.
<E, and a dotted line shows 250 <E <800 eV.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
X線発生原理に基づくレーザープラズマ光源を用いた従
来の軟X線回折装置等の計測システムにおいて、以下の
ような問題があった。ターゲットが例えばAlのように
比較的原子番号の小さい元素である場合、図2のグラフ
(A)に示されるように、X線の発光過程が上記iii)の
束縛−束縛遷移に起因する場合が支配的であり、波長幅
が極めて狭い線スペクトルが広い波長域範囲に亘って散
在する分光特性を有している。かかる線スペクトルは特
定の波長に対して高い強度を示すが、このようなX線を
分光して利用すると、次のような不都合が生じる。
However, the conventional measuring system such as the soft X-ray diffractometer using the laser plasma light source based on the above X-ray generation principle has the following problems. When the target is an element having a relatively small atomic number such as Al, as shown in the graph (A) of FIG. 2, the emission process of X-rays may be caused by the bound-bound transition of iii) above. It has a spectral characteristic in which a line spectrum having a dominant and extremely narrow wavelength width is scattered over a wide wavelength range. Such a line spectrum exhibits high intensity for a specific wavelength, but if such X-rays are spectrally used, the following inconvenience occurs.

【0010】上記束縛−束縛遷移による発光強度は、プ
ラズマ中で発生する該遷移の始期状態におけるイオンの
数によって規定され、そのイオン数はレーザー光の照射
によるエネルギーの注入の仕方により著しく左右され
る。従って、束縛−束縛遷移による発光強度は、レーザ
ー光の照射によるエネルギーの注入の仕方により変化す
る。これに対して、一般に市販されている強力なNd:
YAGレーザー又はエキシマレーザーは、発振の安定性
が十分ではなく、パワー,ビーム径,光軸の位置及び波
長等が変化する。このため上記束縛−束縛遷移によるX
線を回折装置や分析装置のプローブとして利用する場
合、プローブであるX線の光量が測定中に急激に変動
し、測定結果に著しい悪影響を及ぼす。そしてこれは特
にX線強度をモニターする実験においては極めて深刻な
問題になっていた。
The emission intensity due to the bound-to-bound transition is defined by the number of ions in the initial state of the transition generated in plasma, and the number of ions is significantly influenced by the way of energy injection by laser light irradiation. .. Therefore, the emission intensity due to the bound-to-bound transition changes depending on how the energy is injected by the irradiation of the laser light. On the other hand, the commercially available strong Nd:
The YAG laser or the excimer laser does not have sufficient oscillation stability, and the power, the beam diameter, the position of the optical axis, the wavelength, and the like change. Therefore, X due to the above binding-binding transition
When the rays are used as a probe for a diffractometer or an analyzer, the light quantity of the X-ray, which is a probe, fluctuates abruptly during measurement, and the measurement result is significantly adversely affected. And this has become a very serious problem especially in the experiment for monitoring the X-ray intensity.

【0011】本発明はかかる実情に鑑み、X線を分光し
て利用するレーザープラズマ光源装置において分光され
たX線の光量の変動が少なく安定性に優れたX線分光シ
ステムを実現し得るX線光源装置を提供することを目的
とする。
In view of the above situation, the present invention is an X-ray spectroscopic system which can realize an X-ray spectroscopic system excellent in stability with a small fluctuation in the amount of X-rays dispersed in a laser plasma light source device for spectrally utilizing X-rays. An object is to provide a light source device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によるX線光源装
置は、真空容器内に配置したターゲット物質にレーザー
光を照射し、該ターゲット物質をプラズマ状態化してX
線を発生させるようになっているが、ターゲット物質
は、原子番号が19よりも大きな元素から成る。
An X-ray light source device according to the present invention irradiates a target material placed in a vacuum container with a laser beam to convert the target material into a plasma state to emit X-rays.
Although a line is generated, the target material is composed of an element having an atomic number larger than 19.

【0013】[0013]

【作用】先ずここで、前述したX線発生形態における自
由−自由遷移及び自由−束縛遷移では、始期状態のエネ
ルギー準位が連続スペクトルである点に特徴があり、こ
の始期状態の分布は電離した自由電子のエネルギー分布
に対応する。また、レーザープラズマ光源において、自
由電子のエネルギー分布はほぼボルツマン分布に従うの
で、それはかなりブロードである。従って、プラズマの
発生条件が多少変化しても、特定の運動エネルギーを有
する自由電子の生成数に着目した場合、その生成数は急
激に変化しない。そしてこれらの遷移過程により発生し
たX線の強度は、レーザー光の照射によるエネルギーの
注入の仕方により大きく左右されることがない。さら
に、自由−自由遷移では、終期状態のエネルギー準位も
連続スペクトルであるため、プラズマの発生条件が変化
しても、特定の運動エネルギーを有する自由電子の生成
数の変化はより一層少ない。
First, the free-free transition and the free-bound transition in the X-ray generation mode described above are characterized in that the energy level of the initial state is a continuous spectrum, and the distribution of the initial state is ionized. Corresponds to the energy distribution of free electrons. Moreover, in the laser plasma light source, the energy distribution of the free electrons substantially follows the Boltzmann distribution, which is quite broad. Therefore, even if the plasma generation conditions change to some extent, when focusing on the number of free electrons having a specific kinetic energy, the number of free electrons does not change rapidly. The intensity of X-rays generated by these transition processes does not greatly depend on the way of energy injection by laser light irradiation. Furthermore, in the free-free transition, the energy level in the final state is also a continuous spectrum, so that even if the plasma generation conditions change, the number of free electrons having a specific kinetic energy does not change much more.

【0014】一方、束縛−束縛遷移では、始期状態は、
特定のイオンについて特定の角運動量,エネルギー準位
及びスピン状態を有する極めて限定された不連続な量子
状態にあるため、特定のプラズマ発生条件が満足されな
い限りそのような特殊な始期状態は殆ど生じ得ない。こ
のため、束縛−束縛遷移により発生したX線を分光して
プローブとして利用する場合には、何らかの理由でレー
ザーエネルギーが低下すると、X線の強度が急激に低下
してしまう場合が多く、従って安定性の点では自由−自
由遷移又は自由−束縛遷移によるX線を利用することが
好ましい。
On the other hand, in the bound-bound transition, the initial state is
Due to the very limited discontinuous quantum states with specific angular momentum, energy levels and spin states for specific ions, such special initial states can almost occur unless specific plasma generation conditions are satisfied. Absent. For this reason, when the X-ray generated by the bound-bound transition is used as a probe after being separated, the intensity of the X-ray often decreases sharply when the laser energy decreases for some reason, and thus stable. From the viewpoint of sex, it is preferable to use X-rays by free-free transition or free-bound transition.

【0015】さて、本発明によればターゲット物質は、
原子番号が19よりも大きな元素から成っている。一般
に元素の原子番号が小さい場合に限り、分光スペクトル
の尖塔強度を見れば、束縛−束縛遷移に起因するX線の
強度は大きい場合が多い。これに対して原子番号が大き
くなると、価電子数が多くなるため自由−自由遷移と自
由−束縛遷移によるX線の発生割合が増加し、これによ
り十分なX線強度を得ることができる。また、原子番号
が大きく且つ外殻電子になる程、束縛状態のエネルギー
準位の間隔が狭くなるので、自由−束縛遷移による発光
は、自由−自由遷移の場合に近似した挙動を示す。本発
明では、X線発生過程において原子番号が比較的大き
く、L殻よりも外側の外殻軌道が関与するようにターゲ
ット物質を選定したことにより、自由−自由遷移と自由
−束縛遷移によるX線を高い効率で利用することができ
る。
According to the present invention, the target substance is
It is made up of elements with atomic numbers greater than 19. Generally, only when the atomic number of an element is small, the intensity of X-rays due to the bound-bound transition is large in many cases when the steeple intensity of the spectrum is examined. On the other hand, when the atomic number is large, the number of valence electrons is large, so that the generation rate of X-rays due to free-free transitions and free-bound transitions is increased, whereby a sufficient X-ray intensity can be obtained. In addition, the larger the atomic number and the outer shell electrons, the narrower the energy level interval in the bound state, so that the light emission due to the free-bound transition exhibits a behavior similar to that in the free-free transition. In the present invention, since the target material is selected so that the atomic number is relatively large in the X-ray generation process and the outer shell orbital outside the L shell is involved, X-rays due to free-free transitions and free-bound transitions are obtained. Can be used with high efficiency.

【0016】[0016]

【実施例】以下、図1に基づき、X線回折・散乱分析装
置の場合を例にして本発明によるX線光源装置の一実施
例を説明する。図において、1は装置の各構成部材を振
動を殺しながら支える除振台、2は該除振台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、内部にターゲット6が軸7
の周りに回転できるように設けられ、更に透明窓3の内
側には該透明窓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。
EXAMPLE An example of the X-ray light source device according to the present invention will be described below with reference to FIG. 1 by taking the case of an X-ray diffraction / scattering analyzer as an example. In the figure, reference numeral 1 is a vibration isolation table that supports each component of the apparatus while dampening vibrations, and 2 is a vacuum container installed on the vibration isolation table 1, which has a glass transparent window 3 and openings 4 and 5. The target 6 has a shaft 7 inside.
A transparent shielding plate 8 made of glass and having substantially the same size as the transparent window 3 is provided inside the transparent window 3.

【0017】ここで、上記ターゲット物質は、原子番号
が19よりも大きい元素から成り、例えば特にバナジウ
ム(V),銅(Cu),サマリウム(Sm),タンタル
(Ta),タングステン(W),ニオブ(Nb),クロ
ム(Cr),ガドリウム(Gd),イットリウム
(Y),白金(Pt),金(Au),鉛(Pb),銀
(Ag),鉄(Fe),ニッケル(Ni),コバルト
(Co),スカンジウム(Sc),チタン(Ti)及び
ビスマス(Bi)のいずれかが用いられる。
Here, the target material is made of an element having an atomic number larger than 19, and is, for example, vanadium (V), copper (Cu), samarium (Sm), tantalum (Ta), tungsten (W), niobium. (Nb), chromium (Cr), gadolinium (Gd), yttrium (Y), platinum (Pt), gold (Au), lead (Pb), silver (Ag), iron (Fe), nickel (Ni), cobalt Any one of (Co), scandium (Sc), titanium (Ti) and bismuth (Bi) is used.

【0018】9は除振台1上に設置された主にNd:Y
AG等の高出力パルスレーザー光源、10はレーザー光
集光用の集光レンズであって、パルスレーザー光源9か
らのレーザー光を集光レンズ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、該ターゲッ
ト6の一部が溶けて蒸発してプラズマ化し、この高温・
高密度のプラザマから軟X線が発生するようになってい
る。この時、上記遮蔽板8は飛散する汚染物質が透明窓
3に蒸着するのを防ぐ。なお、透明窓3及び遮蔽板8
は、それらによるレーザー光の反射光がパルスレーザー
光源9に戻ってレーザー光の発振を不安定にしないよう
にパルスレーザー光源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、更にレーザー光を効率的に
ターゲット6に照射することが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1
1を構成している。
9 is mainly Nd: Y installed on the vibration isolation table 1.
A high-power pulse laser light source 10 such as an AG is a condenser lens for condensing laser light, and the laser light from the pulse laser light source 9 is condensed by the condenser lens 10 through the transparent window 3 and the shielding plate 8 to form a target 6 When the target 6 is irradiated, a part of the target 6 is melted and evaporated to form plasma, and this high temperature
Soft X-rays are generated from high-density plaza. At this time, the shielding plate 8 prevents the scattered pollutants from being deposited on the transparent window 3. The transparent window 3 and the shielding plate 8
Is installed at an angle of about 3 ° with respect to the optical axes of the pulse laser light source 9 and the condenser lens 10 so that the reflected light of the laser light by them does not return to the pulse laser light source 9 to make the oscillation of the laser light unstable. Further, an antireflection film is applied so that the target 6 can be efficiently irradiated with laser light. The above members are the soft X-ray light source unit 1
Make up one.

【0019】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13,14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。
Reference numeral 12 denotes another vacuum container installed on the vibration isolation table 1 and connected to the vacuum container 2 through the opening 4.
In addition to having the openings 13 and 14, an entrance slit 15 and an oblique incidence type diffraction grating (concave surface diffraction grating) 16 are installed inside. The above-described members constitute the spectroscope 21.

【0020】17は一端が開口13を介して真空容器1
2に接続された伸縮自在のベローズ、18はベローズ1
7の他端に接続された更に他の真空容器であって、この
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1
8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
中心として回転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。
One end of the vacuum container 1 has an opening 13 through the opening 13.
Telescopic bellows connected to 2, 18 is bellows 1
7 is another vacuum container connected to the other end of the diffraction grating 16, and the vacuum container 18 is movable in both the longitudinal direction and the lateral direction of the bellows 17 so that the circumference of the Rowland circle of the diffraction grating 16 is reduced. It is installed on the anti-vibration table 1 via a pedestal 19 that can be moved along. 20 is a vacuum container 1
8 is an exit slit which is installed in a position corresponding to the pedestal 19 within the position 8, that is, moves along the Rowland circle of the diffraction grating 16 with the movement of the pedestal 19. Reference numeral 22 is a sample table rotatably installed in the vacuum container 18, and 23 is a first soft X-ray detector such as a channeltron installed rotatably around the sample table 22 in the vacuum container 18. The center of the diffraction grating 16, the exit slit 20 and the center of the sample table 22 are always positioned on a straight line. The above-mentioned members constitute the measuring unit 27.

【0021】24は真空容器2内に設置されていて軟X
線光源部11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
ルスレーザー光源9の発振,ターゲット6の回転,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。
Reference numeral 24 denotes a soft X which is installed in the vacuum container 2.
This is a second soft X-ray detector that monitors the intensity of soft X-rays in the line light source unit 11. Reference numeral 25 is a computer that performs arithmetic processing according to a predetermined equation based on the output signals from the first soft X-ray detector 23 and the second soft X-ray detector 24, and displays the result on the display device 26. The computer 25 also controls the oscillation of the pulse laser light source 9, the rotation of the target 6, the movement of the pedestal 19, the rotation of the sample table 11, and the rotation of the soft X-ray detector 23.

【0022】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は振動を伝え難いゴム
製のチューブ30を介してターボ分子ポンプ28の他端
と接続され且つ除振台1外部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に接続
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外部に設
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。
28 is a magnetic levitation type turbo molecular pump, one end of which is connected to the vacuum container 2 through the opening 5 and which is installed on the vibration isolation table 1, and which has little vibration. 29 is a rubber tube 30 which hardly transmits vibration. Is a rotary pump for rough evacuation, which is connected to the other end of the turbo molecular pump 28 via the and is installed outside the vibration isolation table 1, and which is a vacuum pump part for performing evacuation in the vacuum container 2. 31 is configured. 32 is a magnetic levitation type turbo molecular pump, one end of which is connected to the vacuum container 12 through the opening 14 and which is installed on the vibration isolation table 1, and 33 is the other end of the turbo molecular pump 32, which is connected through a rubber tube 34. And a rotary pump for roughing, which is installed outside the vibration isolation table 1 and constitutes a vacuum pump unit 35 for performing vacuuming in the vacuum container 12, the bellows 17 and the vacuum container 18. ing.

【0023】さらに、36は光源部11から検出器23
に至る光路中の適所、即ちこの例では開口13の対応位
置に配置され、真空紫外波長域の光を遮蔽し且つ極短波
長(20Å以下)のX線を透過し得る透過フィルターで
ある。この透過フィルター36は例えば厚さ1200Å
程度のボロンフィルターにより構成されるが、該透過フ
ィルター36はまた、大気側、即ちこの例では真空容器
12の外側からマニピュレータ37の操作により上記光
路へ挿脱可能に装着されている。
Further, 36 is a detector 23 from the light source unit 11.
It is a transmission filter which is arranged at a proper position in the optical path up to, that is, at a position corresponding to the aperture 13 in this example, shields light in the vacuum ultraviolet wavelength range and can transmit X-rays of extremely short wavelength (20 Å or less). This transmission filter 36 has a thickness of 1200 Å, for example.
The transmission filter 36 is also detachably attached to the optical path by operating the manipulator 37 from the atmosphere side, that is, the outside of the vacuum container 12 in this example, although it is constituted by a boron filter of a certain degree.

【0024】本発明のX線光源装置は上記のように構成
されており、パルスレーザー光源9を発振させて形成さ
れたレーザー光は集光レンズ10を介して、真空中に配
置されているターゲット6表面上に集光される。そして
該ターゲット6で発生した白色のX線は、入射スリット
15を通過して斜入射型回折格子16に到達し、この斜
入射型回折格子16によって分光される。分光されたX
線は更に、透過フィルター36を通過することにより、
斜入射型回折格子16からの散乱光である長波長成分が
カットされる。これにより短波長領域で単色性が向上さ
れたX線は、ローランド円上を移動可能な射出スリット
20を通り、試料台22及び第1の軟X線検出器23を
内蔵する真空容器18内へ導かれる。そして、該真空容
器18内において、上記X線は回転可能に設置された試
料S表面に入射し、このときの回折光が軟X線検出器2
3によって検出される。
The X-ray light source device of the present invention is configured as described above, and the laser light formed by oscillating the pulsed laser light source 9 passes through the condenser lens 10 and is placed in the vacuum target. 6 Focused on the surface. Then, the white X-rays generated from the target 6 pass through the entrance slit 15 and reach the oblique incidence type diffraction grating 16, and are separated by the oblique incidence type diffraction grating 16. X separated
The line is further passed through the transmission filter 36,
The long wavelength component which is the scattered light from the oblique incidence type diffraction grating 16 is cut. As a result, the X-rays having improved monochromaticity in the short wavelength region pass through the injection slit 20 that can move on the Rowland circle and enter the vacuum container 18 having the sample stage 22 and the first soft X-ray detector 23 built therein. Be guided. Then, in the vacuum container 18, the X-rays are incident on the surface of the sample S rotatably installed, and the diffracted light at this time is soft X-ray detector 2
3 is detected.

【0025】また、透過フィルター36はマニュピュレ
ータ37の操作により光路中へ挿脱可能であるが、上記
の場合とは逆に該透過フィルター36を光路から離脱さ
せることにより、長波長のX線を使用する場合でも該X
線を減衰させることなく測定可能である。なお、このよ
うに長波長のX線の場合、透過フィルター36を通過さ
せなくても、試料Sが斜入射型回折格子16から十分な
間隔で設置され且つ回折角も大きいので、斜入射型回折
格子16からの散乱光の影響は殆どない。
The transmission filter 36 can be inserted into and removed from the optical path by operating the manipulator 37. Contrary to the above case, by removing the transmission filter 36 from the optical path, long wavelength X-rays can be emitted. Even when used, the X
It is possible to measure without attenuating the line. In the case of long-wavelength X-rays as described above, even if the sample S is not passed through the transmission filter 36, the sample S is installed at a sufficient distance from the oblique-incidence diffraction grating 16 and has a large diffraction angle. The scattered light from the grating 16 has almost no effect.

【0026】ところで、ターゲット6の材料にTi(原
子番号22)を用いた場合、レーザープラズマによる該
ターゲット6の光源分光スペクトルにおいて、120〜
150Åの波長領域でL殻が関与することにより生成さ
れた前記自由−束縛遷移のX線が極めて強い強度で観察
された。このTiの例をはじめ、ターゲット6の材料に
原子番号が19よりも大きな材料を用いると、価電子数
が多くなるため自由−自由遷移と自由−束縛遷移による
X線の発生割合が増加し、これにより十分なX線強度を
得ることができる。また、原子番号が大きく且つ外殻電
子になる程、束縛状態のエネルギー準位の間隔が狭くな
るので、自由−束縛遷移による発光は、自由−自由遷移
の場合に近似した挙動を示す。
By the way, when Ti (atomic number 22) is used as the material of the target 6, in the light source spectrum of the target 6 by laser plasma,
X-rays of the free-bound transition generated by the involvement of the L shell in the wavelength region of 150Å were observed with extremely high intensity. Starting with this Ti example, if a material having an atomic number larger than 19 is used as the material of the target 6, the number of valence electrons increases, so that the generation rate of X-rays due to free-free transitions and free-bound transitions increases. Thereby, sufficient X-ray intensity can be obtained. In addition, the larger the atomic number and the outer shell electrons, the narrower the energy level interval in the bound state, so that the light emission due to the free-bound transition exhibits a behavior similar to that in the free-free transition.

【0027】上記ターゲット6の材料として、図2及び
図3からも理解し得るように、特にCu,Ta,Nb,
Fe,Ti等の元素はレーザープラズマの光源特性の点
からも優れているが、更に価格及び加工性等の点でも優
れた利点を有している。つまり、特にターゲット6が回
転円筒形である場合、その回転面が常にパルスレーザー
光源9からのレーザー光の焦点位置にあることが必要で
あり、ターゲット6の軸ずれや表面形状の変化が起これ
ばプラズマの発生条件が変ってしまい光源強度に変動を
来す。これに対し上記Cu,Ta,Nb,Fe,Ti等
は、研磨,切削等の加工が極めて容易であるため、簡単
に高い精度の回転面を形成することができる。そしてそ
の上、これらの元素は価格が極めて安い点である。
As the material of the target 6, as can be understood from FIGS. 2 and 3, in particular, Cu, Ta, Nb,
Although elements such as Fe and Ti are excellent in terms of light source characteristics of laser plasma, they also have excellent advantages in terms of price and processability. That is, especially when the target 6 has a rotating cylindrical shape, its rotating surface needs to be always at the focus position of the laser light from the pulsed laser light source 9, which causes an axis shift of the target 6 and a change in the surface shape. For example, the plasma generation conditions change and the light source intensity changes. On the other hand, since Cu, Ta, Nb, Fe, Ti and the like are extremely easy to process such as polishing and cutting, it is possible to easily form a highly accurate rotating surface. And besides, these elements are extremely cheap.

【0028】[0028]

【発明の効果】上述したように本発明によれば、X線を
分光して利用するレーザープラズマ光源装置において分
光されたX線の光量の変動が少ないX線分光システムを
実現することができ、高い精度の計測又は分析を保証す
ることができる等の利点がある。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize an X-ray spectroscopic system in which there is little fluctuation in the amount of dispersed X-rays in a laser plasma light source device that disperses and uses X-rays. There are advantages such as being able to guarantee highly accurate measurement or analysis.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるX線光源装置の一実施例によるX
線回折・散乱分析装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an X-ray light source device according to an embodiment of the present invention.
It is a schematic block diagram of a line diffraction / scattering analyzer.

【図2】アルミニウム,鉄,錫,銅及びサマリウムにつ
いてのX線発光スペクトルを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing X-ray emission spectra of aluminum, iron, tin, copper and samarium.

【図3】イッテルビウム,ハフニウム,タングステン及
び鉛についてのX線発光スペクトルを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing X-ray emission spectra of ytterbium, hafnium, tungsten and lead.

【図4】各元素とX線変換効率との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between each element and X-ray conversion efficiency.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 除振台 2 真空容器 3 透明窓 6 ターゲット 8 遮蔽板 9 パルスレーザー光源 10 集光レンズ 11 軟X線光源部 12 真空容器 15 入射スリット 16 斜入射型回折格子 17 ベローズ 18 真空容器 20 射出スリット 21 分光器 22 試料台 23 第1の軟X線検出器 24 第2の軟X線検出器 25 コンピュータ 26 表示装置 27 測定部 28 ターボ分子ポンプ 29 ロータリーポンプ 31 真空ポンプ部 32 ターボ分子ポンプ 33 ロータリーポンプ 35 真空ポンプ部 36 透過フィルター 37 マニュピュレータ 1 Vibration Isolation Table 2 Vacuum Container 3 Transparent Window 6 Target 8 Shielding Plate 9 Pulse Laser Light Source 10 Condensing Lens 11 Soft X-ray Light Source Part 12 Vacuum Container 15 Incident Slit 16 Glancing Incidence Diffraction Grating 17 Bellows 18 Vacuum Container 20 Emission Slit 21 Spectrometer 22 Sample stage 23 First soft X-ray detector 24 Second soft X-ray detector 25 Computer 26 Display unit 27 Measuring unit 28 Turbo molecular pump 29 Rotary pump 31 Vacuum pump unit 32 Turbo molecular pump 33 Rotary pump 35 Vacuum pump unit 36 Transmission filter 37 Manipulator

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器内に配置したターゲット物質に
レーザー光を照射し、該ターゲット物質をプラズマ状態
化してX線を発生させるようにしたX線光源装置におい
て、上記ターゲット物質は、原子番号が19よりも大き
い元素から成ることを特徴とするX線光源装置。
1. An X-ray light source device in which a target material placed in a vacuum container is irradiated with laser light to generate a X-ray by converting the target material into a plasma state, and the target material has an atomic number of An X-ray light source device comprising an element larger than 19.
【請求項2】 上記ターゲット物質は、バナジウム,
銅,サマリウム,タンタル,タングステン,ニオブ,ク
ロム,ガドリウム,イットリウム,白金,金,鉛,銀,
鉄,ニッケル,コバルト,スカンジウム,チタン及びビ
スマスのいずれかであることを特徴とする請求項1に記
載のX線光源装置。
2. The target material is vanadium,
Copper, samarium, tantalum, tungsten, niobium, chromium, gadolinium, yttrium, platinum, gold, lead, silver,
The X-ray light source device according to claim 1, which is one of iron, nickel, cobalt, scandium, titanium, and bismuth.
JP25764091A 1991-10-04 1991-10-04 X-ray light source device Pending JPH05101797A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11339702A (en) * 1998-05-15 1999-12-10 Koninkl Philips Electronics Nv X-ray source having liquid metal target
JP2011515810A (en) * 2008-03-21 2011-05-19 エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. Target material, radiation source, EUV lithography apparatus and device manufacturing method using them

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